Химическая эволюция

Двести лет назад сложилось убеждение, что между органическими и неорганическими соединениями лежит непроходимая пропасть. Для подобного мнения были основания: известные тогда органические соединения создавались живыми организмами и получить их другими способами не удавалось. Свойства органических соединений были иными, чем у неорганических веществ, но после того, как из обычных химических элементов было синтезировано первое органическое соединение, представление о двух разных сущностях органических и неорганических веществ потеряло свою незыблемость. Возникла органическая химия (предмет изучения которой — углерод и его соединения, являющиеся строительным материалом живых организмов) и - биохимия, изучающая химические процессы в живых организмах.

Рассматривая проблему возникновения жизни путем биохимической эволюции, А.И. Опарин выделяет три этапа предположительного перехода от неживой материи к живой:

• этап синтеза исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях первичной атмосферы первобытной Земли;

• этап формирования в первичных водоемах Земли из накопившихся органических соединений биополимеров, липидов, углеводородов;

• самоорганизация сложных органических соединений, возникновение на их основе и эволюционное совершенствование процессов обмена веществом и воспроизводства органических структур, завершающееся образованием простейшей клетки.

На современной Земле процессы образования органических веществ из неорганических наблюдаются очень редко. Однако в условиях первобытной Земли, возраст которой предполагается равным 4,6 млрд. лет, все могло обстоять иначе. Первичная атмосфера Земли, как полагают, состояла из водяных паров, водорода, углекислого газа с небольшой примесью других газов (аммиака, метана, сероводорода) почти при полном отсутствии кислорода (практически весь кислород, содержащийся в современной атмосфере, является продуктом фотосинтеза).

В атмосфере первобытной Земли, содержащей водород и аммиак, подвергнутой действию электрических разрядов и мощного ультрафиолетового излучения, радиоактивных частиц, космических лучей, ударных волн от метеоритов, теплоты от интенсивной вулканической деятельности, могли быть созданы условия, необходимые для синтеза из неорганических веществ простейших органических соединений (мономеров), предшественников биологических макромолекул. Фактором, благоприятствующим этому синтезу, явилось отсутствие кислорода, которой мог бы разрушить эти соединения, и - живых организмов, которые использовали бы их в качестве пищи.

Гипотеза А.И. Опарина положила начало физико-химическому моделированию процессов образования молекул аминокислот, нуклеиновых оснований, углеводородов в условиях предполагаемой первичной атмосферы Земли.

В 1953 г. американский биохимик С. Миллер (р. 1930) в ряде экспериментов моделировал условия, предположительно существовавшие на первобытной Земле. В созданной им установке, снабженной источником энергии, ему удалось синтезировать многие вещества, имеющие важное биологическое значение. Эксперименты Миллера показали, что под воздействием физических излучений эти биоорганические молекулы могут образовываться в самых различных смесях, содержащих водород, азот, аммиак, воду, углекислый газ, метан, синильную кислоту и т.п.