Теория возникновения жизни, предложенная советским ученым Александром Опариным (1894-1980) надолго стала одной из самых влиятельных в научном мире. Данная теория описывает жизнь с позиций материалистической методологии и постулирует самозарождение жизни под воздействием физико-химических процессов, протекающих в условиях первобытной Земли.
Теория Опарина является теорией химической эволюции. Свои идеи ученый впервые изложил в книге «Происхождение жизни», опубликованной в Советском Союзе в 1924 году и переведенной на английский язык в 1938 году. Теорию Опарина горячо поддержал кембриджский профессор, воинствующий атеист, многолетний главный редактор коммунистической газеты «Дейли Уоркер». Хэлдейн открыл полемику по проблеме происхождения жизни в статье, опубликованной в «Ежегодном Вестнике Рационалиста» в 1929 году. В ней Хэлден выдвинул гипотезу о том, что на первобытной Земле скопились огромные количества органических соединений, образовав то, что получило название «первичного бульона» или «протобульона».
Современные понятия "первобытного бульона" и "самозарождения жизни" исходит из теории Опарина-Хэлдейна о происхождении жизни. Суть теории сводится к следующему:
1. Первобытная Земля имела разреженную (то есть лишенную кислорода) атмосферу.
2. Когда на эту атмосферу стали воздействовать различные естественные источники энергии - например, грозы и извержения вулканов - то при этом начали самопроизвольно формироваться основные химические соединения, необходимые для органической жизни.
3. С течением времени молекулы органических веществ накапливались в океанах, пока не достигли консистенции горячего разбавленного бульона. Однако в некоторых районах концентрация молекул, необходимых для зарождения жизни, была особо высокой, и там образовались нуклеиновые кислоты и протеины.
4. Некоторые из этих молекул оказались способны к самовоспроизводству.
5. Взаимодействие между возникшими нуклеиновыми кислотами и протеинами в конце концов привело к возникновению генетического кода.
6. В дальнейшем эти молекулы объединились, и появилась первая живая клетка.
7. Первые клетки были гетеротрофами, они не могли воспроизводить свои компоненты самостоятельно и получали их из бульона. Но со временем многие соединения стали исчезать из бульона, и клетки были вынуждены воспроизводить их самостоятельно. Так клетки развивали собственный обмен веществ для самостоятельного воспроизводства.
8. Благодаря процессу естественного отбора из этих первых клеток появились все живые организмы, существующие на Земле.
Наибольшим успехом теории Опарина-Хэлдейна стал широко известный эксперимент, проведенный в 1953 году американским аспирантом Стэнли Миллером.
Эксперимент Миллера
Проверил теорию Стэнли Миллер в 1953 году. Эксперимент Миллера - Юри, ставший поворотным пунктом в этой области, был предельно прост. Аппарат состоял из двух стеклянных колб, соединенных в замкнутую цепь. В одну из колб помещено устройство, имитирующее грозовые эффекты - два электрода, между которыми происходит разряд при напряжении около 60 тысяч вольт; в другой колбе постоянно кипит вода. Затем аппарат заполняется атмосферой, предположительно существовавшей на древней Земле: метаном, водородом и аммиаком. Аппарат проработал неделю, после чего были исследованы продукты реакции. В основном получилось вязкое месиво случайных соединений; в растворе также было обнаружено некоторое количество органических веществ, в том числе и простейшие аминокислоты - глицин и аланин. Позднее в разных условиях были получены также сахара и нуклеотиды. Миллер сделал вывод, что эволюция может произойти при фазово-обособленном состоянии из раствора (коацерватов). Однако, такая система не может сама себя воспроизводить.
Публикация данных эксперимента Миллера вызвала беспрецедентный интерес, и вскоре многие другие ученые стали повторять этот эксперимент. При этом обнаружилось, что видоизменение условий эксперимента дает возможность получать небольшое количество других аминокислот. Однако повторить эксперимент было сложно, и многие результаты были получены только после множества безрезультатных попыток.
Сообщалось о том, что в процессе экспериментов возникли основные компоненты, необходимые для жизни. Так, в некоторых учебниках биологии говорится, что в ходе экспериментов были получены представители всех важнейших типов молекул, имеющихся в клетках. Это утверждение абсолютно неверно, так как из многих биохимических веществ, имеющихся в клетках, только два подобны тем, что получены в экспериментах типа миллеровских - это глицин и аланин. Но и они были представлены в очень малых концентрациях. К тому же в ходе экспериментов ни разу не были получены нуклеиновые кислоты, протеин, липид и полисахарид - более 90% веществ, составляющих живую клетку.
