Краткое содержание: Параграф §27 / Биология 11 класс

Теории и этапы происхождения жизни

Проблема возникновения жизни на нашей планете является одной из наиболее значимых в современном естествознании. С давних времен люди пытались найти ответ на этот вопрос, выдвигая различные гипотезы:

• Креационизм: Жизнь сотворена сверхъестественным актом, что не может быть проверено научными методами.
• Гипотеза стационарного состояния: Жизнь и Вселенная существуют вечно, что противоречит теории Большого взрыва.
• Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни (Абиогенез): Живые существа возникают из неживой материи (опровергнута экспериментами Франческо Реди и окончательно Луи Пастера в XIX веке, который сформулировал принцип биогенеза: «Всё живое происходит лишь от живого»).
• Гипотеза панспермии: Жизнь была занесена на Землю из космоса (Ри́хтер, Гельмго́льц, Арре́ниус). Эта гипотеза не объясняет первичное возникновение жизни.
• Гипотеза биохимической эволюции (Абиогенез по Опарину-Холдейну): Жизнь возникла из неорганической материи в условиях древней Земли.

Этапы формирования жизни по Опарину-Холдейну

Современные представления о возникновении жизни разделяют процесс на три основных этапа (рис. 96):

1. Этап химической эволюции (до 4 млрд лет назад): Происходил абиогенный синтез органических мономеров. Древняя атмосфера Земли, не содержавшая свободного кислорода, была насыщена вулканическими газами (\( CH_4 \), \( NH_3 \), \( H_2 \), \( H_2O \)) и подвергалась воздействию мощных источников энергии (УФ-излучение, электрические разряды). В результате образовался «первичный бульон» – концентрированный раствор органики в водоемах. Экспериментально подтверждено Миллером и Юри (1953), которые синтезировали аминокислоты.
2. Этап предбиологической эволюции (от 4 до 2,5 млрд лет назад): Органические мономеры полимеризовались, образуя белково-нуклеоидно-липидные комплексы (биополимеры). Произошло формирование коацерватов, пробионтов (протобионтов) – обособленных систем, способных к примитивному обмену веществ и самовоспроизведению. В этот же период возникли первые примитивные организмы.
3. Биологический этап эволюции (около 2,5 млрд лет назад): Появились первые прокариоты, обитавшие на некоторой глубине в водоемах, защищавшей их от УФ-излучения. Первые организмы, вероятно, были гетеротрофами, питаясь веществами «первичного бульона». Позднее возникли автотрофы.

Гипотеза РНК-мира

Гипотеза РНК-мира, поддержанная биофизиком Манфредом Э́йгеном, предполагает, что первые организмы были основаны на РНК, которая могла быть и носителем информации, и катализатором реакций (рибозимы). Это решает проблему первичности белков или нуклеиновых кислот.

Происхождение эукариотических клеток

Появление эукариотических клеток связано с качественным скачком и, по мнению ученых, произошло двумя основными путями:

• Инвагинационная гипотеза: Мембрана аэробного прокариота (предка эукариотической клетки) впячивалась внутрь. Внутри формировались органеллы, включая ядро и другие одномембранные органоиды (рис. 97).
• Гипотеза симбиотического происхождения (Эндосимбиоз): Предложена Константином Мережко́вским и Линн Маргу́лис. Согласно ей, митохондрии, пластиды (хлоропласты) и базальные тельца (предки жгутиков/ресничек) эукариотической клетки были когда-то свободноживущими прокариотами (бактериями), которые были поглощены клеткой-хозяином и стали органеллами в процессе симбиоза (рис. 98). Доказательства: наличие собственных колец ДНК и РНК у митохондрий и хлоропластов, сходство строения их РНК с РНК бактерий.

Таинственный LUCA

Изучение генетического кода всех живых существ привело к понятию LUCA (англ. _last universal common ancestor_ – последний универсальный общий предок), который жил, по оценкам, около 3,7 млрд лет назад. Этот гипотетический организм имел:

• Двуслойную мембрану и молекулу ДНК (вероятно, способную к самокатализу – рибозим).
• Генетический код, сходный с кодом всех живых существ.
• Рибосомы для синтеза белка.
• Использовал АТФ как источник энергии (имел АТФ-синтетазы).
• Был, вероятно, экстремофилом и миксотрофом (хемосинтез и готовая органика).

Ученые полагают, что LUCA был не единственным организмом, а представлял собой популяцию, состоявшую из десятков тысяч особей.