Гипотезы и теории происхождения жизни. Существует пять научных концепций возникновения жизни 1. Возникновение живого из неживого, подчиняясь определенным физическим и химическим закономерностям - абиотическая концепция 2. Гипотеза голобиоза - концепция протобионта или биода, некоего доклеточного предка, начальных жизнеспособных структур 3. Гипотеза генобиоза, т.е. поиска генома как реликтового предка всех живых клеточных структур, считая, что именно РНК сыграла первостепенную роль в е зарождении жизни 4. Концепция стационарного состояния жизни - жизнь существовала всегда, начала жизни не существует 5. Внеземное происхождение жизни жизнь была занесена на Землю из Космоса концепция панспермии.
В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория, утверждающая, что все живое происходит только от живого - теория биогенеза.
Эту теорию в середине XIX века противопоставляли ненаучным представлениям о самозарождении организмов червей, мух и др Однако как теория происхождения жизни биогенез несостоятелен, поскольку принципиально противопоставляет живое неживому, утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни. Абиотическая концепция. Абиогенез - идея о происхождении живого из неживого - исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. В 1924 г. известный биохимик А.И.Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд.лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни.
Предсказание академика Опарина оправдалось. В 1955 г. американский исследователь С.Миллер, пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот. Таким образом в середине XX века был экспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных и др. органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли. Гипотеза Опарина о возникновении жизни на Земле опирается на представление о постепенном усложнении химической структуры и морфологического облика предшественников жизни пробионтов на пути к живым организмам.
На стыке моря, суши и воздуха создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений.
В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки подобно водным растворам желатина. А.И.Опарин назвал эти сгустки коацерватными каплями или коацерватами. Коацерваты - это обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры. Это еще не живые существа. Их возникновение рассматривают как стадию развития преджизни. Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений.
Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению, стали контролировать синтез белков, определяя в них порядок аминокислот. А белки-ферменты осуществляли процесс создания новых копий нуклеиновых кислот. Так возникло главное свойство, характерное для жизни - способность к воспроизведению подобных себе молекул. Сильная сторона абиогенетической гипотезы - ее эволюционный характер, жизнь закономерный этап эволюции материи.
Возможность экспериментальной проверки основных положений гипотезы. На коацерватных каплях можно сымитировать доклеточные фазы зарождения жизни. Слабая сторона гипотезы Опарина допускала воспроизводство протоживых структур в отсутствии молекулярных структур генетического кода. Гипотеза Опарина предъявляет особые требования к экспериментальному воспроизведению коацерватных структур первичный бульон с химически сложной структурой, элементы биогенного происхождения ферменты и коферменты.
Абиогенная гипотеза встречает решительный отпор ученых сторонников идеи вечности и безначальности биологической жизни. Русский ученый биохимик С. П. Костычев в своей брошюре О появление жизни на Земле замечает, что простейшие организмы посложнее всех фабрик и заводов, и случайное возникновение жизни маловероятно, жизнь никогда не создается из мертвой материи. В отношении самозарождения организмов необходимо отметить, что Французская Академия наук еще в 1859 г. назначила специальную премию за попытку осветить по-новому вопрос о самопроизвольном зарождении жизни.
Эту премию в 1862 г. получил знаменитый французский ученый, основоположник современной микробиологии Луи Пастер. Своими опытами он доказал невозможность самозарождения микроорганизмов. Важно подчеркнуть, что в настоящее время жизнь на Земле не может возникнуть абиогенным путем. Еще Дарвин в 1871 г. писал Но если бы сейчас в каком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т.п химически образовался белок, способный к дальнейшим все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено и поглощено, что было невозможно в период возникновения живых существ.
Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого биогенное происхождение. Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена. Теория панспермии.
Наряду с теорией абиогенного происхождения жизни существуют и другие гипотезы. Так, в 1865 г. немецкий врач Г.Рихтер выдвинул гипотезу космозоев космических зачатков, в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Сходную гипотезу в 1907 г. выдвинул известный шведский естествоиспытатель С.Аррениус, предположив, что во Вселенной вечно существуют зародыши жизни - гипотезу панспермии. Он описывал, как с населенных другими существами планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов.
Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счет светового давления. Попадая на планету с подходящими условиями для жизни, они начинают новую жизнь на этой планете. Эту гипотезу поддерживали многие, в том числе русские ученые С. П. Костычев, Л. С. Берг и П. П. Лазарев. Данная гипотеза не предполагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни и переносит проблему в другое место Вселенной.
