Современные гипотезы происхождения жизни

Абиогенез.

Наибольшее признание и распространение в ХХ в. получила гипотеза, предложенная отечественным биохимиком А.И. Опариным (коацерватная гипотеза) и англ. биохимиком Дж. Холдейном (гипотеза «первичного бульона»). Суть их гипотезы, сформулированной ими независимо друг от друга в 1924-1928 гг. и развиваемой в последующее время сводится к существованию на Земле продолжительного периода абиогенного образования большого числа органических соединений. Эти орг. соединения насыщали воды древнейших океанов, сформировав так называемый «первичный бульон». Впоследствии в силу многочисленных процессов локальных обмелений и иссушений океанов концентрация «первичного бульона» могла возрастать в десятки и сотни раз. Эти процессы происходили на фоне интенсивной вулканической активности, частых грозовых разрядов в атмосфере и мощного космического излучения. В этих условиях могло происходить постепенное усложнение молекул органических веществ, появление простых белков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот. На протяжении многих сотен и тысяч лет они могли образовывать сгустки органических веществ (коацерваты). В условиях восстановительной атмосферы Земли коацерваты не разрушались, происходило их постепенное усложнение, и в определенный момент развития из них могли образоваться первые примитивные организмы (пробионты). Эта гипотеза была принята и развита в дальнейшем многими учеными разных стран, и в 1947 г. англ. ученый Джон Бернал сформулировал гипотезу биопоэза. Он выделил 3 основные стадии формирования жизни:

1) абиогенное возникновение органических мономеров;

2) формирование биополимеров;

3) развитие мембранных структур и первых организмов.

Химическая эволюция.

1953 г. С. Миллер, Г. Юри. В созданном ими приборе воспроизвели условия первобытной Земли («океан» и «атмосферу»). В реакционной колбе через смесь газов (СН₄, NН₃, Н₂) и паров воды (t +80°С) пропускали электрический разряд в 60000 В (по количеству энергии эквивалентно 50 млн лет на Земле). Через несколько суток в конденсате, полученном при охлаждении, были обнаружены органические соединения: молочная кислота, мочевина и аминокислоты.

1955 г. Сидней Фокс экспериментально получил при нагревании сухой смеси аминокислот с последующим охлаждением и растворением в воде (за счет тепловой энергии и дегидратации) устойчивые полипептидные структуры – протеиноиды; при определенных условиях (на поверхности минеральных глин - глиноземов) протеиноиды образовывали микросферы – структуры, способные к делению и обладающие двухслойной мембраной.

Формирование мембранных структур: на границах 3-х сред (вода, воздух, суша) липопротеидная пленка при волнении (порывы ветра, прибой) изгибалась и образовывала за счет электростатического притяжения одномембранные пузырьки. Пузырьки поднимались ветром и, падая на поверхность пленки, покрывались за счет гидрофобного отталкивания второй мембраной. В течение миллионов лет мембраны совершенствовались (избирательная проницаемость, впячивания и др.), что привело к возникновению первых клеток – пробионтов.

Эволюция пробионтов (начало биологической эволюции).

Появление и эволюция метаболизма:

1 этап. Первые организмы (пробионты) были анаэробными гетеротрофными прокариотами. Пищу и энергию для жизнедеятельности они получали из органических веществ абиогенного происхождения за счет анаэробного расщепления (брожение, или ферментация). Истощение запасов органических веществ усилило конкуренцию и ускорило эволюцию пробионтов.

2 этап. Возникновение анаэробных автотрофных прокариот (первые фотосинтезирующие прокариоты осуществляли бескислородный фотосинтез, получая водород не из воды, а из органики или сероводорода).

3 этап. Фоторасщепление освоили появившиеся затем первые цианобактерии (такой фотосинтез привел к накоплению кислорода в атмосфере и формированию озонового экрана).

4 этап. С появлением кислорода появились аэробные гетеротрофные прокариоты, существующие за счет более эффективного аэробного окисления органических веществ, образовавшихся в результате фотосинтеза.