Почти все специалисты в области происхождения жизни долго закрывали глаза неа одну проблему теории Опарина - Холдейна. Даже если спонтанно, путём случайных безматричных синтезов в коацервате и возникали единичные удачные конструкции белковых молекул (например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимущество данному коацервату в росте и размножении), то остается неизвестным механизм, с помощью которого они могли копироваться для распространения внутри коацервата, а тем более для передачи коацерватам-потомкам.
Теория оказалась неспособной предложить решение проблемы точного воспроизведения - внутри коацервата и в поколениях - единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Однако, было показано, что первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных абиогенным путем, и они могли вступить в симбиоз с «живыми растворами» - колониями самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липидов, а такое сообщество уже можно назвать организмом.
Теория (правильнее было бы говорить о гипотезе) Опарина вызывает большое количество споров, но до сих пор является основной в биологии.
Русская Цивилизация
Через превращение, в ходе постепенной химической эволюции, молекул , содержащих углерод , в первичный бульон.
Первичный бульон предположительно существовал в мелких водоёмах Земли 4 млрд. лет назад. Он состоял из аминокислот , полипептидов , азотистых оснований, нуклеотидов . Он образовался под воздействием электрических разрядов, высокой температуры и космического излучения. При этом атмосфера Земли в то время не содержала кислорода.
Ссылки
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Первичный бульон" в других словарях:
Бульон: Содержание 1 Местность, населённые пункты 2 Личности 3 Биология … Википедия
ЖИЗНЬ, комплекс процессов, наличие которого отличает организмы от косной природы. В основе этого комплекса лежит способность организмов получать энергию от Солнца прямо либо через посредство пищи и использовать ее для роста и воспроизводства. Все … Научно-технический энциклопедический словарь
Эта статья об объекте вымышленного мира описывает его только на основе самого художественного произведения. Статья, состоящая только из информации на базе самого произведения, может быть удалена. Вы можете помочь проекту … Википедия
Смысл и тело - (тело смысла) одна из ключевых проблем нового сдвига гуманитарной парадигмы. Развенчание логоцентризма в культуре постмодерна фактически оказалось последней ступенью развоплощения смысла, обернулось логомахией, и грамматоцентризмом, утратой… … Проективный философский словарь
История. В прежнее время Ч. назывались многие эпидемические болезни, поражавшие современников колоссальной смертностью. Поэтому очень трудно бывает по описаниям древних авторов с уверенностью сказать, имеют ли они в виду именно ту болезнь,… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
ТУБЕРКУЛЕЗ - ТУБЕРКУЛЕЗ. Содержание: I. Исторический очерк............... 9 II. Возбудитель туберкулеза............ 18 III. Патологическая анатомия............ 34 IV. Статистика.................... 55 V. Социальное значение туберкулеза....... 63 VІ.… …
ЖЕЛУДОК - ЖЕЛУДОК. (gaster, ventriculus), расширенный отдел кишечника, имеющий благодаря наличию специальных желез значение особо важного пищеварительного органа. Ясно диференцированные «желудки» многих беспозвоночных, особенно членистоногих и… … Большая медицинская энциклопедия
КИШЕЧНИК - КИШЕЧНИК. Сравнительно анатомические данные. Кишечник (enteron) представляет собой б. или м. длинную трубку, начинающуюся ротовым отверстием на переднем конце тела (обычно с брюшной стороны) и кончающуюся у большинства животных особым, анальным… … Большая медицинская энциклопедия
АКТИНОМИКОЗ - АКТИНОМИКОЗ, actinomycosis (от греч. aktis луч и mykes гриб), лучисто грибковая болезнь, вызываемая внедрением в человеческий или животный организм ак тиномицетов (Actinomycetes), лучистых грибков. Актиномицеты группа низших растительных… … Большая медицинская энциклопедия
СИБИРСКАЯ ЯЗВА - СИБИРСКАЯ ЯЗВА. Содержание: Этиология...................... 379 Статистика и географическое распространение. 381 Эпидемиология................... 384 Патологическая анатомия............. 385 Пути заражения и патогенез........... 386 Клиническая… … Большая медицинская энциклопедия
Как зародилась жизнь на нашей планете? Может быть, она появилась, как учит религия, в одночасье, в результате Божественного акта творения? Но, возможно, её зародыши были занесены из космоса? Или жизнь возникла из соединения простых органических молекул в результате сложных физико-химических процессов, бушевавших миллиарды лет назад на пустынной Земле?
