Сегодня мы продолжим наше путешествие в прошлое, к истокам жизни на Земле, и углубимся в теорию биохимической эволюции. Это ключевая теория, объясняющая, как из простых неорганических веществ возникли сложные органические молекулы, а затем и первые живые организмы.
Что такое биохимическая эволюция?
В отличие от биологической эволюции, которая описывает изменения живых организмов со временем, биохимическая эволюция рассказывает о процессах, предшествовавших появлению жизни как таковой. Это долгий и сложный путь, в котором неживая материя постепенно приобретает свойства, характерные для живых систем.
Ключевые этапы биохимической эволюции:
- Абиогенный синтез органических мономеров: На первом этапе из простых неорганических молекул, таких как метан (CH4), аммиак (NH3), вода (H2O) и водород (H2), формируются органические мономеры: аминокислоты (строительные блоки белков), нуклеотиды (строительные блоки ДНК и РНК), сахара и жирные кислоты.
- Первичная атмосфера: Считается, что первичная атмосфера Земли была восстановительной, то есть богатой водородом и бедной кислородом. Условия были далеки от современных: частые грозы, высокая радиация и отсутствие озонового слоя.
- Энергия: Энергию для синтеза органических молекул могли поставлять молнии, ультрафиолетовое излучение солнца, тепло из вулканических извержений или гидротермальных источников.
- Эксперимент Миллера-Юри: Классический эксперимент Стэнли Миллера и Гарольда Юри (1953 год) продемонстрировал возможность абиогенного синтеза аминокислот в условиях, моделирующих первичную атмосферу Земли.
- Полимеризация мономеров в биополимеры: На втором этапе мономеры соединяются в более крупные молекулы – биополимеры: белки, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), полисахариды и липиды.
- Катализ: Этот процесс требует катализаторов. Роль катализаторов могли играть глины (адсорбируя и концентрируя мономеры), металлы (например, железо и никель) или рибозимы (РНК с каталитической активностью).
- Концентрирование: Важную роль играло концентрирование мономеров. Это могло происходить в мелководных водоемах, которые периодически высыхали, в гидротермальных источниках или на поверхности глины.
- Формирование протоклеток (коацерватов): На третьем этапе биополимеры организуются в обособленные структуры, отделенные от окружающей среды, – протоклетки или коацерваты.
- Коацерваты: Коацерваты – это капли, образующиеся при смешивании растворов белков и полисахаридов. Они способны поглощать вещества из окружающей среды, расти и делиться. Хотя коацерваты не являются живыми, они демонстрируют некоторые свойства живых систем.
- Липидные пузырьки: Липидные пузырьки (везикулы) могут самопроизвольно формироваться в воде. Они обладают свойствами, близкими к клеточной мембране, и могут захватывать внутрь органические молекулы.
- Появление наследственности и метаболизма: На заключительном этапе в протоклетках возникают механизмы самовоспроизведения (на основе нуклеиновых кислот) и метаболизма (обмена веществ).
- Мир РНК: Считается, что РНК, обладающая как генетической, так и каталитической активностью, сыграла ключевую роль на этом этапе.
- Первичный метаболизм: Первые метаболические процессы могли быть очень простыми и основываться на использовании энергии, доступной в окружающей среде (например, химической энергии из гидротермальных источников).
Вклад Александра Опарина и Джона Холдейна:
Теория биохимической эволюции была независимо предложена Александром Опариным (советский биохимик) и Джоном Холдейном (английский биолог) в 1920-х годах. Они выдвинули гипотезу о том, что жизнь возникла в “первичном бульоне” – теплом, мелком водоеме, богатом органическими веществами, где под действием энергии (молний, ультрафиолета) постепенно формировались все более сложные молекулы.
Критика и альтернативы:
Теория биохимической эволюции, несмотря на свою популярность, имеет свои недостатки и подвергается критике. Некоторые ученые считают, что жизнь могла возникнуть не в “первичном бульоне”, а в гидротермальных источниках на дне океана или даже в космосе (теория панспермии).
В заключение:
Теория биохимической эволюции – это наиболее общепринятая и хорошо обоснованная теория происхождения жизни на Земле. Она предлагает логичное и поэтапное объяснение того, как из неживой материи возникли первые живые организмы. Хотя многие детали этого процесса остаются неясными, исследования в области химии, биологии и геологии продолжают проливать свет на эту захватывающую загадку.
Что вы думаете об этом? Каковы, на ваш взгляд, самые сложные моменты в теории биохимической эволюции? Пишите в комментариях!
#биология #биохимическаяэволюция #происхождениежизни #абиогенез #опарин #холдейн #наука #химия #эволюция #коацерваты #мирРНК
