Биохимическая теория происхождения жизни на Земле – это учение, созданное А.И. Опариным в 1923 году, которое содержит предположение о том, что жизнь на Земле возникала постепенно из неорганических веществ путем достаточно длительной молекулярной эволюции.
Биохимическая теория возникновения жизни
Существует предположение о том, что Земля и все планеты солнечной системы были образованы из газопылевого облака несколько миллиардов лет назад. На первом этапе образования Земля имела очень высокую температуру. По мере остывания тяжелые элементы перемещались ближе к ее центру, более легкие элементы оставались на поверхности Земли.
Таким образом, атомы железа концентрировались в центре планеты, кремний, алюминий переходили ближе к ее поверхности. Самые лёгкие атомы поднимались на поверхность и сформировали первичную атмосферу. По сути, она состояла из метана, цианидов, аммиака. Атмосфера имела восстановительный характер, поскольку все соединения водорода легко вступали в химические реакции, отсоединяя водовод.
Атмосфера также систематически подвергалась воздействию различны энергетических источников. К ним относят:
- жесткое коротковолновое излучения Солнца;
- грозовые разряды;
- ударные волны от падения метеоритов.
В результате таких воздействий компоненты атмосферы, имеющие простую химическую структуру, менялись и значительно усложнялись. Появились молекулы сахаров, органических кислот и других веществ. Эти вещества являлись скорее мономерами, но имели структуру, которая существенно отличалась от имеющийся на тот момент в составе первичного бульона.
Отсутствие в атмосфере кислорода и восстановительная среда являлись необходимым условием возникновения органических молекул небиологическим путем. Кислород в то время в атмосфере отсутствовал, так как при соприкосновении с молекулами делала процесс их существования стал бы достаточно недолгим.
В 1953 году Стенли Миллер смоделировал ряд экспериментов, в ходе которых воспроизвел условия существования организмов на первобытной Земле. В ходе их был сделан вывод о том, что абиогенным путем синтезировались простые соединения, входящие в состав биологических полимеров: белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов.
Все вышеописанные примеры говорят о том, что органические соединения возникали химическим путем в условиях, которые существовали около 4 млрд. лет назад. Необходимыми условиями для реализации такой ситуации являлись:
- восстановительный характер атмосферы, отсутствие кислорода;
- высокая температура окружающей среды;
- источники энергии (Солнце, грозовые разряды).
Далее началось образование полимеров из мономеров. Земля охлаждалась постепенно и водяной пар конденсировался в атмосфере. На поверхность Земли обрушивались дожди, которые позволили образоваться большим водным пространствами. Происходила реакция полимеризации первичных звеньев органических веществ в водных растворах.
Скорость расщепления биологических полимеров будет больше, чем скорость их синтеза. Биополимеры не моги возникать в первичном океане. Скорее всего первичный синтез биополимеров начинался при замораживании первичного океана или при нагревании сухого остатка водных пространств.
Есть и такая точка зрения, что синтез происходил непосредственно в первичной атмосфере и образующиеся соединения выпадали в первичный океан в виде частиц пыли. При этом считается, что возникли прообразы современных белков и нуклеиновых кислот. Пептиды образовывались случайным образом, а среди них могли быть те, которые обладали высокой степенью каталитической активности и ускорять синтез полинуклеотидов.
В дальнейшем происходил процесс образования агрегатов – коацерватов. Опарин предполагал, что в ходе абиотического синтеза в океане накапливались органические вещества и образовался «первичный бульон». Белковые молекулы имели свойства амфотерности, объединяясь в более крупные структуры.
В водном растворе такие молекулы приобретали водную оболочку, при этом ее толщина напрямую зависела от величины заряда молекулы. Подобные молекулы объединялись друг с другом и образовывали коацерваты.
Коацерваты – это органические молекулы с водной оболочкой, входившие в состав первичного бульона.
Основным свойством таких коацерватов является способность избирательно поглощать определенные вещества из окружающей среды, создавая внутри себя среду, которая значительно отличается от окружающей. На границе между коацерватами и окружающей средой формировались липидные оболочки и они, по сути, являлись своего рода примитивной мембраной, которая делала коацерват более стабильной системой.
Коацерваты подвергались естественному отбору, поэтому некоторые из них приобрели способность поглощать белковые молекулы – предшественники, представлявшие собой прообраз полноценных нуклеиновых кислот. Опарин утверждал, что по мере роста агрегатов – коацерватов возникали первые клеточные структуры, а затем и сами клетки.
Выводы
Таким образом, согласно теории Опарина для образования жизни на земле необходимо наличие следующих условий:
- наличие химической среды «первичного бульона»;
- наличие солнечного излучения в качестве источника энергии (короткие волны);
- отсутствие кислорода (анаэробные условия);
- длительный период времени.
Несмотря на столь весомые доводы, теория Опарина подвергалась весьма серьезной критике. В частности, С. П. Костычев, который был приверженцем теории панспермии, неоднократно заявлял о несостоятельности теории Опарина. Он говорил о том, что клеточный организм является слишком сложной структурой, чтобы можно было даже теоретически допустить случайное образование такой многогранной системы.
