Теорія біохімічної еволюції представила зародження життя Землі як процес послідовного ускладнення хімічних речовин: від неорганічних сполук – до органічних, від органічних – до біологічних. Її автором став радянський вчений академік Олександр Іванович Опарін (1894 – 1980). В 1924 він опублікував книгу «Походження життя», в якій виклав нову гіпотезу походження життя на Землі. Книга, випущена країни, де панували матеріалізм і атеїзм, могла описувати походження життя лише як процес, який відбувався під впливом виключно природних причин, тобто. без участі Божественних Сил. Хоча й не слід сумніватися у щирості чудового вченого. На думку Опаріна, відбувалося поступове ускладнення хімічних речовин – хімічна еволюція. Вона призвела до появи таких складних речовин, які стали носіями життя. Іншими словами, хімічна еволюція поступово перейшла у біологічну. Такий процес називається у науці абіогенним, тобто. що відбувається без участі живих організмів. Опарін припустив, що принцип Реді справедливий лише сучасної епохи існування Землі. Таким чином, згідно з його гіпотезою, зародження життя на Землі – процес еволюції живої матерії з неживої.

Біогенез – процес виникнення та еволюції живих систем.

Опарін вважав, що у давнину природні умови Землі істотно відрізнялися від сучасних. Первинна атмосфера не містила вільного кисню. У сучасній атмосфері він міститься у кількості 21% за обсягом. У такій атмосфері могли містити аміак (NH 3), двоокис вуглецю (CO 2), метан (CH 4) і водяну пару. Цієї первинної атмосфери вже немає. На її місці утворилася вторинна атмосфера – продукт розвитку життя Землі.

Відсутність кисню у первинній атмосфері призвела до найважливішого слідства. Вона не містила озонового шару. У сучасній атмосфері він знаходиться на висоті близько 20 км над поверхнею Землі та поглинає 99% ультрафіолетового випромінювання Сонця, яке згубно діє на живі тканини. Тому перші організми мали захищатися від нього під шаром води.

Перший етап виникнення життя – утворення органічних речовин із неорганічних.

Поділ світу на живий і неживий належить Аристотелю. На ранньому етапі розвитку хімії, зберігаючи вірність арістотелівської традиції, хіміки розділили всі речовини на неорганічні та органічні, що належать царству мінералів і царству рослин і тварин. З точки зору хімічного складу, До органічних речовин відносяться, за рідкісним винятком, сполуки вуглецю.

Другий етап виникнення життя – поява окремих органічних молекул білків і нуклеїнових кислот.

Сполуки вуглецю утворили «первинний бульйон», з якого формувалися біополімери – амінокислоти та нуклеотиди, що становлять основу білків та нуклеїнових кислот. Але в ході реакцій, які вели до утворення біополімерів, мали з'єднуватися речовини порівняно високої концентрації. Органічні речовини могли утворювати лежить на поверхні океану тонку плівку, і під впливом хвиль і вітру вона товстими шарами збиралася біля берега. Причому цим процесам сприяли висока температура атмосфери, грозові розряди, потужне ультрафіолетове випромінювання. Важливо й те, що складні органічні сполуки є більш стійкими до руйнівної дії ультрафіолетового випромінювання, ніж прості сполуки.

Згідно з гіпотезою Опаріна, предками сучасних клітин були органічні утворення, здатні на обмін речовин із навколишнім середовищем. Процес накопичення серед органічних молекул у невеликі комплекси називається коацервацією, а самі такі комплекси – коацерватами. Вони складалися із сотень тисяч та мільйонів мономерів. Такі комплекси легко одержати штучно, змішуючи розчини різних білків. Вони здатні поглинати з довкіллярізні речовини і збільшуватись у розмірі. У коацерватах можуть відбуватися процеси розпаду та виділення продуктів розпаду. Проте вони ще були живими системами, оскільки були здатні до самовідтворення і саморегуляції синтезу органічних речовин. Але причини виникнення живого у них були.

Живі істоти у вигляді клітин не могли виникнути до того, як з'явилися клітинні мембрани та каталізатори – речовини, що прискорюють біо хімічні реакції. Навколо коацерватів, багатих на органічні сполуки, стали виникати шари ліпідів – жироподібних речовин, які відокремлювали коацервати від навколишнього водного середовища. У процесі біохімічної еволюції ці шари ліпідів трансформувалися у зовнішню клітинну мембрану. У «первинному бульйоні» накопичувалися різні каталізатори.

Відповідно до теорії біохімічної еволюції, коацервати являли собою передбіологічні системи.

Третій етап виникнення життя – початок дії природного добору.

Коацервати могли поглинати з довкілля інші речовини. Якщо речовина була шкідливою, коацерват розпадався. Якщо речовина засвоювалась, коацерват збільшувався у розмірах, змінював структуру. Інакше кажучи, відбувався відбір найстійкіших коацерватів. Він йшов багато мільйонів років. Збереглася лише мала частина коацерватів. Однак збережені мали здатність до первинного обміну речовин. Досягши певних розмірів, материнська крапля могла розпадатися на дочірні, які зберігали материнську структуру. Тому можна говорити, що коацервати поступово набували властивості самовідтворення. По суті, коацервати зрештою перетворилися на найпростіші живі організми.

Усередині коацерватів властивості молекул поділялися. Білки регулювали хід хімічних реакцій, що призводили до появи нових органічних речовин. Нуклеотидні ланцюги стали подвоюватись. Еволюція цих властивостей призвела до появи спадкового генетичного коду, що несе інформацію про будову білкових молекул. Так з'явилися примітивні прокаріотичні клітини, які не мають клітинного ядра.

Прокаріотичні клітини – клітини, які мають клітинного ядра, генетичний матеріал яких перебуває у цитоплазмі.

Отже, еволюція коацерватів призвела до появи первинних клітин. Це сталося понад 4 млрд років тому.

Прокаріоти - організми, що складаються з прокаріотів, - живуть і сьогодні. Це бактерії та синьо-зелені водорості.

Прокаріоти існували в атмосфері, що не має кисню. Тому їхній метаболізм – обмін речовин – був анаеробним.

Анаеробний метаболізм - обмін речовин та енергії, що протікає без атмосферного кисню.

Тривалість існування первинної безкисневої атмосфери у геологічних масштабах була невелика. Первинні клітини швидко розмножувалися і незабаром вичерпали запаси поживних органічних речовин. Тому їм залишалося або загинути з голоду, або перейти до іншого способу харчування. І вони знайшли його. У деяких клітин виникла здатність до фотосинтезу. Іншими словами, для синтезу органічних речовин із неорганічних вони навчилися використовувати сонячну енергію.

Фотосинтез – процес перетворення сонячної енергіїв енергію хімічних зв'язківорганічних речовин.

