Теория опарина

Среди современных теорий происхождения жизни на Земле, наиболее обоснованной является теория академика  А. И. Опарина. Наиболее существенная черта  гипотезы Опарина - постепенное усложнение химической структуры и морфологического облика предшественников жизни на пути к живым организмам.

Согласно этой теории процесс, приведший к возникновению жизни  на Земле, может быть разделен на три  этапа:

1.Возникновение органических  веществ;

2.Возникновение белков;

3. Возникновение белковых  тел.

Астрономические исследования показывают, что как звезды, так  и планетные системы возникли из газопылевого вещества. Химические исследования находящегося в галактике  газопылевого вещества показали, что  в нем наряду с металлами и  их окислами обнаружено: водород, аммиак, вода и простейший углеводород - метан.

Второй этап - возникновение  белков. Условия для начала процесса формирования белковых структур создались  с момента создания первичного океана. Прежде всего, в водной среде производные  углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и  превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.

Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению  белковых тел могло явиться образование  коацерватных капель, т. е. капель микроскопического размера, выпадающих при смешении двух белковых растворов. Отсюда возникла новая закономерность уже биологического характера - естественный отбор коацерватных капель. Под влиянием естественного отбора качество организации белкового вещества все время менялось. В результате возникла та согласованность процессов синтеза и распада, которая привела к возникновению первых живых организмов. Очевидно, они были гетеротрофами, получающие энергию путём бескислородного расщепления органических соединений. Возникновение атмосферы современного химического состава связано с развитием жизни. Появление организмов, способных к фотосинтезу привело к выделению в атмосферу кислорода.

 

В рамках данной теории можно выделить пять основных этапов на пути к возникновению жизни, которые  приведены в табл. 1.

Таблица 1

Этапы развития жизни на Земле по гипотезе Опарина—Холдейна  

 

Временной период	Этапы возникновения  жизни	События, происходящие на Земле
От 6,5 до 3,5 млрд лет тому назад	1	Образование первичной  атмосферы, содержащей метан, аммиак, углекислый газ, водород, окись углерода и пары воды

	2	Охлаждение планеты (ниже температуры +100 °С на ее поверхности); конденсация паров воды; образование первичного океана; растворение в его воде газов и минеральных веществ; мощные грозы Синтез простых  органических соединений — аминокислот, сахаров, азотистых оснований —  в результате действия мощных электрических  разрядов (молний) и ультрафиолетовой радиации
	3	Образование простейших белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, жиров; коацерватов
От 3,5 до 3 млрд лет тому назад	4	Образование протобионтов, способных к самовоспроизведению и регулируемому обмену веществ, в результате возникновения мембран с избирательной проницаемостью и взаимодействий нуклеиновых кислот и белков
3 млрд лет тому назад	5	Возникновение организмов, имеющих клеточное строение (первичных  прокариот-бактерий)

Идеи о формировании и составе первичной атмосферы  Земли базируются на объективных  данных разных наук, на изучении газовых  оболочек других планет Солнечной системы. Весьма убедительные доказательства возможности  осуществления 2-го и 3-го этапов развития жизни получены в результате многочисленных экспериментов по искусственному синтезу  биологических мономеров. Так, впервые  в 1953 г. С. Миллер (США) создал достаточно простую установку, на которой ему удалось из смеси газов и паров воды под действием ультрафиолетового облучения и электрических разрядов синтезировать ряд аминокислот и других органических соединений (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Установка Стэнли Миллера, в которой он синтезировал аминокислоты из газов, создав условия, предположительно существовавшие в атмосфере первобытной Земли. Газы и водяные пары, циркулировавшие в установке под высоким давлением, подвергали в течение недели воздействию высокого напряжения. После этого вещества, собранные в «ловушке», исследовали методом хроматографии на бумаге. В общей сложности было выделено 15 аминокислот, в том числе глицин, аланин и аспарагиновая кислота

В опыте С. Миллера в  его установке были воспроизведены условия, существовавшие на Земле в  предполагаемое время. В приборе  присутствовала смесь газов: водорода, аммиака, метана и пары воды. В одну из камер были введены электроды  для получения разрядов, имитировавших  молнии, как возможный источник энергии  для химических реакций. В другой камере была налита вода, и эта камера подогревалась (для насыщения газовой  смеси парами воды). Еще одна камера подвергалась охлаждению, и здесь  вода конденсировалась («дождевые осадки»). Уже через неделю в конденсате и были обнаружены различные органические вещества.

