Уровни организации неживой природы. Происхождение жизни на земле. Теория биохимической эволюции

 

 

Теорию Биохимической Эволюции мы рассмотрим подробнее в следующем вопросе.

 

 

 

3. Теория биохимической эволюции

На сегодняшний момент учеными предложены объяснения, более или менее соответствующие развитию живой природы, каким образом в первичных условиях Земли из неживой материи постепенно, шаг за шагом, развились разнообразные формы жизни.

Возникновению жизни путем химической эволюции способствовали следующие  условия:

• первоначальное отсутствие жизни;
• наличие в атмосфере соединений, обладающих восстановительными свойствами (при почти полном отсутствии кислорода О2);
• наличие воды и биогенных веществ;
• наличие источника энергии (относительно высокая температура, мощные электрические разряды, высокий уровень УФ-излучения).

Астрономические исследования показывают, что как звёзды, так и планетные системы возникли из газопылевого вещества. Наряду с металлами и их окислами в нём содержались водород, аммиак, вода и простейший углеводород — метан.

Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента  появления первичного океана. В водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.

Наука доказала, что в результате применения ультрафиолетовых лучей возможно искусственно синтезировать не только аминокислоты, но и другие биохимические вещества. Большой победой современной биохимии является первый полный синтез молекулы белков: синтезирован гормон инсулин, управляющий углеводным обменом.

В целом современных сторонников  данной теории принято делить на 2 группы.

 

Одни - приверженцы генобиоза:

Генобиоз — методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода.

 

Другие - говорят о голобиозе:

Голобиоз — методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности структур, наделенных способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма.

Однако существуют другие критерии, разделяющие современных сторонников эволюционной теории на группы.

Если многообразие всего живого возникает из одного источника, то это монофилия, а если из многих, то полифилия.

Многообразие может складываться медленно и постепенно (градуалистская концепция) или внезапно и быстро (сальтационная концепция). Если эволюционные события имеют случайный, ненаправленный, нецелесообразный характер, то можно говорить о тихогенезе, а если они идут направленно, к определенной цели, то тогда мы имеем дело с моногенезом.¹²

В.И. Вернадский полагал, что "первое появление жизни при создании биосферы должно было произойти не в виде появления какого-нибудь вида организма, а в виде совокупности, отвечающей геохимическим функциям жизни. Должны были сразу появиться биоценозы''.¹³

Необходимо отметить, что отечественными исследователями предпринимались попытки моделирования эволюции, и небезуспешные. Например работы В.Э. Карпова. С помощью математических методов удавалось найти определенные закономерности и объяснить те или иные аспекты эволюции. Но не эволюцию в целом.¹⁴

Долгое время многие эволюционисты  соглашались и поддерживали белково-коацерватную теорию Опарина, представляющую собой определенный синтез дарвинизма и биохимии. На сегодняшний день теория считается неверной и потеряла своих сторонников. Однако она доминировала на фоне остальных теорий почти столетие.

Согласно этой теории процесс, возникновение жизни на земле произошло в результате процесса, разделенного на 3 этапа:

• возникновение органических веществ;
• возникновение белков;
• возникновение белковых тел.

Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению  белковых тел могло явиться образование  коацерватных капель. При определённых условиях водная оболочка органических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающего раствора. Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуя многомолекулярные комплексы — коацерваты.

Коацерваты – это молекулы, которые  были окружены водной оболочкой, но не растворялись в ней, а, наоборот, объединялись в многомолекулярные комплексы. Синтезировались углеводы, аминокислоты, возникли сахара и нуклеотиды. Затем коацерватные капли подверглись естественному отбору. Возникли самовоспроизводящиеся молекулы РНК. После чего возникли современные РНК-ДНК-белковой жизни.

Коацерватные капли также могли  возникать при простом смешивании разнообразных полимеров. При этом происходила самосборка полимерных молекул в многомолекулярные  образования — видимые под оптическим микроскопом капли. Капли были способны поглощать извне вещества по типу открытых систем. При включении в коацерватные капли различных катализаторов (в том числе и ферментов) в них происходили всевозможные реакции, а именно полимеризация поступающих из внешней среды мономеров. За счёт этого капли могли увеличиваться в объёме и весе, а затем дробиться на дочерние образования. Таким образом, коацерваты могли расти, размножаться, осуществлять обмен веществ. Далее коацерватные капли подвергались естественному отбору, что обеспечило их эволюцию.

Суть теории состоит в том, что в определенный период времени, когда Земля уже остыла, но не до конца, под воздействием ряда природных факторов (молнии, ультрафиолет, катализаторы) некоторые природные органические вещества превратились во что-то хотя и неживое, но уже достаточно сложное.

В общем теория Опарина основывалась на представлении, что все начиналось с белков, а также на возможности в определенных условиях спонтанного химического синтеза мономеров белков – аминокислот – и белковоподобных полимеров (полипептидов) абиогенным путем. Надо признать, что при поведении лабораторных опытов удавалось создавать условия, когда возникали достаточно сложные органические вещества. ¹⁵

Сторонники теории не имели точного представления о первых организмах (протоорганизмах), одни склонялись к гетеротрофам, другие, к хемолитотрофам, обеспечивавшим свою жизнедеятельность за счёт окислительно-восстановительных химических реакций.

 

 

Но в обосновании проблемы естественно  возникли проблемы, например если спонтанно, путем случайных безматричных синтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкции белковых молекул (например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимущество данному коацервату в росте и размножении), то как они могли копироваться для распространения внутри коацервата, а тем более для передачи коацерватам-потомкам? Проще говоря, как сложные органические вещества превратились в живые организмы.

