Тема 5. 03. Происхождение жизни

Первичная атмосфера Земли. Крупнейшим вкладом в развитие теории происхождение жизни явились предположения А. И. Опарина и амер. учёного Г. Юрио том, что первичная атмосфера Земли имела восстановительные свойства и на определённом этапе своего развития должна была содержать наряду с газообразным водородом и парами воды соединения углерода (в виде метана — CH₄ и циана — CN) и азота (в виде аммиака — NH₃). С течением времени состав атмосферы постепенно изменялся: в ней всё более возрастало содержание кислорода в результате возникновения начальных анаэробных форм жизни и она начала приобретать окислительные свойства. Установлено, что Земля возникла свыше 4,5 млрд. лет назад, а первые признаки жизни появились на ней 2—3 млрд. лет назад. Следовательно, в течение значительного времени существования Земли на ней не было жизни.

 

Биогенез (от био... и греч. genesis — происхождение), теории, отрицающие появление жизни на Земле в результате возникновения живых существ из неживой материи. В основе представлений о биогенезе лежат противопоставление живого неживому и идея вечности жизни. Сторонники биогенеза предполагали, что зародыши живых существ были занесены на Землю с других, более древних небесных тел — теория панспермии.

 

Абиогенез (от греческого а — отрицат. частица, bíos — жизнь и génesis — происхождение), теория возникновения живых существ из веществ неорганической природы. На основе накопившегося материала возникновение жизни на Земле следует рассматривать как закономерный процесс эволюции углеродистых соединений. Современные радиоастрономические данные о наличии углеродистых соединений в межзвёздной среде, изучение кометных спектров и химического состава метеоритов показывают, что органические вещества возникали не только до появления жизни (что категорически отрицалось прежде), но и до формирования нашей планеты. Следовательно, органические вещества абиогенного происхождения присутствовали на Земле уже при её образовании. Химические и палеонтологические исследования древнейших докембрийских отложений и особенно многочисленные модельные эксперименты, воспроизводящие условия, которые господствовали на поверхности первобытной Земли, позволили понять, как в этих условиях происходило образование все более и более сложных органических веществ, в том числе полипептидов и полинуклеотидов. Т. о., абиогенное образование простейших углеводородов — первая ступень в развитии органической материи.

 

Биологические мембраны, тонкие пограничные структуры молекулярных размеров, расположенные на поверхности клеток и субклеточных частиц, а также канальцев и пузырьков, пронизывающих протоплазму. Толщина Б. м. не превышает 100 ангстрем. Важнейшая функция биологических мембран — регулирование транспорта ионов, сахаров, аминокислот и других продуктов обмена веществ.

 

Коацервация (от лат. coacervatio — собирание в кучу, накопление), возникновение в растворе высокомолекулярного соединения капель, обогащенных растворённым веществом. Слияние коацерватных капель, которому может предшествовать их объединение в рыхлые хлопьевидные агрегаты (флокуляция), при благоприятных условиях приводит к разделению системы на два жидких слоя с четкой поверхностью раздела между ними: слой равновесной жидкости с малым содержанием высокомолекулярного соединения и слой повышенной концентрации, или коацерватный слой. Обогащенная полимером фаза (в капельной форме или в виде слоя) называется коацерватом.

 

Гетеротрофные организмы, гетеротрофы, организмы, использующие для своего питания готовые органические соединения (в отличие от автотрофных организмов, способных первично синтезировать необходимые им органические вещества из неорганических соединений углерода, азота, серы и др.). К гетеротрофным организмам относятся все животные и человек, а также некоторые растения (грибы, многие паразиты и сапрофиты покрытосеменных растений) и микроорганизмы.

 

Автотрофные организмы (от авто... и греческого trophē — пища), аутотрофные организмы, синтезирующие из неорганических веществ необходимые для жизни органические вещества. Роль А. о. в природе огромна, т. к. они создают все органические вещества, которые не могут синтезировать человек и почти все животные. К автотрофным организмам относятся высшие растения (кроме паразитных и сапрофитных), водоросли и некоторые бактерии.

Анаэробы, анаэробные организмы, анаэробионты, аноксибионты (от греч. an — отрицательная частица и аэробы), организмы, способные жить и развиваться при отсутствии свободного кислорода и получающие энергию для жизнедеятельности расщеплением органических и неорганических веществ. Термин «анаэробы» ввёл Л. Пастер, открывший в 1861 микробы маслянокислого брожения. Анаэробы делят на облигатные и факультативные. Облигатные (обязательные, строгие) анаэробы хорошо развиваются при полном отсутствии кислорода. Факультативные (условные) анаэробы способны развиваться как без кислорода, так и в его присутствии. К факультативным анаэробам относятся как микроорганизмы (дрожжи, гноеродные кокки, палочки брюшного тифа, сибиреязвенные бактерии и др.), так и некоторые простейшие и многоклеточные животные — обитатели гниющего ила (ресничные инфузории, малощетинковые черви, моллюски и др.) и паразиты кишечника крупных животных (инфузории, круглые и плоские черви).

