Биохимическая революция по Опарину

Страница 1

Первая естественно-научная теория происхождения жизни была разработана А.И. Опариным в 1924 году. В книге «Происхождение жизни» он высказал много оригинальных идей. Следует сказать, что тогда господствовало основанное на повседневном опыте убеждение, что органические вещества в природных условиях возникают только путем их синтеза живыми существами, то есть биогенно. Опарин осмелился утверждать, что лишь для современной эпохи характерна монополия биогенного синтеза органических соединений. По его мнению, на ранней Земле условия были иными, и была возможность небиогенного синтеза органического вещества.

Прежде всего, для возникновения жизни нужен углерод. Он обладает уникальным свойством создавать очень длинные молекулы, способные сворачиваться в очень маленькие клубки. При этом соединения углерода с водородом, кислородом, азотом, фосфором, серой и железом обладают замечательными каталитическими, строительными, энергетическими, информационными свойствами. Следователь но, эти химические элементы, как минимум, должны были присутствовать на Земле в период зарождения жизни.

Очевидно, что жизнь возможна только при наличии определенных физико-химических условий у среды носителя жизни. Проблема происхождения жизни, по Опарину, теснейшим образом связана с проблемой геологической эволюции Земли.

Возраст Земли составляет примерно 4,5-5 миллиардов лет. В далеком прошлом состояние нашей планеты было мало похоже на нынешнее. Скорее всего, Земля была раскалена, температура ее поверхности была где-то в пределах 4000-8000°С. По мере того как Земля остывала, стали формироваться ее геосферные оболочки. Их формирование - очень сложный процесс, зависящий от многих факторов, в частности от скорости вращения Земли вокруг своей оси, ее радиоактивности. Так или иначе, главное состоит в том, что в результате различных процессов образовались земная кора, мантия и ядро. Важно то, что в состав коры входит углерод, то есть углерод расположен довольно близко к поверхности Земли. В приповерхностных же слоях коры преобладали атомы легких элементов типа водорода, гелия, азота и кислорода. Поверхность Земли была под властна вулканической активности, постоянным подвижкам. Вряд ли кто усомнится в том, что тогда одна «катастрофа» следовала за другой. Катастрофы рождали нечто новое. На поверхности Земли возникали складки и разрывы, приводящие к изменению химического состава вблизи поверхности. Обусловлено это дегазацией Земли за счет изливания на ее поверхность мантийных расплавов. Именно благодаря дегазации появилась гидросфера Земли. Первичный океан конденсировался из паров материала мантии Земли, включая и пары воды. Океан тогда был достаточно кислым раствором.

В те времена атмосфера Земли была иной, чем наблюдаемая сей час. Гравитационное поле еще недостаточно плотной планеты не могло эффективно удерживать вблизи своей поверхности легкие атомы. Они постоянно улетучивались из атмосферы. Основными компонентами атмосферы были простейшие газы - азот, окись углерода, водяной пар и активно улетучивающийся из атмосферы водород. Что могло, вообще говоря, произойти в таких условиях? Из азота и окиси углерода с участием водорода легко могли возникнуть молекулы аммиака и метана дополнительно с молекулами воды. А.И. Опарин и несколько позже Дж.Б.С. Холдейн независимо постулировали, что первичная атмосфера Земли состояла из смеси молекул водорода, метана, аммиака и паров воды.

В отличие от современной, первичная атмосфера не должна была содержать кислород. По характеру она должна была быть восстановительной, а не окислительной средой. Восстановительный характер атмосферы тех времен подтверждается наличием в самых древних породах Земли металлов в восстановительной форме, например, как двухвалентное железо. Отсутствие кислорода в атмосфере, по-видимому, является необходимым условием для возникновения жизни. Эксперимент говорит, что органические соединения легче создаются в восстановительной, чем окислительной среде. Проще говоря, реакция синтеза органических веществ из неорганических может протекать лишь при условии отсутствия в системе молекул кислорода.

Таким образом, в условиях восстановительной среды могли синтезироваться различные, начиная с простейших, органические соединения при наличии источников энергии. Необходимость наличия источников энергии диктуется тем, что такие реакции, как правило, для своего протекания требуют затрат энергии. Получить эту энергию тогда было не сложно. Источниками энергии являлись ультрафиолетовое излучение Солнца, радиоактивное излучение Земли, электрические разряды молний в атмосфере, тепло вулканов и многое другое. При этом имелись суточные циклы типа освещения - затенения, нагревания - охлаждения, высыхания - увлажнения и т.д.

Первый эксперимент с целью проверки гипотезы Опарина был поставлен в 1953 году Стенли Миллером. Ему удалось синтезировать многие биологически важные вещества, в том числе ряд аминокислот. Этим однозначно было показано, что вещества биологической значимости могут быть синтезированы в небиологических условиях. Так возникла новая область исследования - предбиологическая химия. Последователи Миллера моделировали все большее число источников энергии, которые могли существовать во времена пер вичной атмосферы Земли. В 1960 году Дж. Оро удалось на этом пути синтезировать аденин, молекула которого входит в генетический алфавит. Далее были синтезированы рибоза и дезоксирибоза, то есть два сахара, которые входят в состав генетического материала.

Популярные статьи:

Выделение внутриклеточных ферментов
Во введении в данную главу отмечалось, что выделение внутриклеточных ферментов требует фракционирования весьма сложной смеси продуктов по сравнению с простой обработкой внеклеточной культуральной жидкости при получении соответствующих фер ...

Нейротрофины и уменьшение количества связей
Уменьшение количества связей может возникать вследствие конкуренции за ограниченное количество трофических факторов, вырабатываемых клеткой-мишенью. Например, при развитии зрительной коры добавление избыточного количества МНФ блокирует об ...

Пространство и время в истории философии
Важнейшими формами бытия являются пространство, время, движение, системность. Рассмотрим пространство и время. Обсуждение вопроса о сущности пространства и времени в истории философии распадалось на три группы проблем: 1. Каков гносеолог ...