Абиогенный синтез органических веществ

Теория Опарина и Холдейна

Опарин и Холдейн считали, что на примитивной Земле была восстановительная атмосфера; то есть атмосфера с небольшим количеством кислорода, где присутствующие молекулы стремятся пожертвовать свои электроны.

Впоследствии атмосфера будет постепенно меняться, образуя простые молекулы, такие как молекулярный водород (H2), метан (CH4), углекислый газ (CO2), аммиак (NH3) и водяной пар (H2O). В этих условиях они предположили, что:

— Простые молекулы могли бы реагировать, используя энергию, поступающую от солнечных лучей, электрические разряды от штормов, тепло от ядра Земли, среди других видов энергии, которые в конечном итоге влияли на физико-химические реакции..

— Это способствовало формированию коацерватов (систем молекул, из которых возникла жизнь, согласно Опарину), которые плавали в океанах.

— В этом «примитивном супе» условия были бы адекватными, чтобы строительные блоки могли быть объединены в последующих реакциях.

— В результате этих реакций образовались более крупные и более сложные молекулы (полимеры), такие как белки и нуклеиновые кислоты, которым, вероятно, способствовало присутствие воды из луж возле океана..

— Эти полимеры могли быть собраны в единицы или структуры, которые можно поддерживать и воспроизводить. Опарин полагал, что они могли быть «колониями» сгруппированных белков для осуществления метаболизма, и Холдейн предположил, что макромолекулы заключены в мембраны для формирования клеточных структур..

Соображения о теории

Детали этой модели, вероятно, не совсем верны. Например, геологи теперь считают, что первобытная атмосфера не сжималась, и неясно, являются ли пруды на берегу океана вероятным местом для первого появления жизни.

Однако основная идея «постепенного и спонтанного образования групп простых молекул, затем формирования более сложных структур и, наконец, приобретения способности к самовоспроизведению» остается основой большинства гипотез о происхождении текущая жизнь.

Эксперименты, поддерживающие Теорию абиотического синтеза

Миллер и Юри эксперимент

В 1953 году Стэнли Миллер и Гарольд Юри провели эксперимент, чтобы проверить идеи Опарина и Холдейна. Они обнаружили, что органические молекулы могут возникать самопроизвольно при восстановительных условиях, аналогичных тем, которые были описаны на примитивной Земле, описанной ранее..

Миллер и Юри построили закрытую систему, которая содержала некоторое количество нагретой воды и смеси газов, которые, как считалось, были в изобилии в атмосфере ранней Земли: метан (CH4), углекислый газ (CO2) и аммиак (NH3)..

Чтобы смоделировать лучи, которые могли бы обеспечить необходимую энергию для химических реакций, которые привели к возникновению наиболее сложных полимеров, Миллер и Юри послали электрические удары через электрод в своей экспериментальной системе..

После проведения эксперимента в течение недели Миллер и Юри обнаружили, что образовалось несколько типов аминокислот, сахаров, липидов и других органических молекул..

Большие, сложные молекулы, такие как ДНК и белок, отсутствовали. Однако эксперимент Миллера-Юри показал, что, по крайней мере, некоторые из основных компонентов этих молекул могут образовываться спонтанно из простых соединений..

Эксперимент Хуана Оро

Продолжая поиски источников жизни, испанский ученый Хуан Оро использовал свои биохимические знания для синтеза в лабораторных условиях других органических молекул, важных для жизни..

Оро ответил на условия эксперимента Миллера и Юри, который производит цианидные производные в больших количествах.

Используя этот продукт (синильную кислоту), а также аммиак и воду, этот исследователь смог синтезировать молекулы аденина, одного из 4 азотистых оснований ДНК и одного из компонентов АТФ, фундаментальной молекулы для обеспечения энергией большинства живых существ..

Когда это открытие было опубликовано в 1963 году, оно оказало не только научное, но и популярное влияние, поскольку продемонстрировало возможность самопроизвольного появления нуклеотидов на примитивной Земле без какого-либо внешнего воздействия..

Ему также удалось синтезировать, воссоздав в лаборатории среду, похожую на ту, которая существовала в ранней Земле, другие органические соединения, в основном липиды, которые являются частью клеточных мембран, некоторые белки и активные ферменты, важные для обмена веществ..

Сидней Фокс эксперимент

В 1972 году Сидни Фокс и его сотрудники провели эксперимент, который позволил им создать структуры с мембранными и осмотическими свойствами; то есть похожи на живые клетки, которые они называли Белковые микросферы.