Возникновение генетического кода: агрегаты (коацерваты, микросферы) не были «живыми», т.к. они не обладали генетической информацией, обеспечивающей их воспроизводство и точное копирование. Первыми носителями генетической информации стали молекулы РНК, которые вступали во взаимодействие с протеиноидами. Протеиноиды притягивали определенные нуклеотиды, которые образовывали молекулы РНК. Такая РНК, несущая информацию о структуре протеиноидов, притягивала к себе соответствующие аминокислоты, что привело к воспроизводству точных копий протеиноидов. Позднее функции РНК перешли в ДНК (ДНК стабильнее РНК и может копироваться с большей точностью), а РНК стала выполнять роль посредника между ДНК и белком. В процессе эволюции преимуществом должны были обладать те пробионты, у которых взаимодействие белков и нуклеиновых кислот было наиболее четким.

Появление и эволюция эукариотических клеток объясняются симбиотической теорией (симбиогенезом): одна группа анаэробных гетеротрофных пробионтов вступила в симбиоз с аэробными гетеротрофными первичными бактериями, дав начало эукариотическим клеткам, имеющим в качестве энергетических органоидов митохондрии; другая группа анаэробных гетеротрофных пробионтов объединилась не только с аэробными гетеротрофными бактериями, но и с первичными фотосинтезирующими цианобактериями, дав начало эукариотическим клеткам, имеющим в качестве энергетических органоидов хлоропласты и митохондрии.

Клетки-симбионты с митохондриями в дальнейшем дали начало царствам животных и грибов; с хлоропластами – царству растений.

Усложнение эукариот привело к возникновению полового процесса (клетки с полярными свойствами способны к взаимному притяжению - копуляции), диплоидности (следствие этого - мейоз), доминантности и рецессивности, комбинативной изменчивости и т.д.

Появление многоклеточных организмов, возникших в ходе эволюции из одноклеточных эукариот, объясняют теория фагоцителлы и гастреи.

Теория фагоцителлы: исходной формой многоклеточных был гипотетический организм (фагоцителла), состоящий из слоя поверхностных клеток (эктодермы) и внутренней клеточной массы (паренхимы).

Теория гастреи: предковыми формами многоклеточных были жгутиковые простейшие, которые образовали однослойную сферическую колонию; за счет впячивания стенки колонии образовалось 2 слоя клеток (подобно стадии гаструлы эмбрионального развития животных).

На современном этапе науки вопрос о происхождении всего живого на Земле по-прежнему актуален.Следует отметить, что единой теории возникновения и развития жизни на нашей планете не существует.

Развивается все больше гипотез о возможном появлении первых живых существ, их развитии до современных форм и разнообразных видов. Ученые склонны придерживаться той или иной теории, но единого мнения по этому вопросу нет.

Т.о., классические теории возникновения жизни.

1. Креационизм.

2. Теория самопроизвольного зарождения.

3. Теория стационарного состояния.

4. Теория панспермии.

5. Биохимическая эволюция.

6. Эволюционная теория.

Современный взгляд на зарождение жизни:

1. Гипотеза двойного происхождения.

2. Гипотеза малых молекул.

3. Неоламаркизм.

4. Современная теория эволюции.

5. Радиопанспермия.

Геохронология - геологическое летосчисление, учение о хронологической последовательности формирования и возрасте горных пород, слагающих земную кору. Различают относительную и абсолютную (или ядерную) Г. Относительная Г. заключается в определении относительного возраста горных пород, который даёт представление о том, какие отложения в земной коре являются более молодыми и какие более древними, без оценки длительности времени, протекшего с момента их образования. Абсолютная Г. устанавливает абсолютный возраст горных пород, т. е. возраст, выраженный в единицах времени, обычно в миллионах лет. (В последнее время термин " абсолютный возраст" часто заменяют названием изотопный, или радиологический, возраст.)

Общая последовательность накопления слоев земной коры получила название стратиграфической шкалы. Существуют два эона — докембрийский, или криптозойский, и фанерозойский.

Наиболее древние породы, найденные на Земле, имеют возраст около 3500 млн. лет и знаменуют собой начало архея. Пород, возникших в интервале времени от 3500 до 4500 млн. лет (предполагаемый возраст Земли), с достоверностью не обнаружено.