Біохімічна еволюція

Теорія абиогенной молекулярної еволюції життя з неорганічних речовин була створена російським ученим А. І. Опаріним (1924) і англійським ученим Дж. Холдейном (1929). На думку природознавців, Земля з’явилася приблизно 4,5-7 млрд років тому. Спочатку Земля була пиловидне хмара, температура якого коливалася в межах 4000-8000 ° С. Поступово в процесі охолодження важкі елементи почали розташовуватися в центрі нашої планети, а більш легкі – по периферії.

Передбачається, що найпростіші живі організми на Землі з’явилися 3,5 млрд років тому. Життя є результат спочатку хімічної, а потім біологічної еволюції.

Умови виникнення життя

За твердженням Дарвіна, життя може зародитися лише в умовах її відсутності. Новоутворені органічні речовини негайно знищуються гетеротрофних мікроорганізмами. Саме тому в даний час неможливо самозародження життя.

Другою необхідною умовою зародження життя на Землі є відсутність кисню в первинній атмосфері, так як наявність кисню привело б до розщеплення знову утворюються органічних речовин.

Етапи виникнення життя

Основними етапами біохімічної еволюції життя вважаються наступні.

  • Утворення простих органічних речовин в результаті хімічних реакцій.
  • Утворення полімерів типу поліпептидів і полінуклеотидів з мономерів.
  • Утворення коацерватов шляхом концентрації високомолекулярних сполук.
  • Утворення елементарних мембран, що оточують Коацервати.
  • Виникнення процесу обміну речовин.
  • Виникнення процесів самовідтворення на основі матричного синтезу (рис. 59).

Перші органічні речовини

Водень, азот, вуглець, кисень, які містилися в первинній атмосфері Землі, вступали в реакції взаємодії і при цьому утворювали такі прості органічні сполуки, як аміак, метан, оксиди вуглецю, сірководень і водяні пари (рис. 56). Вільний кисень, колишній спочатку в дуже малих кількостях, повністю увійшов до складу з’єднань. Біологічні мономери синтезувалися абіогенним шляхом. В результаті охолодження Землі виникли первинні океани. За рахунок кисню, який містився в молекулах води, відбувалося окислення простих органічних речовин і утворилися спирти, альдегіди, амінокислоти, і первинний океан все більше і більше насичується складними органічними речовинами.

Коацервати

На думку А. І. Опаріна, білкові молекули утворювали колоїдні сполуки, які перетворювалися в коацерватние краплі (коацервати – від лат. Coacervus – накопичений, зібраний – це колоїдні гідрофільні комплекси білків). Коацервати могли приєднувати до себе різні речовини з води і поступово стали набувати різних властивості, в них відбувалися хімічні реакції, з них виділялися непотрібні речовини. Однак Коацервати ще не можуть бути названі живими істотами.

Первинні клітини (протобіонти)
На наступних етапах хімічної еволюції Коацервати почали рости, в них почало відбуватися щось, подібне обміну речовин у живих істот. Передбачається, що коацервати були оточені мембраною і придбали здатність ділитися (рис. 58). Такі Коацервати називаються протобионтов або первинними клітинами.

Протобіонти також ще не є закінченою формою життя. Передбачається, що у них поступово абіогенним шляхом з’являлися з’єднання, подібні ферментам (коферменти, власне ферменти), АТФ.

Виникнення клітини (матричний синтез)

У перетворенні протобионтов в справжні клітини велику роль зіграло виникнення матричного синтезу в результаті взаємного пристосування і злиття функцій білків і нуклеїнових кислот.

Матричний синтез – це біологічний синтез білкових молекул на основі інформації, що міститься в нуклеїнових кислотах.

З виникненням процесу матричного синтезу хімічна еволюція поступилася місцем біологічної. Розвиток життя тривало тепер шляхом біологічної еволюції.

Експериментальні докази теорії

А. І. Опарін першим висунув ідею експериментального вивчення виникнення життя. І дійсно, С. Міллер (1953) створив дослідну модель первинних умов Землі. Впливаючи на нагріте метан, аміак, водень і водяні пари електричним розрядом, він здійснив синтез таких амінокислот, як аспарагін, гліцин, глутамін.
Д. Оро, нагріваючи ціаністий водень, аміак і воду, здійснив синтез аденіну. Шляхом впливу на метан, аміак і воду іонізуючим випромінюванням були синтезовані рибоза і дезоксирибоза. Результати подібних дослідів підтвердилися численними дослідженнями. В процесі еволюції мономери поступово перетворювалися в біологічні полімери (поліпептиди, полінуклеотіди), що також підтвердилося дослідним шляхом. Так, в дослідах С. Фокса були синтезовані протеіноіди (белковообразние речовини) шляхом нагрівання суміші амінокислот. Згодом в дослідах були синтезовані полімери нуклеотидів.
З’єднання, подібні коацерватам, були синтезовані дослідним шляхом і досконально вивчені А. І. Опаріним і його учнями. 

Генетична гіпотеза (РНК світ)

Однак було невідомо, що в ході біохімічної еволюції життя виникло раніше: білки або нуклеїнові кислоти. Відповідно до теорії А. І. Опаріна, першими з’явилися молекули білка. Прихильники генетичної гіпотези, навпаки, вважали, що спочатку виникли нуклеїнові кислоти. Таке припущення було висунуто в 1929 р Г. Міллером. Лабораторні дослідження довели можливість реплікації нуклеїнових кислот і без впливу ферментів. На думку вчених, первинні рибосоми складалися тільки з РНК, і властивість синтезувати білок у них могло з’явитися згодом. Пізніше були отримані нові дані, що підтверджують це припущення. Реплікація рибонуклеїнової кислоти без участі ферментів, зворотна транскрипція, т. Е. Можливість синтезу ДНК на основі РНК – все це є доказом генетичної гіпотези.
Посилання на основну публікацію