Аэробы, аэробные организмы (от аэро... и греч. bios — жизнь), организмы, обладающие аэробным типом дыхания, т. е. способные жить и развиваться только при наличии свободного кислорода. К аэробам относятся почти все животные и растения, а также многие микроорганизмы, которые используют для жизнедеятельности энергию, освобождающуюся при реакциях окисления, протекающих с поглощением свободного кислорода (т. е. обладающие окислительным типом метаболизма). Облигатные (безусловные) аэробы аэрофилы (от греч. phileo — люблю), получают энергию только от реакции окисления (например, уксуснокислые и нитрифицирующие бактерии). Факультативные аэробы используют энергию брожения, а потому могут жить и при больших, и при ничтожных количествах кислорода (например, дрожжи, денитрифицирующие бактерии).

Прокариоты доядерные (Prokariota), организмы, не обладающие типичным клеточным ядром и хромосомным аппаратом. К прокариотам относятся бактерии, синезелёные водоросли, риккетсии, микоплазмы и др. Согласно новейшей системе органического мира,прокариотам придают ранг царства или надцарства, противопоставляя его др. царству или надцарству — эукариотам. Материальный субстрат, связанный с передачей и реализацией наследственной информации, представлен у прокариотов нитью дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), имеющей обычно кольцеобразную форму и локализованной более или менее в центральной части организма. Эта часть, называемая нуклеоидом, не отграничена мембраной от цитоплазмы. ДНК у прокариотов в отличие от эукариотов, обычно не связана с белками гистонами (не образует нуклеогистон), и регуляция работы генов осуществляется через метаболиты. У них нет также митохондрий и сложно устроенных жгутиков. Прокариоты играют очень важную роль в круговороте веществ в биосфере. Синезелёные водоросли были, вероятно, первыми автотрофными организмами,появившимися на Земле в процессе эволюции жизни.

Эукариоты, одно- или многоклеточные растительные и животные организмы, у которых тело клеток, в отличие от клеток прокариот, дифференцировано на цитоплазму и отграниченное мембраной ядро. Согласно новейшей системе органического мира, эукариотам придают ранг надцарства (включающего царства животных, грибов, растений), противопоставляя его надцарству прокариот. Генетический материал ядра эукариотов организован в хромосомы и они способные к удвоению и распределению путем митоза между дочерними клетками. Молекулярную основу хромосом составляет дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), тесно ассоциированная с гистонами и другими белками. У большинства эукариотов есть типичный половой процесс со слиянием клеточных ядер при оплодотворении и редукционным делением в процессе мейоза цитоплазма клеток эукариотов, в отличие от цитоплазмы клеток прокариот, обладает сложной системой мембран, формирующих эндоплазматическую сеть, комплекс Гольджи, митохондрии и другие органоиды.

Происхождение жизни, одна из центральных проблем естествознания. Теологи и философы-идеалисты (финалисты, холисты, органицисты и др.) утверждают, что возникновение жизни есть результат творческого акта духовного начала, «высшего интеллекта», бога. В противоположность этому материалисты считают, что жизнь по своему происхождению материальна и возникла естественным путём на основе общих законов природы. Однако господствовавший в естествознании в конце 19 — начале 20 вв. механистический материализм, пытавшийся познать жизнь на основе уподобления организма машине, оказался бессильным рационально разрешить проблему происхождения жизни. В течение первых двух десятилетий 20 в. господствовали два представления о происхождении жизни на Земле. Согласно одному из них, жизнь была занесена на Землю извне, согласно другому, происхождение жизни — результат случайного образования единичной «живой молекулы», в строении которой был заложен весь план дальнейшего развития жизни. Оба эти представления исключали возможность научного подхода к решению проблемы происхождении жизни, будучи, по меткому выражению англ. учёного Дж. Бернала, лишь «лукавыми уловками ума», стремящегося уклониться от разрешения этой проблемы. Начало систематической разработке проблемы происхождения жизни было положено в 1924 в связи с выходом в свет работы А. И. Опарина «Происхождение жизни», в которой впервые была сформулирована естественнонаучная концепция происхождения жизни на Земле, согласно которой возникновение жизни — результат длительной эволюции материи. Обобщив накопленный естествознанием фактический материал, Опарин проследил в естественноисторическом аспекте образование и последующую эволюцию органических соединений, простейших структур, энергетических процессов и биохимических функций, которые могли иметь место на Земле в период возникновения и становления жизни. Как отмечает Дж. Бернал (1967), эта теория легла в основу почти всех современных представлений о происхождении жизни.