Происхождение жизни на Земле

Гипотеза А.И. Опарина о коацерватной стадии в процессе возникновения жизни.

Коацерваты -- это комплексы коллоидных частиц. Они мо-гут возникать, например, из комплексных солей кобальта, кремнекислого натрия и нашатырного спирта, в растворе ацетилцеллюлозы, в хлороформе или бензоле, при смешивании растворов различных белков. Такой раствор, как правило, раз-деляется на два слоя -- слой, богатый коллоидными частица-ми, и жидкость, почти свободную от них.

В некоторых случа-ях коацерваты образуются в виде отдельных капель, видимых под микроскопом. Для их образования необходимо присутствие в растворе нескольких (хотя бы двух) разноименно заряженных высокомолекулярных веществ. Поскольку в водах первичного океана это условие было соблюдено, образование в нем коацерватов могло быть реальным.

А.И. Опарин предположил, что в массе коацерватных ка-пель должен был идти отбор наиболее устойчивых в существо-вавших условиях. Многие миллионы лет шел процесс есте-ственного отбора коацерватных капель. Сохранялась лишь нич-тожная их часть.

Способность к избирательной адсорбции по-степенно преобразовалась в устойчивый обмен веществ. Вмес-те с этим в процессе отбора оставались лишь те капли, которые при распаде на дочерние сохраняли особенности своей струк-туры, т.е. приобретали свойство самовоспроизведения -- важ-нейшего признака жизни.

По достижении этой стадии коацерватная капля превратилась в простейший живой организм. Коацерватные капли были местом встречи и взаимодействия до этого независимо возникавших простых белков, нуклеиновых кис-лот, полисахаридов и липидов.

Отдельная молекула, даже очень сложная, не может быть живой. Ученые считают, что первоначально на молекулярном уровне могли возникать лишь белково- и нуклеино-подобные полимеры, лишенные какой-либо биологической целесообраз-ности своего строения. Только при объединении этих полиме-ров в многомолекулярные фазовообособленные системы могло возникнуть взаимосогласование их структур и биологическое функционирование новых целостных систем.

Это значит, что не разрозненные части определяют собой организацию целого, а целое, продолжая эволюционировать, обусловливает целесо-образность строения частей.

Где-то на той же стадии возникает и естественный отбор, способствующий сохранению наиболее совершенных и целесообразных структур. Здесь много неясно-го, но в трудах ведущих синергетиков И. Пригожина и М. Эйгена и многих других ученых дается все более обосновываемая картина действия отбора на высокомолекулярном и надмолеку-лярном уровнях.

2. Этапы химической и предбиологической эволюции на пути к жизни

Гипотеза А.И. Опарина способствовала конкретному изуче-нию происхождения простейших форм жизни. Она положила начало физико-химическому моделированию процессов обра-зования молекул аминокислот, нуклеиновых оснований, угле-водородов в условиях предполагаемой первичной атмосферы Земли.

После работ немецкого исследователя С. Мюллера и других стало известно, что под воздействием физических излу-чений эти биоорганические молекулы могут образовываться в самых различных смесях, содержащих водород, азот, аммиак, воду, углекислый газ, метан, синильную кислоту и т.п.

Имеется ли этот исходный материал в реальном космическом пространстве? Сейчас установлено наличие в межзвездной среде облаков пыли и газа, в которых обнаружены многие неорганические молекулы Н2О, NH3, SO, SiO, H2S и т.д. Осо-бенно показательно присутствие в космосе таких органических соединений, как формальдегид, цианацетилен, ацетальдегид, формамид, метилформиат.

Сенсацией явилось открытие кос-мических облаков этилового спирта с температурой 200 К и с концентрацией молекул 1012-1013 в 1 см3. Подобные соедине-ния близки к биоорганическим молекулам или легко могут пре-вратиться в них. Таким образом, достоверно установлено, что в космосе имеются необходимые компоненты для синтеза бо-лее сложных соединений, важных для формирования белков, углеводов, нуклеиновых полимеров и липидов.

Следующие, более сложные звенья эволюционной цепочки обнаружены при изучении вещественного состава метеоритов и лунных пород, доставленных космическим аппаратом. В них обнаружены аминокислоты, алифатические и ароматические углеводороды, предшественники нуклеиновых кислот -аденин и гуанин, порфирин -- простейший химический предше-ственник хлорофилла. И на земле, в древних отложениях с возрастом порядка сотен миллионов и нескольких миллиардов лет, обнаружено множество органических соединений, кото-рые подсказывают возможные пути возникновения жизни (ами-нокислоты, углеводороды, порфирины и др.).

