Абіогенетіческіе концепції походження життя введення
Абіогенетіческіе концепції походження життя: введення
У 20-30-х роках XX ст. наука знову повернулася до ідеї самозародження з урахуванням тієї критики, якій було піддано концепції абиогенеза в XIX в. Мимовільне зародження життя неможливо в сучасних умовах, але воно могло здійснитися в давно минулий час, коли умови на Землі були іншими. На початку XX ст. панувало переконання, що лежать в основі життя органічні речовини (білки, жири, вуглеводи) в природних умовах можуть виникати тільки біогенної, тобто шляхом синтезу їх самими організмами. У двадцяті роки А.І. Опарін і Дж. Холдейн експериментально показали, що в розчинах високомолекулярних органічних сполук можуть виникати зони підвищеної їх концентрації - коацерватние краплі - які в деякому сенсі поводяться подібно живим об'єктам: мимовільно ростуть, діляться і обмінюються речовиною з навколишнім їх рідиною через ущільнену поверхню розділу.
Радянський біохімік А.І. Опарін (1894-1980) висловив припущення, що при потужних електричних розрядах в атмосфері Землі, яка 4-4,5 млрд. Років тому складалася з аміаку, метану, вуглекислого газу і водяної пари, могли виникнути найпростіші органічні сполуки, необхідні для виникнення життя . Передбачення А.І. Опаріна набуло широкого визнання і було підтверджено експериментами. Особливу популярність здобули досліди Г. Юри і С. Міллера (1955), проведені в університеті Чикаго. Пропускаючи електричні розряди напругою до 60 000 В через суміш вуглекислого газу, метану, аміаку, водню і парів води під тиском в кілька паскалів при температурі + 80 ° С, вони отримали найпростіші жирні кислоти, сечовину, оцтову і мурашину кислоти і кілька амінокислот, в тому числі гліцин і аланін. Схема приладу Міллера приведена на рис. 49 Як відомо, амінокислоти - це ті "цеглинки", з яких побудовані молекули білків. Через деякий час С. Фоксу вдалося поєднати останні в короткі нерегулярні ланцюга - безматрічний синтез поліпептидів; подібні поліпептидні ланцюга були потім реально знайдені, серед іншої простий органіки, в метеоритний речовині. Експериментальне доказ можливості утворення амінокислот з неорганічних сполук дало підставу припустити, що першим кроком на шляху виникнення життя на Землі був абіогенний синтез органічних речовин (рис. 39).
В даний час в різних лабораторіях здійснений абіогенний синтез багатьох біологічно важливих мономерів. Велика інформація отримана щодо абіогенного синтезу амінокислот (табл. 14). Перераховані в таблиці амінокислоти утворюються в простих за складом газових або водних сумішах в результаті впливу на них різними джерелами енергії. При деякому ускладненні реакційної суміші введенням в неї С2, С3-вуглеводнів, оцтового альдегіду, гидроксиламина, гідразину та інших з'єднань, освіту яких легко відбувається в умовах первісної Землі, синтезується значно більше число амінокислот, в тому числі і таких, які не були виявлені в якості продуктів реакції в газоподібних і водних сумішах простого складу. Експериментально доведено, що майже всі амінокислоти, що входять до складу природних білків, можна отримати в лабораторії при імітації умов первісної Землі.
Важливий крок на шляху хімічної еволюції - синтез нуклеозидов і нуклеотидів, і в першу чергу аденінових. Американському біохіміку К.Поннамперума (К.Ponnamperuma) вдалося показати, що при УФ-опроміненні суміші водних розчинів аденіну і рибози при температурі 40 гоадусов по С в присутності фосфорної кислоти відбувається реакція конденсації, що приводить до утворення аденозину. Якщо реакцію проводити при додаванні до реакційної суміші етілметафосфата, має місце утворення також і нуклеотидів: АМФ. АДФ. АТФ. Функція фосфорних сполук в цих хімічних синтезах двояка: вони грають каталітичну роль і можуть безпосередньо включатися в продукти реакції. Абіогенний синтез АТФ, що представляє собою результат декількох відносно простих хімічних реакцій, говорить про можливе ранню появу цього з'єднання. Перші живі структури могли отримувати АТФ з навколишнього середовища.
Наступний етап предбиологической еволюції - подальше ускладнення органічних сполук, пов'язане з полімеризацією мономерів. Всі живі клітини складаються з чотирьох основних типів макромолекул: білків, нуклеїнових кислот, ліпідів і полісахаридів. З них білки і нуклеїнові кислоти є найскладнішими речовинами клітини.
С.Фокс (S.Fox) здійснив абіогенний синтез поліпептидів, що складаються з 18 природних амінокислот, з молекулярною масою від 3000 до 10000 Так. Особливістю первинної структури цих полімерів була виявлена у них певна послідовність амінокислотних залишків в ланцюзі, обумовлена, ймовірно, структурними особливостями самих амінокислот. Отримані полімери володіли багатьма властивостями, що зближують їх з природними білками: служили джерелом харчування для мікроорганізмів, гідролізований протеиназами, при кислотному гідролізі давали суміш амінокислот, володіли каталітичної активністю і здатністю до утворення микросистем, відмежованих від навколишнього середовища мембраноподобная поверхневими шарами. Через велику схожість з природними білками поліпептиди, синтезовані С.Фоксом, були названі протеіноіди (белковоподобних речовинами).
Принципова можливість утворення полінуклеотидів без участі ферментів була показана Г.Шраммом (G.Schramm). Утворені полімери містили від 60 до 200 нуклеотидів у ланцюгу і мали молекулярну масу 15000-50000 Да. Так були отримані поліаденіловой, поліуріділовая, поліцітіділовая кислоти і їх сополімери.
Таким чином, експериментально показано, що в умови первісної Землі був можливий хімічний синтез біологічно важливих сполук (мономерів і полімерів), що послужили вихідним матеріалом для побудови всіх організмів.
Цим, власне кажучи, і вичерпуються реальні успіхи, досягнуті в рамках концепції абиогенеза - якщо не брати до уваги того, що було ясно усвідомлено принаймні одне фундаментальне обмеження на можливість синтезу "живих" (тобто біологічно активних) макромолекул з простіших органічних "цеглинок". Див. Оптична ізомерія органічних молекул і проблема походження життя