Спочатку фотосинтез відбувався без утворення молекулярного кисню. Близько 4 млрд. років тому організми стали виділяти кисень, інакше кажучи, виник аеробний метаболізм.

Аеробний метаболізм – дихання, у якому розщеплення органічних речовин відбувається з участю кисню.

У таких процесах виділяється приблизно вдесятеро більше енергії, ніж у реакціях без участі кисню. Атмосфера почала збагачуватися вільним киснем. Близько 400 млн років тому, коли кількість вільного кисню в атмосфері досягла 10% за обсягом, з'явився озоновий шар. Він має властивість поглинати ультрафіолетове випромінювання Сонця, згубне для живих організмів. В даний час озоновий шар пропускає лише мізерну його частину і тим самим оберігає все живе на Землі.

Можна припустити, що в ранню епохуіснування життя відбувалася боротьба між первинними та вторинними організмами. Первинні організми – анаероби, вторинні – аероби. Мабуть, головною зброєю аеробів був вільний кисень, який виділявся як продукт їхньої життєдіяльності і був смертельним для анаеробів. Він вирішив результат цієї боротьби. Нині повсюдно панують форми життя, які під час обміну речовин використовують кисень. Однак деякі види анаеробних організмів живуть і досі. Це насамперед синьо-зелені водорості.

Завдяки кисневому способу харчування організми нового типу швидко розселялися нашою планетою. Життя почало освоювати глибини океану. З появою озонового шару вона вийшла з моря і почала завойовувати сушу.

З поширенням аеробів зросла інтенсивність реакцій фотосинтезу і, отже, накопичення кисню у атмосфері. Потрібно близько 100 млн. років, щоб кількість кисню в атмосфері досягла сучасного значення‒ 21% за обсягом. З того часу склад атмосфери мало змінився до нашого часу.

Поступово клітини ускладнювалися. Близько 2 млрд років тому з'явилися еукаріотичні клітини.

Еукаріотичні клітини – клітини, що мають ядро ​​та багато внутрішньоклітинних структур.

Еукаріоти – організми, що складаються з еукаріотичних клітин, – з'явилися близько 2,6 млрд. років тому.

Наші знання про перші організми невеликі, оскільки вони зникли і не залишили по собі жодних слідів.

Приблизно 1,3 млрд років тому стали з'являтися колонії одноклітинних організмів. У деяких із них різні клітини виконували різні функції. Одні клітини поглинали видобуток, інші забезпечували розмноження. У цьому кожна клітина була окремим живим організмом. Поступово деякі колонії одноклітинних стали перетворюватися на цілісні багатоклітинні організми.

Гіпотеза Опаріна має чимало прихильників, які успішно її розвивають. Найважливішою є проблема, якими є джерела органічних сполук на Землі. Одним з них є метеорити та космічний пил. У 1969 році поблизу села Мëрчисон в Австралії впав метеорит вагою 108 кг. Він відноситься до кутистих хондритів. Як випливає з назви, такі метеорити містять багато складних органічних сполук. У ньому було знайдено сліди понад 50 амінокислот, причому, вісім з них входять до складу сучасних білків. Також були виявлені аденін, урацил та гуанін – азотисті основи нуклеїнових кислот. З 50 амінокислот значна більшість не входить до складу живих організмів, а деякі сполуки зустрічаються у вигляді двох оптичних ізомерів – лівого та правого. Згадаймо, що найважливішою властивістю живих організмів є асиметрія складних молекул, тобто існування лише одного з двох ізомерів. Таким чином, виявлення в Мерчісонському метеориті симетричних ізомерів, а також амінокислот, що не входять до складу живих організмів, доводить, що всі виявлені сполуки не є забрудненнями, що потрапили на метеорит у земних умовах.

Іншим джерелом органічних сполук на Землі є вулкани та гідротермальні жерла серединно-океанічних хребтів. При виверженні вулканів разом з магмою викидається величезна кількість газів: сірководень, метан, аміак, оксиди азоту та вуглецю.

Третє джерело органічних сполук на Землі – атмосфера.

В даний час фахівці вважають, що в процесі виникнення життя на землі всі ці джерела могли спільно постачати органічні речовини.

Під дією сонячних та космічних променів, які проникали крізь розріджену атмосферу, відбувалася її іонізація – нейтральні атоми перетворювалися на заряджені, і атмосфера ставала холодною плазмою. Таким чином, давня атмосфера Землі була багата на електрику, в ній спалахували часті розряди.

Теорія біохімічної еволюції має деякі емпіричні підтвердження. Одне з них – останки організмів, знайдені у найдавніших гірських породах. З них найдавніші вапняки, виявлені в Західній Австралії. Це останки нитчастих та округлих мікроорганізмів, їх налічується близько десятка різних видів. Їх утворили синьо-зелені водорості та бактерії. Їх вік фахівці оцінили у 3,2 – 3,5 млрд. років. У Північній Америці виявили останки водоростей, вік яких становить близько 1,1 млрд. років.

Іншим обґрунтуванням теорії біохімічної еволюції стали експерименти, які поставили в 50 – 60-ті роки XX століття хіміки зі США, СРСР та Німеччини.

У 1953 році американський вчений Стенлі Міллер (1930 – 2007) провів експеримент, який мав моделювати процеси, що відбуваються в первинній атмосфері Землі. Головну частину установки становила колба із електродами. У ній знаходилися вода та гази, які, ймовірно, входили до складу давньої земної атмосфери – водень, метан, аміак та ін. Істотно, що не було вільного кисню. Колба нагрівалася, а між електродами протікали електричні розряди. Через кілька днів у ній утворилися амінокислоти, азотисті основи та інші складні біологічні речовини.

Життя могло виникнути тільки тоді, коли почав діяти механізм спадковості. Тому нині центральна проблема теорії біохімічної еволюції – як виник цей механізм. Початком життя Землі не можна вважати навіть поява древньої ДНК замість коацерватної краплі, оскільки ДНК здатна діяти лише у присутності білків-ферментів.

Проблему можна пояснити такою міркуванням: до роботи молекул ДНК і РНК необхідні ферменти, тобто. білки, а для синтезу білків – нуклеїнові кислоти. Відома ситуація: змія кусає себе за хвіст. Були припущення, що нуклеїнові кислоти та білки-ферменти з'явилися одночасно, об'єдналися в єдину систему, і після цього почалася їхня коеволюція – одночасна та взаємозалежна еволюція. Але це припущення не отримало визнання вчених. Пояснюється це тим, що білкові та нуклеїнові молекули за структурою та функціями глибоко різні. Тому вони не могли з'явитися одночасно в результаті одного стрибка в процесі хімічної еволюції.

