Все теории зарождения жизни можно разделить на две группы: одни постулируют зарождение жизни на Земле, другие — вне Земли. Причём последние появились именно потому, что ни одна из теорий земного происхождения жизни так и не объяснила, как появились первые молекулы РНК и ДНК, без которых современные формы жизни просто немыслимы. Самая известная и хорошо аргументированная гипотеза А.И. Опарина и Дж. Холдейна утверждает, что жизнь возникла в океанах, где перед этим сформировался насыщенный пребиотический бульон из различных органических соединений (рис. 1). Потом из этих соединений под действием вулканов, молний, УФ-излучения Солнца и прочих факторов начали образовываться первые биополимеры, затем фрагменты протоклеток и так далее. В 50-е годы прошлого века С. Миллер пытался подтвердить опытами, что из смеси простых газов в разряде молний могут синтезироваться сложные органические молекулы. Тем не менее ни эти, ни другие теории не объясняют, как в пребиотическом бульоне образовались первые молекулы нуклеотидов, то есть мономеры РНК и ДНК. Случайно они получиться не могли — для этого не хватило бы всех пяти миллиардов лет существования Земли, нуклеотиды слишком сложные молекулы. Теория внеземного происхождения жизни, конечно, временно позволяет расслабиться — ну занесли из космоса готовые молекулы РНК на метеоритах, и дело с концом. Но всё-таки опять возникает недоговорённость — а в космосе-то первые молекулы РНК и ДНК откуда взялись?
По геологическим масштабам, жизнь на Земле возникла почти сразу после того, как появилась сама Земля. Учёные считают, что на это потребовалось не более 500–700 млн. лет из 4,6 млрд. лет существования Земли. В Институте катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, расположенном в новосибирском Академгородке, начали проверять теорию, согласно которой образование первых молекул нуклеотидов, а следовательно, и происхождение жизни — явления далеко не случайные. И сейчас идёт эксперимент, который уже дал очень интересные результаты (о них позднее). Причём почти одновременно физики из этого же института выдвинули и начали просчитывать новую гипотезу возникновения планет, опирающуюся отчасти на те же физико-химические принципы. И всё потихоньку состыковалось и выстроилось в правдоподобную и стройную систему. Конечно, пока ещё со множеством нерешённых вопросов.
Рис. 1. Зарождение жизни в потоках энергии и химических веществ по Опарину-Холдейну.
Рис. 2. Схема действия космического каталитического реактора в момент образования Земли.
Таким образом,
Во-первых, в отличие от общепринятого мнения, естественный отбор на Земле мог начаться не с РНК и ДНК, а с гораздо более простых соединений.
Во-вторых — и в этом важное отличие нашей теории, пребиотический бульон необязательно должен быть густым, насыщенным разными органическими соединениями (что очень трудно предположить), а, наоборот, мог быть, весьма разбавленным — только тогда начиналась конкуренция молекул автокатализаторов за пищу.
Более того, первичный синтез сахаров в разбавленном пребиотическом бульоне по целому ряду термодинамических обстоятельств предпочтительнее, чем первичный синтез белков из аминокислот, который обычно обсуждают как первичный элемент зарождения жизни. Ведь при синтезе сахаров из молекул формальдегида не отщепляются молекулы воды, как это происходит при синтезе белков из простых аминокислот. Это значит, что сахара, в отличие от белков, стабильны даже в очень разбавленных водных растворах. Белки же в разбавленных растворах опять распадаются (гидролизуются) на аминокислоты.
Теперь вернёмся к мутациям (всё-таки воспользуемся этим биологическим термином, поскольку трудно подобрать более адекватное слово) сахаров-автокатализаторов и к тому, как закрепляются эти мутации в нашей системе. Полезные мутации в живых организмах крайне редки, и ещё реже вероятность их фиксации. Поэтому естественный отбор в живой природе идёт очень медленно. В тех условиях, в которых сейчас мы изучаем реакцию Бутлерова, и полезные, и вредные мутации происходят за очень короткие промежутки времени. По-видимому, это считанные минуты, а более точно покажут исследования. В любом случае это совершенно другой масштаб времени и совершенно другая скорость первичного химического отбора, чем предполагалось ранее. Это означает, что первые прототипы живых объектов действительно могли появиться буквально за считанные миллионы, а может быть, даже сотни тысяч лет. Миллиарды лет были для этого не нужны, о чём свидетельствует и геология.
Более того, гипотеза о важной роли автокаталитического синтеза сахаров может пролить свет и на появление хиральности в живом мире. Хорошо известно, что существуют „правые“ и „левые“ изомеры сахаров и в живых организмах почему-то представлены только правые (а вот аминокислоты, напротив, только левые). Если исходить из нашей гипотезы, то получается, что присутствие в живых организмах именно правых изомеров — случайность. Молекулы практически всех сахаров обладают свойством хиральности, поэтому первая же молекула сахара-автокатализатора, которая имела существенные „эволюционные“ преимущества над другими, очень быстро могла съесть остальные. После этого природе уже ничего не оставалось, кроме как использовать эту случайную правую молекулу для построения более сложных, а затем и живых организмов.
Наконец, опираясь на сказанное выше, можно дать более широкое физико-химическое определение понятию „жизнь“. Это не формализм. Ведь важно, чтобы мы в поисках примитивной жизни в космосе не прошли мимо того, что следует воспринимать как жизнь или её первичные проявления. По нашему мнению, жизнь — это фазово-обособленная форма существования функционирующих автокатализаторов, способных к химическим мутациям и претерпевших достаточно длительную эволюцию за счёт естественного отбора.
Мы пока не затрагивали вопрос о том, откуда берутся фазово-обособленные формы. Можно надеяться, что исследование реакции Бутлерова и других автокаталитических реакций поможет ответить и на этот вопрос. Однако уже сейчас известно, что такие системы существуют — например, реакции каталитического синтеза полимеров (полипропилена или полиэтилена). Полимер формируется сразу в виде отдельной фазы — микрогранулы или глобулы, внутри которой работает катализатор, наращивающий продукты вокруг себя.
Из всего этого следует ещё один заранее неочевидный, но очень важный вывод: если всё происходило именно так, как мы говорили выше, то появление жизни на основе именно РНК и ДНК предопределено. То есть других форм жизни появиться не могло. И значит, РНК и ДНК образуются на любой планете, геологическая история которой сходна с историей Земли.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему