Эволюция химических соединений на земле
Концепция А. И. Опарина в научном мире весьма популярна. Сильной ее
стороной является точное соответствие теории химической эволюции, согласно
которой зарождение жизни — закономерный результат. Аргументом в пользу этой
концепции служит возможность экспериментальной проверки ее основных
положений в лабораторных условиях.
Слабой стороной концепции А. И. Опарина является допущение возможности
самовоспроизведения коацерватных структур в отсутствие систем,
обеспечивающих генетическое кодирование. В рамках концепции Опарина не
решена главная проблема — о движущих силах саморазвития химических систем и
перехода от химической эволюции к биологической, о причине таинственного
скачка от неживой материи к живой.
Спорные вопросы концепций происхождения жизни
1) что было первичным — белки или нуклеиновые кислоты?
2) если предположить, что эти классы полимеров возникли не одновременно,
то как и когда произошло их объединение в единую систему передачи
генетической информации?
Белки в организме служат катализаторами протекающих биохимических
реакций и являются клеточными структурными элементами. Они представляют
собой цепочки аминокислот, удерживающихся пептидными связями. Из огромного
арсенала аминокислот для образования животных и растительных белков природа
использовала 20 типов. Разнообразие белков определяется различными
аминокислотами и последовательностью их расположения в белковых цепях. Даже
при полной
Одним из наиболее сложных вопросов, связанных с происхождением жизни,
является характеристика особенностей доклеточного предка.
идентичности состава и последовательности расположения аминокислот
различия в пространственной структуре белков приводят к разнице в их физико-
химических свойствах. Белки живого происхождения имеют одинаковую изомерию,
тогда как абиогенно полученные белки содержат равное количество возможных
пространственных структур.
Нужный в данный момент белок синтезируется клеткой из запасенного
материала с помощью системы воспроизведения, которая содержит в
закодированном виде необходимую информацию. Свои функции система
воспроизведения осуществляет при помощи полимерных соединений
дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и рибонуклеиновой кислоты (РНК). ДНК
является хранительницей генетической информации, заложенной в
последовательность оснований, расположенных вдоль ее цепи. РНК способна
считывать хранимую в ДНК информацию, переносить ее в среду с исходными для
синтеза белка материалами и строить из них нужные белковые молекулы.
Существует одно важное и пока не нашедшее объяснения различие в
свойствах живого и неживого веществ.
Концепция А. И. Опарина относится к группе голобиоза, поскольку
исходит из идеи первичности структур типа клеточной, наделенной
способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного
механизма. Нуклеиновые кислоты при таком механизме появляются на
завершающем этапе.
Примером иной точки зрения служит концепция Дж. Холдейна, согласно
которой первичной была не структура, способная к обмену веществ с
окружающей средой, а макромо-лекулярная система, подобная гену и способная
к саморепродукции, и потому названная им «голым геном». Подобную группу
концепций называют генобиозом или информационной гипотезой.
Позиции гипотезы генобиоза заметно укрепились к 1970-м годам, а в 1980-
е годы в представлениях о доклеточном предке она стала доминирующей. Общее
признание в рамках этой гипотезы получила идея, согласно которой хирально
чистыми молекулярными «блоками», составившими основу для зарождения живого,
были макромолекулы ДНК или РНК.
Современные представления о происхождении жизни: проблемы и решения
Оказалось, что РНК наделена такой же генетической памятью, как и ДНК,
и вопреки устоявшейся генетической догме возможен перенос генетической
информации от РНК к ДНК при участии фермента, открытого в начале 1970-х
годов. Была установлена способность РНК к саморепродукции в отсутствии
белковых ферментов, то есть автокаталитическая функция.
Гипотеза о механизме зарождения макромолекул, необходимых для
строительства белка, высказана Эйгеном в работе «Самоорганизация материи в
ходе химической эволюции» (1971). Эйген распространил на процессы, которые
должны были происходить при эволюционном скачке, принцип дарвиновского
отбора и ввел понятие конкуренции гиперциклов, или циклов химических
реакций, которые приводят к образованию белковых молекул. Циклы, работающие
быстрее и эффективнее остальных, выживают и побеждают в конкурентной
борьбе. Как можно досюда дочитать и не охуеть? Пищей служат молекулы
мономеров, которые поглощаются при полимеризации или в ходе циклов реакций.
В «первичном бульоне» присутствуют и катализаторы химических реакций,
которые образуются в них как промежуточные продукты, то есть возникает
автокаталитическая самоорганизующаяся система.
После того как образовался «первичный бульон» из углеродных
соединений, появилась возможность образования биополимеров — нуклеиновых
кислот и белков, обладающих свойствами самовоспроизводства. В результате
осаждения органических соединений на минеральных телах, например на глине
дна водоемов, возникла концентрация, необходимая для образования полимеров.
Вода в начальный период формирования нашей планеты непрерывно перемещала
растворенные в ней вещества из мест образования в места накопления, где
формировались протобионты (системы органических веществ, способные расти и
развиваться за счет поглощения из окружающей среды богатых энергией
веществ).
Далее образовались микросферы, или коацерваты (сгустки органических
веществ), между которыми выстраивались молекулы сложных углеводородов, что
приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей
коацерватам стабильность. Включение в коацерват молекулы, способной к
самовоспроизведению, приводило к возникновению примитивной клетки, которая
могла расти. Мембраны располагались на поверхности клетки, а также
многократно прошивали ее насквозь в разных направлениях, образуя внутреннюю
сеть мембран. На мембранах концентрировались абиогенно синтезированные
ферменты, что упорядочило обмен веществ в клетках. Он начал зависеть от
свойств и порядка расположения ферментов на мембранах. У нуклеиновых
кислот, которые синтезировались абиогенно, еще не было однозначно заданных
матриц, в соответствии с которыми каждая новая молекула нуклеиновых кислот
копирует последовательность азотистых оснований молекулы-матрицы.
Строение молекул ДНК те первые клетки через ряд последующих поколений
передали клеткам современных организмов. Таким образом, современные клетки
происходят из большого количества абиогенно сформировавшихся прототипов.
Древнейшая жизнь, вероятно, существовала в качестве гетеротрофных
бактерий, получавших пищу и энергию от органического материала абиогенного
происхождения, образовавшегося на еще более ранней стадии эволюции Земли.
Исходя из этого, можно представить, что начало жизни на нашей планете
отодвигается более чем на 4 млрд лет назад, то есть жизнь на Земле
существует примерно столько же времени, сколько существует сама планета.
Заключение
Тех, кто задумывался над тайнами природы, с самых древних времен
влекла, а порой и отпугивала своей недоступностью одна из глубочайших тайн
в познании мира — вопрос о сущности жизни.
Тысячелетия загадка жизни оставалась прибежищем метафизики, областью
верований, а не знания. Жизнь рассматривалась как сверхъестественное и
потому непознаваемое явление. Многие авторы, расходясь в мелочах, сходились
в утверждении, что живые существа и жизненные процессы не могут быть
объяснены в логических понятиях.
Реальное развитие науки, как известно, опровергло все эти вековые
заблуждения. Стоит ли напоминать, что раскрыт генетический код, выяснена
трехмерная структура белковой молекулы? В отношении химического состава
живых объектов можно сказать, что практически достигнут предел: мы знаем
этот состав с почти исчерпывающей полнотой, и вряд ли нас ожидают какие-
либо крупные сюрпризы на этом пути.
Список литературы
Войткевич Г. В. Возникновение и развитие жизни на Земле. — М., 1988.
Кастлер Г. Возникновение биологической организации. — М., 1967.
Кузнецов В. И. Общая химия. Тенденции развития. — М., 1989.
Опарин А. И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие: 2-е изд.-М.,
1968.
Эйген М., Винклер Р. Игра жизни. — М., 1979.
Чипндейл П. Порядок и беспорядок в природе. — М., 1987.
| |  скачать работу |
Эволюция химических соединений на земле |