Используя сухую смесь аминокислот, они начали нагревать их до умеренных температур; таким образом они достигли образования полимеров. Эти полимеры при растворении в физиологическом растворе образуют крошечные капельки размером с бактериальную клетку, способные проводить определенные химические реакции..

Эти микрошарики имели двойную проницаемую оболочку, похожую на современные клеточные мембраны, что позволяло им гидратироваться и обезвоживаться в зависимости от изменений среды, в которой они находились..

Все эти наблюдения, полученные при исследовании микросфер, показали идею о типе процессов, которые могли возникнуть у первых клеток.

Альфонсо Эррера эксперимент

Другие исследователи провели свои собственные эксперименты, чтобы попытаться воспроизвести молекулярные структуры, которые дали начало первым клеткам. Альфонсо Эррера, мексиканскому ученому, удалось искусственно создать структуры, которые он назвал сульфобиос и кольпоиды.

Эррера использовал смеси таких веществ, как сульфоцианид аммония, тиосианат аммония и формальдегид, с помощью которых он смог синтезировать небольшие структуры с высокой молекулярной массой. Эти богатые серой структуры были организованы аналогично живым клеткам, поэтому он назвал их сульфобиос.

Точно так же он смешал оливковое масло и бензин с небольшими количествами гидроксида натрия, чтобы создать другие типы микроструктур, которые были организованы аналогично простейшим; к этим микросферам он назвал их colpoides.

Происхождение жизни на Земле согласно теории Опарина-Холдейна

До сих пор нет однозначного ответа на вопрос о возникновении жизни на нашей планете. Одним из первых ученых, отважившимся ответить на него, был советский биолог А.И. Опарин. Апогей его деятельности пришелся на 50-70 годы ХХ века, однако еще в 1924 г. вышла в свет его книга «Происхождение жизни», в которой ученый изложил главные идеи своей гипотезы.

Опарин считал, что живые организмы на планете зародилась вследствие долговременного эволюционного процесса формирования живой материи из неживой. Простые органические соединения сформировались из неорганических под воздействием факторов окружающей среды и сложных биохимических процессов. Близкие предположения высказал в 1929 г. британский биолог Дж. Холдейн.

Таким образом, в основе теории лежит концепция абиогенеза.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

Определение

Абиогенез — естественный процесс возникновения жизни из неорганической среды.

Теория Опарина-Холдейна завоевала большую популярность и в рамках школьного курса биологии является основополагающей в контексте объяснения появления жизни на Земле. Но в свете последних научных открытий она вызывает много вопросов и выглядит несколько устарелой.

Теория Опарина — Холдейна

В 20-х годах прошлого века британский ученый Холдейн, Джон Бёрдон Сандерсон и русский биохимик Александр Опарин независимо друг от друга выдвинули схожие идеи относительно условий, необходимых для возникновения жизни на Земле. Оба считали, что органические молекулы могут быть образованы из абиогенных материалов в присутствии внешнего источника энергии (например, ультрафиолетового излучения), и что примитивная атмосфера была с очень низким количеством свободного кислорода и содержала аммиак, водяной пар, водород и метан.

Оба также подозревали, что первые формы жизни появились в теплом примитивном океане и были гетеротрофными (получая предварительно сформированные питательные вещества из соединений, существовавших на ранней Земле), а не автотрофными (синтезирующими питательные вещества из солнечного света или неорганических веществ).

Опарин считал, что жизнь возникла из коацерватов, микроскопических спонтанно сформированных сферических агрегатов липидных молекул, которые удерживаются вместе за счет электростатических сил и, возможно, были предшественниками клеток. Работа Опарина с коацерватами подтвердила, что ферменты, лежащие в основе биохимических реакций метаболизма, функционируют более эффективно, когда они содержатся в мембраносвязанных сферах, чем когда они свободны в водных растворах.

Холдейн, незнакомый с коацерватами Опарина, полагал, что сначала образуются простые органические молекулы, а в присутствии ультрафиолетового света они становятся все более сложными, в конечном итоге формируя клетки. Идеи Холдейна и Опарина легли в основу многих исследований абиогенеза, проводившихся в последующие десятилетия.

