Сучасні уявлення про виникнення життя. Виникнення життя на Землі (коротко)

Якщо проаналізувати всі дані, які вдалося отримати вченим в ході різних досліджень, стає очевидним, що життя на Землі - вражаюче неймовірний факт. Шанси на її появу в нашому Всесвіті мізерно малі. Всі етапи виникнення життя містили в собі можливість альтернативного розвитку подій, в результаті яких світ так і залишився б холодної космічної безоднею без натяку не те що на людський розум, а навіть на найдрібнішого мікроба. Креаціоністи пояснюють настільки неймовірна подія божественним втручанням. Проте існування Бога неможливо довести або спростувати, а сучасні уявлення про виникнення життя, як і вся наука в цілому, базуються на експериментальних даних і теоретичних розробках, які можна поставити під сумнів або підтвердити.

Віталізм

Людські пізнання переживають еволюцію, чимось схожу в основних моментах з описаним Дарвіном процесом. Теорії проходять природний відбір і виживають найсильніші, які зуміли витримати натиск контраргументів або пристосуватися, видозмінитися під стать ім. Гіпотези походження життя також пройшли тривалий шлях становлення, завершення якого ще навіть не позначилося, оскільки щодня відкриваються нові факти, що змушують коригувати вже усталені погляди.

Великої віхою на цій дорозі став віталізм - теорія постійного самозародження життя. Згідно з її положеннями, миші з`являлися в старому ганчір`я, черви - в гниючих залишках їжі. Віталізм був достатній над наукою аж до дослідів Луї Пастера в 1860 році, коли він довів неможливість самозародження живих організмів. Результати викликали парадоксальні події: вони зміцнили віру в божественне начало і змусили вчених шукати докази того, що вони недавно спростували. Наука прагнула пояснити, що самостійне зародження життя мало місце, але дуже давно і відбувалося поетапно, зайнявши мільйони років.

Синтез вуглеців

Ситуація здавалася безнадійною до того моменту, поки в 1864 році А.М. Бутлеров не зробив важливе відкриття. Він зумів отримати органічну речовину (вуглець) з неорганічного (у його експерименті це був формальдегід). Отримані дані зруйнували значну стіну, розмежовує досі живі організми і світ мертвої матерії. Через час вчені змогли отримати й інші варіанти органіки з неорганічних речовин. З цього моменту стали формуватися сучасні уявлення про виникнення життя. Вони увібрали в себе дані не тільки біології, але й космології і фізики.

Наслідки Великого вибуху

Теорії виникнення життя охоплюють величезний період: перші передумови для майбутнього формування організмів вчені знаходять ще на ранніх етапах зародження Всесвіту. Сучасна фізика веде відлік існування світу від Великого вибуху, коли практично з нічого з`явилося все. У швидко розширюється і остигає Всесвіту утворилися спочатку атоми і молекули, потім вони стали об`єднуватися, утворюючи зірки першого покоління. Вони стали місцем формування більшості елементів, відомих сьогодні науці. Нові атоми заповнювали космос після вибухів зірок і ставали основою для наступного покоління об`єктів, в тому числі і нашого Сонця. Сучасні дані дозволяють припустити, що перші органічні сполуки могли з`явитися в протопланетних хмарах, що оточували нові зірки. З них незабаром сформувалися і планети. Виходить, що перші етапи виникнення життя на Землі проходили ще до її утворення.

Автокаталітіческіе цикли

Процеси, що відбувалися на Блакитний планеті в її «дитячі роки», підтримувалися речовинами, що входять до складу її надр і надходять із космосу в якості метеоритів. Гіпотези виникнення життя однієї з важливих основ для зародження органіки на Землі називають каталізатори хімічних реакцій, що потрапили сюди з осколками цих «прибульців». Вони привели до того, що переважну роль у формуванні нових речовин на планеті стали грати найшвидші процеси.

Наступний етап - автокаталітіческіе цикли. У таких процесах утворюються речовини, що сприяють збільшенню швидкості реакції, а також відновлюють субстрат - елементи, що вступають у взаємодію. Цикл, таким чином, замкнулося: процеси самі себе прискорювали і самі собі «готували їжу», тобто речовини, які знову вступали в реакцію, знову каталізуючи самі себе і знову утворюючи субстрат, і так далі.

Сумніви

Сучасні уявлення про виникнення життя довгий час утримували суперечливі думки. Камінь спотикання - проблема курки і яйця. Що виникло спочатку: білки, що здійснюють всі процеси в клітині, або ДНК, яка визначає будову цих білків, що зберігає всю спадкову інформацію. Перші необхідні для організму, оскільки сприяють самопідтримки системи, без якого життя неможливе. ДНК містить запис будови клітини, також визначальну життєздатність. Думки вчених розділилися і відповіді на питання не було до того моменту, коли стало відомо, що в якості сховища спадкової інформації у вірусів виступає не ДНК, а РНК, третій клас органічних сполук, якому зазвичай відводилася в теорії виникнення життя лише другорядна роль.

РНК-світ

Поступово стали накопичуватися факти і в 80-х роках минулого століття з`явилися дані, що перевернули уявлення про початкових етапах формування живої матерії. Були виявлені рибозими, молекули РНК, що володіють здібностями білків, зокрема, каталізувати реакції. Перші форми життя, таким чином, могли виникнути і без участі білків і ДНК. У них функцію зберігання інформації, а також всю внутрішню роботу здійснювала РНК. Життя на Землі тепер походила від протоорганізмов, що представляють собою автокаталітіческіе цикли, що складаються з самовідтворюються рибозимов. Теорія отримала назву «РНК-світ».