В последующие десятилетия  во многих лабораториях мира был осуществлен  искусственный синтез разных аминокислот, нуклеотидов, простых сахаров, а  затем и более сложных органических соединений. Все это подтверждает возможность образования органических веществ на Земле в отдаленные времена без участия живых  организмов. При отсутствии свободного кислорода (который разрушал бы их) и живых организмов (которые могли  бы использовать их в виде пищи) эти  вещества накапливались в первичном  океане в высоких концентрациях.

На следующем этапе  происходило образование более  сложных соединений — белковоподобных  веществ (цепочки из аминокислот) и  коротких полинуклеотидных молекул. Вероятность  этого многократно подтверждена: сегодня подобное получают экспериментально. При достижении определенной концентрации органических веществ в первичном  океане могли возникать сложные  агрегаты разнообразных соединений — коацерваты, мелкие шаровидные образования.

Изучение искусственно создаваемых  коацерватов (очень широко исследованных  А. И. Опариным и его сотрудниками) показало, что они проявляют некоторые  свойства живых систем. Имея уплотненный  наружный слой, некое подобие клеточной  мембраны, коацерваты способны избирательно поглощать разные вещества из окружающей среды, которые участвуют в химических реакциях внутри коацерватных капель, а часть продуктов этих реакций выделяется обратно в среду. Накапливая вещества, коацерваты «растут» и, увеличившись в размерах, могут распадаться на несколько частей — «размножаться».

Коацерваты, различные по своему составу, характеризуются разной степенью устойчивости. Более устойчивые сохраняются, прочие исчезают, разрушаются.

Эти наблюдения дали основание  А. И. Опарину предположить возможность  действия естественного отбора  уже на этой стадии становления живого.

Тем не менее коацерваты при всей сложности их организации не могут считаться живыми существами прежде всего потому, что у них нет стабильного самовоспроизведения.

На следующем этапе  в коацерватах образовались взаимосвязи  нуклеиновых кислот и белков. Синтез белков определенного состава стал осуществляться на основе информации, заключенной в нуклеиновых кислотах.

Возникает способность нуклеиновых  кислот к самовоспроизведению при участии специфических белков — ферментов. То есть можно говорить уже о появлении протобионтов — первичных форм жизни, не имеющих еще клеточной организации, но способных к самовоспроизведению и обмену веществ.

Дальнейшее развитие протобионтов, усложнение их организации привели к появлению организмов, обладающих клеточным строением, — первичных прокариот, бактерий. С этого момента начинается биологическая эволюция. По-видимому, первоначально существовали гетеротрофные организмы (поскольку в первичном океане содержалось много различных органических веществ). По мере увеличения их числа происходило уменьшение пищевых ресурсов и между ними возрастала конкуренция. Это привело к появлению автотрофов — организмов, синтезирующих необходимые им органические вещества из неорганических.

Вначале появились организмы, которые использовали энергию, полученную в результате окисления минеральных  веществ. Этот процесс известен как хемосинтез, а организмы получили название хемосинтетиков. Затем, в ходе последующих эволюционных преобразований, возникли автотрофные организмы, использующие энергию солнечного света, — это фотосинтезирующие организмы (фотосинтетики). Дальнейшая биологическая эволюция обусловила формирование того многообразного мира живой природы, который мы и видим сегодня.

Разнообразие видов  как результат биологической  эволюции. Эволюционное учение (теория эволюции) - биологическая дисциплина, исследующая причины и движущие силы, закономерности и механизмы развития живых организмов.

Под биологической эволюцией понимают необратимый и закономерный процесс исторического развития живого от простого к более сложному начиная с момента возникновения первых живых организмов на Земле.

В ходе эволюции одни виды сменялись  другими, происходило усложнение и  повышение организации живых  организмов, увеличивалось их разнообразие, появился человек.

Велико мировоззренческое  значение эволюционного учения: оно утверждает идею единства происхождения всего живого, объясняет причины многообразия видов, обитающих на Земле, целесообразность организации живых существ (т. е. соответствие строения и функционирования всех их систем и органов условиям существования),одновременное наличие в природе и простых, и высокоорганизованных организмов.

Эволюционное учение служит теоретической основой современной  биологии, объединяя, обобщая результаты, полученные многочисленными частными биологическими науками.

Очевидно его значение и для человека при решении  проблем взаимодействия с биосферой.

Наконец, знание законов и  механизмов эволюции — база для  развития селекции — науки, разрабатывающей  методы создания и улучшения сортов культурных растений и пород домашних животных.

История развития представлений  о естественном происхождении жизни  и эволюции организмов может быть подразделена на три этапа: додарвиновский, дарвиновский и последарвиновский (современный).