Гипотеза А.Н.Опарина – Д.Холдейна.

В 1924 г. А. И. Опарин опубликовал основные положения своей гипотезы происхождения жизни на Земле. Он исходил из того, что в современных условиях возникновение живых существ из неживой природы невозможно. Абиогенное (т. е. без участия живых организмов) возникновение живой материи возможно было только в условиях древней атмосферы и отсутствия живых организмов.

Предполагается, что Солнце и планеты Солнечной системы возникли из облака космической пыли. Возраст Земли составляет более 5 млрд лет. Сначала температура Земли была очень высокой, по мере ее остывания тяжелые вещества оседали к центру и образовывали ядро планеты, а более легкие — ее оболочку. Постепенно газы, вовлеченные во внутренние слои планеты, начали выделяться, и благодаря им образовалась земная атмосфера. В ее состав входили метан (СН₄), аммиак (NH₃), углекислый газ (СО₂), водород (Н₂), вода (Н₂О). Когда температура поверхности планеты стала ниже 100 °С, из водяных паров атмосферы образовались первичные моря и океаны.

Постоянные ливни и сильнейшие грозовые разряды сотрясали первичную атмосферу планеты. В этих условиях, по мнению А. И. Опарина, под действием мощных электрических разрядов, а также ультрафиолетового излучения (кислород в атмосфере отсутствовал, и, следовательно, не было защитного озонового экрана) и высокой радиации могли возникать органические соединения, которые накапливались в океане, образуя «первичный бульон». Это был первый этап, этап химической эволюции.

В 1953 г. это предположение А. И. Опарина было экспериментально подтверждено опытами американского ученого С. Миллера. В созданной им установке (рис. 85) были смоделированы условия, предположительно существовавшие в первичной атмосфере Земли. В результате опытов были получены аминокислоты. Сходные опыты многократно повторялись в различных лабораториях и позволили доказать принципиальную возможность синтеза в таких условиях практически всех мономеров основных биополимеров.

На втором этапе происходило образование макромолекул, образование коацерватов. Было установлено, что при определенных условиях из мономеров возможен синтез более сложных органических биополимеров: полипептидов, полинуклеотидов, полисахаридов и липидов.

Макромолекулы, по мнению А. И. Опарина, могли образовывать многомолекулярных комплексы — коацерваты. Известно, что в концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов при определенных условиях могут образовываться сгустки, называемые коацерватными каплями, или коацерватами (рис. 86). Коацерваты могут расти за счет синтеза новых соединений, происходящего с участием химических веществ, поступающих в них из раствора.

А.И.Опарин полагал, что решающая роль в превращениях неживого в живое за счет появления самовоспроизводящихся молекул принадлежит белкам.

Белковые коацерваты он рассматривал как пробионты — предшественники живого организма. В коацерватные капли из внешней среды поступали ионы металлов, выступавшие в качестве первых катализаторов. Из огромного количества химических соединений, присутствовавших в «первичном бульоне», отбирались наиболее эффективные в каталитическом отношении комбинации молекул, что в конечном счете привело к появлению ферментов.

На границе между коацерватами и внешней средой выстраивались молекулы липидов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны. Предполагается, что на определенном этапе белковые пробионты включили в себя нуклеиновые кислоты, создав единые устойчивые и самовоспроизводящиеся комплексы. С этого момента наступил третий этап – этап биологической эволюции.

Дж. Холдейн также выдвинул гипотезу абиогенного происхождения жизни. Согласно его взглядам, впервые изложенным в 1929 г., первичной была не коацерватная система, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству. Другими словами, А. И. Опарин отдавал первенство белкам, а Дж. Холдейн — нуклеиновым кислотам.

Гипотеза Опарина — Холдейна завоевала много сторонников, так как возможность абиогенного синтеза органических биополимеров получила экспериментальное подтверждение. Однако она имеет и слабую сторону, на которую указывают ее оппоненты. В рамках данной гипотезы не удается объяснить главную проблему: как произошел качественный скачок от неживого к живому.

