Гипотеза Опарина-Холдейна

Гипотеза Опарина-Холдейна

  1. Гипотеза Опарина-Холдейна: ключевые положения
  2. Воссоздание процессов эволюции в лаборатории
  3. Возникновение первых клеток и их последующая эволюция

Человечество с давних времен интересовалось историей появления всего живого на планете, появлялись порой фантастические гипотезы. С развитием науки и техники, в 20-х годах, ученые заявили о гипотезе первичного бульона. Как все было? В 1929 году работа Дж. Б.С. Холдейна увидела мир, где он описывает возможности появления жизнь на Земле. Непосредственно сам термин «первичный бульон» был введен А.И. Опариным. По мнению ученого, зарождение жизни возможно путем превращений молекул, содержащих углерод. Ученые независимо друг от друга выдвинули схожие предположения.

Гипотеза Опарина-Холдейна 1 – Студенты России

Предположение исследователей звучало следующим образом. Первичная планета Земля имела совершенно другую атмосферу, где не было свободного кислорода, только метан и углекислый газ, мощный парниковый эффект. Процесс образование органических соединений из неорганических происходил под действием ультрафиолетового излучения и в результате разрядов молний.

Гипотеза Опарина-Холдейна: ключевые положения

Эволюционная теория органического мира опирается на гипотезу А. И. Опарина. Углероды могли появиться из неорганических веществ, простых соединений, тех же карбидов и оксидов горных пород, которых было предостаточно в древнем мире. Ранняя Земля отличается от той картинки, которую многие из нас могут себе представить. На ней не было ничего живого. А подобные реакции нуждались в энергии, которая была получена, вероятно, из солнечных лучей. Газовые разряды, радиация, высокая температура, все это способствовало появлению биологических соединений: липидов, нуклеиновых кислот и т. д.

Аккумуляция таких веществ наблюдалась не только в атмосфере, но и в океане, контактируя с водой, формировались сгустки. Каждый такой сгусток ученые называли коацерватными каплями или коацерватами. Молекулы в сгустке расположены не хаотично, а с учетом гидрофильных и гидрофобных связей, которые придают коацервату определенную форму. Благодаря отношению молекул к растворителю (воде), формируется особый механизм адсорбции вещества из окружающей среды. В качестве примитивной клеточной мембраны выступали молекулы липидов, которые находились на внешней стороне сгустка. Когда большие капли распадались на мелкие, возникли представления о делении, размножении. Таким образом, коацерватные капли имели нечто схожее с живым организмом. Так в двух словах можно описать эту знаменитую гипотезу.

Воссоздание процессов эволюции в лаборатории

Когда гипотеза была выдвинута, возникла необходимость в воссоздании ее основных положений в лабораторных условиях. Условия первобытной Земли были впервые эмитированы Стэнли Мишером. Ученый сконструировал прибор, где под действием электрических разрядов из смеси метана, аммиака, водорода и паров воды, удалось получить органические вещества.

Гораздо позднее, команда ученых А. П. Терентьев, Т. Е. Павловская и др. продемонстрировали, что УФ излучение способствует синтезированию сложной органики.  На этом открытия не заканчивались и спустя несколько лет был разработан лабораторный метод синтеза РНК. С этого момента начался новый виток развития науки и эволюционной теории в целом. Выяснилось, что полинуклеотиды способны уже к качественно новой химической реакции — матричному синтезу (самоудвоению). Несмотря на явные факты, подтверждающие достоверность гипотезы, она не могла объяснить, как РНК направляла бы синтез белков и процесс появления ДНК.

Возникновение первых клеток и их последующая эволюция

Вполне вероятно, что из синтезированной органики путем различных превращений могли появиться примитивные гетеротрофы, которые питались веществами «первичного бульона». Ученые сходятся во мнении, что это если и было, то очень давно, около 3,5 млрд. лет назад. Поскольку в океане было много питательных веществ, первые организмы могли их использовать в ходе своей жизнедеятельности. Некоторые вещества, как выяснилось, могли участвовать в фотохимических реакциях. Включение таких клеток в общие механизмы привело к появлению автотрофов. При этот гетеротрофы должны были ужесточить конкуренцию за ресурсы питания.

Какими были первые фотосинтезирующие организмы? По словам ученых, они имеют много общего с нынешними сине-зелеными водорослями. Когда эти растительные первобытные организмы достаточно размножились, существенно изменился состав воздуха, количество кислорода увеличилось. Путем ионизации появился озоновый слой атмосферы, который служит щитом планеты от УФ лучей. Такая ситуация привела к процветанию автотрофов.

До этого переломного момента анаэробные прокариотические организмы активно размножались и были единственными живыми существами, активно населяющими планету. В условиях увеличения уровня атмосферного кислорода включились механизмы природного отбора, отдавая предпочтение организмам, способным осуществлять аэробное окисление молекул пищи. Следствием этого процесса стало вымирание некоторых анаэробов, но природа не терпит пустоты. Часть организмов вступает в симбиоз с аэробными клетками. На ранних эволюционных стадиях можно наблюдать разительное отличие общего устройства и функционала некоторых структур в сравнении с теми, которые существуют в наше время. Появление эукариотической клетки 3 млрд. лет назад – стало новым витком эволюции. Этот организм уже имел ядро, котором находилась ДНК.

  • К прокариотам принято относить бактерии и сине-зеленые водоросли (цианобактерии). 
  • К эукариотам – зеленые растения (в том числе и другие водоросли), грибы и животные.

Резюмируя все, изложенное выше, можно сказать, что жизнь произошла из неживой материи (абиогенно). Таким образом, ученые попытались объяснить гипотезу образования сложных органических соединений и первых примитивных форм жизни. Путь от «первичного бульона» до эукариот длился очень долго, включая в семя сложные механизмы превращений, физико-химических реакций.

 

Источник