Вопросом о происхождении жизни на Земле учёные задаются в течение многих сотен лет, но единая теория до сих пор не выведена. Основные положения гипотезы Опарина-Холдейна объясняют зарождение живых существ благодаря биохимической эволюции. У такого подхода есть как достоинства, так и недостатки, но он достаточно логичен. С его помощью можно вывести несколько важных утверждений.
Различные взгляды на происхождение видов
О возникновении жизни в воде кратко рассказывают древнеиндийские и древнекитайские рукописи. О появлении земноводных, вышедших из отложений ила, повествуют иероглифы Древнего Вавилона. Биология далёкого прошлого подразумевала, что произошло самозарождение. Но каковы причины этого явления, мудрецы не могли объяснить.
В соответствии с представлениями древних философов, произошёл абиогенный процесс, то есть органика появилась из неорганических соединений. Демокрит считал, что причиной появления жизни является особое взаимодействие неделимых частиц.
Платон и Аристотель говорили, что произошло воздействие высшего начала на безжизненную материю. Это вселило душу в составные элементы природы.
После появления микроскопа Антони ван Левенгук открыл мельчайшие микроорганизмы, которые стали основной причиной спора между учёными, представлявшими разные теории появления живых существ. Это были абиогенез и биогенез. Одни думали, что органические вещества могут возникнуть только из органики, другие считали возможным самозарождение жизни. Суть спора до сих пор не сильно поменялась.
Опыты отдельных биологов доказывали самопроизвольное зарождение микроскопических организмов, но другие учёные отвергали эту вероятность. Луи Пастер при помощи экспериментов доказал, что нет никакой мифической жизненной силы, которая становится катализатором зарождения бактерий. Но в своих публикациях он допускал вероятность самозарождения в каких-либо особых условиях на определённых этапах развития планеты.
Чарльз Дарвин своими работами потряс многих представителей естественных наук. Он утверждал, что всё многообразие современных видов произошло от одного предка. Вначале у теории естественного отбора практически не было сторонников. Но сейчас именно работы Дарвина лежат в основе естественных наук.
После него биология уже не могла рассматривать этот вопрос с прежних позиций. Многие биологи убедились в существовании эволюции. Хотя Древо жизни Дарвина претерпело много изменений, общая концепция сохранилась.
Первичный бульон
В 1924 году была опубликована книга Александра Опарина, в которой учёный рассказал о своей новой теории появления первого простого организма. Спустя 5 лет этой работой заинтересовался Джон Холдейн. Биолог из Британии занимался такими же изысканиями и пришёл к выводам, которые подтвердили утверждения Опарина.
Общая трактовка теории учёных сводилась к таким принципам:
- У молодой планеты атмосфера состояла из метана и аммиака, а кислород полностью отсутствовал.
- Грозы действовали на атмосферу. Однажды это привело к появлению органических соединений.
- Эти вещества накапливались в больших количествах в различных водоёмах. Такой процесс называется формированием первичного бульона.
- В некоторых местах накопилось большое количество молекул, которые были подходящими для зарождения жизни.
- Они взаимодействовали между собой, благодаря чему появились нуклеиновые кислоты и белки. Именно эти вещества создают генетический код.
- Постепенно произошло соединение кода и молекул, что привело к образованию живой клетки.
- Первичный бульон был для неё питательной средой.
- Со временем клетки самостоятельно научились пополнять питательные вещества. Это привело к появлению собственного обмена веществ.
- Из клетки развились новые организмы.
Теория Дарвина не объясняла возникновение первого организма. Гипотеза Опарина-Холдейна смогла ответить на этот вопрос.
Основные положения
Гипотеза Опарина о возникновении живых организмов базируется на нескольких важных принципах. Всё происходило в 3 этапа. На первом появились органические соединения. После этого началось образование белков, сложных сахаров и липидов. На завершающем этапе появились способные к воспроизводству микроорганизмы.
Также у гипотезы есть ещё одна особенность. Перед биологической эволюцией происходило преобразование химических соединений, что и привело к возникновению сложных соединений. Процесс происходил следующим образом:
- Бескислородная атмосфера планеты, ультрафиолетовые лучи солнца и электрические разряды молний влияли на образование сложных соединений.
