В чем заключается вклад опарина в развитие представлений о происхождении жизни на земле

Обновлено: 18.04.2024

Вопрос происхождения жизни на планете волнует умы ученых не одну сотню лет, однако единой гипотезы до сих пор нет. В рамках общеобразовательного курса школьникам предстоит познакомиться с теорией Опарина-Холдейна, которая объясняет возникновение живого путем биохимической революции. У данного подхода имеются как плюсы, так и минусы, однако он вполне логичен и позволяет разобраться в ряде важнейших вопросов.

Основные положения

Теория Опарина о происхождении жизни на Земле базируется на ряде важнейших принципов. Жизнь на планете, согласно взглядам отечественного ученого, зарождалась в три этапа. Сначала возникли органические соединения как таковые. Далее произошло образование белков, полисахаридов и липидов, то есть полимерных соединений. Наконец, процесс завершился появлением примитивных, но уже способных к воспроизводству, живых организмов.

Вторая особенность гипотезы — согласно ей, биологической (биогенной) эволюции предшествовала химическая, которая стала основной причиной появления сложных веществ. Сущность процесса:

Положения теории вполне логичны и вытекают одно из другого. Однако важно понимать то, какая проблема не была решена гипотезой Опарина. Дело в том, что пробионты (или проклетки, прообраз современных клеток) по сей день не изучены досконально. Поэтому непонятно, что именно побудило скопление полимеров перейти от нежилого состояния к дыханию, питанию и воспроизводству.

История и эксперименты

Как и любая другая теория происхождения жизни, гипотеза Опарина подвергалась критике оппонентов и формулировалась в течение продолжительного времени. Прежде всего, основные положения академик опубликовал в труде «Происхождение жизни», в котором предположил, что растворенные в жидкости биополимеры под воздействием внешних условий оказываются способными к образованию коацерватов или коацерватных капель.

Они представляют собой средоточие органического вещества, отделенного от внешней среды посредством мембраны и способное поддерживать обмен с нею. Данный процесс представляет собой предшествующую стадию коагуляции — соединения мельчайших частиц воедино.

Именно эти два процесса являются причиной образования из «первичного бульона» (термин введен в научный обиход академиком) аминокислот. А они, в свою очередь, стали основой всего живого.

Интересно, что независимо от Опарина данным вопросом начал заниматься британский биолог Джон Холдейн, также интересовавшийся зарождением жизни на Земле. Однако во взглядах двух исследователей можно отметить разницу: Холдейн полагал, что в «первичном бульоне» образовывались не коацерваты, а макромолекулярные вещества, также способные к воспроизводству. Таким образом, первичными веществами были нуклеиновые кислоты, а не белки.

Последующая разработка

Следующий этап развития теории — опыты и исследования американского химика Стэнли Миллера, который заинтересовался данным вопросом еще в студенческие годы. Ему удалось воссоздать искусственную среду и получить из неживой материи аминокислоты. Суть эксперимента:

Однако эксперимент Миллера до сих пор критикуется представителями научного мира и не признается доказательством достоверности гипотезы Опарина и Холдейна.

Еще один виток в развитии теории — книга «Эгоистичный ген», изданная Ричардом Докинзом, британским исследователем-биологом, в 1979 году. Здесь ученый предположил, что изначально в первичном бульоне самообразовались способные к воспроизводству молекулы, которые постепенно заполнили океан.

Отличия взглядов и вклад в науку

Рассмотрев основные положения теории Опарина, можно отметить, что они с Холдейном дошли до сходных идей вне зависимости друг от друга. Однако в гипотезах двух ученых имеются и некоторые различия. Основное из них — разное представление о том, какие именно изначальные элементы стали источниками зарождения жизни. Согласно взглядам Опарина, это были белки, Холдейн же полагал, что основную роль сыграли нуклеиновые кислоты.

Другое различие:

Вклад Опарина в биологию считается весомым, кратко можно отметить следующие положения. Прежде всего — это серьезная и обоснованная концепция зарождения жизни из «первичного бульона». Кроме того, ученый, действуя в непростых условиях российской действительности 20−30 годов прошлого века, изучал развитие жизни.