Обращает на себя внимание следующий факт. В нашей га-лактике наиболее распространены водород, углерод, азот, кис-лород, составляющие основу живого. В земной же коре, в лунных породах и метеоритах их очень мало, а преобладают здесь кремний, алюминий, железо. Для первой, космической группы элементов характерна молекулярная форма существования и склонность к флюидному, текучему состоянию (жидкость, газ). Для планетарной группы элементов типично твердое агрегат-ное состояние в виде бесконечных кристаллических структур, в которых невозможно выделить отдельные молекулы.

Мертвые, застывшие, окаменевшие пространства Луны, Меркурия, Марса -- результат утраты ими подвижных флюид-ных элементов, осуществляющих транспортировку вещества и энергии.

На Земле же до сих пор продолжаются более активные химические процессы. И это благодаря остаткам флюидной группы элементов: наличию значительного количества воды, метана, аммиака, других газов и жидкостей в атмосфере, гидросфере, в твердой коре и глубинных породах, откуда лег-кие соединения выделяются в форме вулканических газов или в виде общего газового обмена планеты и окружающей части космоса.

Химическая эволюция на поверхности планет реали-зуется тогда, когда энергия звездного излучения может превра-титься в энергию возбуждения молекулярных структур. Поэто-му решающим условием зарождения жизни на Земле явился фотосинтез.

Возраст нашей Земли более 4 млрд. лет, а следы остатков древних организмов насчитывают 3,2--3,8 млрд. лет.

Если сей-час в атмосфере Земли 78% азота и 21% кислорода, то более 3 млрд. лет назад в атмосфере Земли свободного кислорода прак-тически не было. Тогда температура поверхности Земли была намного выше современной, а атмосфера состояла из паров воды и примеси вулканических газов (азота, углекислого газа, аммиака, метана и др.) Единственным источником ничтож-ных количеств кислорода были реакции фотодиссоциации мо-лекул воды в верхних частях атмосферы под воздействием сол-нечной радиации.

Около 3 млрд. лет назад на Земле пошли энер-гичные процессы окисления за счет кислорода, источником которого явились фотосинтсзирующие живые организмы. Ак-тивность биосферы, в конечном счете, и определила современ-ный состав атмосферы Земли.

Первые достоверные следы жизни обнаружены в отложениях, возраст которых около 3 млрд. лет. К ним относятся следы, оставшиеся от сине-зеленых водорос-лей в известняках Южной Африки, остатки организмов в пес-чаниках Канады. Но им предшествовали более древние и при-митивные формы жизни, а еще ранее -- стадии предбиологической и химической эволюции.

3. Новая гипотеза об особой роли малых молекул в первичном зарождении белково-нуклеиновых систем

На очередном совещании по философским вопросам совре-менной медицины в Президиуме Российской академии медицинских наук исследователи А.В. Олескин, И.В. Ботвинко и Т.А. Кировская сообщили следующее:

«В последние десятиле-тия накапливаются данные о том, что не белок и не ДНК/РНК, вероятно, положили начало доклеточным предшественникам современной жизни -- гипотетическим пробионтам. Жизнь, что представляется все более правдоподобным в свете совре-менных данных, эволюционировала на базе динамичной игры малых молекул (органических и неорганических). Это были ионы металлов (Fe2t, Zn2t, AP% N\\ Cu2\ Co2+, Mg2+, Са2+), соединения серы (дисульфиды, полисульфиды), фосфора (ортофосфат, нитрофосфат, полифосфаты), азота (особенно NO и N2O), а также небольшие органические молекулы типа ами-нов (этаноламин, холин, гисталины и др.), аминокислот (осо-бенно глицин, гдуатамат, аслартат), углеводородов (например, этилен). ...

Имеется предположение, что даже функция на-следственной передачи признаков, ныне выполняемая нуклеи-новыми кислотами, первоначально зависела от неорганических генов" - матриц для синтеза молекул (вначале даже небелковой природы), построенных на основе алюмосилика-тов глины. Первые биополимеры могли быть результатом авто-каталитических реакций малых молекул...

