Более интересна гипотеза вечности жизни, которая в представлениях

шведского физико-химика конца XIX века Аррениуса известна как теория

панспермии (от греческих pan - всеохватывающий и sperma - семя).

Согласно этой гипотезе жизнь всегда присутствует в космосе в виде мельчайших

спор микроорганизмов, которые мигрируют между планетами, галактиками в составе

комет, метеоритов и других космических тел, пересекающих большие пространства.

Когда-то жизнь попала и на Землю, а потом развивалась, совершенствовалась.

Выполнен ряд работ с метеоритными телами, в которых найдены органические

вещества (аминокислоты, спирты, углеводороды), а также мельчайшие замурованные

пузырьки, похожие на отпечатки клеток или спор. В некоторых метеоритах, упавших

на Землю в 40-50-х годах и недавно извлеченных, найдены даже бактерии. Кроме

того, астрофизики на основании спектральных анализов удаленных космических тел

утверждают, что и в космосе присутствуют органические вещества; особенно много

их в кометах. Однако, все эти наблюдения не являются доказательствами

присутствия жизни. Органическое вещество - соединения на основе углерода -

вполне может быть неживого происхождения, пузырьки в метеоритах скорее всего

были заполнены газами, а встречаемые в метеоритных останках бактерии, очевидно,

проросли за десятилетия из почвы. В космосе ни вирусы, ни бактерии пока что не

обнаружены. К таким выводам сходится большинство ученых, озабоченных проблемой

происхождения жизни.

Для полноты картины добавим, что существует еще теория направленной

панспермии, согласно которой жизнь в виде простейших организмов на

Землю занесли инопланетяне, опередившие нас по уровню развития на миллиарды

лет. Эта идея подогревается наблюдениями различных НЛО, спекуляциями по поводу

падающих «летающих тарелок» и захваченных, но утаиваемых от общественности,

инопланетян. Оставим эти домыслы журналистам и досужим обывателям, поскольку в

научной среде факты о посещении Земли какими-либо существами отсутствуют.

Даже если жизнь «вечна» и на Землю попала из космоса, остается вопрос о

происхождении первых организмов - где бы и когда бы они не возникли. Поскольку

современные космологические теории, в частности теория большого взрыва, выводят

Вселенную из материального хаоса, ни о каком присутствии в Космосе живых

организмов до появления Вселенной не может быть и речи. Поэтому обратимся к тем

гипотезам, которые объясняют абиогенное возникновение жизни из

первичных неорганических субстратов, причем ни где-нибудь в космических далях,

о которых мы мало что знаем, а у нас на Земле.

Исходя из макромолекулярной специфики живой материи - как помним, ее основу

составляют белки и нуклеиновые кислоты - любая теория абиогенного (не из

живого) возникновения жизни в первую очередь должна объяснить происхождение

этих сложных нерегулярных полимеров и, более того, предложить механизм

возникновения генетического кодирования первичной структуры белков через

структуру ДНК и РНК (см. центральную догму молекулярной биологии - сегмент

22). Кроме того, надо понять как возникли липидные мембраны и тогда несложно

прийти к формированию протоклеток - простейших комочков живой плазмы,

ограниченных мембраной. В современной биологии сложилось два подхода к

объяснению этих механизмов и соответственно две модели абиогенного

происхождения жизни: бульонно-коацерватная и твердоматричная модели.

Бульонно-коацерватная модель исходит из того, что сложные органические

вещества возникли в растворах (в «бульоне»), из которых формировались

коацерваты - прямые предшественники протоклеток.

Уже Ламарк в 1802 г. высказал идею о самопроизвольном зарождении живого под

действием «флюидов» - теплоты и электричества. Позднее Чарльз Дарвин в одном

из частных писем высказывал мысль о самозарождении жизни на Земле в каком-

нибудь «маленьком теплом водоеме». Он допускал, что жизнь возникла из молекул

химических веществ, которые под действием света, тепла и электричества

взаимодействовали, давая сложные соединения. При этом Дарвин замечал, что

такое было возможно только в эпоху первобытной Земли, так как в современных

условиях всякий новый организм становился бы жертвой конкуренции или

хищничества со стороны уже существующих организмов.

