Теории возникновения жизни на Земле

Как возникла жизнь на Земле? Все теории возникновения жизни вообще и в частности на Земле можно разделить на две группы: одни утверждают, что живые организмы созданы высшей силой, другие — что жизнь появилась естественным путем.

© Креационисты верят в то, что жизнь создана высшей силой, Творцом;

© Сторонники теории самозарождения (витализма) утверждали, что возможно самозарождение живых организмов;

© Теория панспермии предполагает, что жизнь на Землю попала из космоса, споры микроорганизмов распространяются в космическом пространстве и могли попасть на древнюю Землю.

© Теория биохимической эволюции показывает возможный путь зарождения жизни на Земле естественным путем, когда химическая эволюция создает предпосылки для появления живых организмов при наличии определенных условий.

Эта теория была господствующей в средние века. Даже философы древней Греции (Аристотель и другие) утверждали, что лягушки родятся из ила, черви и насекомые — заводятся сами собой в почве. Ученые того времени предлагали рецепты, с помощью которых можно было получить животных или даже маленьких человечков. Алхимик Ван Гельмонт (17 век) предлагал простой рецепт зарождения мышей: "Положи в горшок зерна, заткни его грязной рубашкой и жди". Через двадцать один день из испарений зерна и грязной рубашки зародятся мыши.

Парацельс написал рецепт, с помощью которого можно было изготовить маленького человечка — гомункулуса. Зарождение происходит с помощью vis vitalis — жизненной силы, которая заселяет питательные вещества.

1665 год. Франческо Реди (врач) доказал что мухи не могут зарождаться на мясе, как считали ранее. Он провел опыт с сосудами, в которые положил мясо, рыбу, змею. Часть сосудов он оставил открытыми, часть закрыл кисеей (марлей). В открытых сосудах мухи отложили яички и там появились личинки мух, в закрытых сосудах личинок не было.

Антони Ван Левенгук открыл мир микроорганизмов. Стоило положить клочок сена в воду, как уже через несколько дней в настое было огромное количество инфузорий и еще более мелких существ. Они появились из неживого, утверждали некоторые ученые, другие считали, что живое появляется только от живого.

Рис 357. Колба Спалланцани и Тереховского (слева) и колба Пастера (справа).

Итальянец Спалланцани и русский ученый Тереховский пытались доказать, что "у микробов есть родители", для чего они длительное время кипятили различные настои и затем запаивали стеклянные колбы (рис. 357). При этом микробы не появлялись, но сторонники теории самозарождения считали, что длительное кипячение убивает жизненную силу, которая вновь может попасть в сосуд только с воздухом.

Парижская Академия наук назначила премию за решение этого вопроса, и в 1862 году Луи Пастер сумел доказать, что самозарождения микроорганизмов не происхо-

дит. Для этого он использовал колбу с длинным изогнутым горлом и кипятил настои при температуре 120 градусов. При этом погибали микробы и их споры, при остывании воздух проходил в колбу, а вместе с ним и микроорганизмы, но они оседали на стенках изогнутого горла колбы и в настой не попадали.

Так было окончательно доказано, что самозарождение живых организмов невозможно, все живое происходит от живого. Но в этом случае как же появились живые организмы на Земле? Или они созданы "высшей силой" или занесены из космического пространства.

Согласно этой теории живые организмы попали на Землю из космоса. В самом деле, космическое тело, попав в мировой океан, могло занести споры микроорганизмов на нашу планету. Есть ряд сообщений о том, что в метеоритах найдены примитивные формы жизни, но эти сообщения на сегодняшний день не кажутся ученым убедительными. И, самое главное, эта гипотеза не дает ответ на главный вопрос — как же все таки из неживого появилось живое.

Для ответа на этот вопрос очень продуктивной оказалась гипотеза советского академика А.И.Опарина. Возраст Земли составляет 5 — 7 млрд. лет. Все планеты проходят стадию раскаленного тела, температура на поверхности Земли в это время была более 4000ºС. Когда температура снизилась и стала меньше 100ºС, вода, находившаяся в первичной атмосфере Земли образовала мировой океан. В первичной атмосфере не было кислорода, атмосфера была "восстановительной". В ней были пары воды, аммиак, сероводород, метан, двуокись углерода, водород.

В 1924 году А.И.Опарин предположил, что появлению живых организмов предшествует абиогенное образование в атмосфере и океане органических соединений за счет энергии мощных грозовых разрядов, жесткого ультрафиолетового и радиоактивного излучения.

Накопление органических веществ в первичном океане стало предпосылкой для появления пробионтов — первых живых организмов Земли. Решающую роль в образовании пробионтов А.И.Опарин отводил белкам, которые гидратируются, сливаются в капли и образуют коацерваты — коллоидные сгустки органических веществ. Коацерваты способны накапливать различные соединения, в том числе и катализаторы, между ними происходил естественный отбор, наиболее устойчивые сохранялись. В 1953 году американский ученый С.Миллер смоделировал условия первобытной Земли, поместив в газовую камеру газы первичной атмосферы и за счет энергии электрических разрядов в эксперименте осуществил абиогенный синтез некоторых аминокислот, азотистых основания, сахара рибозы, мочевины, молочной кислоты за счет энергии электрических разрядов (рис. 358).

©

Рис. 358. Установка Стенли Миллера, с помощью которой был осуществлен абиогенный синтез органических веществ.   1 — газовая камера; 2 — водяное охлаждение; 3 — отстойник; 4 — кипящая вода.

Отечественные ученые А.Г.Пасынский и Т.Е.Павловская получили сходные результаты с помощью энергии ультрафиолетовых лучей. Таким образом экспериментально было доказан абиогенный синтез всех важнейших биологических мономеров: аминокислот, азотистых оснований, сахаров, жирных кислот который происходил на первом этапе зарождения жизни на Земле.

© Вторым этапом был синтез биополимеров. Американские ученые С.Фокс и К.Дозе доказали возможность образования полипептидов в условиях древней Земли. Экспериментально были получены рибонуклеотиды и олигорибонуклеотиды.

© На третьем этапе происходит образование коацерватов, молекулы органических веществ гидратируются

взаимодействуя с молекулами воды, слипаются вместе, захватывают различные вещества, в них образуются катализаторы, придающие им определенную устойчивость. Происходит "естественный отбор" на уровне коацерватов. Но это еще не живые организмы, отсутствует важнейшее свойство, характерное для живых организмов — воспроизведение себе подобных.

© Американский биохимик Т.Чек открывает рибозимы — молекулы РНК, обладающие каталитической активностью. Была доказана возможность спонтанного образования на матричных РНК РНК-копий. На четвертом этапе впервые появляется возможность для эволюции на уровне молекул, те молекулы РНК, которые придают устойчивость коацерватам и способны к самокопированию — размножаются, за счет мутационного процесса происходит их изменение и естественный отбор сохраняет наиболее удачные полирибонуклеотиды.

© На следующих этапах происходит взаимодействие РНК с определенными аминокислотами, появляются РНК, кодирующие полезные для себя полипептиды, так появился белковый синтез, контролируемый РНК. За счет соединения РНК, кодирующих различные полипептиды, происходит образование крупных РНК, состоящих из нескольких генов.

© В дальнейшем преимущества получают ДНК: их двухцепочечное строение обеспечивает более точную репликацию и репарацию.

© Появляются коацерваты, имеющие наружную мембрану и способные к саморегуляции и самовоспроизведению. Это привело к появлению первых клеток, к появлению пробионтов.