Виникнення життя на Землі

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Виникнення життя на Землі — теоретичні дослідження про ймовірну історію виникнення всього живого на планеті Земля.
Згідно з астрономічними та геологічними даними вік Землі становить приблизно 4,5 — 5 млрд. років[Джерело?]. Вважається, що в минулому стан нашої планети був мало схожий на теперішній. Імовірно, температура на поверхні була дуже високою (4000 — 8000 °C)[Джерело?], а в міру остигання, тугоплавкі метали конденсувалися й утворили земну кору; поверхня планети була, напевно, голою і нерівною, оскільки на ній внаслідок вулканічної активності, переміщень і стиснень кори, викликаної охолодженням, відбувалося утворення складок і розривів.

Вважається, що гравітаційне поле ще недостатньо масивної планети не могло утримувати легкі гази[Джерело?]: водень, кисень, азот, гелій і аргон, внаслідок чого вони залишили атмосферу. Але прості сполуки, які містять ці елементи серед інших (вода, аміак, CO2, метан) виявились достатньо важкими й залишились на планеті. Поки температура Землі не впала нижче за 100 °C, уся вода перебувала в пароподібному стані[Джерело?]. Атмосфера була, вочевидь, відновною, про що свідчить наявність у давніх породах металів у відновленій формі (наприклад, двовалентного заліза). Молодші породи містять метали вже в окисленій формі (Fe3+). Відсутність кисню, скоріш за все, була необхідною умовою для виникнення життя[Джерело?]. Лабораторні досліди свідчать про те, що органічні речовини (основа життя) набагато легше утворюються у збідненій киснем атмосфері.

Гіпотеза Опаріна[ред.ред. код]

1923 року О. І. Опарін, виходячи з теоретичних міркувань, запропонував гіпотезу, що органічні речовини, можливо вуглеводні, могли утворюватися в океані з простіших сполук. Енергію для цих процесів постачала інтенсивна сонячна радіація, головним чином ультрафіолетове випромінювання, що потрапляло на Землю до того, як утворився озоновий шар, який зараз затримує основну її частину. На думку Опаріна, різноманітність простих сполук, що були в океанах, площа поверхні Землі, доступність енергії й масштаби часу дозволяють припустити, що в океанах поступово накопичилися органічні речовини й утворився первісний бульйон. У такому первісному бульйоні, на його думку, могло виникнути життя.

1953 року Стенлі Міллер у низці експериментів моделював умови, що існували на первісній Землі (див. Експеримент Міллера—Юрі). У створеній установці йому вдалося синтезувати багато речовин, що мають важливе біологічне значення, в зокрема кілька амінокислот, аденін і простий цукор, такий як рибоза. Після цього Орджел з Інституту Солка в схожому експерименті синтезував нуклеотидні ланцюги довжиною шість мономерних одиниць (прості нуклеїнові кислоти).

Утворення подібних сполук у природі є досить очікуваним. Амінокислота гліцин (складова частина білків) має досить просту формулу: C2H5NO2. Тому навіть у місячному ґрунті та метеоритах Оргейл, Муррей та Мерчисон було виявлено амінокислоти: гліцин, глутамін, аланін, аспаргін, серін. Однак у жодному з дослідів Міллера та інших дослідників не вдавалось одночасно синтезувати всі 20 амінокислот, які є в живих організмах.[Джерело?] Крім цього, концентрація амінокислот у бульйоні була все ж занадто малою (близько 2%)[Джерело?]. У випадку, якби ці реакції відбувались у невеликій водоймі, цим речовинам загрожувало би звичайне розсіяння.

Також слід відзначити, що умови, за яких Стенлі Міллер проводив свої досліди, все ж були досить відмінними від природних. Наприклад, у дослідах Міллера обсяг газів піддавався дії електричних розрядів протягом тижня. Це означає, що тривалість контакту газів з електричним розрядом було перевищено у мільйони разів порівняно з блискавкою.

