Теории развития жизни
«Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ, с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».
Ф. Энгельс.
Автор статьи — Саид Лутфуллин
Биологию, как науку о жизни, волнуют вопросы, связанные с зарождением и развитием жизни. На вопросы, касающиеся развития, нам дает ответы эволюционное учение.
А вот возникновение жизни – это явление, находящиеся вне компетенции синтетической теории эволюции, важно это понимать.
Понимать, что эволюция изучает развитие жизни, а не ее возникновение.
На сегодняшний день известны разнообразные идеи о возникновении жизни. Заметим, именно «идеи», а не теории. Так как не все идеи научны и имеют право называться теориями.
Есть, например, гипотеза стационарного состояния жизни.
Согласно ей, жизнь на земле никогда не возникала, а существовала вечно, то есть она находится в так называемом стационарном состоянии.
Почему эта гипотеза является несостоятельной? В настоящее время наука установила: планета земля не существовала вечно, она образовалась четыре с половиной миллиарда лет назад. Следовательно, жизнь не могла существовать всегда на объекте, который существовал не всегда. О какой стационарности здесь может идти речь?
Эта нестыковка устраняется теорией панспермии.
Немецкий ученый Герман Рихтер в середине девятнадцатого века предположил, что микроскопические споры организмов, впоследствии давшее начало всей жизни, были занесены на землю с других небесных тел вместе с метеоритами.
Подразумевается, что жизни переходит с одной планеты на другую. Но главный вопрос, откуда и как она возникла, остается открытым. И факт того, что в соответствии с современными научными представлениями, вселенная тоже не существовала всегда, а возникла в результате большого взрыва, не позволяет сделать допущение о том, что и жизнь не существовала всегда (а это подразумевается в рамках теории панспермии).
Интересный факт — теории панспермии придерживался академик В. И. Вернадский.
Некогда существовало учение, согласно которому живые клетки (и даже целые организмы) постоянно образуются из неживой материи: учение о самозарождении жизни. Например, из пшеницы и грязи «создаются» мыши; из гниющего мяса – опарыши и так далее.
Сейчас нам понятно, что мыши и опарыши не создавались из неживого материала.
Проводили опыт: мясо закрывали марлей. В этом случае мухи не имели доступа к нему, следовательно, не могла отложить яйца: опарыши не появлялись.
По идее самозарождения нанес серьезный удар эксперимент Луи Пастера.
Люди заметили, что мясной бульон, если его оставить на воздухе закиснет. А если его прокипятить и не допускать контакта с воздухом, то закисать не будет. Но даже кипяченый бульон скиснет на воздухе. Приверженцы идеи самозарождения утверждали, что кипячение лишает питательную среду некой «жизненной энергии». В герметичном сосуде бульон не скисает, потому что жизненной энергии неоткуда поступить. А в не герметичном закисает, так как жизненная энергия, содержащаяся в воздухе, проникает в питательную среду. И там зарождается жизнь.
Пастер поместил в колбу с S-образным горлышком стерильную питательную среду, воздух с нее спокойно проникал. Но так как споры микроорганизмов оседали в изгибе и не достигали питательной среды, бульон не скисал. Стоило отломать S-образное горлышко, как бульон начинал закисать.
Это доказывало, что микроорганизмы, вызывающие закисание бульона развиваются не из питательной среды, а из спор, занесенных в эту среду.
То есть жизнь не возникает из неживого, а заносится спорами.
Учение, согласно которому живые организмы обладают некой особой «жизненной силой», «жизненной энергией» называется витализм. От латинского vitalis – жизненный. От этого же корня образован термин витамин.
С развитием науки с накоплением биологических знаний учение о постоянном самозарождении жизни было отвергнуто.
Это отразилось в дополнении Вирхова к клеточной теории Шванна – Шлейдена: «omnis cellula ex cellula».
Это истолковывается: «каждая клетка развивается только из материнской клетки«.
Становилось все отчетливее ясно, что жизнь – это очень сложная система. Она не может вот так в мгновение ока возникнуть из мертвой материи. Но то, что это однажды произошло, очевидно. Тогда в умах ученых созрело представление о том, что подобно тому, как из примитивных прокариотических организмов за миллиарды лет эволюции смогли сформироваться сложные многоклеточные организмы, как мы, могли и органические молекулы при определенных условиях дать начало клетке.
Это вполне логичная мысль, только развиться сразу ей не давали много «но» и «если». Это и то, что до поры до времени научное сообщество было очень религиозным, что, понятное дело, накладывает некоторые ограничения на свободомыслие в таких областях знания, как изучение возникновения жизни, ее развития и так далее. Это и мнение о том, что органические молекулы могут рождаться только живых организмах, некогда существовавшие и впоследствии опровергнуто методом эксперимента.
Возникновение жизни из неживой материи называется абиогенез.
Мы постепенно подходим к современным представлениям.
