Экзамен Зачет Учебный год 2023 / КСЕ (семинар 4)

Восканян Григор Альбертович

Юридический факультет МГУ, 204 группа

Семинар 4. Тема 4. Образы мира живого. Проблема происхождения жизни.

Сущность жизни.

Наверное каждый человек в своей жизни задавался вопросом, откуда произошла жизнь на Земле. Действительно, эта проблема является одной из самых интересных в науке. Представляя себе, откуда появилась жизнь, человек может ответить на многие другие вопросы.

До сих пор ученые не пришли к единому пониманию происхождения жизни, поэтому в науке рассматривается несколько концепций: креационистская, концепция панспермии, концепция самопроизвольного зарождения и, на мой взгляд, самая реалистичная концепция – концепция биохимической эволюции.

Одной из самых популярных теорий происхождения жизни, безусловно, является абиогенная теория, предложенная в 1924 году А.И.Опариным и впоследствии усовершенствованная Дж. Холдейном в 1955 году. Согласно этой теории, жизнь возникла в специфических условиях древней Земли и рассматривается Опариным как закономерный результат химической эволюции соединений углерода во Вселенной. Ученым были определены стадии процесса происхождения жизни на Земле:

1. Возникновение органических веществ.

2. Образование из более простых органических веществ биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и др.).

3. Возникновение примитивных самовоспроизводящихся организмов.

По представлению Опарина процесс появления жизни на нашей планете происходил следующим образом. Земля возникла около пяти миллиардов лет назад; первоначально температура её поверхности была очень высокой (4000 – 80000С). По мере её остывания образовались твёрдая поверхность (земная кора - литосфера). Атмосфера, первоначально состоявшая из лёгких газов (водород, гелий), не могла эффективно удерживаться недостаточно плотной Землёй, и эти газы заменялись более тяжёлыми: водяным паром, углекислым газом, аммиаком и метаном. Когда температура Земли опустилась ниже 1000C, водяной пар начал конденсироваться, образуя мировой океан. В это время, в соответствии с представлениями А. И. Опарина, состоялся абиогенный синтез, то есть в первоначальных земных океанах, насыщенных разными простыми химическими соединениями, «в первичном бульоне» под влиянием вулканического тепла, разрядов молний, интенсивной ультрафиолетовой радиации и других факторов среды начался синтез более сложных органических соединений, а затем и биополимеров. Образованию органических веществ способствовало отсутствие живых организмов – потребителей органики – и главного окислителя – кислорода. Сложные молекулы аминокислот случайно объединялись в пептиды, которые, в свою очередь, создали первоначальные белки. Из этих белков синтезировались первичные живые существа микроскопических размеров.

Абиогенная теория содержит в себе некоторое количество ключевых понятий, без понимания смысла которых ее представление может быть неполным. Такими понятиями являются:

1. Восстановительная атмосфера – это первичная атмосфера, которая возникла под воздействием высокой вулканической активности в результате насыщения её газами (углекислым газом, водяным паром, аммиаком).

2. Коацерваты – комплексы коллоидных частиц, раствор которых разделяется на два слоя: слой, богатый коллоидными частицами, и жидкость, почти свободную от них. Коацерваты обладали способностью поглощать различные вещества, растворенные в водах первичного океана. В результате внутреннее строение коацерватов менялось в сторону повышения их устойчивости в постоянно меняющихся условиях. Из-за значительной роли данного термина теория Опарина нередко называется «коацерватной гипотезой».

3. Голобиоз – методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности структур, наделённых способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма.

4. Генобиоз – методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода.

5. Первичный бульон – накопившиеся в океане соединения веществ, в котором могла возникнуть жизнь. Данный термин был введен советским биологом А. И. Опариным. Он состоял из аминокислот, полипептидов, азотистых оснований, нуклеотидов и образовался под воздействием электрических разрядов, высокой температуры и сильного ультрафиолетового излучения.

6. Протоклетка – это первичный организм (клетка), с которым связывается начало всего современного разнообразия жизни на Земле. Содержал в себе макромолекулы и имел способность к самовоспроизводству.

Американский ученый С. Миллер смоделировал первичную атмосферу Земли и синтезировал жирные кислоты, уксусную и муравьиную кислоты, мочевину и аминокислоты путем пропускания электрических зародов через смесь инертных газов. Таким образом было продемонстрировано, как под действием абиогеннных (химическая эволюция) факторов возможен синтез сложных органических соединений.

Однако, его опыты были весьма противоречивыми. Данную противоречивость можно представить в следующей форме.

1. Прилагая немалые усилия, искусственно Миллер получил всего четыре вида аминокислот из необходимых двадцати, участвующих в создании белка.

2. Применяемые в эксперименте вещества предположительно составляли неживой бульон, находившийся в те времена на поверхности нашей планеты. А пропускаемый через субстанцию электрический разряд имитировал грозы, которые могли быть в атмосфере молодой Земли. Однако экспериментатор создал условия, далекие даже от воображаемых реалий. В течение недели он пропускал разряд через одну среду, хотя молнии носят разовый непродолжительный характер и в одно и то же место попадают очень редко. При этом полученные продукты реакции ученый сразу же подвергал изоляции, оберегая их от дальнейшего воздействия электричества, так как знал, что разряды разорвут полученные связи.

3. Получение аминокислот как таковых еще не является доказательством возможности самозарождения жизни, так как белок состоит из сложной последовательности соединенных между собой аминокислот (что будет рассмотрено ниже). Причем полученные Миллером аминокислоты на практике не смогли бы образовать белок из-за так называемой проблемы хиральности. То есть в результате опыта были получены аминокислоты с разным поворотом (ориентацией) от воображаемой оси, что делает практически невозможным их соединение в «живой» белок.

4. В результате опыта Миллер получил в изолированном осадке не только составляющие белка. Основными продуктами химической реакции стали формальдегиды, различные кислоты (включая синильную, уксусную, муравьиную) и мазутообразные вещества, а аминокислоты составили всего лишь около 2%. Невозможно себе представить, что в такой едкой смеси из аминокислот мог образоваться белок, а затем там же начала зарождаться «живая» клетка, так как эта среда отравит любую биохимическую реакцию.

5. Аммиак (NH₃) не мог быть на Земле в таком количестве, так как этот газ разрушается под воздействием ультрафиолетовых лучей.

6. Метан (CH₄) не был найден в древнем осадочном глиноземе.

7. При постановке опыта не был учтен кислород. Ученые-материалисты считают, что в момент зарождения жизни на нашей планете в ее атмосфере не было кислорода. Дело в том, что кислород сразу разрушил бы любые возникшие органические связи. Между тем, сегодня на большой глубине геологи находят оксидированные камни, что доказывает постоянное присутствие кислорода в атмосфере Земли.

Повторить опыты Миллера в условиях, больше напоминающих современные представления о далёком прошлом Земли, ещё предстоит. И не исключено, что кому-то из современных ученых-химиков суждено стать не менее знаменитым, чем Стэнли Миллеру.

Список использованной литературы:

1. Брызгалина Е.В. Концепции современного естествознания: учебник. М.: Проспект, 2016;

2. Англо-русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд-во ВНИРО, 1995 г.;

3. http://www.bioinside.ru/conibs-651-1.html;

4. http://studopedia.org/3-25190.html;

5. http://www.apologetica.ru/kniga2/Opyt_Millera.html.;

6. https://www.gazeta.ru/science/2008/10/18_a_2859247.shtml.

4