Либих считал, что атмосферы небесных тел, а также вращающихся космических туманностей можно считать как вековечные хранилища оживленной формы, как вечные плантации органических зародышей, откуда жизнь рассеивается в виде этих зародышей во Вселенной. Подобным образом мыслили Кельвин, Гельмгольц. Для обоснования панспермии обычно используют наскальные рисунки с изображением предметов, похожих на ракеты или космонавтов, или появления НЛО. Полеты космических аппаратов разрушили веру в существование разумной жизни на планетах солнечной системы, которая появилась после открытия Скипарелли каналов на марсе в 1877 г. Ловелл насчитал на Марсе 700 каналов.
Сеть каналов охватывала все материки. В 1924 г. каналы были сфотографированы, и большинство ученых увидели в них доказательство существования разумной жизни. Фотоснимки 500 каналов зафиксировали и сезонные изменения цвета, которые подтвердили идеи советского астронома Г. А. Тихова о растительности на Марсе, поскольку озера и каналы имели зеленый цвет. Ценная информация о физических условиях на Марсе была получена советским космическим аппаратом Марс и американскими посадочными станциями Викинг-1 и Викинг-2. Так, полярные шапки, испытывающие сезонные изменения, оказались состоящими из водного пара с примесью минеральной пыли и из твердой двуокиси углерода сухого льда. Но пока следов жизни на Марсе не найдено.
Изучение поверхности с борта искусственных спутников позволило предположить, что каналы и реки Марса могли возникнуть в результате растапливания под поверхностного водяного льда в зонах повышенной активности или внутреннего тепла планеты или при периодических изменениях климата.
В конце 60-х годов вновь возрос интерес к гипотезам панспермии. При изучении вещества метеоритов и комет были обнаружены многие предшественники живого - органические соединения, синильная кислота, вода, формальдегид, цианогены. Формальдегид, в частности, обнаружен в 60 случаев в 22 исследованных областях, его облака с концентрацией примерно 1 тысяча молекул в кубическом сантиметре заполняют обширные пространства.
В 1975 г. предшественники аминокислот найдены в лунном грунте и метеоритах. Концепция стационарного состояния жизни. По мнению В. И. Вернадского, нужно говорить об извечности жизни и проявлений ее организмов, как мы говорим об извечности материального субстрата небесных тел, их тепловых, электрических, магнитных свойств и их проявлений.
Далек от научных исканий вопрос о начале жизни, как и вопрос о начале материи, теплоты, электричества, магнетизма, движения. Все живое произошло от живого принцип Реди. Примитивные одноклеточные организмы могли возникнуть только в биосфере Земли, а шире, в биосфере Вселенной. По мнению Вернадского, естественные науки построены на предположении, что жизнь с ее особыми качествами не принимает никакого участия в жизни Вселенной. Но биосферу нужно брать как целое, как единый живой космический организм тогда и отпадает вопрос о начале живого, о скачке от неживого к живому.
Гипотеза голобиоза касается прообраза доклеточного предка и его способностей. Есть различные формы доклеточного предка биоид, биомонада, микросфера. Согласно биохимику П. Деккера, структурную основу биоида составляют жизнеподобные неравновесные диссипативные от лат. dissipate структуры, т. е. открытие микросистемы с ферментативным аппаратом, катализирующим метаболизм биоида.
Эта гипотеза трактует активность доклеточного предка в обменно-метаболическом духе. Именно в рамках гипотезы голобиоза моделировали биохимики С. Фокс и К. Дозе свои биополимеры, способные к метаболизму комплексному белковому синтезу. Главный недостаток этой гипотезы отсутствие генетической системы при таком синтезе. Отсюда предпочтение молекулярного прародителя всякого живого, а не первичной протоклеточной структуры. Гипотеза генобиоза. Американский ученый Холдейн считал, что первичной была не структура, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, подобная гену и способная к репродукции, а потому и названным им голым геном.
Общее признание гипотез генобиоза получили после открытия РНК и ДНК и их феноменальных свойств. В начале 80-х гг. была установлена способность РНК к самопродукции в отсутствии белковых ферментов. Второй момент открытие у РНК автокаталитических функций. Именно объединение двух функций каталитической и информационно-генетической привело к тому, что макромолекулярная система стала способной к саморепродукции.
Древняя РНК совмещала в себе черты фенотипа и генотипа, была подвержена как генетическим преобразованиям, так и естественному отбору, т. е. она эволюционировала. Итак, РНК сыграла первостепенную роль в зарождении жизни. Но мы же знаем, что современный геном биосферы именно ДНК, а не РНК. Но как это объяснить, Ревертаза и матричный синтез с ДНК на РНК явились компонентами единого для всего живого доклеточного предка.
Но эволюция последнего шла в сторону современной ДНК и утраты им самостоятельных каталитических функций. РНК является той первичной информационной молекулой, которая стояла у истоков жизни. Вот так решает современная наука вопрос о прообразе доклеточного предка живой материи. 3.