Суть теории

Кратко можно сформулировать основные постулаты гипотезы двух авторов: живые организмы появились на планете из неживой материи, однако для этого процесса необходимы были условия, царившие на Земле миллиарды лет назад. Сейчас представляется невозможным полностью воссоздать эту картину, ведь то, что творилось в атмосфере столь глубокой древности, может быть высказано лишь на уровне предположений.

Особенности атмосферы тех лет:

Кроме того, гипотеза подразумевает и нахождение в атмосфере неорганических веществ, которые стали предшественниками органических соединений.

Согласно теории, можно выделить 5 этапов становления и развития жизни на планете, которые в наглядной форме представлены в таблице.

Этап	Основные события
Первый — 6,5−3,5 млрд лет назад	Образовалась первичная атмосфера, включающая аммиак, метан, водород, пары воды, углекислый газ и окись углерода.
Второй	Поверхность планеты охлаждается до температуры +100°C, происходит образование первичного океана за счет конденсации водяного пара. В воде растворяются газы и минеральные вещества. Все это сопровождается сильнейшими грозами. Удары молний и ультрафиолетовые радиации становятся причиной синтеза аминокислот, сахаров, азотистых соединений — простых органических образований.
Третий	Формирование белков простейшей структуры. Коацерватов, жиров.
Четвертый — 3,5−3 миллиарда лет назад	Появление протобионтов, способных к обмену веществ и самовоспроизведению.
Пятый — 3 миллиарда лет назад	Появление организмов с клеточным строением (прокариот-бактерий)

Идея о составе первичной атмосферы планеты основана на данных других наук, а также анализе оболочек иных планет Солнечной системы. Кроме того, доказательства второй и третьей стадии удалось получить в ходе многочисленных экспериментов по синтезированию жизни.

Развитие и доказательства

Теории происхождения жизни на планете принято подразделять на две большие группы: биогенез — все живое произошло от живого и абиогенез — живая материя образовалась из неживой. Гипотеза Опарина-Холдейна относится ко второму классу. В настоящее время современные исследования позволили несколько видоизменить и дополнить ее.

Сейчас большая часть исследователей полагает, что сначала у организмов возникла способность к самовоспроизведению, а лишь потом — к обмену веществ. Именно самовоспроизведение является основой передачи полезных качеств представителям нового поколения, то есть важнейшим составляющим эволюции в целом и естественного отбора в частности.

Выделяют также и дополнительные источники энергии, под воздействием которого сформировались первые живые организмы. Кроме разрядов молний и УФ-лучей, к ним относят:

естественную радиоактивность;
вулканические извержения;
солнечный ветер.

Все это помогло образованию химических связей. Изменились и представления ученых о составе атмосферы раннего периода, поскольку появились новые объективные данные. В частности, удалось установить, что концентрация углекислого газа была гораздо меньшей, чем полагали авторы гипотезы. Атмосфера планеты очень напоминала ту, которая сейчас наблюдается у Марса и Венеры: состояла в основном из углекислого газа и азота, другие же газы содержались в ней в весьма малой концентрации. Новые данные заставили повторить эксперимент Миллера, однако в его системе указанные вещества не повлекли за собой появления органики.

Сейчас теория о первоисточнике жизни, который автор решил назвать «первичным бульоном», считается устаревшей. На смену ей пришли гипотеза «первичной пиццы» (в соответствии с которой живые организмы появились на минеральных подложках при периодическом высыхании последних) и «первичного майонеза» (выдвинуть ее решил Гарольд Моровиц, суть: клеточные мембраны, а точнее, их примитивные аналоги, существовали до того, как появилась способность к самовоспроизводству).

Кроме того, удалось выявить определенные свойства «первичного бульона», которые делают его неподходящей средой для зарождения жизни:

Несмотря на выявленные современными исследователями недостатки, гипотеза Опарина и Холдейна стала важнейшим шагом в изучении особенностей появления первых живых организмов на планете. Ученым удалось создать четкую концепцию, которая в дальнейшем стала основой для множества теорий аборигенного зарождения жизни, их отправной точкой.