Попытки моделирования возникновения жизни

Согласно А.И.Опарину, архейская атмосфера
содержала СН₄, NH₃, H₂ и пары Н₂О,
то есть имела атомы Н, С, N и О, а атомы Р в составе фосфат-ионов были растворены в океанской воде.
Все виды живой материи состоят из этих 5 химических элементов с примесями некоторых других атомов.
А.И.Опарин предложил схему эксперимента чтобы доказать, что биологически активные вещества
могут получиться из СН₄, NH₃, H₂, Н₂О и фосфатов
под действием электрических разрядов.

Более 50 лет назад такие опыты начали выполнять С.Миллер и Г.Юри и другие.
Они из смеси аммиака, метана и водорода (предполагаемый состав древней атмосферы Земли),
пропуская через нее электрические разряды, имитировавшие молнии
получали простые органические вещества и простейшие аминокислоты
,
но ни рибозы, ни азотистые основания не были синтезированы.

В 1953 году Гарольд Юри и Стенли Миллер провели эксперимент, в ходе которого воссоздали представления тех лет
об условиях атмосферы Земли в катархее (4,6 – 4 млн лет назад).
Процесс включал пропускание электрического тока через колбу с реагентами.
В посуде были простые химические вещества, присутствующие на ранней Земле — вода, метан, аммиак и водород.
Электрический ток имитировал разряды молний в бурной атмосфере молодой планеты.
Анализ смеси показал, что эксперимент привёл к образованию 22 аминокислот .
Открытие же показало возможность для биомолекул самопроизвольно синтезироваться при определенных условиях.

Однако, плотность электрических разрядов у них была очень велика по сравнению с реальной в древней атмосфере Земли.
Но тут следует учесть, что молнии были далеко не единственными производителями органики на древней Земле.
На сегодняшний день известны еще по крайней мере две надежные, реально работающие «фабрики» абиогенной органики:
космос и гидротермальные источники.

Кроме того, согласно новым геологическим данным, полученным к 1990-м годам,
в атмосфере древней Земли было много углекислого газа, который не входил в состав газовой смеси в опытах Стенли Миллера.
В присутствии CO₂ синтез аминокислот из неорганических газов поначалу идти не хотел.
Эту проблему удалось преодолеть в 2008 году Кливсу и его коллегам.
Они обнаружили, что молнии все-таки могут стимулировать синтез аминокислот в газовой смеси, содержащей CO₂,
если туда добавить некоторые дополнительные вещества, которые вполне могли присутствовать в первичной атмосфере.

Следует также упомянуть эксперимент Дж.Оро и С.Камата, которые синтезировали
простые аминокислоты и N-основания в водных растворах NH₃ и HCN
под действием электрических разрядов.

Однако состав архейских морей, видимо, существенно отличался от их растворов.

В 1968 году Карл Везе предложил гипотезу РНК-мира.
Согласно ей, первыми «жителями» нашей планеты были ансамбли молекул рибонуклеиновых кислот (РНК).
Они хранили генетическую информацию, они катализировали химические реакции.
Позже именно они дали начало молекулам ДНК и белка.
Сторонники гипотезы показали, что водный раствор HCN — отправная точка для образования предшественников РНК и белков.
Энергию для первого синтеза могли дать фотоны высоких энергий.

Однако, недавно была выдвинута гипотеза о том, что более простые генетические структуры могут предшествовать образованию ДНК и РНК,
и предполагают, что подобные пребиотические реакции могут происходить в других частях Солнечной системы.

Мир РНК

В теории абиогенеза поиски первоначала жизни приводят к идее о более простой, нежели клетка, системе. Современная клетка необычайно сложна, ее работа держится на трех китах: ДНК, РНК и белки. ДНК хранит наследственную информацию, белки осуществляют химические реакции по схеме, заложенной в ДНК, информацию от ДНК к белкам передает РНК. Что может входить в упрощенную систему? Какая-то одна из составных частей клетки, которая умеет, как минимум, воспроизводить себя и регулировать обмен веществ.

Поиски наиболее древней молекулы, с которой, собственно, и началась жизнь, продолжаются почти столетие. Подобно геологам, восстанавливающим историю Земли по пластам горных пород, биологи открывают эволюцию жизни по строению клетки. Череда открытий XX века привела к гипотезе спонтанно зародившегося гена, который стал прародителем жизни. Естественно думать, что таким первогеном могла быть молекула ДНК, ведь она хранит информацию о своей структуре и об изменениях в ней. Постепенно выяснили, что ДНК не может сама передать информацию другим поколениям, для этого ей нужны помощники — РНК и белки. Когда во второй половине XX века открыли новые свойства РНК, то оказалось, что эта молекула больше подходит на главную роль в пьесе о происхождении жизни.

