Гипотеза биохимической эволюции

     Полагают, что гравитационное поле еще недостаточно плотной планеты не могло удерживать легкие газы: водород, кислород, азот, гелий  и аргон, и они уходили из атмосферы. Но простые соединения, содержащие среди прочих эти элементы (вода, аммиак, CO2 и метан). До тех пор, пока температура Земли не упала ниже 100°C, вся вода находилась в парообразном состоянии. Атмосфера была, по видимому, «восстановительной», о чем свидетельствует  наличие в самых древних горнах породах металлов в восстановленной  форме (например, двухвалентное железо). Более молодые породы содержат металлы  в окисленной форме (Fe3+ ). Отсутствие кислорода, вероятно, было необходимым условием для возникновения жизни; как показывают лабораторные опыты, органические вещества (основа жизни) гораздо легче образуются в атмосфере бедной кислородом.

     В 1923 г. А.И. Опарин, исходя из теоретических  соображений, высказал мнение, что органические вещества, возможно углеводороды, могли  создаваться в океане из более  простых соединений. Энергию для  этих процессов поставляла интенсивная  солнечная радиация, главным образом  ультрафиолетовое излучение, падавшее на Землю до того, как образовался  слой озона, который стал задерживать  большую ее часть. По мнению Опарина, разнообразие находившихся в океанах  простых соединений, площадь поверхности  Земли, доступность энергии и  масштабы времени позволяют предположить, что в океанах постепенно накопились органические вещества и образовался  «первичный бульон», в котором могла  возникнуть жизнь.

     Позднее возникло предположение, что в первичной  атмосфере в относительно высокой  концентрации содержалась двуокись углерода. Недавние эксперименты, проведенные  с использованием установки Миллера, в которую поместили смесь CO2 и H2O, и только следовые количества других газов, дали такие же результаты, какие  получил Миллер. Теория Опарина завоевала  широкое признание, но она не решает проблемы, связанные с переходом  от сложных органических веществ к простым живым организмам. Именно в этом аспекте теория биохимической эволюции представляет общую схему, приемлемую для большинства биологов.

     Опарин  полагал, что решающая роль в превращении  неживого в живое принадлежала белкам. Благодаря амфотерности белков они способны к образованию коллоидных гидрофильных комплексов – притягивают к себе молекулы воды, создающие вокруг них оболочку. Эти комплексы могут обособляться от водной фазы, в которой они суспендированы, и образовывать своего рода эмульсию. Слияние таких комплексов друг с другом приводит к отделению коллоидов от среды – процесс, называемый коацервацией. Богатые коллоидами коацерваты, возможно, были способны обмениваться с окружающей средой веществами и избирательно накапливать различные соединения, особенно кристаллоиды. Коллоидный состав данного коацервата, очевидно, зависел от состава среды.   Разнообразие состава «бульона» в разных местах вело к различиям в составе коацерватов и поставляло таким образом сырье для «биохимического естественного отбора».

     Предполагается, что в самих коацерватах входящие в их состав вещества вступали в  дальнейшие химические реакции; при  этом происходило поглощение коацерватами ионов металлов и образование  ферментов. На границе между коацерватами и средой выстраивались молекулы липидов, что приводило к образованию  примитивной клеточной мембраны, обеспечивавшей коацерватам стабильность. В результате включения в коацерват  предсуществующей молекулы, способной к самовоспроизведению и внутренней перестройки покрытого липидной оболочкой коацервата, могла возникнуть первичная клетка. Увеличение размеров коацерватов и их фрагментация, возможно, вели к образованию идентичных коацерватов, которые могли поглощать больше компонентов среды, так, что этот процесс мог продолжаться. Такая предположительная последовательность событий должна была привести к появлению примитивного самовоспроизводящегося гетеротрофного организма, питавшегося органическими веществами первичного бульона.

     Хотя  эту гипотезу происхождения жизни  признают очень многие ученые, у  некоторых она вызывает сомнения из-за большого количества допущений  и предположений.  Астроном Фред Хойл недавно высказал мнение, что мысль о возникновении жизни в результате описанных выше случайных взаимодействий молекул «столь же нелепа и неправдоподобна, как утверждение, что ураган, пронесшийся над мусорной свалкой, может привести к сборке Боинга-747».

     Самое трудное для этой теории – объяснить  появление способности живых  систем к самовоспроизведению. Гипотезы по этому вопросу пока малоубедительны.

     Наиболее  распространенной и признаваемой в  научной среде является гипотеза биохимической эволюции, один из представителей которой, известный отечественный  ученый А.И. Опарин, выдвинул идею о  том, что жизнь на Земле представляет собой естественный результат длительного  прогрессивного, или восходящего  развития материи от низших и простых  форм к более высоким и сложным. Вспомним, одной их характерных особенностей современного естествознания является синергетика — теория самоорганизации различных материальных систем. В свете синергетики материя способна не только к самоупрощению, деградации и распаду, но и к самоусложнению, или саморазвитию. Следуя синергетическому видению природы, вполне возможно предположить, что в результате длительной эволюции (протяженностью в сотни миллионов лет) из неорганических веществ путем постепенного самоусложнения возникли более сложные — органические (углеродосодержащие) соединения, которые, в свою очередь, путем дальнейшего длительного самоусложнения привели к появлению первых простейших форм жизни, эволюционировавших далее к более развитым и сложным ее формам. Таким образом, согласно гипотезе биохимической эволюции, жизнь на Земле возникла из неживого вещества. Возникает вопрос: чем отличается это предположение от рассмотренной выше гипотезы абиогенеза, которая также утверждает, что живое естественным образом происходит от неживого? Вспомним, в гипотезе абиогенеза речь идет о том, что жизнь самопроизвольно возникает из неживых объектов: во-первых, многократно, а, во-вторых, в течение незначительного периода времени (например, за несколько дней). По гипотезе биохимической эволюции живое также появляется из неживого, но, во-первых, единожды, или однократно, а, во-вторых, это происходит медленно и постепенно, на протяжении сотен миллионов лет.

     Несмотря  на широкое распространение гипотезы биохимической эволюции в научной  среде, она разделяется далеко не всеми учеными. В качестве основного аргумента ее противники подчеркивают неизмеримо более высокий и качественно новый уровень организации живой природы по сравнению с неживой, в силу которого первая не сводима ко второй, и не выводится из нее. Также они справедливо указывают на то, что гипотеза биохимической эволюции, по большому счету, не объясняет, как произошел качественный скачок от неживого к живому. Так один из основоположников современной молекулярной биологии, английский ученый Фрэнсис Крик на Бюраканском симпозиуме в сентябре 1971 г. сказал: «Мы не видим пути от первичного бульона до естественного отбора. Можно прийти к выводу, что происхождение жизни — чудо, но это свидетельствует только о нашем незнании». Здесь необходимо уточнить, что «первичным бульоном», в котором могла возникнуть жизнь, согласно гипотезе биохимической эволюции, обозначается совокупность органических веществ, накопившихся в древних океанах Земли.