46. Абиогенез: возникновение жизни — результат развития неживой природы

Определения и обозначения

Абиогенез — возникновение жизни из неживой природы. Это понятие относится к предполагаемым условиям ранней Земли, а не к появлению организмов сегодня: современные живые существа происходят от других организмов. Термин помогает отделить гипотезу о далёком прошлом от опровергнутого представления о постоянном самозарождении.

Химическая эволюция — постепенное образование и усложнение органических веществ из неорганических под действием факторов среды ранней Земли. Слово «эволюция» здесь обозначает последовательные изменения состава и сложности веществ, а не развитие уже существующих организмов. Эта идея описывает возможные начальные этапы пути к жизни.

Коацерват — капля, возникающая при объединении молекул в воде и способная избирательно поглощать вещества из окружающей среды. Благодаря обособленности и обмену веществами с окружением коацерват используют как модель предшественника клетки. Но он не является живым организмом: у него нет полного комплекса клеточных структур и функций.

Пробионт — предполагаемая предклеточная система, обладавшая некоторыми свойствами живого. Так называют возможный промежуточный этап между простыми молекулами и первыми клетками. Понятие нужно, чтобы обозначить системы, в которых могли постепенно складываться признаки жизни, не называя их полноценными организмами.

Как это устроено

Гипотезы об абиогенезе рассматривают именно раннюю Землю, потому что тогда существовали условия, существенно отличавшиеся от нынешних. На молодой планете ещё не было жизни, которая могла бы быстро поглощать и перерабатывать возникающие органические соединения. Поэтому продукты химических реакций могли накапливаться и участвовать в дальнейших превращениях. Это не означает, что организмы самопроизвольно появляются из неживого вещества в современной природе.

Состав первичной атмосферы, вероятно, отличался от современного, а поверхность планеты испытывала сильное воздействие тепла и вулканизма. Электрические разряды и ультрафиолетовое излучение могли давать энергию, необходимую для химических реакций. В результате простые неорганические вещества могли соединяться и образовывать некоторые органические молекулы. Точный состав атмосферы ранней Земли реконструировать сложно, поэтому отдельные детали гипотез остаются предметом обсуждений.

Образовавшиеся простые органические соединения могли вступать в новые реакции и объединяться в более сложные молекулы. Вода служила средой, где вещества перемещались и взаимодействовали, а отдельные молекулы могли собираться в капли или другие обособленные системы. Такое обособление важно: оно создавало внутри системы условия, отличавшиеся от внешней среды, и позволяло избирательно удерживать вещества. Однако само объединение молекул ещё не означало возникновения жизни.

Предполагается, что предклеточные системы постепенно приобретали свойства, необходимые живым организмам. Обмен веществом и энергией позволял поддерживать внутренние процессы, а способность к самовоспроизведению — создавать новые подобные системы. Если при копировании сохранялись различия и передавались наследственные признаки, появлялась возможность их накопления. Связь этих свойств с переходом к первым клеткам помогает представить возможный путь, но не раскрывает его точный механизм.

В опыте Миллера и Юри смесь газов подвергали электрическим разрядам, пытаясь смоделировать некоторые условия ранней Земли. В эксперименте образовались органические вещества, включая аминокислоты, поэтому стало ясно, что отдельные органические соединения могут возникать без участия организмов. Опыт не воспроизводил раннюю планету во всех деталях и не создавал клеток. Он проверил только часть гипотезы — возможность абиогенного синтеза некоторых веществ.

Предполагаемые этапы возникновения жизни

Таблица показывает предполагаемую последовательность: от отдельных веществ к системам, обладающим свойствами живого. Используйте её, чтобы определить, к какому этапу относится конкретный процесс или результат опыта. Границы между этапами условны: точный путь возникновения первых клеток пока не установлен.

Разбор задач

Задача 1. Назовите, к какому этапу абиогенеза можно отнести образование аминокислот из неорганических веществ в условиях, моделирующих раннюю Землю.

1. Определяем исходные вещества: в условии сказано, что они неорганические. Значит, речь идёт не о распаде уже существующих организмов или готовых органических молекул.
2. Уточняем результат: аминокислоты — органические вещества, из которых состоят белки. В таблице образование органических соединений из неорганических относится к начальному этапу.
3. Различаем простые вещества и сложные молекулы: появление аминокислот ещё не означает образования белков или клеток. Поэтому нельзя относить результат к заключительному этапу возникновения жизни.

Ответ: образование аминокислот относится к этапу образования простых органических веществ.

Задача 2. Объясните, почему коацерват нельзя считать живым организмом, хотя он способен поглощать вещества из окружающей среды.

1. Сначала отмечаем признак, который есть у коацервата: он может избирательно поглощать вещества. Это показывает взаимодействие с окружающей средой, но не доказывает наличие всех свойств живого.
2. Сравниваем коацерват с клеткой: для клетки характерны согласованные процессы обмена веществ, хранение наследственной информации и способность к самовоспроизведению. Одного поглощения веществ для этого недостаточно.
3. Делаем вывод по полному набору признаков, а не по одному сходству. Коацерват считают моделью предклеточной системы, поскольку он обособлен от среды, но полноценной клеточной организации у него нет.

Ответ: коацерват не является живым организмом: поглощение веществ — отдельный признак взаимодействия со средой, а не полный набор свойств жизни.

Задача 3. По описанию опыта Миллера и Юри оцените утверждение: «Опыт доказал, что жизнь возникла в лаборатории». Обоснуйте ответ и укажите, что именно показал эксперимент.

1. Разбираем, что исследовали учёные: они моделировали отдельные предполагаемые условия ранней Земли и воздействовали электрическими разрядами на смесь газов. Это не было созданием полноценной клетки или организма.
2. Проверяем результат: в установке образовались некоторые органические вещества, включая аминокислоты. Следовательно, эксперимент подтвердил возможность их абиогенного образования при определённых условиях.
3. Сопоставляем результат с утверждением: синтез органических соединений — только один из предполагаемых этапов, тогда как жизнь включает сложную систему взаимосвязанных свойств. Значит, результат опыта нельзя считать доказательством возникновения жизни.

Ответ: утверждение неверно. Опыт Миллера и Юри показал возможность образования некоторых органических веществ, но не доказал возникновение жизни и не воспроизвёл весь путь к первым клеткам.

Типичные ошибки

Считать абиогенезом самозарождение организмов в современных условиях — значит смешивать два разных представления. Путаница возникает потому, что оба понятия говорят о появлении жизни из неживого вещества. Проверьте себя: в объяснении абиогенеза речь должна идти о предполагаемых условиях ранней Земли, а не о регулярно возникающих сегодня организмах.

Приравнивать образование органических молекул к возникновению жизни — ошибка, потому что органические вещества сами по себе не обладают всем набором свойств живого. Такое смешение появляется, когда промежуточный результат принимают за конечный. Проверьте себя вопросом: есть ли у рассматриваемой системы обмен веществ, самовоспроизведение и наследственность?

Называть коацерват полноценной клеткой неверно: его обособленность и поглощение веществ не означают, что у него есть все клеточные структуры и функции. Ошибку допускают из-за внешнего сходства капли с отдельной системой. Чтобы проверить вывод, сравните её свойства с полным набором признаков клетки, а не с одним признаком.

Утверждать, что опыт Миллера и Юри точно воспроизвёл атмосферу ранней Земли и доказал весь путь возникновения жизни, неправильно. Эксперимент моделировал лишь некоторые предполагаемые условия и подтвердил возможность получения отдельных органических веществ. Проверяйте формулировку по результату: в установке не возникли ни клетка, ни организм, а состав древней атмосферы точно неизвестен.

Связь с другими темами

Для понимания абиогенеза нужно различать живую и неживую природу и знать основные свойства живых систем. Эти знания позволяют увидеть, почему отдельная органическая молекула или коацерват ещё не равны организму. Понимание строения органических веществ помогает проследить возможное усложнение молекул.

Тема связана с химическим составом клетки, а также с ролью белков, нуклеиновых кислот и мембран. Эти вещества и структуры участвуют в обмене веществ, хранении наследственной информации и обособлении клетки. Знания о предполагаемых первых клетках пригодятся при изучении эволюции организмов и развития жизни на Земле.

Что запомнить

• Абиогенез — гипотеза о возникновении жизни из неживой природы в условиях ранней Земли.
• Химическая эволюция предполагает последовательное усложнение веществ и молекулярных систем.
• Источниками энергии на ранней Земле могли быть электрические разряды, тепло и ультрафиолетовое излучение.
• Коацерваты рассматривают как модели предклеточных систем, а не как живые организмы.
• Опыт Миллера и Юри показал возможность абиогенного образования некоторых органических веществ.
• Точный механизм возникновения первых клеток остаётся предметом научных исследований.