В 1924 году вышла в свет книга «Происхождение жизни» советского ученого А. И. Опарина, где он экспериментально доказал, что органические вещества могут образовываться абиогенным путем при действии электрических зарядов, тепловой энергии, ультрафиолетовых лучей на газовые смеси, содержащие пары воды, аммиака, метана и др. Под влиянием различных факторов природы эволюция углеводородов привела к образованию аминокислот, нуклеидов и их полимеров, которые по мере увеличения концентрации органических веществ в первичном бульоне гидросферы способствовали образованию коллоидных систем, так называемых коацерватов, которые, выделяясь из окружающей среды и имея неодинаковую внутреннюю структуру, по-разному реагировали на внешнюю среду. Превращению углеродистых соединений в химический период эволюции способствовала атмосфера с ее восстановительными свойствами, которая потом стала приобретать окислительные свойства, что свойственно атмосфере и в настоящее время .

Гипотеза Опарина способствовала конкретному изучению происхождения простейших форм жизни. Она положила начало физико-химическому моделированию процессов образования молекул аминокислот, нуклеиновых оснований, углеводородов в условиях предполагаемой первичной атмосферы Земли.

ОПИСАНИЕ ОПЫТА МИЛЛЕРА

Собранный аппарат представлял собой две колбы, соединённые стеклянными трубками в цикл. Заполнявший систему газ представлял собой смесь из метана (CH₄), аммиака (NH₃), водорода (H₂) и монооксида углерода (CO). Одна колба была наполовину заполнена водой, которая при нагревании испарялась и водные пары попадали в верхнюю колбу, куда с помощью электродов подавались электрические разряды, имитирующие разряды молний на ранней Земле. По охлаждаемой трубке конденсировавшийся пар возвращался в нижнюю колбу, обеспечивая постоянную циркуляцию.

После одной недели непрерывного цикла Миллер и Юри обнаружили, что 10—15 % углерода перешло в органическую форму. Около 2 % углерода оказались в виде аминокислот, причём глицин оказался наиболее распространённой из них. Были также обнаружены сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот. Эксперимент повторялся несколько раз в 1953—1954 годах. Миллер использовал два варианта аппарата, один из которых, т. н. «вулканический», имел определённое сужение в трубке, что приводило к ускоренному потоку водных паров через разрядную колбу, что, по его мнению, лучше имитировало вулканическую активность. Интересно, что повторный анализ проб Миллера, проведённый через 50 лет профессором и его бывшим сотрудником Джеффри Бейдом (англ. Jeffrey L. Bada ) с использованием современных методов исследования, обнаружил в пробах из «вулканического» аппарата 22 аминокислоты, то есть гораздо больше, чем считалось ранее.

Миллер и Юри основывались в своих экспериментах на представлениях 1950-х годов о возможном составе земной атмосферы. После их экспериментов многие исследователи проводили подобные опыты в различных модификациях. Было показано, что даже небольшие изменения условий процесса и состава газовой смеси (например, добавления азота или кислорода) могли привести к очень существенным изменениям как образующихся органических молекул, так и эффективности самого процесса их синтеза. В настоящее время вопрос о возможном составе первичной земной атмосферы остаётся открытым. Однако, считается, что высокая вулканическая активность того времени способствовала выбросу также таких компонентов как диоксид углерода (CO₂), азот, сероводород (H₂S), двуокись серы (SO₂).

Предполагается, что Солнце и планеты Солнечной системы возникли из облака космической пыли. Возраст Земли составляет более 5 млрд лет. Сначала температура Земли была очень высокой, по мере ее остывания тяжелые вещества оседали к центру и образовывали ядро планеты, а более легкие — ее оболочку. Постепенно газы, вовлеченные во внутренние слои планеты, начали выделяться, и благодаря им образовалась земная атмосфера. В ее состав входили метан (СН4), аммиак (NH3), углекислый газ (С02), водород (Н2), вода (Н20). Когда температура поверхности планеты стала ниже 100 С, из водяных паров атмосферы образовались первичные моря и океаны.
Постоянные ливни и сильнейшие грозовые разряды сотрясали первичную атмосферу планеты. В этих условиях, по мнению А. И. Опарина, под действием мощных электрических разрядов, а также ультрафиолетового излучения (кислород в атмосфере отсутствовал, и, следовательно, не было защитного озонового экрана) и высокой радиации могли возникать органические соединения, которые накапливались в океане, образуя «первичный бульон».
В 1953 г. это предположение А. И. Опарина было экспериментально подтверждено опытами американского ученого С. Миллера. В созданной им установке (рис. 85) были смоделированы условия, предположительно существовавшие в первичной атмосфере Земли. В результате опытов были получены аминокислоты. Сходные опыты многократно повторялись в различных лабораториях и позволили доказать принципиальную возможность синтеза в таких условиях практически всех мономеров основных биополимеров. В дальнейшем было установлено, что при определенных условиях из мономеров возможен синтез более сложных органических биополимеров: полипептидов, полинуклеотидов, полисахаридов и липидов.
Следующим этапом, по мнению А. И. Опарина, было образование многомолекулярных комплексов — коацерватов. Известно, что в концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов при определенных условиях могут образовываться сгустки, называемые коацерватны-ми каплями, или коацерватами (рис. 86). Коацерваты могут расти за счет синтеза новых соединений, происходящего с участием химических веществ, поступающих в них из раствора.
Коацерваты — это еще не живые существа. У них проявляются лишь некоторые признаки, характерные для живых организмов, — рост и обмен веществ с окружающей средой.
А. И. Опарин полагал, что решающая роль в превращениях неживого в живое принадлежит белкам. Белковые коацерваты он рассматривал как пробионты — предшественники живого организма. В коацерватные капли из внешней среды поступали ионы металлов, выступавшие в качестве первых катализаторов. Из огромного количества химических соединений, присутствовавших в «первичном бульоне», отбирались наиболее эффективные в каталитическом отношении комбинации молекул, что в конечном счете привело к появлению ферментов.
На границе между коацерватами и внешней средой выстраивались молекулы липидов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны.
Предполагается, что на определенном этапе белковые пробионты включили в себя нуклеиновые кислоты, создав единые комплексы.
Взаимодействие белков и нуклеиновых кислот привело к возникновению таких свойств живого, как самовоспроизведение, сохранение наследственной информации и ее передача последующим поколениям.
Пробионты, у которых обмен веществ сочетался со способностью к самовоспроизведению, можно уже рассматривать как примитивные проклетки, дальнейшее развитие которых происходило по законам эволюции живой материи. Дж. Холдейн также выдвинул гипотезу абиогенного происхождения жизни. Согласно его взглядам, впервые изложенным в 1929 г., первичной была не коацерватная система, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству. Другими словами, А. И. Опарин отдавал первенство белкам, а Дж. Холдейн — нуклеиновым кислотам.
Гипотеза Опарина — Холдейна завоевала много сторонников, так как возможность абиогенного синтеза органических биополимеров получила экспериментальное подтверждение.
Однако она имеет и слабую сторону, на которую указывают ее оппоненты. В рамках данной гипотезы не удается объяснить главную проблему: как произошел качественный скачок от неживого к живому.

Основные положения

На формирование сложных соединений оказала влияние атмосфера Земли, лишенная кислорода, а также разряды молний и УФ-лучи солнца.
Органические вещества стали основой появления биополимеров, которые, в свою очередь, использовались для образования примитивных форм жизни (пробионтов).
Когда в пробионтах появились нуклеиновые кислоты, они получили возможность передавать наследственную информацию и усложняться в следующих поколениях.
Результат естественного отбора — выжить смогли лишь те организмы, которые оказались способными к воспроизводству.

История и эксперименты

Именно эти два процесса являются причиной образования из «первичного бульона» (термин введен в научный обиход академиком) аминокислот. А они, в свою очередь, стали основой всего живого.

Последующая разработка

В колбах, связанных между собой, были имитированы условия планеты.
Колбы заполнили аммиаком, водородом и монооксидом углерода — смесью газов, которые составляли атмосферу Земли раннего периода.
Часть системы составляла кипящая вода, пары при этом подвергались воздействию имитирующих молнию разрядов электричества.
После охлаждения пар накапливался в нижней трубке в виде конденсата.
Через неделю непрерывного процесса в колбе удалось обнаружить сахара, липиды и аминокислоты.

