Гипотезы возникновения жизни на Земле

В процессе накопления знаний человека об окружающем мире и живых организмах возникало много гипотез о том, где и как могла возникнуть жизнь на Земле. Среди них можно выделить несколько основных.

По мнению одного из создателей теории биохимической эволюции А.И. Опарина (1923), происхождению жизни предшествовал достаточно длительный период химической эволюции, и появление жизни, ее начальное развитие тесно связаны с геологической эволюцией Земли.

При возникновении Земли около 5 млрд лет назад температура ее поверхности была очень высокой. По мере ее остывания образовалась твердая поверхность (литосфера). Атмосфера, первоначально состоявшая из легких газов (водород, гелий), не могла эффективно удерживаться недостаточно плотной Землей, и эти газы заменялись более тяжелыми: водяным паром, углекислым газом, аммиаком и метаном. Когда температура Земли опустилась ниже 100°С, водяной пар начал конденсироваться, образуя Мировой океан. В это время сложные органические вещества могли синтезироваться из первичных соединений за счет энергии грозовых разрядов и интенсивной ультрафиолетовой радиации. Накоплению органических веществ способствовало отсутствие живых организмов – потребители органики – и главного окислителя – кислорода.

Такая возможность накопления в первичном океане органики не биогенного происхождения была подтверждена опытом С. Миллера (1953). В специальной установке он воспроизвел условия, приближенные к атмосфере молодой Земли, и в присутствии ультрафиолетового излучения и электрических разрядов из метана, углекислоты, аммиака и воды, синтезировал аминокислоты, нуклеиновые кислоты и простые сахара.

А.И. Опарин считал, что первые протоорганизмы представляли собой белковые клеточные структуры. Белковые молекулы, притягивая молекулы воды, образовывали коллоиздные гидрофильные комплексы, слияние которых друг с другом вело к образованию коацерватов. На границе коацерватов и среды выстраивались молекулы липидов – примитивная клеточная мембрана. Коллоиды могли обмениваться молекулами с окружающей средой (прообраз гетеротрофного питания) и накапливать определенные вещества. Образующиеся параллельно нуклеиновые кислоты научились «запоминать» последовательность аминокислот, находящихся с ними в паре. Это обеспечило способность к самовоспроизведению протоорганизмов. Это – гипотеза голобиоза.

Гипотезу биохимического происхождения жизни выдвинул А. Холдейн (1929) – гипотезу генобиоза. Он считал, что первыми возникли макромолекулярные структуры с функциями генетического кода. Периодически идеи то генобиоза, то голобиоза становятся более популярными, подбираются новые аргументы.

Наиболее сложной проблемой является превращение органических веществ в простые живые организмы. Полимеризация молекул на пути к живой клетке не могла идти путем перебора вариантов, для чего требуется время, большее времени существования Вселенной. Мономеры быстро и экономично складываются в полимерную цепочку по четкому правилу. Те циклы, которые работают быстрее и эффективнее, чем остальные и «побеждают» в конкурентной борьбе. Пищей служат молекулы мономеров, которые хотят поглотить, присоединить к себе макромолекулы полимеров, или, точнее, циклы реакций. В первичном бульоне присутствуют и катализаторы химических реакций, которые сами образуются в них как промежуточные продукты, тем самым протекающие реакции похожи на реакции типа Белоусова – Жаботинского, т.е. являются автокаталитическими.

Понятие конкуренции гиперциклов, или циклов химических реакций. Которые приводят к образованию белковых молекул, распространил на процессы, которые должны были происходить при эволюционном скачке (кроме принципа дарвиновского отбора), и ввел М. Эйген в работе «Самоорганизация материи в ходе химической эволюции».