- Из органических веществ появились биополимеры, из которых образовалась примитивная жизнь.
- Постепенно пробионты начали содержать в себе нуклеиновые кислоты, благодаря чему передача генетической информации стала возможной. Это привело к усложнению организмов.
- После естественного отбора остались только самые приспособленные к окружающей среде существа.
Эти положения выходят одно из другого, и они являются вполне логичными. Но стоит понимать, что не все вопросы решила гипотеза Опарина. Пробионты до сих пор не изучены, поэтому причина появления живого из неживого неизвестна.
История и эксперименты
Научное сообщество достаточно сильно раскритиковало гипотезу Опарина. Основные положения своих трудов учёный расписал в работе «Происхождение жизни», где он выразил предположение, что биополимеры способны образовывать коацерватные капли или коацерваты под воздействием внешних условий.
Эти соединения состоят из органики, отделённой от окружающей среды при помощи мембраны. Также они способны осуществлять обмен. Этот процесс является предыдущей стадии коагуляции. Самые мелкие частицы соединяются воедино.
Эти процессы стали причиной появления первичного бульона и аминокислот. А они были основой всех живых организмов.
Холдейн, независимо от Опарина, занимался рассмотрением этого вопроса. Но он думал, что в питательной среде появлялись не коацерваты, а макромолекулярные вещества, которые тоже могут воспроизводиться. То есть сначала были не белки, а нуклеиновые кислоты.
Следующим этапом развития гипотезы стали исследования Миллера. Американский химик был заинтересован этим вопросом на протяжении нескольких десятилетий. У него получилось искусственно воссоздать условия, которые были на раннем этапе развития планеты. Он смог получить из неорганических соединений аминокислоты. Эксперимент был проведён следующим образом:
- В нескольких колбах были созданы условия.
- Эти ёмкости наполнили углеродом, аммиаком и водородом. Именно такая атмосфера была на Земле в ранний период.
- В некоторых колбах была кипящая вода, а через пары проводили электрические разряды, имитирующие молнии.
- После снижения температуры пар превращался в конденсат, накапливаясь в нижней трубке.
- Весь процесс шёл непрерывно в течение недели. Затем в колбе нашли аминокислоты, липиды и сложные сахара.
Но этот эксперимент до сих пор критикуют в научном мире. Его не признают в качестве доказательства теории Опарина-Холдейна.
Следующим этапом в развитии гипотезы стала публикация книги «Эгоистичный ген». В ней биолог Ричард Докинз предположил, что сначала появились молекулы, способные к воспроизводству.
Развитие теории и доказательства
Все гипотезы возникновения жизни на Земле обычно разделяют на 2 группы: абиогенез и биогенез. Теория Опарина относится к первой. Сейчас современные исследования немного дополнили и изменили её.
Многие современные учёные считают, что организмы сначала научились воспроизводиться, а только потом у них появилась возможность к обмену веществ. Самовоспроизведение считается главной особенностью передачи необходимых качеств следующим поколениям, то есть это является самым важным фактором, который способствовал эволюционному развитию и естественному отбору.
Также учёные выделяют различные источники энергии, способствовавшие возникновению жизни. Кроме солнечных лучей и молний, существуют:
- Извержения вулканов.
- Естественная радиоактивность.
- Солнечный ветер.
Благодаря этому появились химические связи. Современные учёные изменили свои представления о смеси газов, которая была в ранней атмосфере. Удалось определить, что углекислого было намного меньше, чем думали Опарин и Холдейн.
Сейчас их гипотезу считают устаревшей. На смену «первичному бульону» пришла «первичная пицца». В соответствии с современными представлениями жизнь зародилась в минеральных подложках.
Также удалось найти некоторые свойства, из-за которых «первичный бульон» является неподходящим для появления живых организмов:
- В воде белки очень неустойчивы, из-за чего они быстро распадаются. Для формирования аминокислот необходимо было избавление от жидкости.
- Первичные аминокислоты растекались бы, так как в той среде не было границ. Информация передавалась соседним клеткам, поэтому жизнь не смогла бы зародиться.
Теория Опарина-Холдейна была огромным шагом в изучении вопроса происхождения жизни, хотя современные исследователи нашли достаточно много недостатков. Учёные создали чёткую концепцию, ставшую основой для многих других гипотез.
