Теории возникновения жизни на Земле

Существуют четыре группы теорий, объясняющих появление жизни на Земле. Это креационизм, теория стационарного состояния, теория панспермии и теории биогенеза (химической эволюции). Основное положение любой креационистской теории — это появление жизни в результате божественного события.

Сторонники теории стационарного состояния считают, что Земля существует вечно. И жизнь на ней существовала всегда. Эта теория допускает вымирание видов, но считает, что новые виды не образуются. А отсутствие останков современных видов в осадочных породах древних эпох она объясняет незначительной численностью этих видов в те эпохи.

Теория панспермии утверждает, что жизнь во Вселенной возникала один или несколько раз (как вариант — существовала вечно). Но она возникла не на Земле, а была занесена случайно (с помощью метеоритов, других космических объектов) либо же намеренно.

Биогенные теории возникновения жизни

Наиболее обоснованными в наше время являются теории, объясняющие возникновение жизни путем химической эволюции из неорганических веществ — теории абиогенеза. Одной из старейших среди них является теория Опарина — Холдейна, выдвинутая еще в начале XX века. В этой гипотезе основное внимание уделялось образованию белков из простых органических соединений. И очень важную роль играли коацерваты (коацерватные капли) — пузырьки из липидов, которые образуются в воде.

Значительный вклад в развитие теории биогенеза внес эксперимент, который провели американские ученые С. Миллер и Г. Юри (рис. 43.1). В герметичном стеклянном устройстве они воссоздали условия, характерные для начальных стадий существования планеты (атмосфера с метаном, аммиаком и водородом, электрические разряды и т. п.). И через несколько дней получили аминокислоты, которые возникли путем абиогенного синтеза.

Рис. 43.1. Схема эксперимента С. Миллера и Г. Юри

Теория РHK-мира

Долгое время среди сторонников абиогенеза продолжался спор относительно того, что появилось раньше: ДНК или белок. ДНК хранит наследственную информацию, а белки являются катализаторами, без которых обмен веществ невозможен. Лишь после открытия рибозимов (молекул РНК, работающих как катализаторы реакций) была сформирована теория РНК-мира.

Согласно этой теории, сначала сформировалась система самовоспроизведения молекул РНК, которые могли быть и носителями наследственной информации, и катализаторами. Затем эта система создала симбиоз с биохимическими циклами синтеза белковых молекул, которые возникли независимо и в других условиях. Это произошло потому, что белки являются лучшими катализаторами, а нуклеиновые кислоты лучше сохраняют наследственную информацию. А уже потом к этой системе присоединилась ДНК, хранящая наследственную информацию более надежно, чем РНК. Не обходится современная теория и без коацерватов (рис. 43.2). Именно они стали основой для формирования клеточных мембран.

Время и место зарождения жизни

Большинство теорий абиогенеза считают наиболее вероятным периодом зарождения жизни время от 3,7 до 4,1 млрд лет назад. Относительно возможного места, где зародилась жизнь, гипотез существует немало. Очевидно только, что жизнь зародилась в растворе. Но в каком? Открытый океан или море почти не имеют шансов на это: достичь высокой концентрации необходимых веществ в таких водоемах невозможно. Из современных теорий наиболее популярны такие варианты:

— горячие пресные водоемы (рис. 43.3);

— гидротермальные источники на дне океана (рис. 43.4);

— поверхность и полости кристаллов пирита;

— глины.

Рис. 43.2. Коацерваты — основа для формирования клеточных мембран

Рис. 43.3. Гарячие пресные водоемы

Рис. 43.4. Гидротермальные источники на дне океана

Этапы возникновения жизни

Основные этапы возникновения жизни по теории Опарина — Холдейна и современным теориям отличаются. По теории Опарина — Холдейна они таковы:

— возникновение углеводных соединений и их производных;

— возникновение белков;

— формирование белковых тел внутри коацерватов.

Современные теории, рассматривая этапы возникновения жизни, уже учитывают необходимость включения нуклеиновых кислот. Поэтому выделяется больше этапов, хотя некоторые из них могли происходить параллельно:

— возникновение углеводных соединений и их производных;

— образование полиароматических углеводов;

— формирование циклов реакций, которые способны поддерживаться длительное время и основываются на преобразовании веществ, образованных нуклеотидами или аминокислотами;

— формирование РНК-мира;

— использование белков как лучших катализаторов реакций в процессах воспроизводства РНК;

— появление ДНК как формы более надежного хранения информации, чем РНК;

— объединение на базе коацерватов биохимических циклов с участием РНК и белков;

— формирование клеточных форм жизни.

Последний универсальный общий предок

В конце XX века ученые пришли к выводу о возможном существовании единого общего предка всех ныне существующих клеточных организмов. Его предложили называть последним универсальным общим предком (на английском языке last universal common ancestor, сокращенно LUCA).

Такая гипотеза возникла вследствие того, что все ныне существующие домены организмов (бактерии, архебактерии и эукариоты) обладают целым рядом общих свойств. Это хранение наследственной информации в молекулах ДНК, наличие клеточной мембраны, синтез белка на рибосомах, существование процессов транскрипции, трансляции и репликации, сходство основных биохимических процессов и т. д.

Считают, что такой организм мог существовать 3,6-4,1 млрд лет назад. Но он точно не был единственным организмом в те времена и до своего появления прошел долгий путь эволюции из более простых структур. К тому же, возможно, такого организма в качестве отдельного вида не существовало. А современные живые организмы получили свое генетическое наследство от всего сообщества древних организмов, которые обменивались между собой наследственной информацией путем горизонтального переноса генов.

Существует несколько теорий происхождения жизни на Земле. Наиболее обоснованной в настоящее время является теория абиогенеза, которая считает, что первоначальные условия на нашей планете обеспечили возникновение жизни из неорганических веществ путем химической эволюции.