Окрему проблему становить твердження про відсутність кисню в первинній атмосфері Землі. Це твердження все ще є досить спірним у сучасній науці[Джерело?]. А за наявності кисню синтез складних сполук є вкрай малоймовірним.

Ці та інші проблеми змусили в 1960-х роках шведських вчених: хіміка Л. Сіллен та геолога М. Руттен — відкинути концепцію «первинного бульйону», як хімічно малоймовірну[Джерело?].

Пізніше виникло припущення, що в первинній атмосфері у відносно високій концентрації містився двоокис вуглецю. Недавні експерименти, проведені з використанням установки Міллера, в яку вмістили суміш CO2 і H2O, і тільки слідові кількості інших газів, дали такі ж результати, які отримав Міллер. Теорія Опаріна отримала широке визнання[Джерело?], але вона не дає відповідь на питання, як саме відбувся перехід від складних органічних речовин до простих живих організмів. У цьому аспекті теорія біохімічної еволюції подає загальну схему, прийнятну для більшості біологів.

Опарін вважав, що вирішальна роль у перетворенні неживого в живе належала білкам. Завдяки амфотерності білків вони можуть утворювати колоїдні гідрофільні комплекси — притягати до себе молекули води, які створюють навколо них оболонку. Ці комплекси можуть відокремлюватися від водної фази, в якій вони перебувають у вигляді суспензії, і утворювати емульсію. Злиття таких комплексів один з одним призводить до відділення колоїдів від середовища — процес, званий коацервацією. Багаті на колоїди коацервати, можливо, були здатні до обміну речовинами з навколишнім середовищем і вибірково нагромаджували різні сполуки, особливо кристалоїди. Колоїдний склад коацерватів, вочевидь, залежав від складу середовища. Різноманітність складу «бульйону» в різних місцях вела до відмінностей у складі коацерватів і постачала таким чином сировину для біохімічного природного добору.

Припускається, що в самих коацерватах речовини вступали в подальші хімічні реакції. При цьому відбувалося поглинання коацерватами іонів металів й утворення ферментів. На межі між коацерватами й середовищем «шикувалися» молекули ліпідів, що призводило до утворення примітивної клітинної мембрани, яка забезпечувала коацерватам стабільність. Внаслідок включення в коацерват первинної молекули, здатної до самовідтворення, і внутрішньої перебудови вкритого ліпідною оболонкою коацервата, могла виникнути первинна клітина. Збільшення розмірів коацерватів і їх фрагментація, вели до утворення ідентичних коацерватів, які могли б поглинати більше компонентів середовища. Така послідовність подій призвела б до появи примітивного самовідтворюваного гетеротрофного організму, який харчувався органічними речовинами первинного бульйону.

Цю гіпотезу походження життя визнають вчені, але у деяких вона викликає сумніви через велику кількість припущень. Астроном Фред Хойл висловив думку, що гіпотеза «так само безглузда й неправдоподібна, як твердження, що ураган, який пронісся над смітником, може привести до побудови Боїнга-747».[Джерело?]

Найскладніший момент цієї теорії — пояснити, як виникла здатність живих систем до самовідтворення. Гіпотези з цього питання у рамках наведеної теорії малопереконливі.[Джерело?]

Гіпотеза РНК-світу[ред.ред. код]

Ця гіпотеза виникнення живих організмів останнім часом здобуває все більше прихильників[Джерело?]. Суть її полягає в припущенні, що попередниками живих клітин були молекули РНК, а не білки.

Важливим для розвитку цієї теорії є відкриття явища самореплікації (самовідтворення) молекул РНК. Вважається, що шляхом самореплікації молекули РНК еволюціонували до складніших клітинних утворень.

Основною проблемою гіпотези є складність спонтанного синтезування поодиноких молекул РНК, а також їх послідовностей.[Джерело?]

Див. також[ред.ред. код]