Основные этапы происхождения жизни на Земле

(теория Опарина)

1. Химическая эволюция. Солнце и планеты Солнечной системы образовались примерно 4,5 млрд. лет назад из диффузного газопылевого облака, конденсировавшегося под действием сил гравитации. Земля вначале была холодная, но в дальнейшем благодаря распаду содержащихся в ней радиоактивных элементов она стала разогреваться (в недрах температура достигла 1000 ⁰С и выше). Вещества Земли на этой стадии ее развития вступали между собой в химические реакции. Среди продуктов реакций было много газов. Под громадным давлением они вырывались на поверхность Земли, благодаря чему образовывалась ее первичная атмосфера. В ее составе, вероятно, содержалось много водяного пара и газов: N_2, CO₂, СО, Н₂S, NH₃, СН₄ при полном отсутствии О_2. После того, как температура на поверхности Земли стала ниже 100 ⁰С, начался период дождей, вследствие чего образовались моря и океаны. В горячей дождевой воде растворялись аммиак, углекислый газ, метан, а также соли и другие вещества, вымываемые из поверхностных слоев Земли. Благодаря отсутствию в первичной атмосфере кислорода и озона, обладающих способностью поглощать ультрафиолетовые лучи и ионизирующие излучения, эти богатые энергией виды излучений воздействовали на поверхность Земли с большой интенсивностью. Грозы были часты, необычны по силе. Под влиянием ультрафиолетовых лучей, проникающего излучения и электрических разрядов между веществами, растворенными в первобытном океане, происходили химические реакции, в результате которых образовывались простейшие органические соединения (углеродистые), постепенно эти соединения усложнялись в процессе предбиологической эволюции.

2. Биохимическая эволюция. Химическая эволюция сменилась биохимической. Этот процесс был неразрывно связан с геологической эволюцией Земли. А.И. Опарин предположил, что под действием электрических разрядов, тепловой энергии, ультрафиолетовых лучей на газовые смеси, содержащие пары воды, аммиака, метана и других газов, появились аминокислоты, нуклеотиды и их полимеры (белки и нуклеиновые кислоты), которые по мере увеличения концентрации органических веществ в «первичном бульоне» гидросферы Земли способствовали возникновению коллоидных систем, так называемых «коацерватных» капель.

3. Возникновение коацерватов. Опарин считал, что переход от химической эволюции к биологической требовал обязательного возникновения индивидуальных фаз – обособленных систем, способных взаимодействовать с окружающей внешней средой, используя ее вещества и энергию, и на этой основе способных расти, множиться и подвергаться естественному отбору. Органические молекулы имеют большую молекулярную массу и сложную пространственную конфигурацию, поэтому они окружены водной оболочкой. При определенных условиях (например, в отсутствии электролитов) водная оболочка приобретает четкие границы и отделяет молекулу от окружающего раствора. Молекулы, окруженные водной оболочкой, могут объединяться, образуя многомолекулярные комплексы – коацерваты (сгустки). Капли отделены от окружающей среды резкой границей раздела, но они способны поглощать извне вещества по типу открытых систем. Опарин предположил, что органические вещества сталкивались друг с другом в сравнительно неглубоких местах первичных водоемов, прогреваемых Солнцем. Под действием ультрафиолетовых лучей (их энергии) протекали химические реакции между органическими соединениями. Результатом этих реакций стали коацерваты. Они были способны поглощать из внешней среды различные органические вещества. Это обеспечивало возможность первичного обмена веществ со средой. Естественный отбор способствовал выживанию наиболее устойчивых коацерватных систем (рис. 33).

Рис. 33. Сборка коацерватов

Таким образом по Опарину коацерваты – первичная доклеточная структура. Она была открыта и наделена способностью к первичному метаболизму, хотя и не имела системы для передачи генетической информации. Это были микросистемы.

4. Переход к биологической эволюции. Микросистемы усложнялись за счет естественного отбора и превращались в целостные многомолекулярные системы, фазо - обособленные от среды определенной границей, но сохраняли с ней взаимодействие по типу открытых систем. Только такие системы, черпающие из внешней среды вещества и энергию, могли противостоять нарастающей энтропии и даже способностью к ее уменьшению в процессе своего роста и развития, что является характерным признаком всех живых систем. Коацерватные капли могли себя воспроизводить. Естественный отбор сохранял такие системы, в которых более совершенной была функция обмена веществ. Выживающие в ходе естественного отбора системы имели специфическое строение белков и нуклеоподобных полимеров. Они обусловили появление наследственности. С этого момента началась биологическая эволюция.

Сильная сторона теории Опарина. Доказательство абиогенного синтеза органических веществ в лабораторных условиях.

Слабая сторона теории Опарина. Допущение возможности самовоспроизведения коацерватных структур в отсутствии генетического кода, т.е. молекул ДНК и РНК.

Таким образом, Опарин не смог раскрыть переход от химической эволюции к биологической. В 1928 г. Дж. Холдейн, независимо от Опарина, пришел к сходным выводам. Он высказал предположение, что источником энергии для образования органических соединений на Земле служило ультрафиолетовое излучение Солнца. Аминокислоты, сахара и другие соединения накапливались в первичных океанах до тех пор, пока не приобрели консистенцию «теплого разжиженного бульона». Именно в таком «первичном бульоне», вероятно, и возникла жизнь.

Современная теория возникновения жизни на земле, называемая теорией биопоэза, была сформулирована в 1947 году английским ученым Дж. Берналом.