Молекула РНК проще по своему строению, чем ДНК. Она короче и состоит из одной нити. Эта молекула может служить катализатором, то есть проводить избирательные химические реакции, например соединять между собой аминокислоты, и в частности осуществлять собственную репликацию, то есть воспроизведение. Как известно, избирательная каталитическая активность — одно из основных свойств, присущих живым системам. В современных клетках эту функцию выполняют только белки. Возможно, эта способность перешла к ним со временем, а когда-то этим занималась РНК.

Чтобы выяснить, на что еще способна РНК, ученые стали разводить ее искусственно. В насыщенном молекулами РНК растворе кипит собственная жизнь. Обитатели обмениваются частями и воспроизводят сами себя, то есть идет передача информации потомкам. Спонтанный отбор молекул в такой колонии напоминает естественный отбор, а значит, им можно управлять. Как селекционеры выращивают новые породы животных, так же стали выращивать РНК с заданными свойствами. Например, молекулы, которые помогают сшивать нуклеотиды в длинные цепочки; молекулы, устойчивые к высокой температуре, и так далее.

Колонии молекул в чашках Петри — это и есть мир РНК, только искусственный. Натуральный мир РНК мог возникнуть 4 миллиарда лет назад в теплых лужах и мелких озерцах, где шло спонтанное размножение молекул. Постепенно молекулы стали собираться в сообщества и соревноваться между собой за место под солнцем, выживали наиболее приспособленные. Правда, передача информации в таких колониях происходит неточно, и вновь приобретенные признаки отдельной «особи» могут теряться, но этот недостаток покрывается большим количеством комбинаций. Отбор РНК шел очень быстро, и за полмиллиарда лет могла возникнуть клетка. Дав толчок возникновению жизни, мир РНК не исчез, он продолжает существовать внутри всех организмов на Земле.

Мир РНК — почти живой, до полного оживления ему остается всего один шаг — произвести клетку. Клетка отделена от окружающей среды прочной мембраной, значит, следующий этап эволюции мира РНК — заключение колоний, где молекулы связаны между собой родством, в жировую оболочку. Такая протоклетка могла получиться случайно, но, чтобы стать полноценной живой клеткой, мембрана должна была воспроизводиться от поколения к поколению. С помощью искусственного отбора в колонии можно вывести РНК, которая отвечает за рост мембраны, но произошло ли это на самом деле? Авторы экспериментов из Массачусетсского технологического института США подчеркивают, что результаты, полученные в лаборатории, не обязательно будут похожи на реальную сборку живой клетки, а может быть, и вовсе далеки от истины. Впрочем, создать живую клетку в пробирке пока не удалось. Мир РНК не раскрыл до конца своих тайн.

Первые клетки

Итак, если органические молекулы и РНК могут спонтанно образовываться, то как насчет клеток? Как создаются клеточные мембраны?

Липиды – это молекулы, которые составляют слой клеточной мембраны. Как стало ясно из эксперимента Миллера — Юри, липиды могут спонтанно образовываться при определенных атмосферных условиях. Они имеют гидрофильную и гидрофобную стороны. В то время как гидрофильная сторона может взаимодействовать с водой, гидрофобная сторона – нет, и поэтому они образуют кластеры в воде. Гидрофильная сторона, обращена наружу, а гидрофобная – внутрь. Это похоже на то, как масло в лавовой лампе никогда не смешивается с жидкостью.

В липидном бислое молекулы ориентированы таким образом, что их полярные части направлены в сторону водной фазы и формируют две гидрофильные стороны, а неполярные «хвосты» формируют гидрофобную внутри бислоя. Это препятствует прохождению воды между ними и образует мембрану клетки. Вода из клетки не выходит наружу, и вода снаружи клетки не проникает внутрь. Из-за структуры липида он может спонтанно собираться в бислой в присутствии воды. Зная все это, можно предположить, что некоторые из первых структур РНК были заключены в примитивную клетку, состоящую из липидного бислоя, заполненного водой, неорганическими и органическими молекулами. Эти примитивные клетки затем дали начало первым живым клеткам.

Новости неорганического биосинтеза

Новости по экспериментальному синтезу биологических молекул.

Компьютер смоделировал создание аденина путем комбинирования 5 молекул цианида
(публикация в Proceedings of the National Academies of Science (PNAS) от 30.10.2007).