В 20-е годы XX века гипотеза возникновения жизни на основе химической

эволюции была детально разработана российским академиком А. О. Опариным и,

независимо от него, американцем Дж. Холденом, а позднее получила некоторые

экспериментальные подтверждения. В современном толковании, согласно этой

гипотезе, жизнь возникла из неорганических веществ в несколько этапов, причем

химическая эволюция перешла в биологическую эволюцию. Как же это могло быть?

Возраст Земли определяют в 5-7 млрд лет. В этот ранний период наша планета

представляла раскаленное газо-пылевое облако. Около 4 млрд лет назад

образовалась кора. Примерно 3,6 млрд лет назад уже возникла жизнь. По

геологическим данным первые организмы - бактерии и сине-зеленые водоросли -

населяли воды мирового океана: моря, лагуны, ванны, гидротермы (места выхода

горячих газов). Но появлению микроорганизмов предшествовала длительная

веществ синтезировались органические биополимеры.

По Опарину 4 млрд лет назад атмосфера земли состояла из аммиака (NH3

), метана (CH4), углекислого газа (CO2) и

паров воды (H2O). По современным данным аммиак и метан,

возможно, отсутствовали, но не исключается наличие водорода (Н2

), хлора (Cl2), азота (N2), сероводорода (H

2S). Газы вырывались из остывающего центра земного «облака». Кислород

не доходил до атмосферы, окисляя по пути различные вещества. Когда температура

поверхности упала ниже 100 градусов, начался период горячих дождей,

сформировался мировой океан, многочисленные моря и мелкие водоемы. Начался

первый этап возникновения жизни - синтез органических веществ. В

горячей воде хорошо растворялись атмосферные газы, а также газы, минеральные

соли и другие вещества, приносимые горячими источниками и вулканами. Атмосфера

и поверхность земли подвергались действию космического излучения, включавшего

ультрафиолетовый свет от солнца, радиоактивные частицы, гамма-излучение. Были

частые и сильные грозы, дававшие мощное электромагнитное излучение. В этих

условиях из газов в воде возникали простые органические соединения: HCN, CH

3-CH3, CH2=CH2,

CH2=O (формальдегид), а из них и более сложные: полимерные

углеводороды типа СН3-СН2-СН2

-...-СН3, карбоновые кислоты СН3-СООН, СН

3-СН2-СН2-...-СООН. Путем

присоединения к этим веществам азота в форме аминогрупп (-NH2

) легко могли сформироваться аминокислоты: NH2-CH®-COOH, где R

- изменчивый радикал, а группы -NH2 и -СООН представляют

боковые «ручки» для полимеризации аминокислот в белок. Аналогично можно вывести

из простых органических предшественников мочевину, глицерин, липиды, углеводы,

азотистые основания и, далее, через полимеризацию нуклеиновые кислоты - ДНК и

РНК.

В 1953 г. молодой американский аспирант С. Миллер сумел воспроизвести в колбе

искусственный абиогенный синтез органических веществ. Из метана, аммиака,

водорода и воды при температуре 80 градусов Цельсия, при высоком давлении и

при пропускании электрических разрядов напряженностью 60 тысяч вольт он

получил жирные кислоты, мочевину, уксусную кислоту и, самое главное, прямые

предшественники белка - аминокислоты (глицин и аланин - 2 аминокислоты из 20,

входящих в состав белков). Позднее американец С. Фокс при нагревании смеси

аминокислот синтезировал и сам белок - в виде простейшего полипептида. Были

получены также и нуклеотиды - предшественники ДНК и РНК.

