Самозарождения жизни на Земле

Известно, что возраст Земли примерно 4.5 млрд лет. Понадо-

билось полмиллиарда лет, чтобы температура планеты упала ниже

температуры кипения воды. Конденсация водяных паров привела

к формированию Мирового океана, где и зародилась жизнь. Воды

в океане к этому времени была лишь одна десятая часть от ны-

нешнего объема при рН = 8-9.

Следует отметить две важнейшие химические основы жизни.

Первая из них – вода. В условиях нашей планеты она – универ-

сальный растворитель. Полярность молекулы делает ее участни-

ком многих химических реакций. Оптимальная вязкость превра-

щает воду в надежное транспортное средство в клетке и

многоклеточном организме. А довольно большая теплоемкость

позволяет ей участвовать в терморегуляции клетки.

Вторая основа – углерод. Данный химический элемент имеет

оптимальную валентность IV. При меньшей валентности он был

бы слишком сильным окислителем, при меньшей – легко окислял-

ся бы сам. Способность к образованию четырех ковалентных свя-

зей – это источник разнообразия органических соединений, ли-

нейных и циклических, с одинарными и двойными связями.

Углерод – скелет всей органики, и можно утверждать, что живая

природа Земли имеет углеродную основу.

В Мировом океане развитие жизни, по-видимому, началось с

абиогенного синтеза органики. Для этого в воде должны были

оказаться различные соединения в виде ионов и простых молекул.

Часть из них вымывалась из пород, составляющих дно океана, и

часть поступала из атмосферы. В образовании ионов (например,

нитратных и сульфидных) немалую роль сыграл кислород. В сво-

бодном виде его практически не было, поскольку он быстро всту-

пал в соединение с другими химическими элементами. Он же –

основа атмосферной углекислоты и угарного газа. Сам кислород

образовывался при фотолизе воды космическими излучениями.

Относительно состава и свойств первичной атмосферы Земли есть

разные версии:

1. Нейтральная атмосфера из водяного пара, метана и азота.

2. Слабоокислительная атмосфера из водяного пара, метана,

азота, углекислоты и аммиака, причем аммиака мало.

3. Восстановительная атмосфера из водяного пара, метана,

водорода и аммиака, причем аммиака много.

Здесь перечислены лишь основные из возможных компонен-

тов атмосферы. Условия, в которых шел абиогенный синтез, – это

упомянутая выше щелочная среда в океане, высокие температуры,

мощное космическое излучение (озонового экрана еще нет) и ат-

мосферное электричество. В этих условиях оказался возможным

синтез многих классов органических веществ: углеводов, альде-

гидов, спиртов, органических кислот, аминокислот, нуклеотидов,

АТФ и др. Образовывались даже короткие полинуклеотидные и

полипептидные цепочки. Все перечисленные и многие другие со-

единения составили так называемый первичный бульон. Воз-

можность синтеза органики – это практически единственное, что

удалось хоть как-то подтвердить в эксперименте.

Для синтеза высокомолекулярных биополимеров требуется

много энергии, а концентрация исходных реагентов должна быть

довольно высокой. Уточняя вопрос об источниках энергии и ус-

ловиях абиогенного синтеза, специалисты выдвинули несколько

гипотез, описывающих этот процесс:

1. Термическая гипотеза, согласно которой, синтез шел в

местах с температурой среды около 2000 С. В опытах при таких

условиях получают короткие полипептиды с молекулярным весом

до нескольких тысяч. Однако полисахариды и нуклеиновые ки-

слоты при этом не образуются.

2. Низкотемпературная гипотеза предполагает, что источ-

ником энергии являлась холодная плазма в виде молний, поляр-

ных сияний, излучений ионосферы Земли. Под ее действием уда-

ется опытным путем получить полипептиды и жиры.

3. Адсорбционная гипотеза состоит в том, что растворы в

воде весьма жидкие и содержат лишь 1% органики. Это слишком

мало для возникновения живого организма. Возможно, шла ад-

сорбция молекул на отложениях тонкодисперсных глин на мелко-

водьях морей или пресных водоемов.

4. Коацерватная гипотеза получила свое название от латин-

ского слова coacervus – сгусток, куча. В данном случае имеется в

виду «куча» молекул. Данная гипотеза отличается от предыдущей

местом синтеза органики, который шел в толще воды. В любой

молекуле атомы закономерно расположены в пространстве. Мно-

жество молекул имеет полюсы с разными зарядами. Вокруг таких

молекул и ионов образуются водные «рубашки», поскольку сама

молекула воды, как мы уже говорили, полярна. В каждом кон-

кретном случае водный диполь ориентируется к другой молекуле

тем или иным полюсом. Толщина «рубашки» вокруг органиче-

ской молекулы зависит от многих факторов: размера и заряда ор-

ганической молекулы, концентрации солей в воде, температуры и

т.д. Подобная водная оболочка возникает и вокруг групп моле-

кул – коацерватов – и отделяет их от окружающего раствора. Коа-

церватные капли образуются в воде путем самосборки, которая

доказывается опытным путем. Капли способны поглощать веще-

ство и энергию их окружающей среды, а также выделять часть

продуктов реакций. По существу, мы имеем дело с предбиологи-

ческим обменом веществ. Капли способны дробиться, и в прин-

ципе можно говорить о предбиологическом размножении. Кро-

ме того, разнообразие молекул вокруг разных коацерватных

капель приводит к химической разнородности последних. Одни

живут сравнительно долго, другие быстро разрушаются. Начина-

ется предбиологический естественный отбор.

Коацерват – это еще отнюдь не клетка. Открытым остается

вопрос, как группа сложных молекул превратилась в простой ор-

ганизм. Ответа на него нет. Ясно лишь, что именно должно было

образоваться, хотя не известен ни порядок, ни тем более механизм

формирования этих приобретений. Посему ниже мы даем их пе-

речень с краткими комментариями о биологическом значении.

1. Образование мембран. Их роль в клетке разнообразна и

очень велика:

а)мембрана – граница организма. Благодаря замечательному

свойству мембран – полупроницаемости, то есть избирательному

пропусканию веществ в организм и из него, клетка отделяется от

внешнего мира и становится в высокой степени автономной;

б) мембрана – субстрат, на котором протекают различ-