За миллиард лет до нашей эры
ВОБР - это событие, произошедшее на Земле 470 миллионов лет назад, в ордовикский период. Заключалось оно в том, что за очень короткий (в геологическом отношении) промежуток времени число видов, населявших первобытный океан, увеличилось во много раз. Новые виды сильно потеснили старые, населявшие океан в предыдущий, кембрийский период, а затем некоторые из этих новых видов выбрались на сушу.
Так на суше и появились первые растения - мхи и лишайники, первые животные - членистоногие. И началась стремительная эволюция наземных видов, приведшая в итоге к появлению человека.
Но «историческое значение» (как писали раньше в учебниках) ВОБР заключается не только в этом. Великое ордовикское биологическое разнообразие, случившееся 470 миллионов лет назад, представляет собой одну из величайших научных загадок - ведь ни до него, ни после не происходило подобной «биологической революции».
Вулканы или метеориты?
В начале исследования ВОБР учёные полагали, что главную роль тут сыграли земные вулканы. Из-за существенных подвижек геологических плит в раннем и среднем ордовике закрывались одни моря и открывались другие. Плиты, несущие на себе эти моря, входили одна под другую, из-за чего возникали очаги гигантских землетрясений и вулканических извержений. Это приводило к выбросу в воду огромного количества новообразованных химических веществ, которые с удовольствием поедались первобытным планктоном.
Ну а бурное размножение планктона, которым питались в то время все остальные морские обитатели, и «запустило» ВОБР.
Кроме того, значительные выбросы в атмосферу вулканической пыли могли надолго затмить солнце, что привело к снижению температуры от кембрийских 70-80 °С до вполне комфортных ордовикских 35-40 «С. Отчего бы в таких условиях, наевшись планктона, и не попытаться выбраться на сушу?
Всё бы хорошо, но у сторонников «вулканической» гипотезы пока не получается «привязать» по времени описываемые тектонические сдвиги и начало ВОБР.
Другой, альтернативной гипотезой появления ВОБР до последнего времени считалась мощная метеоритная бомбардировка Земли.
Метеориты с кулак
Шведский геолог Биргер Шмиц в 2001 году обнаружил в скалах времён среднего ордовика большое число крупных, размером с кулак, оплавленных остатков метеоритов. Их количество было столь велико, что для объяснения находки Шмиц выдвинул сенсационное предположение: в те времена метеориты падали на Землю в сотни раз чаще, чем теперь. Причём эта бомбардировка длилась несколько миллионов лет и происходила именно во времена ВОБР.
Астрономы косвенно подтвердили правоту Шмица. Компьютерное моделирование метеоритных потоков с учётом всех законов небесной механики показало, что в те времена действительно мог расколоться один очень большой астероид, двигавшийся по орбите между Марсом и Юпитером. Его обломки как раз и должны были попасть на Землю в ближайшие миллионы лет в виде крупных метеоритов.
Как тут было не предположить, что существует причинно-следственная связь между усиленной метеоритной бомбардировкой Земли и началом «биологической революции»? И хотя ни Шмиц, ни его последователи так и не сумели внятно объяснить, как именно падение метеоритов могло «запустить» ВОБР, эта гипотеза на протяжении долгих 16 лет представлялась исследователям даже более привлекательной, нежели «вулканическая».
И снова - неизвестность
Однако в начале 2017 года «космическая» гипотеза была опровергнута. Журнал Nature Communications в январе 2017 года опубликовал статью шведских и датских исследователей, в которой были приведены доказательства того, что метеоритная бомбардировка Земли произошла лишь спустя три миллиона лет после начала ВОБР. Более точную датировку этого события им удалось установить, исследуя найденные в одном из шведских карьеров метеориты с кристаллами циркона.
