3. Исторический обзор основных концепций возникновения жизни на Земле.

За всю историю человечества было выдвинуто множество гипотез о возникновении жизни на Земле, которые можно подразделить на 4 основные направления.

• Жизнь была создана неким творцом – креационизм (от лат creatio). Этот взгляд относится к сфере религии, т.е. веры, и не имеет отношения к области знаний, тем более естественнонаучных.

• Жизнь возникла самопроизвольно из неживого вещества. Опыты уже в ХVIII . показали, что «все живое – из живого» (Франческо Реди). Интересно, что современные взгляды на рассматриваемую проблему, в сущности, можно сформулировать аналогично, хотя содержание в корне иное.

• Жизнь была занесена на Землю из Космоса – теория панспермии. Это одна из наиболее обоснованных гипотез, и ее придерживаются многие авторитетные ученые. При изучении вещества комет и метеоритов действительно были обнаружены многие органические соединения: синильная кислота, формальдегиды, предшественники аминокислот, а также вода. Недавно в спектре далекой галактики обнаружены линии, соответствующие спирту, а 7 августа 1996 г. на пресс-конференции НАСА было объявлено о нахождении следов микроорганизмов на метеорите предположительно марсианского происхождения. Тем не менее гипотеза панспермии не объясняет причины и механизмы возникновения жизни, а лишь переносит проблему с Земли в Космос.

• В настоящее время наиболее аргументированной и практически общепринятой является концепция биохимической эволюции ак.А.И.Опарина. В соответствии с ней появлению жизни предшествовал длительный период химической эволюции. Живое возникло из неживого (абиогенез).

Исследование самых древних горных пород показали, что первоначальная атмосфера Земли была восстановительной, т.е. не содержала кислород, а состояла из водяных паров, углекислого газа, аммиака и метана. Особую роль играл углерод: он способен создавать разнообразные структуры (десятки миллионов), которые активны при невысокой температуре. Соединения углерода с H, O, N, S, F и т.п. обладают высокими каталитическими свойствами. Многие углеродные соединения хорошо растворимы в воде.

1 этап – вулканическая деятельность привела к появлению на поверхности Земли карбидов (соединений углерода и металлов).

2 этап начался после перехода воды из пара в жидкое состояние и образования Мирового океана после того, как Земля остыла до 100^оС. В водной среде возникли белковые и нуклеиновые вещества, что может произойти при определенных условиях. Действительно, озоновый слой атмосферы тогда не существовал, и Земля получала большое количество энергии от Солнца, в том числе в УФ части спектра. В такой открытой системе с постоянным притоком энергии и возникли, по-видимому, первые органические молекулы.

В 1953 г. Миллер провел серию опытов, в которых промоделировал первичную атмосферу Земли и под действием искрового разряда (а затем нагревания, -лучей, УФ-излучения) из смеси аммиака, метана и воды получил ряд аминокислот, аденин, глицин, жирные кислоты, глутаминовую кислоту, простые сахара. Затем были синтезированы простые нуклеиновые кислоты. (Однако синтезированные молекулы имели и правую, и левую асимметрию, а природные – только левую).

Попадание в воду предохраняло образовавшиеся вещества от обратного распада. Так возник «первичный бульон», в котором осуществлялся дальнейший процесс синтеза сложных органических молекул. Они объединялись в коацерватные капли, которые обладали уже рядом свойств, присущих живому: поглощали вещества из окружающей среды, увеличивались в размерах, взаимодействовали друг с другом и делились на части. Однако коацерваты не были способны к саморегуляции и самовоспроизводству, и их еще нельзя считать живыми организмами.

3 этап представляет собой основную тайну возникновения жизни. Каким образом коацерватные капли «научились» воспроизводить свои признаки в потомстве, т.е. как образовалась сложнейшая молекула ДНК? На сегодняшний день среди ученых нет единого мнения на этот счет. Можно лишь указать на общую идею о том, как это могло произойти: в соответствии с представлениями синергетики, в условиях сильной неравновесности, постоянно получая энергию извне, случайным образом могла возникнуть новая структура. Однако резонно возражение противников этой теории о том, что вероятность возникновения столь сложной структуры, как ДНК, исчезающе мала.

Еще одна любопытная версия состоит в том, что молекулы РНК («одномерный ген») сначала сформировались, как на матрицах, на особых кристаллических глинах (каолинитах), имеющих нитчатую кристаллическую структуру, или же сами такие глины послужили первыми носителями наследственности (модель генетического захвата, Кери-Смит, США, 1985). Действительно, кристаллы способны к самосборке, они достраиваются, присоединяя к своей структуре соответствующие атомы, молекулы или ионы. Возможны и «мутации» – случайные нарушения кристаллической структуры, которые в кристаллофизике носят название дислокаций.

Таким образом, РНК-подобный полимер мог формироваться на «остове» из кристаллической глины и при этом как бы «считывал» информацию с краев одномерных глиняных генов.

Еще одна концепция принадлежит Эйгену, который представлял себе возникновение жизни как автокаталитическую реакцию – гиперцикл. Нуклеиновые кислоты являются носителями наследственной информации, а протеины (белки) - катализаторами. Нуклеиновые кислоты воспроизводят себя и передают информацию протеинам. Возникает замкнутая цепь – гиперцикл, в котором химические процессы самоускоряются за счет катализа. Продукт реакции – одновременно и катализатор, и исходный реагент.

В любом случае, все интерпретации этой темы основаны на методах моделирования. Полностью воспроизвести условия, существовавшие на Земле на этапе возникновения жизни, невозможно, и любые предположения не могут быть проверены в адекватном эксперименте.