Коацервати

Сьогодні важко уявити собі життя того періоду, оскільки вона не мала одну важливу особливість - оболонки або кордону. По суті, це був розчин, що містить автокаталітіческіе цикли з РНК. Проблема відсутності кордонів, необхідних для правильного протікання процесів, вирішувалася підручними способами. Протоорганізми знаходили притулок поблизу мінералів цеолітів, що володіли сітчастою структурою кристалічної решітки. Їх поверхня була здатна каталізувати освіту ланцюжків РНК і надавати їм певну конфігурацію.

Далі - більше: на сцені з`являються коацервати або водно-ліпідні краплі. Гіпотези походження життя як недавнього часу, так і сучасності багато в чому спираються на теорію А.І. Опаріна, який вивчав властивості подібних утворень. Коацервати - це краплі розчину, укладені в оболонку з жирів (ліпідів). Їх мембрани характеризуються виборчої проникністю і здатністю здійснювати обмін речовин. Частина з них, мабуть, об`єдналася з ланцюжками самовідтворюються РНК, в тому числі і з тими, які каталізували синтез самих ліпідів. Так виникли нові форми життя, які подолали шлях від доорганізменного рівня до власне организменного. Можливість таких утворень була підтверджена зовсім недавно: вчені експериментально підтвердили здатність РНК в з`єднанні з іонами кальцію прикріплятися до ліпідним мембранам і регулювати їх проникність.

Умілі помічники

Зародження життя на наступному етапі проходило процес удосконалення функцій утворилися організмів. РНК придбала здатність каталізувати синтез амінокислотних полімерів, спочатку досить простих. Вінцем налаштування нового механізму стала можливість синтезувати білки. З`явилися освіти в кілька разів ефективніше справлялися з біологічними процесами, ніж рибозими.

Спочатку синтез пептидів ні впорядкованим. Процес відбувався «як попало», залишаючи нагоди керівництво послідовністю амінокислот у нових ланцюжках. З часом закріпилося точне копіювання, оскільки саме воно сприяло більшої стабільності всієї системи. Так з`явився генетичний код, що дозволяє синтезувати певні білки з необхідними функціями.

Удосконалення

Відточування здатності синтезувати потрібні білки проходило поступово. Першим етапом була поява спеціального виду РНК, які могли з`єднувати амінокислоти. Наступна фаза супроводжувалася побудовою процесу утворення молекул пептиду за допомогою збудованих в певному порядку підстав. Послідовність при цьому задавалася РНК-шаблоном. Співвіднесенням «інструкції» інформативною РНК і елементів майбутніх білків зайнявся новий тип РНК, названий транспортним. Як і інформаційна, вона й донині - важливі частини синтезу пептидів.

ДНК

Ускладнення організмів далі йшло шляхом удосконалення способів зберігання інформації. Припускають, що спочатку ДНК була однією з фаз життєвого циклу колоній РНК. Вона володіла більш стійкою структурою. Її ступінь захисту інформації була на порядок вище, тому через якийсь, досить тривалий, час ДНК стала головним сховищем генетичного коду.

Одне з властивостей нового освіти, свого часу не дозволив поставити ДНК у главу теорії виникнення життя, - це нездатність до активних дій. Воно стало своєрідною платою за вдосконалені функції сховища інформації. Вся «робота» залишилася білкам і РНК.

Симбіоз

Сучасні уявлення про виникнення життя не виводять в якості предка замкнутий і відгороджений від решти організм. Вчені більше схиляються на користь припущення, що на перших етапах існували спільноти мікроскопічних подоб клітин, які виконували різні функції. Подібний симбіоз неважко зустріти в природі і сьогодні. Найпростіший приклад - циано-бактеріальні мати, що є одночасно співдружністю мікроорганізмів і єдиним цілим живою істотою.

Виникнення життя на Землі біологія на сучасному етапі свого розвитку бачить процесом, що характеризується не постійною боротьбою і конкуренцією, а скоріше усезростаючим згуртуванням певних різнопланових структур, в результаті призвів до появи живої клітини, як ми її сьогодні представляємо.

Узагальнення

Підводячи підсумки, можна коротко перерахувати всі етапи формування життя, що представляються в рамках сучасних теорій найбільш вірогідною версією появи і розвитку організмів на Землі:

1. Освіта первинних органічних сполук в протопланетних хмарах.

2. Поступовий вихід на перший план реакцій, що володіють здатністю до самоускоренія, і автокаталітіческіх циклів.

3. Поява автокаталітіческіх циклів, що складаються з РНК.

4. Союз РНК і ліпідних оболонок.

5. Придбання РНК здатності синтезувати білок.

6. Поява ДНК та її затвердження в якості головного сховища інформації.

7. Освіта перших одноклітинних організмів на основі симбіозу.

Розуміння процесів, що призвели до появи життя, ще недосконале. У вчених залишається маса питань. Чи не відомо точно, як зародилася РНК, багато проміжні фази залишаються тільки теоретичними. Проте кожен день ставляться нові експерименти, перевіряються факти і гіпотези. Можна з упевненістю говорити, що наше століття подарує світові ще масу відкриттів, пов`язаних з доісторичної епохою.