Гипотеза происхождения жизни

      Вплоть  до 1980-х годов имело место четко  выраженное противостояние гипотез  голобиоза и генобиоза. Оно обрело форму дискуссии при обсуждении вопроса, что старше - голый ген  или белковый протобионт, или в иной терминологии - генетическая репродукция или метаболизм. В новых категориях эта дискуссия стала известной в 80-е годы как противостояние двух концепций, каждая по-своему трактующих характер доклеточного предка - информационной (генетической) и субстратной (обменно-метаболической).

      Очень привлекательной гипотезой, принадлежащей  к направлению голобиоза, была концепция  английского биохимика П. Деккера. Согласно ей, структурной основой  предка - биоида - были жизнеподобные  неравновесные диссипативные системы, то есть открытые микросистемы с мощным ферментативным аппаратом. Это означает, что он был подвержен дарвиновской эволюции благодаря переходам (мутациям) из одной стадии (вида) к другой, более устойчивой, приобретающей все новые биты (единицы измерения) информации.

      Примеров  подобного рода моделей, построенных  на идеях гипотезы голобиоза, можно  было бы приводить довольно много. Объединяют их два главных момента. Первый - признание первичности белковой субстанции, способной к автокатализу, близкому к ферментативному. И второй - отсутствие даже упоминания о наличии в протеиноидных структурах молекулярных систем с функциями генетического кода: появление генетического механизма матричного типа на основе макромолекул нуклеиновых кислот считается вторичным событием в эволюции протеиноидных структур.

      Нужно отметить, что эта гипотеза не имела  всеобщего признания. Некоторые  исследователи, сознавая слабость ее именно в вопросе генетического контроля над реакциями обмена веществ  доклеточного предка, стали сторонниками некоего промежуточного варианта между голобиозом и генобиозом. Их объединяет общая идея: белковые и нуклеиновые молекулы появились одновременно, объединились в единую систему в пределах структуры доклеточного предка и подверглись коэволюции, то есть одновременной и взаимосвязанной эволюции.

      Однако  и этот компромиссный вариант  не получил всеобщего признания. Главный аргумент против него - белковые и нуклеиновые макромолекулы  структурно и функционально глубоко  различны, они не могли появиться  одновременно в ходе химической эволюции, в связи с чем нереально их сосуществование в протобиологической системе.

      Ослабляя  позиции гипотезы голобиоза, эти  соображения усиливали одновременно позиции противоположной гипотезы - генобиоза, утверждающей первичность макромолекулярной системы с функциями генетического кода⁹.

      Позиции гипотезы генобиоза стали заметно  укрепляться в 1970-е годы, а к 1980-м  годам, когда слабости гипотезы голобиоза  стали  очевидными,  она  оказалась  доминирующей в; представлениях о доклеточном предке.

      Кроме того, с идеей генобиоза оказалось  также тесно связано самостоятельное  сегодня направление в естествознании, занимающееся изучением еще одного фундаментального свойства живой материи (в дополнение к трем вышеперечисленным) - ее способности к стереоспецифической комплементарной репродукции. Это направление было заложено еще в ранних трудах основателя научной микробиологии Л. Пастера.

      Дело  в том, что до того, как в 1860-е  гг. Пастер окончательно доказал отсутствие самозарождения современных нам микроорганизмов, предметом его научных интересов в 40-50-е годы XIX века было явление, обнаруженное им в ходе исследований строения кристаллов веществ биологического происхождения. Речь идет об открытии асимметричного (асимметрия - отсутствие у объекта свойства быть зеркально симметричным), а в его терминологии - диссимметричного строения кристаллов солей виноградной кислоты, имеющих биологическое происхождение. К этому выводу Пастер пришел, обнаружив способность отклонять поляризованный луч, то есть оптическую активность, не только у самих кристаллов, но и у их водных растворов, что свидетельствовало о молекулярной природе этого явления. У растворов из веществ небиологического происхождения это свойство отсутствует, строение их молекул симметрично.

      Сегодня эта идея Пастера подтвердилась, и считается доказанным, что молекулярная диссимметрия (асимметрия, стерео-изомерия), а согласно современной терминологии, молекулярная хиралъностъ (от греческого - рука), присуща только живой материи и является ее неотъемлемым свойством. А если это так, то возникает вопрос, как возникло это явление. Не следует ли искать в его происхождении и истоки самой жизни? Уже сам Пастер задавался этим вопросом. И ответ его был достаточно определенным. Да, превращение молекулярно-симметричных веществ неживой природы в молекулярно-диссимметричные живой неразрывно связано с происхождением живой материи. А это означает, что необходимо выяснить, как неживая молекулярная симметрия превращается в живую молекулярную диссимметрию. По мнению Пастера, это могло происходить постепенно, по мере воздействия на неживую косную материю особых диссимметрических сил, вызывающих диссимметризацию молекул этой материи. Согласно Пастеру, силы эти носили космический характер, ибо жизнь такая, какой она нам известна, есть функция диссимметрии Вселенной. Такими диссимметрическими силами могли быть мощные электрические разряды, геомагнитные колебания, вращение Земли вокруг Солнца, появление Луны и т.д. Правда, эксперименты в лаборатории по моделированию таких условий успехом не увенчались. Тем не менее Пастер непоколебимо верил в свою правоту.

      Основанием  для отнесения взглядов Пастера  именно к гипотезе генобиоза служит тот факт, что проблему зарождения живого из неживого Пастер рассматривал на молекулярном уровне, хотя и не поднимал вопроса о самовоспроизведении той диссимметричной молекулярной системы, образование которой было, по его убеждению, первым и необходимым этапом к зарождению жизни. Можно поэтому говорить о том, что Пастер первым вывел изучение проблемы происхождения живого на молекулярный уровень, и в этом его историческая заслуга перед наукой.

      Эти идеи получили сегодня широкое развитие в естествознании, причем не столько  в биологии, сколько в химии  и физике. Сегодня считается, что  если молекулярная хиральность - изначальный и фундаментальный признак живой материи, то способность возрождать хирально чистые молекулярные блоки зародилась так же рано, как и способность к генетически детерминированной саморепродукции. Иными словами, одновременно с генетическим возник и стереохимический код. Его функцией стало кодирование построения хирально чистых мономеров, наличие которых необходимо для комплементарного взаимодействия молекул субстрата и ферментов при биохимических реакциях.

      Но  что же представляют собой эти мономеры, то есть каковы по своей химической природе те хирально чистые молекулярные «блоки», которые и составили основу для зарождения живого? Нужно отметить, что хиральность может быть  двух типов - левой (L - конфигурация), отклоняющей луч света влево, что характерно для белковых молекул; и правой (D-конфигурация), отклоняющей луч света вправо, что характерно для молекул нуклеиновых кислот ДНК и РНК.

      Общее признание в рамках гипотезы генобиоза  получила идея, согласно которой такими блоками были макромолекулы ДНК или РНК. Но какая из этих информационных молекул появилась первой и смогла сыграть роль матрицы для первичной комплементарной полимеризации?

      Этот  неизбежно возникающий вопрос сразу  же вступил в противоречие с центральным  положением молекулярной генетики: генетическая информация идет в направлении от ДНК к РНК и белку. Кроме того, стоял вопрос, как могла функционировать протобиотическая полинуклеотидная система в отсутствие ферментов, то есть белков, если допустить, что появление последних было вторичным?¹⁰

      Ответ на эти вопросы был получен  только к концу 1980-х годов. Он гласил, что первичной была молекула не ДНК, а РНК.

      Признание этого факта связано с наличием у РНК уникальных свойств. Оказалось, что она наделена такой же генетической памятью, как и ДНК. Далее была установлена поистине уникальная вездесущность РНК: нет организмов, в которых отсутствовала бы РНК, но есть множество вирусов, геном которых составляет РНК, а не ДНК. Кроме того, оказалось, что вопреки устоявшейся генетической догме возможен перенос генетической информации от РНК к ДНК при участии фермента, открытого в начале 1970-х годов.

      В начале 1980-х годов была установлена  способность РНК к саморепродукции  в отсутствие белковых ферментов, то есть открыта ее автокаталитическая функция. Это решало ранее, казалось, неразрешимую проблему объединения двух функций - каталитической (ранее считавшейся присущей только белкам) и информационно-генетической, необходимых для саморепродукции макромолекулярной системы.