Главная >
Естествознание >
Биология

Биогенез:

Свойства живого |
Гипотезы происхождения жизни |
Алтернативная биохимия |
Лабораторный биосинтез

На правах рекламы (см.
условия):

Алфавитный перечень страниц:
А |
Б |
В |
Г |
Д |
Е (Ё) |
Ж |
З |
И |
Й |
К |
Л |
М |
Н |
О |
П |
Р |
С |
Т |
У |
Ф |
Х |
Ц |
Ч |
Ш |
Щ |
Э |
Ю |
Я |
0-9 |
A-Z (англ.)

Ключевые слова для поиска сведений о лабораторном биосинтезе:

На русском языке: неорганический биосинтез, лабораторное моделирование жизни, абиогенный синтез биологических молекул, искуственное возникновение живого;

На английском языке: biosynthesis.

«Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005.
Автор и владелец — Игорь Константинович Гаршин
(см. резюме).

Пишите письма
().

Страница обновлена 02.10.2019

Решающий эксперимент

Нет никакой надежды, что однажды клетка получилась сама собой из атомов химических элементов. Это невероятный вариант. Простая клетка бактерии содержит сотни генов, тысячи белков и разных молекул. Фред Хойл шутил, что синтез клетки так же невероятен, как сборка «Боинга» ураганом, пронесшимся над свалкой запчастей. И все же «Боинг» существует, значит, он был каким-то образом «собран», точнее «самособран». По нынешним представлениям, «самосборка» «Боинга» началась 4,5 миллиарда лет назад, процесс шел постепенно и был растянут во времени на миллиард лет. По крайней мере 3,5 миллиарда лет назад живая клетка уже существовала на Земле.

Для синтеза живого из неживого на начальном этапе в атмосфере и водоемах планеты должны присутствовать простые органические и неорганические соединения: C, C2, C3, CH, CN, CO, CS, HCN, CH3CH, NH, O, OH, H2O, S. Стэнли Миллер в своих знаменитых опытах по абиогенному синтезу смешал водород, метан, аммиак и водяные пары, потом пропускал нагретую смесь через электрические разряды и охлаждал. Через неделю в колбе образовалась коричневая жидкость, содержащая семь аминокислот, и в том числе глицин, аланин и аспарагиновую кислоту, входящие в состав клеточных белков. Эксперимент Миллера показал, как могла образоваться предбиологическая органика — вещества, которые участвуют в синтезе более сложных компонентов клетки. С тех пор биологи считают этот вопрос решенным, несмотря на серьезную проблему. Дело в том, что абиогенный синтез аминокислот идет только в восстановительных условиях, вот почему Опарин полагал атмосферу ранней Земли метаново-аммиачной. Но геологи не согласны с таким выводом.

Развитие и доказательства

Теория Опарина-Холдейна вызвала оживленные дискуссии в ученом мире, претерпела много критики. В свете новых данных, полученных современной наукой, она претерпела значительные преобразования. К примеру, в 1979 г. британский биолог Р. Докинз в книге «Эгоистический ген» выразил догадку об образовании в «первичном бульоне» не коацерватов, а способных к самовоспроизведению молекул, которые наполнили океан. Ныне ученые дополнили и видоизменили теорию следующими утверждениями.

Процесс самовоспроизведения возник раньше образования мембран и обмена веществ.
Источниками энергии в процессе возникновения органических соединений, кроме указанных в теории Опарина-Холдейна, являлись также природная радиация, солнечный ветер.
Древняя атмосфера имела иной состав, чем представлено в теории. Основными элементами были углекислый газ и азот, другие компоненты имели малую концентрацию.
«Первичный бульон» — неподходящая среда для возникновения жизни, поскольку белки в воде неустойчивые, а значит, легко распадаются. Кроме того, процесс самовоспроизводства аминокислот в «первичном бульоне» считается недостижимым.

Новые модифицированные гипотезы:

гипотеза «первичной пиццы (органические молекулы возникли на минеральных подкладках при их повторяющемся высыхании);
гипотеза «первичного майонеза» (примитивные мембраны существовали до появления способности к самовоспроизведению).