Присутствие в водах первичного океана большого числа органических соединений привело к возникновению концентрированного “первичного бульона”, в котором осуществлялся дальнейший процесс синтеза сложных органических молекул – белков и нуклеиновых кислот – из достаточно простых углеродных соединений.(О.Н. Стрельник “концепция современного естествознания”)
Первичный бульон – термин, введенный российским биологом Александром Ивановичем Опариным. В 1924 году он выдвинул теорию о возникновении жизни на Земле через превращение в ходе постепенной химической эволюции молекул, содержащих углерод, в первичный бульон.
6.Предбиологический отбор.
Предбиологический отбор коацерватов, по-видимому, шел по нескольким направлениям. Во-первых, в направлении выработки способности накопления специальных белковоподобных полимеров, ответственных за ускорение химических реакций. В результате строение нуклеиновых кислот изменялось в направлении преимущественного “размножения ” систем, в которых удвоение нуклеиновых кислот осуществлялось с участием ферментов. На этом пути и возникает характерный для живых существ циклический обмен веществ.
Во-вторых, в системе коацерватов происходил и отбор самих нуклеиновых кислот по наиболее удачному сочетанию последовательности нуклеотидов. На этом пути формировались гены. Самовоспроизводящиеся системы со сложившейся стабильной последовательностью нуклеотидов в нуклеиновой кислоте уже могут быть названы живыми. (Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. – М.,1999).
7. Понятие о биологических мембранах.
Биологические мембраны, тонкие (не более 10 нм толщиной) липопротеидные пленки, состоящие из двойного слоя липидных молекул, в которых включены молекулы разнообразных белков. Расположены на поверхности клеток (плазматическая мембрана) и внутриклеточных частиц (ядра, митохондрии и др.). В состав многих мембран входят углеводы, количество которых может достигать 2-10%.
8. Коацерваты.
Коацерваты – области полимера, биополимера (капли, слои) с повышенной концентрацией этого вещества по сравнению со всем остальным раствором. Коацерватные капли – это сгустки подобно водным растворам желатина. Коацерваты способны абсорбировать различные вещества. (В. С. Данилова, Н. Н. Кожевников «Основные концепции современного естествознания»)
9.Гетеротрофы.
Гетеротрофы- организмы, которые питаются готовыми органическими веществами.
К гетеротрофам относятся человек, все животные, некоторые растения, большинство бактерий, грибы.
10.Автотрофы .
Автотрофы - это организмы создающие органические вещества из неорганических.
Автотрофы, основные продуценты органического вещества в биосфере, обеспечивают существование всех др. организмов.
11.Анаэробы.
Анаэробы способны жить в отсутствии атмосферного кислорода; некоторые виды бактерий, дрожжей, простейших, червей. Энергию для жизнедеятельности получают, окисляя органические, реже неорганические вещества без участия свободного кислорода или используя энергию света (напр., пурпурные бактерии). Облигатные, или строгие, анаэробы развиваются только в отсутствии кислорода (напр., клостридии), факультативные, или условные, анаэробы - и в его присутствии (напр., кишечная палочка, ресничные инфузории). Широко распространены в почве, воде, в донных отложениях.
Поражаясь красоте и многообразию окружающего мира, люди на протяжении веков гадали: как он появился? Каким образом сформировались планеты, на одной из которых зародилась жизнь? Почему земная жизнь основана на углероде и использует четыре типа звеньев в ДНК? Где во Вселенной стоит искать другие формы жизни, и чем они могут отличаться от нас? В книге Михаила Никитина "Происхождение жизни. От туманности до клетки" (изданной "Альпина нон-фикшн" при поддержке фонда "Эволюция") собраны самые свежие ответы ученых на эти вопросы.
С любезного разрешения издательства, публикуем фрагмент из книги.
Получается, что с задачей хранения генетической информации в принципе могут справиться самые разные варианты нуклеиновых оснований, и А, Г, Т, Ц, возможно, были отобранып риродой совсем по другим признакам. Как считает известный биофизик Армен Мулкиджанян, таким признаком была устойчивость к ультрафиолетовому излучению (Mulkidjanian, A. Y., Galperin, M. Y., 2007).
6 июня просветительский фонд «Эволюция» запустил на своем сайте evolutionfund.ru ежегодную краудфандинговую кампанию. Собранные средства пойдут на развитие программ фонда - выпуск научно-популярных книг, тревел-гранты для школьников, литературу для учителей, обучение лекторов, поддержку просветительского сообщества и другие. Единственный источник финансирования фонда - пожертвования людей, которым небезразличны российская наука, образование и просвещение.
