|
Отрицание
возможности самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям
о принципиальной возможности развития органической природы и жизни в прошлом
из неорганической матерки. Известно, что на определенной стадии развития
материи жизнь может возникнуть как результат естественных процессов,
совершающихся в самой материи.
Элементарные
химические процессы на начальных этапах возникновения и развития жизни могли
происходить не только на Земле, но и в других частях Вселенной и в различное
время. Поэтому не исключается возможность занесения жизни на Землю из
Космоса. Однако в изученной пока человеком части Вселенной только на Земле
они привели к формированию и расцвету жизни.
Предпосылки
и этапы возникновения жизни
По
современным данным Земля образовалась 4,0 – 4,5 млрд лет назад. 100–600
млн лет понадобилось для ее остывания, образования коры, океанов, первичной
атмосферы. Данные радиохимического анализа (по времени распада радиоактивных
элементов) и палеомагнитологии совпадают и свидетельствуют, что возраст
земной коры составляет около 3,9 млрд лет. По-видимому, жизнь на Земле
возникла около 3,8 млрд лет назад.
Признаки
деятельности живых организмов обнаружены многократно в докембрийских породах,
рассеянных по всему земному шару. В Южной Африке (местечко Фиг-Три)
обнаружены породы со следами деятельности микроорганизмов, возраст которых
более 3,5 млрд лет.
Процессы,
предшествовавшие возникновению жизни на Земле, несомненно, совершались на
основе тех же физических и химических законов, которые действуют на Земле и
ныне. Этот естественнонаучный принцип актуализма позволяет утверждать, что
происхождение жизни связано с последовательным протеканием химических реакций
на поверхности первичной планеты. Физические и химические свойства воды
(высокий дипольный момент, вязкость, теплоемкость и т.д.) и углерода
(способность к восстановлению и образованию линейных соединений) определили
то, что именно они оказались у колыбели жизни. Химические и физические
свойства различных атомов и молекул делали обязательными взаимодействия между
ними. Процессы возникновения жизни путем химических преобразований молекул не
имели единичного и неповторяемого характера, а могли протекать в неодинаковых
условиях на разных участках поверхности Земли. Какими же могли быть основные
этапы химической эволюции жизни?
Химическая эволюция живого. Из
водорода, азота и углерода при наличии свободной энергии на Земле должны были
возникать сначала простые молекулы: аммиак, метан и подобные соединения. И
дальнейшем эти несложные молекулы в первичном океане могли вступать в новые
связи между собой и с другими веществами.
С особым успехом, видимо, протекали
процессы роста молекул при наличии группы –N=C=N–. Эта группа таит в
себе большие химические возможности к росту как за счет присоединения к атому
углерода атома кислорода, так и путем реагирования с азотистым основанием.
С определенного этапа химической эволюции
участие кислорода в этом процессе стало необходимым. В атмосфере Земли
кислород мог накапливаться в результате разложения воды и водяного пара под действием ультрафиолетовых лучей Солнца. Для
превращения восстановленной атмосферы первичной Земли в окисленную
потребовалось не меньше 1–1,2 млрд лет (рис. 5.1). С накоплением в атмосфере
кислорода восстановленные соединения должны были окисляться, а именно: NH3–до
NO3, CH4 – до CO2, H2S –
до SO3. В ряде случаев при окислении CH4 могли
образоваться метиловый спирт, формальдегид, муравьиная кислота и т.д.,
котopые вместе с дождевой водой попадали в первичный океан. Эти вещества,
вступая в реакции с аммиаком и цианистым водородом, могли дать начало
аминокислотам и соединениям типа аденина.
В ходе таких и аналогичных им реакций воды
первичного океана насыщались разнообразными веществами, образуя первичный
бульон.
Возможность синтеза аминокислот и других
низкомолекулярных органических соединений из неорганических элементов и
соединений доказана экспериментально. Так, пропуская электрические разряды
или ультрафиолетовое излучение через смесь газов метана и аммиака, при
наличии водяного пара удастся получать такие сравнительно сложные соединения,
как глицин, аланин, аспарагиновая кислота, γ-аминомасляная, янтарная и
молочная кислоты и другие низкомолекулярные органические соединения всех
четырех основных классов: аминокислоты, нуклеотиды, сахара и жирные кислоты.
Возможность такого синтеза была доказана в многочисленных экспериментах с
использованием других соотношений исходных газов и видов источника энергии.
Эксперименты в этом направлении оказались
перспективными и для выяснения происхождения других веществ. Осуществлен
синтез аденина, гуанина, аденозина, аденозинмонофосфата, аденозиндифосфата и
аденозинтрифосфата. Путем реакции полимеризации из простых молекул могли быть
образованы и более сложные молекулы – белки, липиды, нуклеиновые кислоты
и их производные.
Не останавливаясь на других особенностях
начальных стадий химической эволюции, заметим, что одной из наиболее важных
ее ступеней следует признать объединение способности к самовоспроизведению
полинуклеотидов с каталитической активностью полипептидов. При возникновении
жизни необходимо было участие как полинуклеотидов, так и полипептидов.
Свойства каждого из них нуждались в дополнении свойствами другого.
Каталитические способности молекул РНК (А.С. Спирин), которые, вероятно,
сыграли важную роль в ходе предбиологической эволюции, были усилены каталитическими
функциями молекул белков. К тому же синтез самих белков путем удлинения
пептидной цепочки не имел бы большого успеха без передачи стабильности
хранением о нем «информации» в нуклеиновых кислотах. Наибольшие шансы на
сохранение имели в ходе предбиологического отбора те комплексы, у которых
способность к обмену веществ сочеталась со способностью к
самовоспроизведению.
Для этого этапа предбиологической эволюции
в качестве элементарного объекта эволюции выделяют фракцию макромолекул
полинуклеотидов или полипептидов, а в качестве элементарной эволюционирующей
единицы – устойчивый «коллектив» макромолекул (связанных между собой
процессами синтеза, катализа и др.).
В дальнейшем усложнении обмена веществ в
таких системах существенную роль должны были играть катализаторы (различные
органические и неорганические вещества) и пространственно-временное
разобщение начальных и конечных продуктов реакции. Вероятно, все это не могли
возникнуть до появления мембран. Образование мембранной структуры считается
одним из «трудных» этапов предбиологической эволюции. Хотя объединением
полинуклеотидов и полипептидов в какой-то степени и была достигнута
возможность самосборки системы, однако истинное существо не могло оформиться
до возникновения мембранной структуры и ферментов.
|
|
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.