Однако эксперимент Миллера до сих пор критикуется представителями научного мира и не признается доказательством достоверности гипотезы Опарина и Холдейна.

Отличия взглядов и вклад в науку

Другое различие:

Русский исследователь — создатель теории — был убежден, что самозарождение жизни из неживой материи, то есть аборигенное, было возможным исключительно в условиях древнейшей атмосферы.
Холдейн считал, что первичной была макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству, а не коацерватная система.

Суть теории

Особенности атмосферы тех лет:

Отсутствие кислорода (сейчас его образуют зеленые растения, которые в тот период, конечно, не существовали).
Определенный температурный режим — очень жарко.
Наличие источников энергии.
Обязательное наличие воды.

Кроме того, гипотеза подразумевает и нахождение в атмосфере неорганических веществ, которые стали предшественниками органических соединений.

Этап	Основные события
Первый — 6,5−3,5 млрд лет назад	Образовалась первичная атмосфера, включающая аммиак, метан, водород, пары воды, углекислый газ и окись углерода.
Второй	Поверхность планеты охлаждается до температуры +100°C, происходит образование первичного океана за счет конденсации водяного пара. В воде растворяются газы и минеральные вещества. Все это сопровождается сильнейшими грозами. Удары молний и ультрафиолетовые радиации становятся причиной синтеза аминокислот, сахаров, азотистых соединений — простых органических образований.
Третий	Формирование белков простейшей структуры. Коацерватов, жиров.
Четвертый — 3,5−3 миллиарда лет назад	Появление протобионтов, способных к обмену веществ и самовоспроизведению.
Пятый — 3 миллиарда лет назад	Появление организмов с клеточным строением (прокариот-бактерий)

Развитие и доказательства

естественную радиоактивность;
вулканические извержения;
солнечный ветер.

В водной среде белки обладают неустойчивостью, поэтому велик риск их распада. На безжизненной планете для образования соединений аминокислот требовалось избавление от воды, с этой целью можно было использовать лагуны, заливы, а также вулканические районы.
«Первичный бульон» лишен границ, вот почему, несмотря на наличие мембран, первичные аминокислоты «растекались», передавая свои клетки соседним, что делало процесс самовоспроизводства невозможным.

Несмотря на выявленные современными исследователями недостатки, гипотеза Опарина и Холдейна стала важнейшим шагом в изучении особенностей появления первых живых организмов на планете. Ученым удалось создать четкую концепцию, которая в дальнейшем стала основой для множества теорий аборигенного зарождения жизни, их отправной точкой.

Вопрос возникновения жизни на Земле волнует человечество уже многие тысячелетия. Проблема происхождения жизни - одна из первостепенных проблем в современном естествознании. Наша Земля как планета Солнечной системы сформировалась примерно 4,6 млрд лет назад. Уже через полмиллиарда после формирования на ее поверхности появились первые живые организмы. Но как это произошло? Какие условия должны привели к возникновению такого уникального феномена, как жизнь? На эти и многие другие вопросы на протяжении всей истории человечества многие ученые и философы пытаются дать ответ.

Основные теории зарождения жизни
Теория самозарождения
Теория стационарного состояния
Теория панспермии
Теория креационизма
Теория биохимической эволюции

Основные теории зарождения жизни

Концепция самозарождения
Концепция стационарного состояния
Концепция панспермии
Концепция креационизма
Концепция биохимической эволюции

Теория самозарождения

Еще в древности появились первые гипотезы о происхождении жизни. Жители древних стран востока верили в теорию самопроизвольного зарождения жизни. Они не сомневались, что жизнь способна появляться почти из ничего, сама по себе. Согласно этой теории, многочисленные животные, такие как черви, жабы, змеи, рождаются из глины и воды под воздействием тепла и солнечного света, которым приписывались божественные, волшебные силы.