У XX столітті вчені сперечалися про те, що було первинним – білки-ферменти або нуклеїнові кислоти, а також про те, як і коли сталося їхнє об'єднання в єдину систему, яку можна вважати живим організмом. Залежно від вирішення питання, білки чи нуклеїнові кислоти були первинними утвореннями, методологічні підходи до біохімічної еволюції можна розділити на дві групи – голобіозу та генобіозу.

Теорія Опаріна належить до цієї групи. Поява нуклеїнових кислот вона вважає результатом еволюції.

Він виявився, зокрема, теоретично американського генетика Джона Холдейна (1892 – 1964), запропонованої 1929 року. Згідно з Холдейном, первинним з'явився макромолекулярний комплекс, подібний до гена і здатний до самовідтворення. Його назвали «голим геном».

Аж до 80-х років XX століття гіпотези голобіозу та генобіозу різко протистояли один одному. Зрештою, вчені віддали перевагу концепції генобіозу. Але залишалися невирішеними принципову важливість проблеми. Яка з молекул з'явилася першою – ДНК чи РНК? Якщо білки-ферменти з'явилися пізніше за молекулу нуклеїнової кислоти, то як без них ця молекула могла діяти?

У 80-х роках XX століття молекула РНК виявила унікальні властивості. Виявилося, що вона здатна передавати генетичну інформацію так само, як молекула ДНК. Було відкрито, що немає організмів, які мають РНК, проте є безліч вірусів, які містять ДНК. З'ясувалося, що можливе перенесення інформації від РНК до ДНК. І, найголовніше, було виявлено здатність молекули РНК до саморепродукції без участі білків-ферментів. Це відкриття дозволило вирішити проблему первинності. Первинними були нуклеїнові кислоти, а саме РНК. Замкнене коло було розірвано.

Однак концепції, які описують походження життя на Землі як результат випадкових процесів, критикують багато видатних учених. Англійському астрофізику Фреду Хойлу належить відомий жарт про те, що будь-яка подібна концепція «така ж безглузда і неправдоподібна, як твердження, що ураган, що пронісся над сміттєзвалищем, може призвести до збирання Боїнга-747».

Найважливіші положення теми № 9 «Проблема походження життя

у науковій картині світу»

Сучасна біологія, визначаючи життя, перераховує найважливіші властивості живих організмів, визнаючи, що лише сукупність цих властивостей може відрізнити живе від неживого. Між живою та неживою природоюнемає різкої грані. Існують перехідні форми, які, залежно від конкретних умов, вважають або живими, або неживими об'єктами. Наприклад, віруси.

До основних теорій походження життя належать: креаціонізм, теорія мимовільного зародження життя, теорія панспермії, теорія біохімічної еволюції.

Відповідно до теорії мимовільного зародження життя, у деяких тілах можуть бути «активні зерна», які дають початок живим істотам, якщо опиняються у сприятливому середовищі.

Франческо Реді поставив досвід із шматками м'яса, що похитнув, але ще не міг спростувати теорію мимовільного зародження життя. Реді довів, що самозародження хробаків із гниючого м'яса без мух неможливо. Завдяки цьому досвіду Франческо Реді зумів сформулювати висновок, який став основним принципом сучасної біології.

Принцип Реді. Живі організми походять лише з інших живих організмів і здатні самозароджуватися.

Луї Пастер у вирішальному досвіді спростував теорію мимовільного життя.

Згідно з теорією панспермії, життя занесене на Землю з Космосу. Однак усі варіанти концепції панспермії, зрештою, не вирішують проблеми походження життя. Вони залишають відкритим питання: де і як життя виникло у Космосі?

Теорія біохімічної еволюції, розроблена Олександром Івановичем Опаріним, представила зародження життя на Землі як процес послідовного ускладнення хімічних речовин: від неорганічних сполук – до органічних, від органічних – до біологічних. Стенлі Міллер провів досвід, який був експериментально обгрунтувати теорію біохімічної еволюції. Він поставив за мету змоделювати в колбі первинну атмосферу Землі. Через кілька днів у колбі утворилися амінокислоти, азотисті основи та інші складні біологічні речовини.

У XX столітті вчені сперечалися про те, що було первинним – білки-ферменти чи нуклеїнові кислоти. Залежно від вирішення питання про первинність методологічні підходи до біохімічної еволюції розділилися на дві групи – голобіозу та генобіозу.

Голобіоз – методологічний підхід, який затверджує первинність структур, здатних до обміну речовин за участю білків-ферментів.

Теорія Опаріна належить до цієї групи.

Генобіоз – методологічний підхід, який затверджує первинність структур із властивостями первинного генетичного коду.

У молекули РНК виявили унікальні властивості. Виявилося, що вона здатна передавати генетичну інформацію. Було виявлено здатність молекули РНК до саморепродукції без участі білків-ферментів. Це відкриття дозволило вирішити проблему первинності. Первинними були нуклеїнові кислоти, а саме РНК.

Запитання для самоконтролю

1. Як змінюються властивості вірусів, коли вони потрапляють у клітину?

2. Сформулюйте суть теорії мимовільного зародження життя.

3. Опишіть досвід Франческо Реді.

4. Сформулюйте принцип Реді.

5. Яке велике біологічне відкриття зробив Антоні Ван Левенгук?

6. Опишіть досвід Луї Пастера.

7. Опишіть один із варіантів гіпотези панспермії.

8. Сформулюйте одне із заперечень проти теорії панспермії.

9. Яке відкриття зробив Єнс Якоб Берцеліус, досліджуючи метеорит Алаїс?

10. Що таке ізомерія?

11. Що таке хіральність?

12. У чому полягає суть теорії біохімічної еволюції?

13. Що таке біогенез?

14. Які клітини називаються прокаріотичними?

15. Які клітини називаються еукаріотичними?

16. Перерахуйте джерела органічних сполук Землі.

17. Опишіть досвід Стенлі Міллера.

18. Що таке голобіоз?

19. Що таке генобіоз?

20. Які речовини визнані первинними – білки чи нуклеїнові кислоти?

Питання походження життя на Землі цікавить вчених у галузі біології та геології вже багато століть, на їхню думку, вік планети становить понад 5 млрд. років. У 1923 році радянським біохіміком Олексієм Опаріним було розроблено теорію біохімічної еволюції.

Основу цієї теорії становила ідея про те, що мільярди років тому при формуванні планети першими органічними речовинами були вуглеводні, які утворилися в океані з простих сполук.

З'єднання вуглеводню з азотом та найпростіших молекул аміаку, води, метану та водню з рядом інших хімічних елементівутворювали складні органічні речовини. Енергію для здійснення цих процесів створювали часті грозові електричні розряди та інтенсивна сонячна радіація, що виділяла значну кількість ультрафіолетового випромінювання, що падало на Землю до того, як утворився озоновий шар.

Органічні речовини, поступово накопичуючись в океані, створювали міцні молекулярні зв'язки, які були стійкими до руйнівної дії ультрафіолетового випромінювання.

Пізніше теорія біохімічної еволюції отримала розвиток у працях англійського вченого Джона Холдейна, який сформулював гіпотезу про те, що життя стало результатом тривалих еволюційних вуглецевих сполук. Речовини, близькі за своїм хімічним складом до білків та інших органічних сполук, що становлять основу живих організмів, виникли на основі вуглеводнів.

Білкові сполуки в «первинному бульйоні» притягували та зв'язували молекули жирів та води, що дозволяло жирам обволікати поверхню білкових тіл, структура яких нагадувала мембрану клітин. Опарин, отримані в результаті такої взаємодії тіла, назвав коацерватами (коацерватними краплями), а сам процес - коацервацією.

Надалі поглинаючи з довкілля білкові речовини, структура коацерватів ускладнювалася, і вони стали схожі на примітивні, але вже живі клітини, а хімічні сполуки внутрішнього складу дозволяли їм зростати, видозмінюватися, здійснювати обмін речовин і розмножуватися.

Теорія біохімічної еволюції, важливим етапом якої стало формування мембранної структури, передбачала, що з появою мембрани прискорився процес упорядкування та вдосконалення метаболізму, а подальше ускладнення обміну речовин відбувалося за допомогою каталізаторів.

У 1953 році американський дослідник Стенлі Міллер провів низку експериментів, у яких змоделював можливі умовижиття на Землі, що існували в той час, йому вдалося отримати сполуки альдегідів, амінокислот, оцтову, молочну та ряд інших органічних кислот.

3. Біохімічна еволюція теорії академіка Опаріна

Першу наукову теорію щодо походження живих організмів Землі створив радянський біохімік А.І. Опарін (1894-1980). У 1924 р. він опублікував роботи, в яких виклав уявлення про те, як могло виникнути життя на Землі. Згідно з цією теорією, життя виникло в специфічних умовах древньої Землі і розглядається Опаріним як закономірний результат хімічної еволюції сполук вуглецю у Всесвіті.

За Опаріном, процес, що призвів до виникнення життя на Землі, може бути розділений на три етапи:

· Виникнення органічних речовин;

· Утворення з більш простих органічних речовин біополімерів (білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпідів та ін);

· Поява примітивних самовідтворюваних організмів.

Астрономічні дослідження показують, що як зірки, і планетні системи виникли з газопилового речовини. Хімічні дослідження газопилової речовини, що знаходиться в галактиці, показали, що в ньому поряд з металами та їх окислами виявлено: водень, аміак, вода і найпростіший вуглеводень - метан.

Другий етап – виникнення білків. Умови початку процесу формування білкових структур створилися з створення первинного океану. Насамперед, у водному середовищі похідні вуглеводнів могли зазнавати складних хімічних змін і перетворень. Внаслідок такого ускладнення молекул могли утворитися складніші органічні речовини, а саме вуглеводи.

Відповідно до теорії Опаріна, подальшим кроком на шляху виникнення білкових тіл могло з'явитися утворення коацерватних крапель, тобто. крапель мікроскопічного розміру, які випадають при змішуванні двох білкових розчинів. Звідси виникла нова закономірність вже біологічного характеру – природний відбір коацерватних крапель. Під впливом природного відбору якість організації білкової речовини постійно змінювалося. В результаті виникла та узгодженість процесів синтезу та розпаду, що призвела до виникнення перших живих організмів. Очевидно, вони були гетеротрофами, які одержували енергію шляхом безкисневого розщеплення органічних сполук. Виникнення атмосфери сучасного хімічного складу пов'язані з розвитком життя. Поява організмів, здатних до фотосинтезу, призвела до виділення в атмосферу кисню.

Теорія біохімічної еволюції має найбільше прибічників серед сучасних учених. Земля виникла близько п'яти мільярдів років тому; Спочатку температура її поверхні була дуже високою (до кількох тисяч градусів). У міру її остигання утворилися тверда поверхня ( земна кора- літосфера).

Атмосфера, що спочатку складалася з легких газів (водень, гелій), не могла ефективно утримуватися недостатньо щільною Землею, і ці гази замінювалися більш важкими: водяною парою, вуглекислим газом, аміаком та метаном. Коли температура Землі опустилася нижче 100єС, водяна пара почала конденсуватися, утворюючи світовий океан. У цей час, відповідно до уявлень А.І. Опарину відбувся абіогенний синтез, тобто в первинних земних океанах, насичених різними простими хімічними сполуками, "у первинному бульйоні" під впливом вулканічного тепла, розрядів блискавок, інтенсивної ультрафіолетової радіації та інших факторів середовища почався синтез більш складних органічних сполук, а потім і біополімерів . Утворенню органічних речовин сприяла відсутність живих організмів – споживачів органіки – та головного окислювача – кисню. Складні молекули амінокислот випадково поєднувалися в пептиди, які, своєю чергою, створили початкові білки. З цих білків синтезувалися первинні живі істоти мікроскопічних розмірів.

Найбільш складною проблемою в сучасній теорії еволюції є перетворення складних органічних речовин на прості живі організми. Опарін вважав, що вирішальна роль у перетворенні неживого на живе належить білкам. Очевидно, білкові молекули, притягуючи молекули води, утворювали колоїдні гідрофільні комплекси. Подальше злиття таких комплексів один з одним призводило до відокремлення колоїдів від водного середовища (коацервація). На межі між коацерватом (від латів. coacervus – згусток, купа) та середовищем вибудовувалися молекули ліпідів – примітивна клітинна мембрана. Передбачається, що колоїди могли обмінюватися молекулами з довкіллям (прообраз гетеротрофного харчування) і накопичувати певні речовини. Ще один тип молекул забезпечував здатність до самовідтворення. Система поглядів О.І. Опаріна дістала назву "коацерватна гіпотеза".

Гіпотеза Опаріна була лише першим кроком у розвитку біохімічних уявлень про виникнення життя. Наступним кроком стали експерименти Л.С. Міллера, який у 1953 році показав, як із неорганічних складових первинної земної атмосфери під впливом електричних розрядів та ультрафіолетового випромінювання можуть утворюватися амінокислоти та інші органічні молекули.

Академік РАН В.М. Пармон та низка інших вчених пропонують різні моделі, що дозволяють пояснити, як серед насиченої органічними молекулами можуть протікати автокаталітичні процеси, реплицирующие деякі з цих молекул. Одні молекули реплікуються успішніше, інші – гірші. Так запускається процес хімічної еволюції, яка передує біологічній еволюції.

На сьогоднішній день серед біологів переважає гіпотеза РНК-світу, яка стверджує, що між хімічною еволюцією, в якій розмножувалися та конкурували окремі молекули та повноцінним життям, заснованим на моделі ДНК-РНК-білок, був проміжний етап, на якому розмножувалися та конкурували між собою окремі молекули РНК. Вже є дослідження, що показують, що деякі молекули РНК мають автокаталітичні властивості і можуть забезпечувати самовідтворення без участі складних білкових молекул.

Сучасна наука ще далека від вичерпного пояснення, як саме неорганічна речовинадосягло високого рівня організації, притаманного процесів життєдіяльності. Проте зрозуміло, що це був багатоступінчастий процес, у ході якого рівень організації речовини крок за кроком підвищувався. Відновити конкретні механізми цього ступеневого ускладнення – завдання майбутніх наукових досліджень. Ці дослідження йдуть за двома основними напрямками:

· Зверху вниз: аналіз біооб'єктів та вивчення можливих механізмів утворення їх окремих елементів,

· Знизу вгору: ускладнення "хімії" - вивчення все більш складних хімічних сполук.

Поки що досягти повноцінного поєднання цих двох підходів не вдалося. Тим не менш, біоінженери вже зуміли "за кресленнями", тобто, за відомим генетичного кодута структурі білкової оболонки зібрати з біологічних молекул найпростіший живий організм – вірус. Тим самим було доведено, що для створення живого організму з неживої матерії не потрібно надприродного впливу. Отже, необхідно лише відповісти на питання, як цей процес міг пройти без участі людини, у природному середовищі.

зародження життя земля еволюція

Широко поширене "статистичне" заперечення проти абіогенного механізму виникнення життя. Наприклад, 1966 р. німецький біохімік Шрамм підрахував, що ймовірність випадкового поєднання 6000 нуклеотидів у РНК-вірусі тютюнової мозаїки: 1 шанс із 10 2000 . Це надзвичайно низька ймовірність, яка вказує на повну неможливість випадкового утворення такої РНК. Однак насправді це заперечення збудовано некоректно. Воно виходить із припущення, що вірусна молекула РНК повинна утворитися з нуля з розрізнених амінокислот. У разі ступінчастого ускладнення хімічних та біохімічних систем ймовірність розраховується зовсім інакше. Крім того, немає жодної необхідності отримати саме такий вірус, а не якийсь інший. З урахуванням цих заперечень виходить, що оцінки ймовірності виникнення вірусної РНК занижені до повної неадекватності і не можуть розглядатися як переконливе заперечення проти абіогенної теорії виникнення життя.

Біосферна роль океану

В океані існує чудове середовище для підтримки життя, до складу якого входять поживні речовини, солі та інші мінерали. Кисень, що міститься у воді, живить усіх морських тварин: від найменших до найбільших...

Біохімія виникнення життя на Землі

Олександр Іванович Опарін - творець всесвітньо визнаної теорії походження життя, положення якої блискуче витримали більш ніж півстолітню перевірку часом; один із найбільших радянських біохіміків...

Збудник сибірки

Питання про походження та еволюційні зв'язки Bac. anthracis з іншими ґрунтовими спороутворюючими бацилами, у тому числі і з Вас. cereus, залишається дискусійним...

Гіпотези про походження життя та людини на Землі

Серед астрономів, геологів та біологів прийнято вважати, що вік Землі становить приблизно 4,5-5 млрд. років. На думку багатьох біологів, у далекому минулому стан нашої планети був мало схожий на нинішній: ймовірно...

Значення вивчення предкових форм для сучасної селекції

Вчення про центри походження культурних рослинвиникло у зв'язку з потребою у вихідному матеріалі для селекції та покращення сортів культурних рослин. Цьому вченню дав початок Чарльз Дарвін, ідеями у своїх роботах.

Основні гіпотези про виникнення життя Землі

Першу наукову теорію щодо походження живих організмів на Землі створив радянський біохімік А. І. Опарін (р. 1894). У 1924 р. він опублікував роботи, в яких виклав уявлення про те, як могло виникнути життя на Землі.

Основні поняття сучасного природознавства

Біосфера неодноразово переходила у новий еволюційний стан. Це було, наприклад, у кембрії, коли з'явилися великі організми з кальцієвими скелетами, або в третинний час -15-80 млн. років тому, коли виникли ліси та степи.

Це протилежне поряд з першим є одним з найбільш ходячих, і всім відомо, що багато противників політичних і соціальних революцій люблять ґрунтуватися на тому, що революція біологічно неприродна.

Поняття про еволюцію та історію еволюційної теорії

Це чи не найбільше філософське протилежність користується майже повним ігноруванням у біологічних колах. Ейзлер дає визначення еволюції як "розвиток нижчої, найпростішої у вищу...

Походження життя Землі

Спочатку в науці взагалі не існувало проблеми виникнення життя. Допускалася можливість постійного зародження живого з неживого. Великий Аристотель (IV ст. е.) не сумнівався у самозародженні жаб, мишей. У ІІІ ст. н.е...

Розвиток природознавства у XVIII-XIX ст. Космологічні моделі Всесвіту. Походження людини

Ознакою що відокремлює людиноподібних мавп від людей вважається маса мозку, що дорівнює 750 р. Саме за такої маси мозку опановує мовою дитина. Мова стародавніх людей була дуже примітивною.

Різноманітність змій

Вважається, що сучасні змії (підряд Serpentes) походять від ящірок у ранньому крейдяному періоді, але немає точного і незаперечного доказу зв'язку між цими двома загонами. На жаль...

Сучасна класифікація загону приматів

Дані молекулярної біології надали значну допомогу у реставрації родоводу приматів. Через війну подальшого проведення робіт у Африці, біля Кенії та Уганди, виявлено близько 1000 копалин приматів давниною 22-17 млн ​​років...

Чорні діри

Зоряні останки можуть бути трьох різновидів: це білі карлики, нейтронні зірки та чорні дірки. Природа білих карликів як «мертвих» зірок стала досить зрозумілою після піонерської роботи С. Чандрасекара на початку 1930-х років.

Еволюція тваринного світу

Всі тварини борються за виживання: їм необхідно шукати їжу, піклуватися про те, щоб не бути з'їденими або вижити в ворожому середовищі. Випадкова природна мінливість окремих особин дозволяє їм успішніше вирішувати ці завдання та...

Сутність цієї теорії у тому, що біологічної еволюції - тобто. появі, розвитку та ускладнення різних форм живих організмів, передувала хімічна еволюція - тривалий період в історії Землі, пов'язаний з появою, ускладненням та удосконаленням взаємодії між елементарними одиницями, «цеглинами», з яких складається все живе - органічними молекулами.

На думку більшості вчених (насамперед астрономів і геологів), Земля сформувалася як небесне тіло близько 5 млрд років тому шляхом конденсації частинок газопилової хмари, що оберталася навколо Сонця.
У цей період Земля була розжареною кулею, температура поверхні якої досягала 4000-8000°С.
Поступово за рахунок випромінювання теплової енергії в космічний простір Земля починає остигати. Близько 4 млрд років тому Земля остигає настільки, що на її поверхні формується тверда кора; одночасно з її надр вириваються легкі, газоподібні речовини, що піднімаються вгору і формують первинну атмосферу. За складом первинна атмосфера суттєво відрізнялася від сучасної. Вільний кисень в атмосфері древньої Землі був відсутній, а до її складу входили водень (Н 2), метан (СН 4), аміак (NH 3), пари води (Н 2 О), азот (N 2), окис і двоокис вуглецю ( СО та С0 2).
Відсутність у атмосфері первинної Землі вільного кисню є важливою передумовою виникнення життя, оскільки кисень легко окислює і цим руйнує органічні сполуки. Тому за наявності в атмосфері вільного кисню накопичення на давньої Землізначної кількості органічних речовин було б неможливо.
Коли температура первинної атмосфери досягає 100 ° С, у ній починається синтез простих органічних молекул, таких, як амінокислоти, нуклеотиди, жирні кислоти, іності цукру, багатоатомні спирти, органічні кислоти та ін для абіогенного (тобто проходить без участі живих організмів) синтезу органічних речовин.

При температурі первинної атмосфери нижче 100°С формується первинний океан, починається синтез простих органічних молекул, а потім іскладних біополімерів Прообразами живих організмів є коацерватні краплі, які у первинному океані і сформували органічний бульйон.Коацерватні краплі мають деяку подобу обміну речовин:

• можуть вибірково вбирати з розчину деякі речовини і виділяти в довкілля продукти їхнього розпаду і рости;
• після досягнення певного розміру починають «розмножуватися», відпочковуючи маленькі крапельки, які, своєю чергою, можуть зростати і «брунькуватися»;
• в процесі перемішування під дією хвиль і вітру можуть покриватися оболонкою з ліпідів: одинарною, що нагадує міцели мила (при одноразовому відриві краплі від поверхні води, покритої ліпідним шаром), або подвійний, що нагадує клітинну мембрану (при повторному падінні краплі, покритої одношаровою ліпідною мембраною, на ліпідну плівку, що покриває поверхню водойми).

Процеси виникнення коацерватних крапель, їх зростання та «брунькування», а також «одягання» їхньою мембраною з подвійного ліпідного шару легко моделюються в лабораторних умовах.

Таким чином, процеси абіогенного синтезу органічних молекул були відтворені.еден в модельних експериментах.

У 1828 р. видатний німецький хімік Ф. Велер синтезував органічну речовину – сечовину з неорганічного – ціановокислого амонію.

У 1953р. молодий американський дослідник, студент-дипломник університету Чикаго Стенлі Міллер відтворив у скляній колбі з впаяними в ніс електродами первинну атмосферу Землі, яка, на думку вчених того часу, складалася з водню метану СН 4 , аміаку NH 3 , і парів води Н 2 . Через цю газову суміш С. Міллер протягом тижня пропускав електричні розряди, що імітують грозові. Після закінчення експерименту в колбі були виявлені α-амінокислоти (гліцин, аланін, аспарагін, глутамін), органічні кислоти (бурштинна, молочна, оцтова, глікоколова), у-оксимасляна кислота та сечовина. При повторенні досвіду С. Міллер вдалося отримати окремі нуклеотиди і короткі полінуклеотидні ланцюжки з п'яти-шості ланок.

Дж. Оро при помірному нагріванні суміші водню, вуглецю, азоту, NH 3 , H 2 O отримав аденін, а при взаємодії аміачного розчину сечовини зі сполуками, що виникають із газів під впливом електричних розрядів, - урацил.

Л. Орджел (1980-ті р.) у подібних експериментах синтезував нуклеотидні ланцюги завдовжки шість мономерних одиниць.

С. Акабюрі отримав полімери найпростіших білків.

Абіогенний синтез органічних молекул може відбуватися Землі й у час (наприклад, у процесі вулканічної діяльності). При цьому в вулканічних викидах можна виявити не тільки синильну кислоту HCN, яка є попередником амінокислот і нуклеотидів, а й окремі амінокислоти, нуклеотиди і навіть такі складні органічні речовини, як порфірини. Абіогенний синтез органічних речовин можливий не лише на Землі, а й у космічному просторі. Найпростіші амінокислоти виявлені у складі метеоритів та комет.

З усіх теорій походження життя найбільш поширеною та визнаною у науковому світі є теорія біохімічної еволюції, запропонована у 1924 р. радянським біохіміком академіком А.І. Опаріним (1936 р. він докладно виклав її у своїй книзі "Виникнення життя").

Сутність цієї теорії у тому, що біологічної еволюції - тобто. появі, розвитку та ускладнення різних форм живих організмів, передувала хімічна еволюція - тривалий період в історії Землі, пов'язаний з появою, ускладненням та вдосконаленням взаємодії між елементарними одиницями, "цеглинами", з яких складається все живе - органічними молекулами.

Передбіологічна (хімічна) еволюція

На думку більшості вчених (насамперед астрономів та геологів), Земля сформувалася як небесне тіло близько 5 млрд років т.зв. шляхом конденсації частинок газопилової хмари, що оберталася навколо Сонця.

Під впливом сил стиснення частки, у тому числі формується Земля, виділяють дуже багато тепла. У надрах Землі починаються термоядерні реакції. В результаті Земля сильно розігрівається. Таким чином, 5 млрд. років т.зв. Земля була розпечена куля, що неслася в космічному просторі, температура поверхні якої досягала 4000-8000°С

Поступово за рахунок випромінювання теплової енергії в космічний простір Земля починає остигати. Близько 4 млрд. років т.зв. Земля остигає настільки, що на її поверхні формується тверда кора; одночасно з її надр вириваються легкі, газоподібні речовини, що піднімаються вгору і формують первинну атмосферу. За складом первинна атмосфера суттєво відрізнялася від сучасної. Вільний кисень в атмосфері древньої Землі, мабуть, був відсутній, а до її складу входили речовини у відновленому стані, такі як водень (Н 2), метан (СН 4), аміак (NH3), пари води (Н 2О), а можливо, також азот (N2), окис і двоокис вуглецю (З 02).

Відновлювальний характер первинної атмосфери Землі надзвичайно важливий для зародження життя, оскільки речовини у відновленому стані мають високу реакційну здатність і в певних умовах здатні взаємодіяти один з одним, утворюючи органічні молекули. Відсутність в атмосфері первинної Землі вільного кисню (майже весь кисень Землі був пов'язаний у вигляді оксидів) також є важливою передумовою виникнення життя, оскільки кисень легко окислює і тим самим руйнує органічні сполуки. Тому за наявності в атмосфері вільного кисню накопичення на давній Землі значної кількості органічних речовин було б неможливим.

Коли температура первинної атмосфери досягає 1000°С, у ній починається синтез простих органічних молекул, таких, як амінокислоти, нуклеотиди, жирні кислоти, прості цукру, багатоатомні спирти, органічні кислоти та ін. Енергію для синтезу постачають грозові розряди випромінювання і, нарешті, ультрафіолетове випромінювання Сонця, від якого Земля ще не захищена озоновим екраном, причому саме ультрафіолетове випромінювання вчені вважають основним джерелом енергії для абіогенного (тобто синтезу органічних речовин, що проходить без участі живих організмів).

Визнання та поширення теорії А.І. Опарину багато в чому сприяло те, що абіогенного синтезу органічних молекул легко відтворюються в модельних експериментах.

Можливість синтезу органічних речовин із неорганічних була відома з початку 19 ст. Вже 1828 р. видатний німецький хімік Ф. Велер синтезував органічну речовину - сечовину з неорганічної - ціановокислого амонію. Однак можливість абіогенного синтезу органічних речовин в умовах, близьких до умов древньої Землі, була вперше показана у досвіді С. Міллера.

У 1953 р. молодий американський дослідник, студент- дипломник університету Чикаго Стенлі Міллер відтворив у скляній колбі з впаяними в ніс електродами первинну атмосферу Землі, яка, на думку вчених того часу, складалася з водню метану СН 4, аміаку NH, і парів води 20 (рис.1). Через цю газову суміш С. Міллер протягом тижня пропускав електричні розряди, що імітують грозові. Після закінчення експерименту в колбі були виявлені б-амінокислоти (гліцин, аланін, аспарагін, глутамін), органічні кислоти (бурштинна, молочна, оцтова, глікоколова), у-оксимасляна кислота та сечовина. При повторенні досвіду С. Міллер вдалося отримати окремі нуклеотиди і короткі полінуклеотидні ланцюжки з п'яти-шості ланок.

Мал. 1

У подальших дослідах з абіогенного синтезу, що проводяться різними дослідниками, використовувалися не тільки електричні розряди, а й інші види енергії, характерні для древньої Землі, - космічне, ультрафіолетове та радіоактивне випромінювання, високі температури, властиві вулканічній діяльності, а також різноманітні варіанти газові суміші, що імітують первинну атмосферу В результаті було отримано практично весь спектр органічних молекул, характерних для живого: амінокислоти, нуклеотиди, жироподібні речовини, прості цукри, органічні кислоти.

Більше того, абіогенний синтез органічних молекул може відбуватися на Землі й нині (наприклад, у процесі вулканічної діяльності). При цьому в вулканічних викидах можна виявити не тільки синильну кислоту HCN, яка є попередником амінокислот і нуклеотидів, а й окремі амінокислоти, нуклеотиди і навіть такі складні органічні речовини, як порфірини. Абіогенний синтез органічних речовин можливий не лише на Землі, а й у космічному просторі. Найпростіші амінокислоти виявлені у складі метеоритів та комет.

Коли температура первинної атмосфери опустилася нижче 100 ° С, на Землю обрушилися гарячі дощі та з'явився первинний океан. З потоками дощу в первинний океан надходили абіогенно синтезовані органічні речовини, що перетворило його, але образне вираження англійського біохіміка Джона Холдейна, в розведений "первинний бульйон". Очевидно, саме у первинному океані починаються процеси освіти з найпростіших органічних молекул - мономерів складних органічних молекул - біополімерів.

Однак процеси полімеризації окремих нуклеотидів, амінокислот і цукрів - це реакції конденсації, вони протікають із відщепленням води, отже, водне середовище сприяє не полімеризації, а, навпаки, гідролізу біополімерів (тобто руйнування їх із приєднанням води). життя атмосфера планета

Утворення біополімерів (зокрема білків з амінокислот) могло відбуватися в атмосфері при температурі близько 180°С, звідки вони змивалися в первинний океан з атмосферними опадами. Крім того, можливо, на древній Землі амінокислоти концентрувалися в водоймах, що пересихають, і полімеризувалися в сухому вигляді під дією ультрафіолетового світла і тепла лавових потоків.

Незважаючи на те, що вода сприяє гідролізу біополімерів, у живій клітині синтез біополімерів здійснюється саме у водному середовищі. Цей процес каталізують спеціальні білки-каталізатори - ферменти, а необхідна для синтезу енергія виділяється при розпаді аденозинтрифосфорної кислоти - АТФ. Можливо синтез біополімерів у водному середовищі первинного океану каталізувався поверхнею деяких мінералів. Експериментально показано, що розчин амінокислоти аланіну може полімеризуватися у водному середовищі у присутності особливого виду глинозему. У цьому утворюється пептид полиаланин. Реакція полімеризації аланіну супроводжується розпадом АТФ.

Полімеризація нуклеотидів проходить легше, ніж полімеризація амінокислот. Показано, що в розчинах з високою концентрацією солей окремі нуклеотиди мимоволі полімеризуються, перетворюючись на нуклеїнові кислоти.

Життя всіх сучасних живих істот – це процес безперервної взаємодії найважливіших біополімерів живої клітини – білків та нуклеїнових кислот.

Білки - це "молекули-робітники", "молекули-інженери" живої клітини. Найважливіша функція білків – каталітична. Як відомо, каталізатори - це речовини, які прискорюють хімічні реакції, але самі в кінцеві продуктиреакції не входять. Білки каталізатори називаються ферментами.Ферменти у сотні та тисячі разів прискорюють реакції обміну речовин. Обмін речовин, отже, життя без них неможливі.

Нуклеїнові кислоти- Це "молекули-комп'ютери", молекули - зберігачі спадкової інформації. Нуклеїнові кислоти зберігають інформацію не про всі речовини живої клітини, а лише про білки. Достатньо відтворити в дочірній клітині білки, властиві материнській клітині, щоб вони точно відтворили всі хімічні та структурні особливості материнської клітини, а також властивий їй характер та темпи обміну речовин. Самі нуклеїнові кислоти відтворюються також завдяки каталітичній активності білків.

Таким чином, таємниця зародження життя – це таємниця виникнення механізму взаємодії білків та нуклеїнових кислот. Які ж відомості про цей процес має сучасна наука? Які молекули стали первинною основою життя - білки чи нуклеїнові кислоти?

Доповнення до теорії Опаріна

Вчені вважають, що, незважаючи на ключову роль білків в обміні речовин сучасних живих організмів, першими "живими" молекулами були не білки, а нуклеїнові кислоти, а саме рибонуклеїнові кислоти (РНК).

1982 р. американський біохімік Томас Чек відкрив автокаталітичні властивості РНК. Він експериментально показав, що серед, що містить у високій концентрації мінеральні солі, рибонуклеотиди спонтанно (самовільно) полімеризуються, утворюючи полінуклеотиди - молекули РНК. На вихідних полі - нуклеотидних ланцюгах РНК, як на матриці, шляхом спарювання комплементарних азотистих основ утворюються копії РНК. Реакція матричного копіювання РНК каталізується вихідною молекулою РНК і вимагає участі ферментів чи інших білків.

Подальші події досить добре пояснюються процесом, який можна було б назвати "природним відбором" на рівні молекул. При самокопіюванні молекул РНК неминуче виникають неточності, помилки. Копії РНК, що містять помилки, знову копіюються. При повторному копіюванні можуть виникнути помилки. Через війну населення молекул РНК певному ділянці первинного океану буде неоднорідна.

Оскільки паралельно з процесами синтезу йдуть і процеси розпаду РНК, в реакційному середовищі будуть накопичуватися молекули, які мають або більшу стабільність, або кращі автокаталітичні властивості (тобто молекули, які швидше себе копіюють, швидше "розмножуються").

На деяких молекулах РНК, як і на матриці, може відбуватися самоскладання невеликих білкових фрагментів - пептидів. Навколо молекули РНК утворюється білковий "чохол".

Поряд із автокаталітичними функціями Томас Чек виявив у молекул РНК і явище самосплайсингу. Через війну самосплайсинга ділянки РНК, не захищені пептидами, мимоволі видаляються з РНК (вони хіба що " вирізаються " і " викидаються " ), а решта ділянки РНК, кодують білкові фрагменти, " зростаються " , тобто. мимоволі об'єднуються в єдину молекулу. Ця нова молекула РНК вже кодуватиме великий складний білок (рис. 2).

Очевидно, спочатку білкові чохли виконували насамперед, захисну функцію, оберігаючи РНК від руйнування і підвищуючи цим її стабільність у розчині (така функція білкових чохлів і найпростіших сучасних вірусів).

Очевидно, що на певному етапі біохімічної еволюції перевагу отримали молекули РНК, що кодують не тільки захисні білки, а й білки-каталізатори (ферменти), що різко прискорюють швидкість копіювання РНК. Очевидно, саме таким чином і виник процес взаємодії білків та нуклеїнових кислот, який ми нині називаємо життям.

В процесі подальшого розвитку, завдяки появі білка з функціями ферменту - зворотної транскриптази, на одне - ланцюжкових молекул РНК стали синтезуватися що складаються з двох ланцюгів молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). Відсутність у дезоксирибози ОН-групи в 2" положенні робить молекули ДНК більш стабільними по відношенню до гідролітичного розщеплення в слаболужних розчинах, а саме слаболужною була реакція середовища в первинних водоймищах (ця реакція середовища збереглася і в цитоплазмі сучасних клітин).

Де ж відбувався розвиток складного процесу взаємодії білків та нуклеїнових кислот? За теорією А.І. Опаріна, місцем зародження життя стали так звані коацерватні краплі.

Мал. 2

• А) у процесі самокопіювання РНК накопичуються помилки (1 - нуклеотиди, що відповідають вихідній РНК; 2 - нуклеотиди, що не відповідають вихідній РНК, - помилки у копіюванні);
• б) на частину молекули РНК за рахунок її фізико-хімічних властивостей"налипають" амінокислоти (3 - молекула РНК; 4 - амінокислоти), які, взаємодіючи один з одним, перетворюються на короткі білкові молекули - пептиди.
• В) Внаслідок властивого молекулам РНК самосплайсингу незахищені пептидами ділянки молекули РНК руйнуються, а ті, що залишилися, "зростаються" в єдину молекулу, що кодує великий білок.
• Г) В результаті виникає молекула РНК, покрита білковим чохлом (подібна будова мають і найпримітивніші сучасні віруси, наприклад вірус тютюнової мозаїки)

Явище коацервації полягає в тому, що в деяких умовах (наприклад, у присутності електролітів) високомолекулярні речовини відокремлюються від розчину, але не у формі осаду, а у вигляді більш концентрованого розчину - коацервата. При струшуванні коацерват розпадається окремі дрібні крапельки. У воді такі краплі покриваються гідратною оболонкою, що їх стабілізує (оболонкою з молекул води) - рис. 3

Коацерватні краплі мають деяку подобу обміну речовин: під впливом фізико-хімічних сил вони можуть вибірково вбирати з розчину деякі речовини і виділяти в довкілля продукти їхнього розпаду. За рахунок вибіркового концентрування речовин з навколишнього середовища вони можуть зростати, а після досягнення певного розміру починають "розмножуватися", відпочковуючи маленькі крапельки, які, у свою чергу, можуть рости і "брунькуватися".

Коацерватні краплі, що виникли в результаті концентрування білкових розчинів, в процесі перемішування під дією хвиль і вітру можуть покриватися оболонкою з ліпідів: одинарною, що нагадує міцели мила (при одноразовому відриві краплі від поверхні води, покритої ліпідним шаром), або подвійний, що нагадує клітинну мембрану ( падіння краплі, покритої одношаровою ліпідною мембраною, на ліпідну плівку, що покриває поверхню водоймища - рис.3).

Процеси виникнення коацерватних крапель, їх зростання та "брунькування", а також "одягання" їхньою мембраною з подвійного ліпідного шару легко моделюються в лабораторних умовах.

Для коацерватних крапель також є процес "природного відбору", при якому в розчині зберігаються найбільш стабільні краплі.

Незважаючи на зовнішню схожість коацерватних крапель з живими клітинами, у коацерватних крапель відсутня головна ознака живого – здатність до точного самовідтворення, самокопіювання. Очевидно, попередниками живих клітин з'явилися такі коацерватні краплі, до складу яких увійшли комплекси молекул-реплікаторів (РНК або ДНК) і білків, що кодуються ними. Можливо, комплекси РНК-білок тривалий час існували поза коацерватними краплями у вигляді так званого "вільноживучого гена", а можливо, їх формування проходило безпосередньо всередині деяких коацерватних крапель.

Мал. 3.

• А) утворення коацсрвату;
• Б) стабілізація коацерватних крапель у водному розчині;
• В) - формування навколо краплі подвійного ліпідного шару, схожого на клітинну мембрану: 1 - коацерватна крапля; 2 – мономолекулярний шар ліпіду на поверхні водойми; 3 - формування навколо краплі одинарного ліпідного шару; 4 - формування навколо краплі подвійного ліпідного шару, схожого на клітинну мембрану;
• Г) - коацерватна крапля, оточена подвійним ліпідним шаром, з білково-нуклеотидним комплексом, що увійшов до її складу, - прообраз першої живої клітини

Винятково складний, не до кінця зрозумілий сучасній науціпроцес виникнення життя Землі пройшов з історичної погляду надзвичайно швидко. Вже 3,5 млрд. років т.зв. хімічна еволюція завершилася появою перших живих клітин та почалася біологічна еволюція.