Таким образом, теория Опарина-Холдена совершала триумфальное шествие в

лабораториях биохимиков середины XX века. Однако появилась и альтернативная

версия о том, что органические вещества могли приноситься на Землю в составе

комет и метеоритов. Но как бы там ни было, от органических веществ до

простейшей клетки - дистанция большого размера. Как представлял себе Опарин,

органических веществ в плотных капельках - коацерватах. В присутствии

электролитов (растворенных солей) органические вещества отделяются от общего

раствора в виде геля - более концентрированного раствора с гидрофобными,

водородными и другими дополнительными связями между молекулами. Эти капли -

коацерваты - получали искусственно. Некоторые их свойства были сравнимы с

функциями живых клеток.

Искусственные коацерваты могли поглощать из окружающего раствора различные

вещества, имитируя питание и рост. Эти вещества преобразовывались в

результате химических реакций, а продукты выделялись во внешнюю среду. Таким

образом, происходил примитивный обмен веществ. При встряхивании

коацерваты делились, а потом снова росли путем самосборки.

Опарин даже считал, что между коацерватами идет борьба за существование,

и «выживают» более устойчивые, приспособленные к данной среде. Эту же мысль с

позиций теории самоорганизации позднее развивал немецкий ученый М. Эйген. Он

также считал, что происхождение жизни есть результат отбора и адаптаций на

уровне органических макромолекул при том, что молекулярная система открыта для

обмена веществом и энергией, способна к автокатализу и мутациям.

Но даже сложные коацерваты, если они действительно формировались в первобытных

морях, еще не представляли живые системы; это могла быть лишь стадия преджизни.

кодирования и воспроизведения жизни. Классическая версия предполагает

возникновение и включение в коацерваты нуклеиновых кислот и белков-ферментов.

Причем некоторые ученые считают, что первой возникла РНК (сейчас доказано, что

она способна к ауторепликации без ферментов), а уже потом появилась способность

к синтезу белков с матрицы РНК и еще позже - с ДНК. Под действием излучений в

нуклеиновых кислотах накапливались ошибки репликации, то есть мутации, которые

вели с появлению молекулярного разнообразия. С появлением в среде липидов

возникли мембраны (как образуются тончайшие масляные пленки на поверхности

воды) и появилась возможность более надежной изоляции коацерватных капель. Это

надмолекулярное образование уже можно было бы назвать простейшей клеткой.

Однако бульонно-коацерватная модель возникновения жизни имеет и большие

трудности. Все рассуждения о предполагаемых событиях третьего этапа

остаются спекулятивными, к ним практически нет реальных оснований. Причем они

с другой. А ведь именно это соответствие представляет суть центральной

догмы молекулярной биологии. Трудный вопрос: откуда взялся для построения ДНК

фосфор - редкий элемент земной коры. В 1990 г. синтезировано органическое

соединение AATE (AminoAdenosinTriacidEster), состоящее из двух частей - со

свойствами белка и нуклеиновой кислоты. Вещество оказалось способно к

аутокаталитическому воспроизведению (в хлороформе). Но выход на гены и белки

отсюда тоже не виден. Попытки объяснить происхождение кодированного

соответствия ДНК (РНК) - белок содержатся в другой модели абиогенного

возникновения жизни.

Твердоматричная модель происхождения жизни исходит из того, что

органические вещества образовались не в растворе, а на твердых фазах минералов.

Минеральная поверхность может служить катализатором, то есть резко ускорять

реакции синтеза, и одновременно образцом (матрицей) для той химической

структуры, которая на ней синтезируется.

На Западе популярна версия о происхождении жизни на минерале пирите

- FeS2. Пирит повсеместно распространен, в том числе в

гидротермальных источниках. Поверхность кристалла пирита несет положительный

заряд, и с ним могут связываться молекулы органических веществ. При образовании

пирита из железа (Fe) и серы (S) выделяются электроны и энергия (!), которая

может идти на синтез сложных органических соединений. Немецкий химик-органик

Вехтершойзер считает, что первые живые клетки представляли собой

кристаллические пиритовые «зерна», окруженные мембраной из органических

веществ. Размножались они почкованием кристалла вместе с мембраной.

Другой вероятный кандидат на роль матрицы жизни - кристаллическая глина

. Она обладает большей структурной сложностью, чем пирит, а это хорошая основа

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23