"Биология. Введение в общую биологию и экологию", Каменский А.А., Крискунов Е.А., Пасечник В.В.
Гипотеза Опарина—Холдейна объясняет происхождение жизни как результат длительной химической эволюции: органические вещества постепенно образовывались из неорганических, накапливались и усложнялись. В водной среде могли появиться обособленные скопления веществ — коацерватные капли, возможные предшественники клеток. Эта идея помогает понять, как естественные процессы могли подготовить возникновение жизни. Опыт Миллера—Юри показал, что некоторые органические вещества способны образовываться в условиях, моделирующих раннюю Землю, но не доказал весь путь появления жизни.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Гипотеза Опарина—Холдейна — научное предположение, что жизнь возникла на Земле в результате длительной химической эволюции. Согласно этой модели, сначала формировались вещества и системы, ещё не являвшиеся живыми организмами. Гипотеза нужна, чтобы объяснить возможный естественный переход от неживой материи к первым формам жизни.
Химическая эволюция — постепенное образование и усложнение органических веществ из неорганических в условиях ранней Земли. Органические вещества содержат углерод и входят в состав живых организмов, хотя могут существовать и вне них. Это понятие обозначает этап, который, согласно гипотезе, предшествовал появлению жизни.
Коацерватные капли — обособленные скопления органических веществ в воде, отделённые от окружающей среды границей раздела. Они могли концентрировать вещества и создавать условия для дальнейших реакций. В гипотезе это возможные предшественники клеток, а не готовые организмы.
Биологическая эволюция — изменения живых организмов и их групп после возникновения жизни. Она отличается от химической эволюции тем, что предполагает уже существующие живые системы, способные к размножению и наследованию признаков. Разграничение помогает не смешивать образование первых сложных веществ с дальнейшим развитием организмов.
Представления о происхождении жизни менялись вместе с развитием науки. Долгое время было распространено самозарождение — идея, что организмы регулярно появляются из неживого вещества, например в гниющих остатках. Наблюдения и опыты показали, что многие организмы происходят от других организмов, что поддержало принцип биогенеза. Однако биогенез описывает появление новых организмов, но сам по себе не объясняет, как возникла первая жизнь; панспермия переносит вопрос о её происхождении в космос.
Опарин и Холдейн предложили рассматривать возникновение жизни как естественный процесс, шедший на ранней Земле. Они предполагали, что её атмосфера была восстановительной и отличалась от современной: в ней могло быть мало свободного кислорода, а среди газов — водород, водяной пар, метан и аммиак. Поэтому образующиеся соединения не окислялись бы так быстро, как в кислородной атмосфере. Энергию химическим реакциям могли давать молнии, ультрафиолетовое излучение и вулканическая активность.
Сначала из неорганических веществ могли возникать простые органические соединения. Затем они накапливались в водоёмах и вступали в реакции, образуя более сложные вещества; вода служила средой, где соединения могли встречаться и взаимодействовать. При дальнейшем объединении веществ могли возникать обособленные системы. Эта последовательность — предполагаемая схема, а не непосредственно наблюдавшаяся история Земли.
Коацерватные капли важны для гипотезы тем, что показывают возможный способ отделения группы веществ от окружающей воды. Внутри таких капель могли концентрироваться соединения, а некоторые вещества — избирательно переходить через границу. Однако подобного обособления недостаточно для жизни: коацерваты не обладают полноценным обменом веществ, наследственностью и самостоятельным размножением. Поэтому их называют возможными предшественниками клеток, а не первыми клетками.
В опыте Миллера—Юри исследователи собрали установку, в которой циркулировала смесь газов, соответствовавшая одному из вариантов предполагаемой ранней атмосферы, а электрические разряды изображали молнии. В результате появились некоторые органические соединения, в том числе аминокислоты. Это показало, что отдельные органические вещества могут образовываться абиотически — без участия организмов. Но опыт не создал живую клетку и не доказал, что все этапы возникновения жизни происходили именно так.
| Представление или гипотеза | Основная идея | Отношение к естественным процессам | Ограничения или значение |
|---|---|---|---|
| Самозарождение | Живые организмы возникают из неживого вещества в обычных условиях. | Предполагает непосредственное и регулярное появление жизни без родителей. | Многие прежние примеры объяснились развитием организмов из яиц или спор; идея не объясняет происхождение первой жизни. |
| Биогенез | Живые организмы происходят от других живых организмов. | Опирается на наблюдаемые процессы размножения и развития. | Объясняет появление организмов, но не отвечает на вопрос о происхождении самой первой жизни. |
| Панспермия | Жизнь или её зачатки могли попасть на Землю из космоса. | Связывает появление жизни на Земле с переносом вещества из космоса. | Не объясняет, как жизнь возникла первоначально, а только предполагает место её занесения. |
| Гипотеза Опарина—Холдейна | Жизнь могла возникнуть через последовательные этапы химической эволюции. | Предполагает естественное образование и усложнение веществ до появления живых организмов. | Предлагает проверяемую модель, но детали происхождения жизни и последовательность этапов остаются предметом исследований. |
Сравнивайте представления по тому, что именно они объясняют: появление отдельных организмов или происхождение первой жизни. Столбец об ограничениях помогает увидеть, почему ни одно из перечисленных положений нельзя считать полным ответом на все вопросы.
Задача 1. Распределите утверждения по этапам химической эволюции: образование органических веществ, их накопление в водоёмах, возникновение коацерватных капель. Нужно восстановить предполагаемый порядок и не включить сюда биологическую эволюцию.
