Гіпотези виникнення життя на землі, Детальна інформація

План

Різноманітності життєвих форм.

Основні етапи походження життя на землі за О.І.Опаріним.

Різноманітні гіпотези про походження життя на землі.

ГІПОТЕЗИ ВИНИКНЕННЯ ЖИТТЯ НА ЗЕМЛІ

Поєднання нещодавно отриманих мікропалеонтологічних, біогеохімічних та ізотопних даних свідчать про те, що життя на Землі існувало стільки часу, скільки існувала і сама планета — близько 4,5 млрд років. Земля належить до внутрішніх планет Сонячної системи, і перші органічні речовини зароджувалися ще в космічних умовах. Усі органічні сполуки, які знайдені в метеоритах, відповідають універсальним ланкам обміну речовин відомих живих організмів — амінокислот, білковоподібних полімерів, полінуклеотидів і інших.

Згідно з теорією академіка О. І. Опаріна (1894—1980). про-ЦFс виникнення життя на Землі пройшов кілька етапів (Рис. 16).

Виникнення життя на Землі (за акад. О. І. Опаріним)

1-й етап. Формування вуглеводних сполук та їхніх похідних: атоми Карбону з'єднувалися між собою та утворювали ланцюги різної довжини. Це початкові ланки в еволюційній низці більш складних органічних сполук, до якої входять жири, прості вуглеводи та амінокислоти. Найпростіший представник вуглеводнів — метан. Первинна літосфера, гідросфера та атмосфера були буквально насичені вуглеводнями. Умови, які існували на Землі в той час: сильні теплові та радіоактивні процеси, ультрафіолетові випромінювання та інші,— сприяли їх ускладненню.

2-й етап. Первинну атмосферу, яка складалась, головним чином, з аміаку, метану., водню, вуглекислого газу та водяної пари (у ній не було кисню), пронизували велетенські блискавки. Під дією цих сильних електричних розрядів із суміші газів стали утворюватись амінокислоти. Дослідами багатьох учених доведено: якщо через суміш аміаку, вуглекислого газу, водяної пари за температури 80 °С та тиску в декілька атмосфер пропускати сильні електричні розряди, утворюються гліцин та інші амінокислоти. Разом із зливними потоками амінокислоти потрапляли на Землю до первородного океану, яким була покрита майже вся молода планета.

3-й етап. Виникнення преклітинних структур із поліпептидів і полінуклеотидів. Важливу роль у цьому процесі відігравали коагуляти (згустки в колоїдних розчинах). Вони здатні поглинати з навколишнього середовища та накопичувати хімічні сполуки. Усередині них може здійснюватися синтез но-

вих сполук. Під час двигтіння Землі вони роздроблюються. Все це могло слугувати «прообразом» процесів обміну речовин, росту, розмножування. Різноманітні сполучення білків та нуклеїнових кислот є причиною різноманітності життєвих форм на Землі.

З цього моменту на Землі зародилося життя, а геологічна та геохімічна історія Землі стає невіддільною від біологічних процесів. Ця теза становить сутність учення про біосферу.

Більшу частину геологічного часу, з моменту появи перших водоймищ на планеті, розвиток життя проходив у воді, і тільки близько 600 млн років тому перші організми виходять на земну поверхню. Перші форми життя були представлені простими прокаріотами з одноклітинною структурою та гетеротрофним способом живлення. Першими автотрофними організмами (фотосинтезуючими) були ціанобактерії та синьо-зелені водорості.

Поява еукорітинних одноклітинних організмів 2—1,5 млрд років тому мала велике значення в еволюції органічного світу на Землі.

У ранньому палеозої — силурійському періоді — живі організми виходять на поверхню континентів. Американський геолог Д. Шухерт цей період еволюції планети назвав фанерозоєм («фанерос» — наочний, «зое» — життя). Він охоплює геологічний проміжок часу в 570 млн років.

На межі палеозою та мезозою (близько 200—185 млн років тому) помітно змінюється газовий склад атмосфери за рахунок бурхливого розвитку деревних спорових рослин — плауно-подібних, клинолистих та інших, що привело до інтенсивного процесу фотосинтезу, зменшення ролі вуглекислого газу та проникнення до земної поверхні значно більшої кількості ультрафіолетових променів.

На межі тріасового і юрського періодів (близько 150 млн років тому) відбувається зміна вищих спорових голонасінних рослин покритонасінними (квітковими), що сприяло бурхливому розвитку комах, обпилювачів і переносників насіння.

У крейдяному періоді (близько 70 млн років тому) відбувається диференціація кліматів на Землі і настає холодний період, унаслідок чого птахи і ссавці замінюють гігантських рептилій.

Вік сучасних систематичних груп організмів різноманітний. Членистоногі існують на Землі з верхнього протерозою, риби — з силуру, комахи — з девонського періоду, голонасінні рослини — з пермського віку, покритонасінні — з крейдяного періоду.

Нині домінують покритонасінні рослини, ссавці і птахи з наземних хребетних, черевоногі молюски — з наземних і водних безхребетних. Сучасна різноманітність живих організмів пов'язана як із тривалістю їх зародження, так і з мозаїчністю екологічних умов існування.

Поки немає доказів тому, що життя розвивалося по іншому шляху. Але є багато прогалин у знаннях тонкощів цього процесу. Одним із складних моментів є перехід від неживих біо-молекул до найпростіших живих організмів. З точки зору хіміка, навіть одноклітинна водорість побудована настільки складно, що важко уявити, як вона могла утворитися.

У 1953 р. американський хімік С. Міллер провів експеримент, котрий, як уважалось тоді, вирішував питання про те, яким чином виникло життя на Землі. У герметичному скляному приладі вчений відтворив умови, які були характерні для первісної планети. Через газову суміш, яка вміщувала метан, аміак і водень, Міллер пропускав електричні розряди, а воду на дні приладу нагрівав, імітуючи стародавній океан. Через кілька днів дослідник виявив у колбі наявність амінокислот. Експерименти Міллера довели можливість абіогенного (небіологіч-ного) синтезу важливих .для життя молекул. Цей факт став також підтвердженням гіпотези російського вченого О. І. Опа-ріна про «білковий початок» розвитку життя на планеті.

r

t

e

i

t

земної атмосфери (Дж. Уокер (США) та ін.) було показано, що ультрафіолетове сонячне випромінювання, яке тоді ще не стримувалось озоновим екраном, повинно було руйнувати гідрогеновмісні молекули газів. Нині передбачається, що основними компонентами первинної атмосфери були вуглекислий газ і азот. При цьому частка вуглекислого газу в атмосфері була настільки велика, що працював «парниковий ефект», під впливом якого вода в океанах майже кипіла.

У подібних умовах синтез амінокислот був надто проблематичним.