Образование биополимеров. Возникновение биотического круговорота

Простейшие органические соединения, образовавшиеся в атмо­сфере, поступали в океан. Это предотвращало их от распада под вли­янием тех же источников энергии. Образование уже в океанической среде растворов и их постоянное перемешивание создавало возмож­ности для дальнейших взаимодействий этих веществ между собой. Американский физик К. Саган подсчитал, что органические веще­ства, полученные за счет энергии ультрафиолетовых лучей из газов первичной атмосферы, способны создать в океане раствор 1% кре­пости (1% -бульон).

К числу дальнейших преобразований органических веществ в направлении жизни относится их полимеризация и образование био­полимеров — белков и нуклеиновых кислот. Последние данные гео­химии показывают, что в сплошной водной среде полимеризация произойти не может, так как для этого требуется высокая темпе­ратура. Формирование биополимеров происходило, по-видимому, в пересыхающих морских лагунах под действием тепловой энергии Солнца. Образовавшиеся полимеры смывались волнами океана, обо­гащая первичный «бульон».

Важнейшей предпосылкой возникновения жизни явилось по­явление биотического круговорота. Что он собой представляет? Мы знаем о круговороте веществ в неживой природе — переносе с помо­щью воды минеральных элементов, их перемешивание, изменение агрегатного состояния (это так называемый абиотический кругово­рот, который совершается при помощи воды под действием энергии Солнца).

В биотическом круговороте решающую роль играют процессы создания (синтеза) одних органических веществ и разрушения (деструкции) других. Под действием солнечной радиации (которая в больших дозах является губительной, а в малых — стимулирует жизнедеятельность) происходил распад малоустойчивых соедине­ний. Здесь сказалось большое разнообразие физических условий в океане: разные глубины, уровни радиации, температуры воды, неодинаковый прогрев солнечными лучами и т. п. Те органические соединения, которое образовывались в верхних слоях океана, были больше подвержены действию губительной солнечной радиации. Они разрушались, опускались на дно, становясь строительным материалом («пищей») для других. Биотический круговорот пред­ставляет собой единый процесс «разрушение-синтез» и является фактически обменом веществ. Наличие обмена веществ • ха­рактерная и весьма существенная черта жизни: если происходит только синтез, то это не жизнь, а кристаллизация. Еще в 1870 г. выдающийся французский физиолог Клод Бернар писал, что «жизнь может быть только там, где есть вместе синтез и органическое разрушение».

Необходимо отметить следующее важное обстоятельство. Если рассматривать жизнь как единство процессов синтеза и деструк­ции органического вещества, то тогда надо признать, что на пер­вых этапах она реализовывалась не через отдельные организмы, а через всю массу органического вещества, включенного в биотиче­ский круговорот (такой точки зрения придерживался В. И. Вернад­ский). Другими словами, жизнь появилась раньше, чем появились живые организмы, и формой проявления жизни был биотический круговорот. В заключение этого вопроса приведем слова известного биолога В. Р. Вильямса, в которых дана краткая, но выразительная характеристика сущности биотического круговорота: «Из большо­го биотического круговорота веществ на земном шаре вырывается ряд элементов, которые, постоянно увлекаемые в новый, малый по сравнению с большим, биологический круговорот, надолго, если не навсегда, вырываются из траектории большого круговорота и вра­щаются непрерывно расширяющейся спиралью в одном направле­нии — в малом, биологическом. На безжизненном фоне геологиче­ских процессов возникает и развивается жизнь».

Гипотеза А.И. Опарина о коацерватной стадии развития жизни. Формирование отдельных организмов

Следующий этап в развитии жизни — формирование отдельных организмов. Имеется несколько гипотез, объясняющих этот этап. Наиболее известной из них является гипотеза академика А. И. Опа­рина, которая основывается на коацерватной стадии развития био­логических систем. Коацерваты образуются в коллоидных раство­рах высокомолекулярных соединений и представляют собой капли объемом 10~8-10~6 см3. Основное условие образования коацерватов состоит в одновременном присутствии в растворе нескольких разно­именно заряженных высокомолекулярных соединений. Это условие имело место в водах первичного океана, поэтому там создавалось большое количество коацерватных комплексов.

Характерными чертами коацерватов являются следующие.

Обособленность (отграниченность) от окружающей среды, т. е. раствора. Она создается в результате образования поверхностной пленки на границе раздела коацерватов и жидкости.

Большая степень концентрации в коацерватах высокомолеку­лярных соединений. Например, при коацервации в 1% растворе же­латина свыше 90% этого вещества входит в состав коацерватов.

Избирательная абсорбция. Через поверхностную пленку ко-ацерваты поглощают (абсорбируют) из раствора различные органи­ческие и неорганические вещества. При этом коацерватами погло­щаются не все вещества, находящиеся в растворе, а только те, ко­торые способствуют сохранению их устойчивости. Так формируется избирательная абсорбция, которая в дальнейшем преобразовывает­ся в процесс обмена веществ.

Способность дробиться под действием механических сил. До­стигнув определенного размера, «материнская» капля распадается на несколько «дочерних». Важным при этом является то обстоятель­ство, что сохраняются только те «дочерние» капли, которые подобны «материнской».

Перечисленные выше свойства являются аналогами таких важ­нейших свойств живых существ, как обособленность, отличие ме­жду структурой организма и окружающей средой, обмен веществ, самовоспроизведение. Однако коацерваты нельзя считать живыми организмами, так как у них отсутствует самый главный признак живого: способность передачи по наследству всех характерных при­знаков организма своим потомкам. Наличие в первобытном океане белковых соединений, играющих роль «строительного материала» для живых организмов, еще не дает разгадки феномена возникнове­ния жизни. Основная проблема здесь — объяснение того, как зарабо­тал механизм наследственности, т. е., как произошел качественный скачок от неживого к живому. Теория А. И. Опарина не дает этому никакого объяснения, в чем и состоит ее слабость. Следовательно, в рамках этой концепции нельзя решить вопроса перехода химиче­ской эволюции материи в биологическую. Определенные сдвиги в решении этой проблемы произошли лишь в последние десятилетия благодаря развитию, прежде всего, молекулярной биологии и синер­гетики (см. п. 22.5).

Дата добавления: 2015-07-16