Рис. 1. Основные теории зарождения жизни Философы Древнего Рима и Древней Греции, в отличие от их восточных коллег, не видели в самопроизвольном зарождении жизни никакого теологического подтекста. Наоборот, в своих теориях они старались объяснить феномен жизни, применяя материалистический или идеалистический подход. Одна из гипотез гласила, что взаимодействие стихий рождает жизнь: из влажной земли и огня появляются животные.

Важно! Приверженцем этой теории был Ван-Гельмонт, ученый из Голландии. В XVII веке в научной работе описал свой эксперимент, по результатам которого он “получил” несколько мышей в закрытом шкафу, куда положил рубашку и немного зерна.

Опровержение теории предоставил Франческо Реди. В 1688 году он доказал, что личинки мух не способны появиться на гниющем мясе сами. Эксперимент был прост: он положил в два горшочка одинаковые куски мяса. Один сосуд он накрыл тонким куском ткани, другой - остался открытым. Спустя несколько недель в открытом сосуде было множество личинок, а в закрытом - ни одной. Ученый сделал вывод, что мухи откладывают в мясо свои яйца, а значит - насекомые не самозарождаются.

Теория стационарного состояния

Земля и вся Вселенная вечны и существуют в неизменяемом виде;
Изменения в природе незначительны и не имеют существенного влияния на живые организмы;
Для всех видов есть два возможных пути - они либо вымирают, либо изменяют свою численность.

Важно! Эта теория отрицает положения теории Большого Взрыва и эволюционной теории. В современных условиях этернизм стоит рассматривать скорее как философское учение.

Известный российский ученый, автор учения о биосфере, академик В. И. Вернадский придерживался теории этернизма. Вернадский говорил что “. жизнь вечна, потому что вечный Космос”.

Теория панспермии

Теория панспермии - это теория о внеземном происхождении жизни. Впервые эту идею высказал греческий философ Анаксагор (V в до н. э.). А в 1865 году Х. Рихтер - ученый, родом из Германии, возродил ее. Он выдвинул предположение, что на Землю жизнь в виде зародышей простейших микроорганизмов занесли многочисленные метеориты и космическая пыль с планеты, где на тот момент уже имелась жизнь. Сторонники теории утверждают, что условия первобытной Земли были благоприятны для развития этих микроорганизмов, и они дали начало всему разнообразию жизни. Приверженцы теории панспермии стремятся научно доказать возможность переноса жизни с планеты на планету, ведь при путешествии через космическое пространство спора бактерии столкнется со множеством испытаний. Опасность будут составлять и холод межпланетного пространства (-220 ° С), и сильнейшее ультрафиолетовое излучение. Также не стоит забывать об атмосфере планеты, проходя через которую на большой скорости, любое тело благодаря силе трения загорится.

Рис. 2. Зарождение жизни в потоках энергии и химических веществ по Опарину - Холдейну Конечно, эти доводы не опровергают теорию полностью. В 60-х годах прошлого века популярность теории панспермии резко возросла, благодаря обнаружению на метеоритах и поверхности комет сложных органических соединений и воды. Теория панспермии не является полноценной теорией возникновения жизни, поскольку она не объясняет сам феномен зарождения жизни, просто перенеся проблему с нашей планеты в огромный космос.

Теория креационизма

Теория креационизма или божественного творения имеет очень длинную и богатую историю. Все религиозные учения мира по-своему объясняют происхождение жизни, но все они говорят о неком божественном замысле и о божественном происхождении Вселенной в целом и жизни на Земле в частности.

Христианский креационизм является наиболее развитым, в его основу положены библейские тексты. Согласно этой теории, зарождение жизни произошло в результате разумного акта творения высшим существом. В зависимости от метода трактовки Библии, сторонники теории делятся на разные течения.

Важно! Кроме Библии, есть и другие священные книги мировых религий, в каждой из которых тоже есть сведения о возникновении мира.

Например, буквалистские креационисты утверждают, что мир был создан за 6 дней около 6 000 лет назад, как это и описано в Библии. Сторонники метафорического креационизма считают, что написанное в Библии не стоит понимать буквально. По этой версии, один “день творения” мог длиться тысячи лет. Также в рамках концепции креационизма существует теистический эволюционизм, признающий эволюционную теорию. Однако его сторонники считают, что эволюция - ни что иное, как орудие в руках творца.