Сначала выберите процесс, который должен идти до накопления готовых соединений: это образование органических веществ из неорганических.
Затем поставьте накопление веществ в водоёмах. Среда позволяет соединениям собираться и вступать в дальнейшие реакции.
Последним укажите формирование коацерватных капель — обособленных скоплений веществ, возникновение которых предполагает уже накопление органических соединений.
Ответ: образование органических веществ → их накопление в водоёмах → возникновение коацерватных капель. Все три этапа относятся к химической эволюции, а не к развитию живых организмов.
Задача 2. Объясните, почему коацерватные капли нельзя считать организмами, хотя они могли быть обособлены от окружающей среды. Сравните отдельное свойство таких капель с признаками, необходимыми для жизни.
Отметьте сходство: капли имели границу с окружающей водой и могли концентрировать вещества. Это делает их моделью обособленной системы, но само по себе ещё не свидетельствует о жизни.
Проверьте наличие основных жизненных процессов. Коацерватам нельзя приписать полноценный обмен веществ, наследственную передачу признаков и самостоятельное размножение.
Сделайте вывод по совокупности признаков, а не по одному внешнему сходству с клеткой. Граница раздела без остальных процессов не превращает скопление веществ в организм.
Ответ: коацерватные капли не являются организмами, потому что обособленность не означает наличия всех свойств живого. Их рассматривают только как возможных предшественников клеток.
Задача 3. Опыт Миллера—Юри выявил образование некоторых органических веществ в установке, моделировавшей предполагаемые условия ранней Земли. Сделайте вывод о значении опыта и укажите, чего он не доказал.
Сначала назовите непосредственно наблюдавшийся результат: в установке возникли некоторые органические соединения под действием источника энергии.
Свяжите результат с гипотезой: он подтверждает возможность абиотического образования отдельных органических веществ при определённых условиях.
Отделите это подтверждение от более широкого утверждения о происхождении жизни. Для него опыт не создавал клетку и не воспроизводил все предполагаемые этапы химической эволюции.
Ответ: опыт показал возможность образования некоторых органических веществ в моделируемых условиях. Он не доказал, что жизнь возникла в установке или что на Земле она появилась именно таким путём.
Считать, что гипотеза описывает мгновенное появление готовой клетки, — значит пропустить её главное содержание: длительную последовательность предполагаемых этапов. Так ошибаются, когда воспринимают происхождение жизни как одно событие. Проверьте себя: в описании должны отдельно идти образование веществ, их усложнение и формирование обособленных систем.
Отождествлять химическую эволюцию с биологической неверно, потому что первая относится к преобразованиям веществ до появления жизни, а вторая — к изменениям организмов. Путаница возникает из-за общего слова «эволюция». Чтобы проверить ответ, спросите: уже есть живые организмы или пока изменяются только вещества?
Называть коацерватные капли живыми клетками нельзя: сходство в обособленности не означает наличия всех признаков жизни. Их часто принимают за клетки, потому что они имеют границу и могут концентрировать вещества. Проверьте себя вопросами об обмене веществ, наследовании и размножении: одной границы недостаточно.
Утверждать, что опыт Миллера—Юри доказал возникновение жизни, — слишком сильный вывод. Ошибку допускают, смешивая получение органических соединений с появлением организма. Сверяйте вывод с результатом опыта: он показал возможность образования некоторых веществ, а не создание клетки и не весь путь происхождения жизни.
Для понимания гипотезы нужно различать органические и неорганические вещества, а также знать, что такое клетка и какие признаки относят к живому. Это помогает оценить, почему наличие органических соединений или внешней границы ещё не означает появления организма. Сравнение с клеткой особенно полезно при разборе роли коацерватов.
Тема связана с происхождением и развитием жизни, эволюционным учением и влиянием среды на организмы. Она показывает, что условия Земли могли влиять на химические реакции ещё до появления живых существ. Позднее условия среды стали важны и для эволюции организмов.
Чтобы понять опыт Миллера—Юри, пригодятся сведения о предполагаемом составе ранней атмосферы и источниках энергии химических реакций. Молнии в установке моделировали один из возможных источников энергии, а смесь газов — вариант условий древней Земли. Поскольку состав её атмосферы реконструируют по научным данным, такая модель не является точной копией прошлого.
Что такое гипотеза Опарина—Холдейна?
Это научная гипотеза, согласно которой жизнь возникла на Земле в результате длительной химической эволюции. Неорганические вещества могли постепенно превращаться в органические, а затем — в более сложные системы, предшествовавшие клеткам.
Чем химическая эволюция отличается от биологической?
Химическая эволюция — это предполагаемые изменения веществ до появления жизни: образование и усложнение органических соединений. Биологическая эволюция началась после возникновения живых организмов и связана с изменениями живых популяций и видов.
Что такое коацерватные капли?
Это обособленные скопления органических веществ в водной среде. В гипотезе они рассматриваются как возможные предшественники клеток, но сами полноценными живыми клетками не были.
Какую роль в гипотезе играет опыт Миллера—Юри?
В установке исследователи смоделировали некоторые предполагаемые условия ранней Земли и получили органические вещества из более простых соединений. Опыт показал возможность отдельных этапов химической эволюции.
Доказывает ли этот опыт, что жизнь возникла в лабораторной установке?
Нет. Опыт показал образование некоторых органических соединений в заданных условиях, но не появление клетки или жизни. Он также не доказывает, что именно так и в точности таких условиях жизнь возникла на Земле.
Развитие представлений о происхождении жизни. Гипотеза Опарина – Холдейна