Самые древние микробы

В черных сланцах Западной Австралии возрастом 3,5 миллиарда лет сохранились остатки самых древних организмов, когда-либо обнаруженных на Земле. Видимые лишь под микроскопом шарики и волоконца принадлежат прокариотам — микробам, в клетке которых еще нет ядра и спираль ДНК уложена прямо в цитоплазме. Древнейшие окаменолости обнаружил в 1993 году американский палеобиолог Уильям Шопф. Вулканические и осадочные породы комплекса Пилбара, что к западу от Большой песчаной пустыни в Австралии — одни из самых старых пород на Земле. По счастливой случайности эти образования не столь сильно изменились под действием мощных геологических процессов и сохранили в прослоях остатки ранних существ.

Убедиться в том, что крохотные шарики и волоконца в прошлом были живыми организмами, оказалось трудно. Ряд мелких бусинок в горной породе может быть чем угодно: минералами, небиологической органикой, обманом зрения. Всего Шопф насчитал 11 видов окаменолостей, относящихся к прокариотам. Из них 6, по мнению ученого, — это цианобактерии, или синезеленые водоросли. Подобные виды до сих пор существуют на Земле в пресных водоемах и океанах, в горячих ключах и близ вулканов. Шопф насчитал шесть признаков, по которым подозрительные объекты в черных сланцах следует считать живыми.

Вот эти признаки: 1. Ископаемые сложены органической материей 2. У них сложное строение — волоконца состоят из клеток разной формы: цилиндров, коробочек, дисков 3. Объектов много — всего 200 ископаемых включают в себя 1 900 клеток 4. Объекты похожи друг на друга, как современные представители одной популяции 5. Это были организмы, хорошо приспособленные к условиям ранней Земли. Они обитали на дне моря, защищенные от ультрафиолета толстым слоем воды и слизи 6. Объекты размножались как современные бактерии, о чем говорят находки клеток в стадии деления.

Обнаружение столь древних цианобактерий означает, что почти 3,5 миллиарда лет назад существовали организмы, которые потребляли углекислый газ и производили кислород, умели скрываться от солнечной радиации и восстанавливаться после ранений, как это делают современные виды. Биосфера уже начала складываться. Для науки в этом кроется пикантный момент. Как признается Уильям Шопф, в столь почтенных породах он бы предпочел найти более примитивные создания. Ведь находка древнейших цианобактерий отодвигает начало жизни на период, стертый из геологической истории навсегда, вряд ли геологи когда-либо смогут его обнаружить и прочесть. Чем старше породы, тем дольше они пребывали под давлением, температурой, выветривались. Помимо Западной Австралии на планете сохранилось только одно место с очень древними породами, где могут встретиться окаменолости — на востоке Южной Африки в королевстве Свазиленд. Но африканские породы за миллиарды лет претерпели сильнейшие изменения, и следы древних организмов потерялись.

В настоящее время геологи не нашли начала жизни в горных породах Земли. Строго говоря, они вообще не могут назвать интервал времени, когда живых организмов еще не было. Не могут они и проследить ранние — до 3,5 миллиарда лет назад — этапы эволюции живого. Во многом из-за отсутствия геологических свидетельств тайна происхождения жизни остается нераскрытой.

Реалист и сюрреалист

Первая конференция Международного общества по изучению происхождения жизни (ISSOL) состоялась в 1973 году в Барселоне. Эмблему к этой конференции нарисовал Сальвадор Дали. Дело было так. Джон Оро, американский биохимик, был дружен с художником. В 1973 году они встретились в Париже, отобедали у «Максима» и отправились на лекцию по голографии. После лекции Дали неожиданно предложил ученому зайти на другой день к нему в отель. Оро пришел, и Дали вручил ему рисунок, символизирующий проблему хиральности в живых системах. Два кристалла растут из сочащейся лужи в виде перевернутых песочных часов, что намекает на конечное время эволюции. Слева сидит женская фигура, справа стоит мужчина и держит крыло бабочки, между кристаллами вьется червячок ДНК. Изображенные на рисунке левый и правый кристаллы кварца взяты из книги Опарина «Происхождение жизни на Земле» 1957 года. К удивлению ученого, Дали хранил эту книгу у себя в номере! После конференции супруги Опарины поехали в гости к Дали, на берег Каталонии. Обе знаменитости умирали от желания пообщаться. Между реалистом и сюрреалистом завязалась длинная беседа, оживленная языком мимики и жестов — ведь Опарин говорил только по-русски.

