На головну

А. І. Опаріна

  1. Квиток № 13 Походження життя. Теорія Опаріна-Холдейна
  2. Концепція біохімічної еволюції. Теорія А. І. Опаріна
  3. Концепція походження життя на Землі А. І. Опаріна.

У сучасному природознавстві найбільш обгрунтованою виглядає теорія абіогенного походження життя, висунута в 1923 р російським біохіміком А. І. Опаріним (1894 - 1980). Вона грунтується на фізико-хімічних уявленнях про умови, що були на ранній Землі, пов'язуючи їх з геологічної еволюцією, еволюцією хімічних елементів Сонячної системи, а також активністю Сонця, і задовольняє згаданим вище умовам виникнення життя. Основною ідеєю цієї теорії було обгрунтування того, що зародження життя - це тривалий процес зародження живої матерії в надрах неживої. Опарін припустив, що складні органічні сполуки виникли в океані з більш простих сполук. Різноманітність цих простих з'єднань в атмосфері і протоокеане, велика кількість сонячної енергії, що діяла тривалий час, призвели до утворення «первинного бульйону», в якому стали виникати більш складні органічні сполуки і конгломерати їх у вигляді так званих коацерватних крапель. Причому це був процес мимовільного перетворення неорганічних сполук в «цеглинки життя» - біомолекули: амінокислоти, нуклеотиди, полісахариди і т.д., які ми більш детально розглянемо далі. «Коацерватной» ідея А. І. Опаріна про абіогенне, тобто небіологічному, походження преджізненних форм матерії, виникненні під дією електричних розрядів і короткохвильового випромінювання органічних молекул без участі живих організмів була експериментально доведена американським вченим С. Міллером в 1953 р Вдалося створити подібні умови при наявності електричних розрядів в атмосфері суміші метану, аміаку і води. В результаті реакції з'явилися деякі речовини, які входять до складу живих організмів: амінокислоти, глутамінової кислоти і прості цукри, а згодом і нуклеїнові кислоти. З'явилася «життя в пробірці»! Органічні сполуки повинні були виникати в цих відновлювальних умовах при наявності енергії і далеко від рівноваги.

Процес біохімічної еволюції на Опаріна можна представити у вигляді декількох етапів:

- Перехід води в процесі охолодження Землі з пароподібного стану в рідке, освіту роздільних атмосфери та гідросфери і подальша їх еволюція. При цьому йшов синтез найпростіших неорганічних сполук.

- Освіта з неорганічних сполук (Н2, O2, СO2, ??3 і СН4) Органічних і накопичення їх в первинному океані в результаті енергетичного впливу Сонця, електричних розрядів, космічного випромінювання.

- Поступове ускладнення органічних сполук і утворення білкових структур.

- Виділення білкових структур з середовища, освіта гідрофільних комплексів і створення навколо білків водної оболонки. Ці комплекси, згідно з термінологією Опаріна, і утворюють Коацервати, складові частини яких (поліпептиди, полінуклеотіди) виробили здатність обмінюватися енергією і речовиною з відокремленою від них навколишнім середовищем і різко збільшувати швидкість біохімічних реакцій. Це в подальшому призвело до прискорення темпів в цілому всієї еволюції живого в часі.

Так, від протобионтов до появи аеробів (організмів, що існують в кисневому середовищі, «харчуються» киснем O2) Знадобилося 3 млрд. Років, до освіти рослин і тварин ~ 500 млн. Років, птахів, ссавців і перших хребетних - близько 100 млн. Років, приматів - 12-15 млн. Років, людини - 3 млн. Років. Тут свою роль зіграли і багато інших чинників, зокрема закони природного відбору і пристосування живих організмів до мінливих умов зовнішнього середовища, а на рівні «хімії життя» - поява ферментів і автокаталитических реакцій.

- У результаті утворення гідрофобних ліпідних кордонів між коацерватами і зовнішнім середовищем створення напівпроникних мембран, які забезпечують стабільність функціонування коацервата.

- Зв'язування один з одним нуклеотиду коацерватов за принципом додатковості з утворенням ланцюга молекул. Забезпечення еволюції складних з'єднань шляхом саморегуляції.

- Поява можливості самовідтворення при виникненні генетичного коду. Припускають, що таким чином утворилася жива речовина. Згідно з концепцією В. І. Вернадського, в утвореній біосфері є відсталу речовину, яке залишається незмінним, і жива речовина, що змінюється в процесі еволюції. Жива речовина впливає на хід еволюції. Сучасні умови життя на Землі в значній мірі створені життєдіяльністю організмів. Так, практично весь кисень, що міститься в атмосфері Землі в даний час, - це продукт фотосинтезу, що відбувається в живих організмах - рослинах.

В. І. Вернадський пов'язував виникнення життя з гігантським стрибком (біфуркацією - в рамках синергетики), який перервав мляву еволюцію земної кори і вніс в неї стільки протиріч, що вони змогли породити життя, "не як виникнення якогось окремого живого організму, а саме їх сукупності, що відповідає геохімічним вимогам життя ». Коацервати як провісники надалі клітини живого організму змогли вже «жити самі по собі»: збільшуватися в розмірах, ділитися на частини, обмінюватися енергією і речовиною з навколишнім середовищем, брати участь в хімічних реакціях і т.д.

В результаті цього виник первинний круговорот речовин в природі, пов'язаний зі взаємним адиабатическим обміном органічних речовин в процесах їх синтезу і розпаду. При цьому вже можна вважати, що йшов процес природного відбору і на цьому рівні більш стійкі сполуки зберігалися, а малостійкі розпадалися. У процесі відбору залишалися такі Коацервати, які не втрачали структури навіть при своєму розподілі, що характеризує самоорганізацію і самопроізводство. Якщо при цьому в коацерват потрапляла молекула, також здатна до відтворення, і відбувалася перебудова оболонки коацервата, то могла утворитися найпростіша жива клітина, а з неї при отриманні енергії і речовини з первинного бульйону - розвинутися і найпростіший організм.

А. І. Опарін вважав, що коли в процесі цього обміну і хімічних реакцій з'явилися нуклеїнові кислоти, процес хімічної еволюції як боротьби протобионтов закінчувався. Перехід до живого здійснювався, коли на «Зміну змаганню в швидкості росту приходила боротьба за існування». При появі надійного механізму відтворення генетичної інформації процес безпосереднього виникнення життя завершився, ера хімічної еволюції закінчилася, почалася ера біологічної еволюції, час природного відбору. У цих умовах вже недостатньо було просто вижити, потрібно було бути здатним отримувати енергію найефективніше і оптимально її використовувати для свого розвитку.



Необхідні чинники виникнення життя | Гетеротрофи і автотрофи

Загальні уявлення про симетрії | Симетрія і закони збереження | Симетрія в фізиці. | Симетрія в біології. | Діалектика відносин симетрія-асиметрія | Модель єдиного фізичного поля і багатовимірність простору-часу | Сучасна фізична картина світу | Рівні організації живих систем і системний підхід до еволюції живого | Простір і час для живих організмів | Фізична інтерпретація біологічних законів |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати