Биохимическая эволюцияСреди астрономов, геологов и биологовпринято - считать, что возраст Земли составляет примерно 4,5-5 млрд. лет.По мнению многих биологов, в далеком прошлом состояниенашей планеты было мало похоже на нынешнее по всей вероятности, температура ееповерхности была очень высокой 4000-8000 С , и по мере того, как Земляостывала, углерод и более тугоплавкие металлы конденсировались и образо вализемную кору поверхность планеты была, вероятно, голой и неровной, так как наней в результате вулканической активности, непрерывных подвижек коры и сжатия,вызванного охлаждением, происходило образование складок и разрывов.Полагают, что в тевремена атмосфера была совершенно не такая, как теперь.
Легкие газы - водород,гелий, азот, кислород и аргон - уходили из атмосферы, так как гравитационноеполе нашей еще недостаточно плотной планеты не могло их удержать.Однакопростые соединения, содержащие среди прочих эти элементы, должны былиудерживаться к ним относятся вода, аммиак, двуокись углерода и метан.
До техпор пока температура Земли не упала ниже 100 С, вся вода, вероятно, находиласьв парообразном состоянии.Атмосфера была, по-видимому, восстановительной , о чем свидетельствует наличие в самых древних горныхпородах Земли металлов в восстановленной форме, таких как двухвалентное железо.Более молодые горные породы содержат металлы в окисленной форме, напримертрехвалентное железо. Отсутствие в атмосфере кислорода было, вероятно,необходимым условием для возникновения жизни лабораторные опыты показывают,что, как это ни парадоксально, органические вещества основа живых организмов гораздо легче создаются в восстановительной среде, чем в атмосфере богатойкислородом.
В 1923 г. А. И. Опарин высказал мнение, что атмосфера первичнойЗемли была не такой, как сейчас, а примерно соответствовала сделанному вышеописанию.Исходя из теоретических соображений, он полагал, что органическиевещества, воз можно углеводороды, могли создаваться в океане из более простыхсоединений энергию для этих реакций синтеза, вероятно, доставляла интенсивнаясолнечная радиация главным образом ультрафиолетовая , падавшая на Землю дотого, как образовался слой озона, который стал задерживать большую ее часть.
Помнению Опарина, разнообразиенаходившихся в океанахпростых соединений, площадь поверхности Земли, доступность энергии и масштабывремени позволяют предположить, что в океанах постепенно накопилисьорганические вещества и образовался тот первичный бульон , в котором моглавозникнуть жизнь.
Эта идея была не нова в 1871 г. сходную мысль высказал Дарвин Часто говорят, что все необходимые для создания живого организмаусловия, которые могли когда-то существовать, имеются и в настоящее время.Ноесли ох, какое это большое если представить себе, что в каком-то небольшомтеплом пруду, содержащем всевозможные аммонийные и фосфорные соли, при наличиисвета, тепла, электричества и т.п. образовался бы химическим путем белок,готовый претерпеть еще более сложные превращения, то в наши дни такой материалнепрерывно пожирался бы или поглощался, чего не могло случиться до того, какпоявились живые существа .В 1953 г. Стэнли Миллер в рядеэкспериментов моделировал условия, предположительно существовавшие напервобытной Земле. В созданной им установке рис. 24.1 , снабженной источникомэнергии, ему удалось синтезировать многие вещества, имеющие важноебиологическое значение, в том числе ряд аминокислот, аденин и простые сахара,такие как рибоза.
После этого Орджел в Институте Солка в сходном экспериментесинтезировал нуклеотидные цепи длиной в шесть мономерных единиц простыенуклеиновые кислоты .Позднее возниклопредположение, что в первичной атмосфере, в относительно высокой концентрациисодержалась двуокись углерода.
Недавние эксперименты, приведенные сиспользованием установки Миллера, н которую, однако, поместили смесь СО2и Н2О и только следовые количества других газов, дали такие жерезультаты, какие получил Миллер.Теория Опарина завоевала широкое признание,но она, оставляет нерешенными проблемы, связанные с переходом от сложныхорганических веществ к простым живым организмам.
Именно в этом аспекте теориябиохимической эволюции предлагает общую схему, приемлемую для большинствасовременных биологов. Однако они не пришли к единому мнению о деталях этогопроцесса. Опарин полагал, чторешающая роль в превращении неживого в живое принадлежала белкам.Благодаряамфотерности белковых молекул они способны к образованию коллоидныхгидрофильных комплексов -притягивают к себе молекулы воды, создающие вокруг нихоболочку.
Эти комплексы могут обособляться от всей массы воды, в которой онисуспендированы водной фазы , и образовывать своего рода эмульсию.Слияниетаких комплексов друг с другом приводит к отделению коллоидов от водной среды -процесс, называемый коацервацией от лат. coacervus - сгусток или куча . Богатыеколлоидами коацерваты, возможно, были способны обмениваться с окружающей средойвеществами и избирательно накапливать различные соединения, в особенностикристаллоиды.
Коллоидный состав данного коацервата, очевидно, зависел отсостава среды. Разнообразие состава бульона в разных местах вело к различиямв химическом составе коацерватов и поставляло таким образом сырье для биохимического естественного отбора .Предполагается, что в самих коацерватахвходящие в их состав вещества вступали в дальнейшие химические реакции приэтом происходило поглощение коацерватами ионов металлов и образованиеферментов.На границе между коацерватами и внешней средой выстраивалисьмолекулы липидов сложные углеводороды , что приводило к образованиюпримитивной клеточной мембраны, обеспечивавшей концерватам стабильность. Врезультате включения в коацерват пред существующей молекулы, способной к.самовоспроизведению, и внутренней перестройки покрытого липидной оболочкойкоацервата могла возникнуть примитивная клетка.
Увеличение размеров коацерватови их фрагментация, возможно, вели к образованию идентичных коацерватов, которыемогли поглощать больше компонентов среды, так что этот процесс могпродолжаться.
Такая предположительная последовательность событий должна былапривести к возникновению примитивного самовоспроизводящегося гетеротрофногоорганизма, питавшегося органическими веществами первичного бульона.Хотя эту гипотезупроисхождения жизни признают очень многие ученые, астроном Фред Хойл недавновысказал мнение, что мысль о возникновении живого в результате описанных вышеслучайных взаимодействий молекул столь же нелепа и неправдоподобна, какутверждение, что ураган, пронесшийся над мусорной свалкой, может привести ксборке Боинга-747 1.1 Самоетрудное для этой теории - объяснить появление способности живых систем ксамовоспроизведению.
Гипотезы по этому вопросу пока мало убедительны.