В первой половине двадцатого века независимо друг от друга к одинаковым выводам пришли советский ученый Александр Иванович Опарин и английский биолог Джон Бердон Сандерсон Холдейн.
Что потом вошло в историю, как теория абиотического возникновения жизни Опарина – Холдейна.
Изложение теории: атмосфера молодой земли была образована аммиаком, угарным газом, метаном, водородом и парами воды. Под действием ультрафиолетового излучения, молний, высоких температур из этого набора веществ образовывались органические вещества: аминокислоты, нуклеотиды, азотистые основания и так далее.
Кажется невероятным этот процесс? Таким же он показался американским ученым Стэнли Миллеру и Гарольду Юри.
Они провели эксперимент.
Смесь газов, которая, вероятно, была близка по составу с атмосферой молодой земли пропускали через сосуд, внутри которого были помещены два электрода, между которыми возникали электрические разряды (имитируются молнии на молодой земле). После конденсации водяного пара, полученная жидкость вновь кипятилась, и пар снова пропускался через этот сосуд. Получился цикл. После нескольких дней работы этой циклической системы, жидкость из нее содержала сложные органические вещества.
Эксперимент Миллера – Юри стал важным практическим подтверждением возможности появления сложных органических веществ из неорганики.
Продолжительное время на молодой земле накапливались сложные органические вещества. Поверхность земли покрывал океан, в котором растворялись образовывавшиеся органические вещества.
Далее, согласно теории Опарина – Холдейна, находившиеся в коллоидном растворе органические вещества усложнялись и начали образовывать сгустки, как мелкие капельки ртути на ровной поверхности сливаются и образуют одну большую каплю, это характерно для таких соединений, что были растворены в океане молодой земли.
Этот коллоидный раствор называется первичный бульон, такое название дал ему профессор Опарин. А сгустки органических веществ, образовывавшиеся в первичном бульоне, он назвал коацерватными каплями (или просто коацерватами).
Они имели четкую структуру: отчетливое разграничение внешней среды и внутреннего содержимого. Имели липидную мембрану (что-то вроде цитоплазматической мембраны).
Этот процесс преобразования и усложнения органики носит название биохимической эволюции.
В результате нее коацерваты превратились в протобионты. Эти тела, имевшие более сложную структуру, нежели коацерваты, можно рассматривать как прародители живых клеток.
Протобионты, возможно, уже имели способность к самовоспроизведению и примитивной регуляции обмена веществ с внешней средой.
Примерно три миллиарда лет назад из протобионтов появилась настоящая жизнь – первые прокариотические организмы.
Биохимическая эволюция постепенно переросла в биологическую.
Этапы возникновения жизни по Опарину – Холдейну:
- Появление органических веществ.
- Усложнение органических веществ.
- Появление белков.
- Появление белковых тел.
- Возникновение способности белковых тел к размножению и обмену веществ.
- Появление первых клеток.
Согласно теории Опарина – Холдейна начальным этапом абиогенеза было образование белков, но непонятно как эти белки образовывались без РНК и ферментов.
В двадцать первом веке обрела популярность теория РНК-мира, согласно которой первичными биополимерами были не белки, а РНК-подобные молекулы, имевшие способность к саморепликации.
В целом теорию Опарина – Холдейна нельзя назвать в корне ошибочной. Скорее следует считать ее положения устаревшими.
Теория РНК-мира внесла большей ясности в понимании вопросов возникновения жизни.
Основные идеи теории Опарина – Холдейна: возникновение органических веществ из неорганических под действием погодных условий молодой земли, биохимическая эволюция, – остаются актуальными по сей день.
По всей видимости, мы в ожидании более совершенной теории. Она ответит на вопросы, на которые не могут ответить теории Опарина – Холдейна и РНК-мира.
Как когда-то Дарвинская теория эволюции была дополнена новыми данными, вследствие чего сформировалось современное эволюционное учение – синтетическая теория эволюции.
А пока достаточно белых пятен и вопрос об абиогенезе остается открытом.
Интересный факт: во времена лысенковщены многие лженаучные ошибочные идеи обрели второе дыхание (правда, искусственное). Например, одна из соратниц Трофима Лысенко по уничтожению советской биологии – Ольга Борисовна Лепешинская всерьез утверждала, что клетки ткани человеческого организма способны к самозарождению из межклеточного вещества.
Возвращаясь к ЕГЭ…
Нужно знать (то есть не наизусть учить определения, а понимать о чем идет речь) следующие термины:
- коацерватные капли,
- первичный бульон,
- абиогенез,
- теория Опарина – Холдейна,
- помнить опыт Пастера,
- знать, чем Опарин заслужил место в школьном курсе биологии.
Задание С1:
что представляют собой полученные в лаборатории коацерваты.
Ответ: коацерваты содержат низкомолекулярные органические вещества: мочевину, аминокислоты и т. д., которые при высокой концентрации могут соединяться и образовывать более сложные органические вещества.
