Гіпотези виникнення життя на землі, Детальна інформація

Передбачається, що перші живі організми Землі могли бути гетеротрофами, тому що їм доступні були готові органічні молекули, які утворюються шляхом хімічного синтезу в первинному середовищі їхнього існування. З появою хемо- і фотосинтезу в атмосфері Землі з'явився і став накопичуватися кисень, після чого почав формуватись «озоновий екран».

Яка молекула була першою — білок чи нуклеїнова кислота?

Суперечка біохіміків, еволюціоністів та інших учених навколо цієї проблеми нагадує знайому дискусію: «Що було раніше — курка чи яйце?» Як відомо, білок не може бути синтезований у живій клітині з амінокислот без контролю з боку нуклеїнових кислот, які несуть інформацію про структуру всіх білків даного виду. Разом з тим, нуклеїнові кислоти можуть реплікуватися («розмножуватися») лише за наявності біл-ків-ферментів (полімераз, лігаз).

Згідно з теорією О. І. Опаріна та працями американських учених С. Фокса і С. Поннамперумі першими біомолекулами були білки (коагуляти-протиноїди). Однак критики відхиляють цю ідею, наводячи головний аргумент: білки та проте-ноїди не можуть самостійно ні самовідтворюватися, ні еволюціонувати.

У 1989 р. американські біохіміки Т. Чек і С. Альтман знайшли певний клас РНК, здатних до самокаталізу своєї реплікації (аутосплайсинг). Таким чином, певні види РНК можуть виконувати подвійну функцію — генну (точніше, його копії) та каталізатора подвоєння цього гена, тобто виступати як «яйце» і як «курка» одночасно. Згідно з цими фактами виникли гіпотези, наприклад У. Гілберта (США), що перші земні організми складались із простих молекул РНК, які самовідтворювались. Поступово такі організми набули здатності синтезувати білки (поява яких забезпечила швидкий та ефективний рух реплікації) і ліпіди (жири), що формують разом із білками мембрану, допомогли виникнути клітинним структурам.

Деякі вчені (А. Ребек, Л. Оргел та ін.) дотримуються думки, Що первинно існували гібридні молекули, які виявляли властивості і білків, і нуклеїнових кислот. Такі молекули були одержані в біохімічних лабораторіях.

Оригінальну точку зору висловив німецький дослідник Г. Вехтершойзер. На його думку, спочатку життя з'явилось як певна послідовність перетворювань органічних сполук, які адсорбовані на кристалах піриту FeS2- Принципово новим у цій гіпотезі є те, що утворення та перетворення біомолекул здійснюється на межі твердої та рідкої фаз (гетерофазне середовище), а не в рідкофазному «первинному бульйоні».

Отже, початковою ланкою в еволюції був синтез перших елементів у пробіонти (попередники живої матерії), з яких потім був побудований увесь навколишній світ. Використовуючи гравітаційну та ядерну енергію, великі маси найпростішого хімічного елемента Гідрогену перетворювалися на ядра більш складних елементів. Ядерний нуклеосинтез здійснювався в космічних умовах за участю протонів, альфа-частинок (ядер атомів Гелію — 2 Не) і електронів. Прикладами таких реакцій є реакції утворення стабільних ядер Карбону С та Оксигену О:

У результаті таких процесів здійснювалося накопичення перших хімічних елементів на планеті (Н, С, О, N, Na, Mg, P, S, СІ, К, Са, Fe). Хімічна структура первинних найпростіших біологічних систем представлена першими ЗО елементами сучасної періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва.

Атоми хімічних елементів, які утворилися в умовах космосу, взаємодіяли між собою, утворюючи малі молекули. У результаті складалась основа для формування складних органічних речовин. Цікаво зазначити, що і зараз, через мільйони років набір стабільних малих молекул, які формують основу біосфери, залишився колишнім. Крім того, набір мономерів (амінокислот, моносахаридів, нуклеотидів) був завжди однаковим. З 20 амінокислот були побудовані білки і поліпептиди:

Механізм утворення біополімерів із мономерів універсальний та єдиний для всіх клітин живих організмів. Усі біопо-лімери формуються шляхом послідовних операцій. На кожному етапі приєднання нової ланки до ланцюга здійснюється виділення молекули води (реакція поліконденсації). На утворення кожного нового зв'язку потрібна порція енергії, яка постачається до організму за допомогою хімічного елемента Фосфору.

Завершуючи розгляд питання про виникнення життя на Землі, необхідно підкреслити, що життя розвивалося та розвивається за єдними законами. Глибоке розуміння цих законів можливо лише під час розгляду їх фундаментальних основ — атомно-молекулярних процесів. Основні колообіги важливих хімічних елементів є головною умовою стабільності біосфери взагалі. Вони були сформовані ще в кембрії, близько 600 млн років тому. Надзвичайне явище стаціонарного стану живих систем — від бактерії до біосфери забезпечується динамічними процесами: диханням, виділенням, обміном речовин та ш. Таким чином, стабільність та динамічність водночас виступають головними специфічними рисами життя.

Еволюція життя та середовища, яке оточує це життя, відповідають девізу «Mobiles in mobile» («Рухливий у рухливому»). Екологічні проблеми, які виникали в результаті катакліз-мів у житті планети, розв'язувалися природним шляхом і впливали на процес еволюції. Один з екологічних законів американського вченого Б. Коммонера говорить: «Природа знає краще». Тому сьогодні перед людством постає завдання вивчати закони природи, осягати розумом її мудрість та навчитися не суперечити їм.

Атоми

Гідрогену

Атоми гелію

Біополімери

(білки, полісахариди, ДНК, РНК)

Мономери

(амінокислоти, моносахариди, нуклеотиди)

Атоми легких хімічних елементів

Атоми

Перших

30 елементів

Перші прості

молекули

(Н2О, СО2, СН4, N2, NH3, CH2O)