Теорія біохімічної еволюції. Теорія Опаріна - Холдейна

В 1924 майбутній академік Опарін опублікував статтю "Походження життя", яка в 1938 році була переведена на англійську і відродила інтерес до теорії самозародження. Опарін припустив, що в розчинах високомолекулярних сполук можуть мимоволі утворюватися зони підвищеноїконцентрації, які відносно відокремлені від зовнішнього середовища і можуть підтримувати обмін з нею. Він назвав їх Коацерватние краплі, або просто коацервати.

Олександр Опарін (праворуч) у лабораторії

Відповідно до його теорії процес, який призвів до виникнення життя на Землі, може бути розділений на три етапи:

Виникнення органічних речовин

Виникнення білків

Виникнення білкових тіл

Астрономічні дослідження показують, що як зірки, так і планетні системи виникли з газопилового речовини. Поряд з металами і їх оксидами в ньому містилися водень, аміак, вода і найпростіший вуглеводень - метан.

Умови для початку процесу формування білкових структур встановилися з моменту появи первинного океану (бульйону). У водному середовищі похідні вуглеводнів могли піддаватися складним хімічним змінам і перетворенням. В результаті такого ускладнення молекул могли утворитися більш складні органічні речовини, а саме вуглеводи.

Наука довела, що в результаті застосування ультрафіолетових променів можна штучно синтезувати не тільки амінокислоти, а й інші біохімічні речовини. Відповідно до теорії Опаріна, подальшим кроком по шляху до виникнення білкових тіл могло з'явитися освіта коацерватних крапель. При певних умовах водна оболонка органічних молекул набувала чіткі межі і відділяла молекулу від навколишнього розчину. Молекули, оточені водяною оболонкою, об'єднувалися, утворюючи многомолекулярние комплекси - коацервати.

Коацерватние краплі також могли виникати при простому змішуванні різноманітних полімерів. При цьому відбувалася самоскладання полімерних молекул в многомолекулярние освіти - видимі під оптичним мікроскопом краплі.

Краплі були здатні поглинати ззовні речовини по типу відкритих систем. При включенні в коацерватние краплі різних каталізаторів (у тому числі іферментів) в них відбувалися різні реакції, зокрема полімеризація надходять із зовнішнього середовища мономерів. За рахунок цього краплі могли збільшуватися в обсязі і вазі, а потім дробитися на дочірні освіти. Таким чином, коацервати могли рости, розмножуватися, здійснювати обмін речовин.

Далі коацерватние краплі піддавалися природному відбору, що забезпечило їх еволюцію.

Подібні погляди також висловлював британський біолог Джон Холдейн.

Перевірив теорію Стенлі Міллер у 1953 році в експерименті Міллера - Юрі. Він помістив суміш H ₂ O, NH _3, CH _4, CO _2, CO в замкнутий посудину і став пропускати через неї електричні розряди (при температурі 80 С). Виявилося, що утворюються амінокислоти. Пізніше в різних умовах були отримані інші цукру і нуклеотиди. Він зробив висновок, що еволюція може відбутися при фазовообособленних стані з розчину (коацерватів). Однак, така система не може сама себе відтворювати.

Теорія була обгрунтована, крім однієї проблеми, на яку довго закривали очі майже всі фахівці в області походження життя. Якщо спонтанно, шляхом випадкових безматрічний синтезів в коацервати виникали поодинокі вдалі конструкції білкових молекул (наприклад, ефективні каталізатори, що забезпечують перевагу даному коацервати в рості і розмноженні), то як вони могли копіюватися для поширення всередині коацервата, а тим більше для передачі коацерватами-нащадкам? Теорія виявилася нездатною запропонувати вирішення проблеми точного відтворення - всередині коацервата і в поколіннях - одиничних, випадково з'явилися ефективних білкових структур. Однак, було показано, що перші коацервати могли утворитися мимовільно з ліпідів, синтезованих абіогенним шляхом, і вони могли вступити в симбіоз з "живими розчинами" - колоніями самовідтворюються молекул РНК, серед яких були і рібозіми, каталізують синтез ліпідів, а таке співтовариство вже можна назвати організмом ^[2].