      В результате сформировалось четкое представление, что древняя РНК совмещала в себе черты фенотипа и генотипа, то есть отвечала требованиям дарвиновской системы, будучи подверженной как генетическим преобразованиям, так и естественному отбору. Сегодня уже очевидно, что процесс эволюции шел от РНК к белку, а затем к образованию молекулы ДНК, у которой С-Н связи более прочны, чем С-ОН связи РНК.

      Очевидно, что возникновение хиральности, а также первичных молекул  РНК не могло произойти в ходе плавного эволюционного развития. Судя по всему, имел место скачок со всеми характерными чертами самоорганизации вещества¹¹.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение 

      Вопросы о происхождении природы и  сущности жизни издавна стали  предметом интереса человека в его  стремлении разобраться в окружающем мире, понять самого себя и определить свое место в природе.

      Многовековые  исследования и попытки решения  этих вопросов породили разные концепции  возникновения жизни: креационизм - сотворение жизни Богом; концепция  самопроизвольного зарождения из неживого вещества; концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда и концепция внеземного происхождения жизни в результате развития физических и химических процессов.

      Одним из наиболее трудных и в тоже время  интересных в современном естествознании является вопрос о происхождении жизни. Он труден потому, что, когда наука подходит к проблемам развития как создания нового, она оказывается у предела своих возможностей как отрасли культуры, основанной на доказательстве и экспериментальной проверке утверждений.

      Учёные  сегодня не в состоянии воспроизвести  процесс возникновения жизни  с такой же точностью, как это  было несколько миллиардов лет назад.

      Даже  наиболее тщательно поставленный опыт будет лишь модельным экспериментом, лишённым ряда факторов, сопровождавших появление живого на Земле. Трудность методологическая – в невозможности проведения прямого эксперимента по возникновению жизни (уникальность этого процесса препятствует использованию основного научного метода).

      Жизнь на Земле представлена громадным  разнообразием форм, которым присуща возрастающая сложность строения и функций. Всем живым организмам свойственны два признака: целостность и самовоспроизведение. В ходе индивидуального изменения (онтогенеза) организмы приспосабливаются к внешним условиям, а смена поколений приобретает эволюционно-исторический характер (филогенез). Организмы выработали способность к относительной независимости от внешней среды (автономность). Одно из главных свойств всякого живого организма - обмен веществ. Наряду с ним существенными признаками жизни являются раздражимость, рост, размножение, изменчивость, наследственность. Всякий живой организм как бы стремится к главному - воспроизведению себе подобных. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованной литературы 

      1. Гранатов Г.Г. Концепции современного естествознания. М.: Флинта, 2005. 575 с.

      2. Гутина В.Н. Познаваемо ли сегодня происхождение жизни // Биология в шк. - 2006. - N 1. - С. 5-10.

      3. Елдышев Ю.Н. Загадка происхождения жизни // Экология и жизнь. - 2004.- № 1. - С. 63.

      4. Канке В.А. Концепции современного естествознания М.: Логос, 2004. 304 с.

      5. Концепции современного естествознания/Под ред. В.Н. Лавриненко, М.: Юнити, 2005. 317 с.

      6. Лауро М. Происхождение жизни на земле. - М.: Махаон, 2006. - 253 с.

      7. Молчан О. Мы не знаем, в каком мире живем: Происхождение жизни на Земле// Техника - молодежи. - 2007. - N 9. - С. 18-21.

      8. Поннамперума С Происхождение жизни / Пер. с англ. И.Ю. Кривцовой; Под ред. Г.А. Деборина. - М.: Мир, 1992. - 176 с.

      9. Руденко А.П. Сущность и происхождение жизни: методология проблемы // Биология в шк. - 2003. - № 5. - С. - 5-11.

      10. Садохин А.П. Концепции современного естествознания. М.: Гарардики, 2004. 475 с.

      11. Симонов Д.А. Концепции современного естествознания. М.: Проспект, 2005. 207 с.

      12. Симаков Ю.Г. Преформированная космическая эволюция // Земля и Вселенная. - 2002.- № 4. - С. 81-89.