Возможно, ключ к пониманию данной проблемы дадут открытия, сделанные при изучении РНК. Считалось, что носителем генетической информации является только ДНК, но оказалось, что РНК также обладает «генетической памятью». Более того, некоторые РНК имеют явно выраженную каталитическую активность и способны к саморепродукции в отсутствие белковых ферментов. Таким образом, древняя РНК могла совмещать в себе каталитические и информационно-генетические функции, что обеспечивало макромолекулярной системе способность к саморепродукции.

Если данное предположение верно, то, очевидно, дальнейшая эволюция шла в направлении РНК →белок →ДНК. Таким образом, в настоящее время мы не можем считать, что проблема происхождения жизни решена.

Письменная работа с карточками:

1. Условия первичной Земли, при которых стало возможным образование органических веществ.

2. Как появилась жизнь на Земле согласно гипотезе А.Н.Опарина-Холдейна?

3. Опыт С.Миллера.

4. Когда коацерваты стали считаться пробионтами?

Карточка у доски:

1. Какие газы образовывали первичную атмосферу?

2. За счет какой энергии в первичной атмосфере могли образовываться простейшие органические соединения?

3. Что произошло на первом этапе возникновения жизни на Земле?

4. Что произошло на втором этапе возникновения жизни на Земле?

5. Что произошло на третьем этапе возникновения жизни на Земле?

6. Что такое коацерваты?

7. Какие коацерваты можно считать пробионтами?

8. Какие молекулы были первыми носителями генетической информации?

9. Какие свойства РНК обеспечивали устойчивость коацерватов?

Тестовое задание:

**1. В состав первичной атмосферы входили:

1. Кислород. 5. Метан.

2. Азот. 6. Аммиак.

3. Водород. 7. Пары воды.

4. Углекислый газ.

2. В 1924 году предположение, что в первичной атмосфере могли возникнуть простейшие органические соединения под влиянием электрических разрядов, было высказано:

1. С.Миллером.

2. А.Г.Пасынским.

3. Т.Е.Павловской.

4. А.И.Опариным.

5. Л.Пастером.

3. Впервые осуществил(и) абиогенный синтез органических молекул за счет энергии электрических разрядов:

1. С.Миллер.

2. А.Г.Пасынский и Т.Е.Павловская.

3. А.И.Опарин.

4. Л.Пастер.

4. К самовоспроизведению путем матричного синтеза способны молекулы:

1. Белков.

2. Жиров.

3. Углеводов.

4. Рибонуклеиновых кислот.

5. А.И.Опарин и Дж.Холдейн обосновали гипотезу:

1. Креационизма.

2. Самозарождения живых организмов.

3. Стационарного состояния.

4. Панспермии.

5. Биохимической эволюции.

6. Согласно гипотезе А.С.Опарина, на первом этапе зарождения жизни на Земле:

1. Появились прокариоты.

2. Происходил абиогенный синтез органических веществ.

3. Образовались биополимеры и объединялись в коацерваты.

4. Появились пробионты с матричным типом наследственности, способные к самовоспроизведению.

6. Согласно гипотезе А.С.Опарина, на втором этапе зарождения жизни на Земле:

1. Появились прокариоты.

2. Происходил абиогенный синтез органических веществ.

3. Образовались биополимеры и объединялись в коацерваты.

4. Появились пробионты с матричным типом наследственности, способные к самовоспроизведению.

7. Согласно гипотезе А.С.Опарина, на третьем этапе зарождения жизни на Земле:

1. Появились прокариоты.

2. Происходил абиогенный синтез органических веществ.

3. Образовались биополимеры и объединялись в коацерваты.

4. Появились пробионты с матричным типом наследственности, способные к самовоспроизведению.

8. Какие молекулы были первыми носителями генетической информации:

1. Белки.

2. Жиры.

3. ДНК.

4. РНК.

9. Устойчивость коацерватов во времени благодаря каталитическим способностям и способности к самовоспроизведению обеспечивали:

1. Белки.

2. Жиры.

3. ДНК.

4. РНК.

**10. За счет какой энергии могли образовываться первичные органические вещества:

1. Энергии солнца.

2. Энергии грозовых разрядов.

3. Радиации.

4. Энергии, выделяющейся в результате гликолиза.

Дата добавления: 2015-07-16