Важно! В соответствии с современными представлениями о науке, креационизм рассматривают только как философско-методологическую концепцию, поскольку теория возникла в рамках религиозного мировоззрения. Многие противники теории говорят о нецелесообразности преподавания креационизма в школе из-за ее антинаучности.

Теория биохимической эволюции

Синтез органических соединений из неорганической материи в аэробных условиях первобытного океана.
Формирование из органических веществ биополимеров, углеводородов и липидов в водоемах планеты.
Самоорганизация и развитие органических веществ в сложные структуры, на основе которых возникают механизмы обмена веществ и самовоспроизводства. Все это в конечном итоге привело к образованию живой клетки.

Рис. 3. Этапы возникновения жизни на планете по Опарину Атмосфера молодой Земли была бедна кислородом, так как гравитация планеты была еще не способна удерживать легкие газы. Опарин считал, что только в анаэробных условиях могли появиться первые органические вещества, потому что влияние кислорода было бы разрушительным для зарождающейся жизни. Протекание химических реакций стало возможным под действием электрических разрядов молний, высоких температур и мощного ультрафиолетового излучения, от которого первобытная атмосфера планеты еще не защищала.

Важно! В 1953 г. американский ученый Стэнли Ллойд Миллер воспроизвел условия молодой Земли в своей лаборатории. Смесь из воды, аммиака, метана и водорода он подвергал мощным электрическим разрядам. Спустя некоторое время ученому удалось таким образом синтезировать аминокислоты, сахара и даже простые белки. Этот опыт доказал, что органические соединения образуются не только в результате биогенеза, но и посредством абиогенного синтеза.

Белки имеют способность притягивать к себе воду, которая образует вокруг них оболочку. Опарин предположил, что во время второго этапа на основе таких белков происходило формирование многочисленных сложных структур - коацерватов - предбиологических систем. Коацерваты, отделенные от среды, избирательно обменивались с ней веществами, а также накапливали некоторые соединения. Многочисленные вещества, входящие в состав этих сложных структур, взаимодействовали между собой и ионами металлов. Это дало начало появлению ферментов. На границе между коацерватом и средой собирались жиры (липиды), которые играли роль примитивной клеточной мембраны и обеспечивали стабильность. Предполагается, что на третьем этапе из массы коацерватных капель остались лишь самые устойчивые. Они уже имели способность поглощать вещества из среды, таким образом появился механизм обмена веществ, который является одним из важнейших свойств жизни. Согласно теории Опарина, такая коацерватная капля по мере роста и накопления массы могла распадаться на две дочерние, которые были идентичны ей, то есть приобрела способность к самовоспроизведению. На этом этапе коацерваты уже стоит рассматривать как первые простейшие организмы.

Важно! В теории Опарина существует много “белых” пятен. Эта гипотеза не дает в полной мере ответ на вопрос о зарождении жизни, но именно гипотеза биохимической эволюции является наиболее перспективной в плане дальнейших исследований.

В 1 924 г . А . И . Опарин о публиковал о сновные положен ия своей г ипотезы п роисхождения ж изни н а З емле. О н и сходил и з того, ч то в с овременных у словиях возник новение ж ивых с уществ и з н еживой п рироды невозмож ll0. Абиогенное (т. е . б ез у частия ж ивых о рганизмов) возн икновение ж ивой м атерии возможно б ыло т олько в усл овиях д ревней а тмосферы и о тсутствия живых организм ов.

Постоянные л ивни и с ильнейшие г розовые р азряды сот рясали первичную а тмосферу п ланеты. В э тих у словиях, п о м нению А . И . Опарина, п од д ействием м ощных электрич еских р азрядов, а т акже ультрафиолетового и злучения ( кислород в а тмосфере о тсутствовал, и, с ледовательно, н е б ыло з ащитного о зонового э крана) и в ысокой радиации могл и в озникать о рганические с оединения, к оторые накапли-
в ались в о кеане, о бразуя « первичный б ульон».

В 1 953 г . э то п редположение А . И . О парина б ыло экспер иментально п одтверждено о пытами а мериканского ученого С. М иллера. В с озданной и м у становке б ыли смод елированы у словия, п редположительно с уществовавшие в первичной а тмосфере З емли. В р езультате о пытов б ыли пол учены аминокислоты. С ходные о пыты м ногократно повтор ялись в различных л абораториях и п озволили д оказать п ринципиальную возможность с интеза в т аких у словиях
п рактически в сех мономеров основных биополимеров.

В д альнейшем б ыло у становлено, ч то п ри о пределенных усл овиях из мономеров в озможен с интез б олее с ложных орган ических биополимеров: полипептидов, полинуклеотидов, полисахаридов и липидов.

Следующим э тапом, п о м нению А . И . О парина, б ыло обр азование многомолекулярных к омплексов — коацерватов.

Известно, ч то в к онцентрированных р астворах б елков, нукл еиновых к ислот, полисахаридов п ри о пределенных условия х могут образовываться с густки, н азываемые коацерватным и каплями, и ли коацерватами. Коацерваты могут расти з а с чет с интеза н овых соединений, п роисходящего с у частием х имических в еществ, поступающих в н их и з раст вора.

Коацерваты — э то е ще н е ж ивые с ущества. У н их проя вляются лишь н екоторые п ризнаки, х арактерные д ля жив ых о рганизмов, — рост и о бмен в еществ с о кружающей с редой.

А. И . Опарин п олагал, ч то р ешающая р оль в превращения х н еживого в ж ивое п ринадлежит б елкам. Белковые коа церваты о н р ассматривал к ак пробионты — предшественн ики ж ивого о рганизма. В к ооцерватные капли и з в нешней с реды п оступали и оны м еталлов, в ыступавшие в качестве п ервых к атализаторов. И з о громного к оличества химичес ких с оединений, п рисутствовавших в « первичном бульон е», о тбирались н аиболее э ффективные в каталитическом о тношении к омбинации м олекул, ч то в к онечном с чете прив ело к появлению ф ерментов.

На г ранице м ежду коацерватами и в нешней с редой выс траивались м олекулы липидов, ч то п риводило к образован ию примитивной к леточной м ембраны.

Предполагается, ч то н а о пределенном э тапе б елковые проб ионты в ключили в с ебя нуклеиновые к ислоты, с оздав един ые комплексы.

Взаимодействие б елков и н уклеиновых к ислот п ривело к возникновению т аких с войств ж ивого, к ак самовоспроизв едению, сохранение н аследственной и нформации и е е перед ача последующим п околениям.

Пробионты, у к оторых о бмен в еществ с очетался с о спос обностью к с амовоспроизведению, м ожно у же рассматрив ать как п римитивные проклетки, д альнейшее р азвитие к оторых происходило п о з аконам э волюции ж ивой материи.

первичной б ыла н е коацерватная сист ема, способная к о бмену в еществ с о кружающей с редой, а макромолекулярная с истема, с пособная к самовоспрои зводства. Другими с ловами, А . И . Опарин о тдавал перв енство б елкам, а Д ж. Холдеин — н уклеиновым кислот ам.

Гипотеза О парина — Холдейна з авоевала м ного сторонн иков, так к ак в озможность абиогенного с интеза органичес ких биополимеров п олучила э кспериментальное подтвержд ение.

Однако о на и меет и с лабую с торону, н а к оторую указываю т е е оппоненты. В р амках д анной г ипотезы н е у дается объя снить главную п роблему: к ак п роизошел к ачественный с качок о т неживого к ж ивому.

Коацерватъи. Пробионты.

П ер ечи слите о сновные п оложения гипотезы А. И . Опарина.
К акие э кспериментальные доказательства можно п ривести в п ользу д анной гипотезы?
В ч ем о тличия г ипотезы А . И . О парина о т ги потезы Д ж. Холдейна?
К акие д оводы п риводят о ппоненты, критикуя гипотезу А . И . Опарина?

Дж. Холдеин т акже в ыдвинул г ипотезу абиогенного п ои схож дения ж изни. С огласно е го в зглядам, в первые изо го прол оженным в 1 929 г .,

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: