Теорії виникнення життя на Землі

Існують чотири групи теорій, які пояснюють появу життя на Землі. Це креаціонізм, теорія стаціонарного стану, теорія панспермії та теорія біогенезу (хімічної еволюції). Основним положенням будь-якої креаціоністичної теорії є поява життя внаслідок надзвичайної божественної події.

Прихильники теорії стаціонарного стану вважають, що Земля є вічною. Вона існувала завжди, і так само завжди на ній існувало життя. Ця теорія допускає вимирання видів, але вважає, що нові види не утворюються. А відсутність решток видів, що існують зараз, в осадових породах давніх епох пояснюється незначною чисельністю цих видів у ті епохи.

Теорія панспермії стверджує, що життя у Всесвіті виникало один або кілька разів (як варіант — існувало вічно). Але на Землі воно не виникало, а було занесене за допомогою метеоритів чи інших космічних об’єктів або ж штучно.

Біогенні теорії виникнення життя

Найбільш обґрунтованими в наш час є теорії, які пояснюють виникнення життя шляхом хімічної еволюції з неорганічних речовин,— теорії абіогенезу. Однією з найдавніших серед них є теорія Опаріна — Холдейна, висунута ще на початку XX століття. У цій гіпотезі основна увага приділялася утворенню білків із простих органічних сполук. І дуже важливу роль відігравали коацервати (коацерватні краплі) — пухирці з ліпідів, які утворюються у воді. А про роль нуклеїнових кислот тоді ще не знали.

Мал. 43.1. Схема експерименту С. Міллера та Г. Юрі

Значну роль у розвитку теорій біогенезу відіграв експеримент, який провели американські вчені С. Міллер та Г. Юрі (мал. 43.1). У герметичному скляному приладі вони відтворили умови, які були характерні для початкових часів існування планети (атмосфера з метаном, амоніаком і воднем, електричні розряди тощо). І через кілька днів отримали амінокислоти, які виникли шляхом абіогенного синтезу.

Теорія РНК-світу

Тривалий час серед прибічників теорій абіогенезу тривала суперечка відносно того, що з’явилося раніше — ДНК чи білок. ДНК зберігає спадкову інформацію, а білки є каталізаторами, без яких обмін речовин неможливий. Лише після відкриття рибозимів (молекул РНК, що працюють як каталізатори реакцій) була сформована теорія РНК-світу.

Згідно з цією теорією, спочатку сформувалася система самовідтворення молекул РНК, які могли бути й носіями спадкової інформації, і каталізаторами. А вже потім ця система утворила симбіоз із біохімічними циклами синтезу білкових молекул, які виникли незалежно і в інших умовах. Це відбулося тому, що білки є кращими каталізаторами, а нуклеїнові кислоти краще зберігають спадкову інформацію. А вже потім до цієї системи долучилася ДНК, яка зберігає спадкову інформацію більш надійно, ніж РНК.

Не обходиться сучасна теорія абіогенезу і без коацерватів (мал. 43.2). Згідно з теорією, саме вони стали основою для формування клітинних мембран.

Мал. 43.2. Коацервати — основа для формування клітинних мембран

Час і місце зародження життя

Мал. 43.3. Гарячі прісні водойми

Мал. 43.4. Гідротермальні джерела на дні океану

Більшість теорій абіогенезу вважають найвірогіднішим періодом зародження життя час від 4,1 до 3,7 млрд років тому. Щодо можливого місця, де зародилося життя, гіпотез існує чимало. Зрозуміло тільки, що життя зароджувалося в розчині. Але в якому? Відкритий океан чи море майже не мають шансів на це: достатньої концентрації необхідних речовин досягти в таких водоймах неможливо. Із запропонованих сучасними теоріями найбільш популярні варіанти такі:

— гарячі прісні водойми (мал. 43.3);

— гідротермальні джерела на дні океану (мал. 43.4);

— поверхня і порожнини кристалів піриту;

— глини.

У цих місцях органічні речовини абіогенного походження могли накопичуватися й утворювати розчини високих концентрацій.

Етапи виникнення життя

Основні етапи виникнення життя в теорії Опаріна — Холдейна й сучасних теоріях відрізняються. У теорії Опаріна — Холдейна вони такі:

— виникнення вуглеводних сполук та їхніх похідних;

— виникнення білків;

— формування білкових тіл усередині коацерватів.

Сучасні теорії, розглядаючи етапи виникнення життя, уже враховують потребу формування нуклеїнових кислот. Тому виділяється більша кількість етапів, хоча деякі з них могли проходити паралельно:

— виникнення вуглеводних сполук та їхніх похідних;

— утворення поліароматичних вуглеводів;

— формування циклів реакцій, які здатні існувати тривалий час і які ґрунтуються на перетвореннях сполук, утворених нуклеотидами або амінокислотами;

— формування «РНК-світу»;

— використання білків як кращих каталізаторів реакцій у процесах відтворення РНК;

— поява ДНК як форми більш надійного збереження інформації з РНК;

— об’єднання на базі коацерватів біохімічних циклів за участі РНК і білків;

— формування клітинних форм життя.

Останній універсальний спільний предок

У кінці XX століття вчені дійшли висновку про можливість існування одного спільного предка всіх нині існуючих клітинних організмів. Його запропонували називати останнім універсальним спільним предком (англійською мовою last universal common ancestor, або, скорочено, LUCA).

Така гіпотеза виникла через те, що всі нині існуючі домени організмів (бактерії, архебактерії та еукаріоти) мають цілу низку спільних властивостей. Це зберігання спадкової інформації в молекулах ДНК, наявність клітинної мембрани, синтез білка на рибосомах, існування процесів транскрипції, трансляції та реплікації, схожість основних біохімічних процесів тощо.

Вважають, що такий організм міг жити 3,6-4,1 млрд років тому. Але він точно не був єдиним організмом у ті часи. І до свого виникнення пройшов тривалий шлях еволюції з більш простих структур. До того ж, може бути, що такого організму як окремого виду не існувало. А сучасні живі організми отримали свій генетичний спадок від усієї спільноти давніх організмів, які обмінювалися між собою спадковою інформацією шляхом горизонтального переносу генів.

Найдавніші рештки живих організмів (строматолітів) мають вік 3,7 млрд років.