Имеется общий сце-нарий "возникновения жизни в облаках", где мельчайшие дож-девые капли, озаренные ультрафиолетом первобытного Солн-ца и поглощающие частицы соединений металлов и неметал-лов в ходе пыльных бурь, обеспечивали достаточную суммар-ную поверхность для фотоиндуцированного гетерогенного ка-тализа и последующего синтеза более сложных, органических молекул, поступавших с дождевыми потоками в океан, где жизнь "дозревала" уже в соответствии с опаринским сценари-ем "первичного бульона" и "коацерватных капель"»1.

Изложенный подход представляется весьма интересным раз-витием гипотезы А.И. Опарина. Главное теперь -- в оконча-тельном экспериментальном подтверждении (или отрицании!) и старой, и новой гипотез.

_________________________________________________________________

1 Совещание по философским проблемам современной медицины. 16 января 1997 г. - М., 1997. - С. 88-89.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

Естествознание затрагивает широкий спектр вопросов о многочисленных и всесторонних проявлениях свойств Природы.

При физико-информационном подходе Вселенная -- сверх-система, способная к самоорганизации, самоуправлению на всех этапах и уровнях существования, а потому к ней применимы основные идеи теории информации и семиотики, в том числе принцип знакового посредника, кибернетический и антропный принципы.

Исходя из этого можно прийти к пониманию сущ-ности эволюции Вселенной с точки зрения реализации единого космологического кода, изначально заданного и содержащего-ся в ее электромагнитном спектре. При этом чисто теоретичес-кая умозрительная реконструкция фотонной фазы эволюции должна привести к иному пониманию существа не только физического пространства-времени и материи, но и всего разно-образия физико-химических, биохимических, социобиологических, социотехнологических и ноокосмических эволюционных процессов во Вселенной.

Поиск новых теорий, которые могли бы заменить Общую Теорию Относительности, бу-дут продолжаться и впредь -- такова логика развития науки.

А. А. Логунов утверждает, что "создание ОТО получено це-ной отказа от законов сохранения вещества и гравитационного поля вместе взятых" . В постньютоновском изложении его по-левая теория гравитации совпадает с ОТО, но при рассмотре-нии вопроса о сильных полях могут быть существенные рас-хождения.

ОТО не дает решений существования Вселенной, не прошед-шей через сингулярную точку, однако ни описать, ни осознать ее современная наука не в состоянии, поэтому ряд ученых со-гласились с теологами в рассуждениях о сотворении Мира.

Заслуживают внимание слова Борна: "Атеистам, которым не нравится "начало", потому что его можно истолковать как со-творение, следует сказать, что начало Вселенной в том виде, как оно нам известно, может быть концом другой формы разви-тия материи, хотя практически было бы совершенно невозмож-но узнать что-нибудь относительно этого периода, поскольку все следы в хаосе разрушения и перестройки".

Один из столпов церкви, идеолог католицизма, Фома Аквинский (1225 - 1274) по этому поводу сказал: "В начало Мира мож-но не верить, но его невозможно ни доказать, ни осознать умом"

По некоторым гипотезам в микромире пространство и вре-мя могут иметь иное, чем в макромире, число измерений. Не-сомненно, что со временем связь микро- и мегамиров, физики элементарных частиц и космологии будет проявляться все тес-нее и в самых неожиданных ракурсах.

В настоящее время известен генетический код и установле-на передача наследственной информации при помощи языка белковых молекул. Существование языка электромагнитных волн, который объединяет Мир в единое целое, будет иметь уни-версальное значение для системы световещества. Это должно привести к пониманию единой информационной Природы все-го сущего.

Знание концепций современного естествознания поможет людям вне зависимости от их профессии понять и представить уровень материальных и интеллектуальных затрат современных исследований, позволяющих проникнуть в суть явлений Мира и осознать чрезвычайную важность проблем сохранения окру-жающей Среды.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Горохов В. Г. Концепции современного естествознания. -- М: Инфра-М, 2000.

2. Горелов А. А. Концепции современного естествознания.-- М.: Центр, 1997.

3. Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания. -Новосибирск. ЮКЭА, 1997.

4. Кокин А. В. Концепции современного естествознания. -- М.: 1998.

5. Лавриенко В. Н.идр. Концепции современного естествозна-ния. -- М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.

6. Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания: Учеб. Пособие . - М.: ВЛАДОС, 2001

ПРИЛОЖЕНИЕ:

Этапы развития жизни на Земле