Основные положения

Теория Опарина о происхождении жизни на Земле базируется на ряде важнейших принципов. Жизнь на планете, согласно взглядам отечественного ученого, зарождалась в три этапа. Сначала возникли органические соединения как таковые. Далее произошло образование белков, полисахаридов и липидов, то есть полимерных соединений. Наконец, процесс завершился появлением примитивных, но уже способных к воспроизводству, живых организмов.

Вторая особенность гипотезы — согласно ей, биологической (биогенной) эволюции предшествовала химическая, которая стала основной причиной появления сложных веществ. Сущность процесса:

На формирование сложных соединений оказала влияние атмосфера Земли, лишенная кислорода, а также разряды молний и УФ-лучи солнца.
Органические вещества стали основой появления биополимеров, которые, в свою очередь, использовались для образования примитивных форм жизни (пробионтов).
Когда в пробионтах появились нуклеиновые кислоты, они получили возможность передавать наследственную информацию и усложняться в следующих поколениях.
Результат естественного отбора — выжить смогли лишь те организмы, которые оказались способными к воспроизводству.

Положения теории вполне логичны и вытекают одно из другого

Однако важно понимать то, какая проблема не была решена гипотезой Опарина. Дело в том, что пробионты (или проклетки, прообраз современных клеток) по сей день не изучены досконально

Поэтому непонятно, что именно побудило скопление полимеров перейти от нежилого состояния к дыханию, питанию и воспроизводству.

Особенности процесса

Абиогенный синтез органических веществ теоретически возможен, но для этого необходимы определенные условия. В ходе данного процесса образовываются оптически неактивные или рацемические смеси. Вещества содержат разнообразные вращающиеся изомеры в равном количестве.

Сегодня абиогенный синтез осуществляется в специализированных лабораториях. Благодаря этому исследуются многие биологически важные мономеры. Одним из необычайно весомых для деятельности человека продуктом абиогенного синтеза является нефть. В процессе миграции вещество проходит толщу осадочной породы, экстрагируя органическую смесь, представленную в виде смол и порфиринов.

Многие исследователи, чтобы доказать существование абиогенного синтеза, обращались к методу промышленного процесса получения синтетического топлива. Тем не менее, углубляясь в изучение нефти, ученые нашли существенные различия между составом природных и синтетических углеводородных смесей. В последних практически нет сложных молекул, которые насыщены такими веществами, как жирные кислоты, терпены, стиролы.

В лабораторных условиях абиогенный синтез осуществляется с применением ультрафиолета, электрического разряда или воздействия высокой температуры.

Взгляды современных ученых на возникновение жизни

Многие исследователи пришли к выводу, что зарождение жизни берет свое начало около прибережных районов морей и океанов. На границе море-суша-воздух были созданы благоприятные условия для образования сложных соединений.

Все живые существа, по сути, являются открытыми системами, получающими энергию извне. Без уникальной силы жизнь на планете невозможна. На данный момент вероятность возникновения новых живых организмов минимальна, так как на создание того что мы имеем сегодня ушли миллиарды лет. Даже если органические соединения начнут зарождаться, они тут же будут окислены или использованы гетеротрофными организмами.

Проблема полимеров

Клеточные белки, ДНК, РНК — все это полимеры, очень длинные молекулы, наподобие нитей. Строение полимеров довольно простое, они состоят из частей, повторяющихся в определенном порядке. К примеру, целлюлоза — самая распространенная молекула в мире, которая входит в состав растений. Одна молекула целлюлозы состоит из десятков тысяч атомов углерода, водорода и кислорода, но вместе с тем это не что иное, как многократное повторение более коротких молекул глюкозы, сцепленных между собой, как в ожерелье. Белки — это цепь аминокислот. ДНК и РНК — последовательность нуклеотидов. Причем суммарно это очень длинные последовательности. Так, расшифрованный геном человека состоит из 3 миллиардов пар нуклеотидов.

В клетке полимеры производятся постоянно с помощью сложных матричных химических реакций. Чтобы получить белок, у одной аминокислоты нужно отсоединить гидроксильную группу OH с одного конца и атом водорода с другого, и только после этого «приклеить» следующую аминокислоту. Нетрудно видеть, что в этом процессе образуется вода, причем снова и снова. Освобождение от воды, дегидратация, — очень древний процесс, ключевой для зарождения жизни. Как он происходил, когда еще не было клетки с ее фабрикой по производству белков? Возникает проблема и с теплым мелким прудом — колыбелью живых систем. Ведь при полимеризации вода должна удаляться, но это невозможно, если ее полно вокруг.