Теория оказалась неспособной  предложить решение проблемы точного воспроизведения — внутри коацервата и в поколениях — единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Однако, было показано, что первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных абиогенным путем, и они могли вступить в симбиоз с "живыми растворами" – колониями самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липидов, а такое сообщество уже можно назвать организмом.

Справедливо будет упомянуть и о предположениях об особой роли РНК, согласно которым функции как хранения генетической информации, так и катализа химических реакций выполняли ансамбли молекул РНК. Впоследствии из их ассоциаций возникла современная ДНК-РНК-белковая жизнь, обособленная мембраной от внешней среды. Между химической эволюцией, в которой размножались и конкурировали отдельные молекулы, и полноценной жизнью, основанной на модели ДНК—РНК—белок, был промежуточный этап, на котором размножались и конкурировали между собой отдельные молекулы РНК. Однако отсутствие на настоящий момент убедительных объяснений, как мог произойти переход от мира РНК к современному белок-синтезирующему миру, говорит само за себя. Нужно отметить, что теория РНК-мира до сих пор имеет своих сторонников.

 

Сегодня возражений против теории Опарина и ее модификаций выдвигается достаточно много.

 Говорят об очень малой  вероятности самостоятельного возникновения веществ - исходного материала для живых организмов.

 Гораздо менее вероятным является спонтанное превращение неживой органики во что-то живое. Многие ученые говорят о том, что период, когда Земля была совершенно непригодна для жизни, очень быстро сменился периодом, когда уже можно обнаружить признаки живых организмов. Без ответа остался и вопрос: каким образом аминокислоты без участия ерментов могли образовать белковые структуры? как образовались первые ферменты?

Было бы несправедливо утверждать, что сторонники теории биохимической  эволюции лишь провозглашают сомнительные истины, а им охотно поддакивают  властолюбивые политики. Да, и такой элемент несомненно присутствует. Однако точно так же несомненно, что многие ученые предприняли немалые усилия для проверки этой теории. В результате были получены определенные результаты, которые являются бесспорным вкладом в науку. Теория не получила подтверждения в своих ключевых элементах (в первую очередь сам переход от неживого к живому). Однако знания в этой области были серьезно систематизированы, и то, что можно было проверить, просчитать, подтвердить с помощью опытов, во многом было проверено.¹⁶

Эволюционисты проделали огромную работу по доказыванию и проверке своих гипотез. Не смотря на то, что как таковых, доказательств их правоты не обнаружилось, однако по пути исследования удалось выяснить, что весь окружающий вами живой мир устроен определенным образом. Он состоит из соответствующим образом организованных органических веществ. Исключительно сложных и при этом хрупких.

Жизнь на Земле – это переплетение белков, аминокислот и прочей сложной органики. У многих ученых возникает вопрос: почему все возникло именно из органики? Можно было использовать ее, а можно было пойти и другим путем. Однако работы, проведенные эволюционистами, показывают, что в природе имелось необходимое количество естественного материала, чтобы при относительно минимальных усилиях его можно было усовершенствовать и довести до того уровня, который мы называем живой материей.

Органика имеет определенные свойства.

Сложные молекулы способны иметь достаточно большое количество видов строения. В определенных условиях они могут быть в носителей информации, которая влияет на биохимические процессы и заставляет белки и аминокислоты снова и снова сплетаться в клубок, имеющий определенные свойства. Клубок, который и является тем или иным живым существом.

Еще одно свойство сложных органических веществ является не менее важным. Они довольно хрупкие и нестойкие.

Если действительно жизнь возникла сама в результате биохимической эволюции, то это не оказывает решающего влияния, так как такая нестойкость просто понижает шансы на спонтанное возникновение жизни. С другой стороны если же речь идет о постороннем организующем начале, то оно не могло не знать о нестойкости органики. То есть данное свойство само как бы опровергает теорию постороннего вмешательства в возникновение жизни на Земле. Конечно люди не наблюдают вокруг себя биологическую эволюцию. Но интеллектуальная эволюция очень даже заметна. Человек открывает все новые и новые законы мироздания, создает все более и более сложные системы и устройства. При этом человек добивается подобных результатов в освоении сил природы, даже несмотря на то, что он сильно несовершенен, опутан предубеждениями, предрассудками, прочими немыслимыми недостатками и заблуждениями. И, самое главное, смертен. Творческий период даже у современного человека довольно короток. Передача информации и знаний от поколения к поколению предельно сложна. На это уходят даже не годы, а десятилетия. И несмотря ни на что человечество добивается значительного интеллектуального прогресса.

 Если все-таки существовало  какое-то гипотетическое организующее начало, оно вполне имело основания опасаться, что вся эта деятельность может в конце концов привести, в том числе, и к всеобщим катастрофическим последствиям. Очень может быть, что именно поэтому все представители живого мира, которые нам известны, смертны. И ничто живое на Земле не относится к исключениям. Могут происходить какие любые мутации, какие угодно процессы селекции и отбора, но бессмертные живые существа на нашей планете не возникают. Нигде, никак и ни в каком виде.

Вряд ли это случайно. А если это не случайность, то тогда объяснимо и то, почему все живое состоит из довольно нестойких органических веществ. Ведь ясно, что вся жизнь способна существовать при комплексе достаточно определенных условий. Это в первую очередь температура, кислород, наличие воды, отсутствие жестких излучений и т.д. Все это значит, что достаточно даже немного изменить любое из этих условий, и все живые существа быстро или, может быть, даже мгновенно развалятся на составные элементы. То есть перестанут существовать в форме, которая называется жизнью.

Именно поэтому нельзя исключать, что выбор такого достаточно экзотического  строительного материала, как органика похож на устройство предохранительного клапана.

Ежели вопреки всему давление в  нашем котле жизни превысит допустимые значения, клапан откроется и вмиг мы с вами со всеми нашими коллайдерами, ядерными бомбами и нанороботами исчезнем без следа.