Ключевые проблемы абиогенного возникновения жизни и подходы для их снятия
Необходимые условия для возникновения и эволюции живого. Эксперименты Миллера—Юри. Невозможность самосборки простейшей живой клетки. Парадокс Кастлера. Возможные предшественники живой клетки и химическая эволюция.
Исходя из современных представлений о происхождении Солнечной системы следует, что на начальных стадиях формирования на Земле были условия полностью исключающие существование форм жизни, основанных на углероде. Отсюда возникает естественно-научная проблема происхождения жизни на Земле. Гипотеза панспермии переносит место зарождения жизни на другие планеты, но не устраняет вопрос в принципе — каким способом, по какому сценарию возможно зарождение жизни из неживой материи?
Первая проблема — проблема материала. Живые организмы состоят из веществ, отличающихся от присутствующих в неживой природе. Вначале даже считали, что они могут синтезироваться только в живых организмах и поэтому получили название органических веществ. Поскольку живые организмы состоят из органических веществ, а на ранней Земле никаких организмов быть не могло, то следует предположить, что достаточно сложные органические вещества могут возникать абиогенным путем. Для того, чтобы вообще можно было говорить о зарождении жизни нужно было доказать возможность абиогенного синтеза органических соединений и очертить условия при которых этот синтез возможен.
|
|
|
Эксперименты Миллера—Юри
В 1953 году Стенли Миллер под руководством Гарольда Юри показал, что при определенных условиях возможно возникновение не очень сложных органических соединений из неорганических.
Эксперимент Миллера—Юри—один из важнейших экспериментов в исследовании происхождения жизни, в котором воспроизводились гипотетические условия раннего периода развития Земли для проверки возможности химической эволюции. Аппарат, спроектированный для проведения эксперимента, включал смесь газов, соответствующую тогдашним представлениям о составе атмосферы ранней Земли, и пропускавшиеся через нее электрические разряды.
Первичный анализ показал наличие в смеси 5 аминокислот, но более точный повторный анализ, опубликованный в 2008 году [10], показал, что эксперимент привел к образованию 22 аминокислот!
Описание эксперимента. Две колбы, соединенные стеклянными трубками (Рис. 2.2) в цикл. Заполнявший систему газ — смесь метана (CH4), аммиака (NH3), водорода (H2) и монооксида углерода (CO). Одна колба на половину заполнена водой, которая при нагревании испарялась, и пары воды попадали в верхнюю колбу, куда подавались электрические разряды (как молнии на ранней Земле). По охлаждаемой трубке конденсировавшийся пар возвращался в нижнюю колбу, обеспечивая постоянную циркуляцию.
|
|
|
После недели непрерывного цикла Миллер и Юри обнаружили, что десятая часть углерода перешла в органическую форму. Немного углерода оказалось в виде аминокислот, причем глицин оказался наиболее распространенной из них. Были также обнаружены сахар, липиды и предшественники нуклеиновых кислот. Конечно этот эксперимент сам по себе не дает оснований считать, что формирование органических соединений на ранней Земле шло подобным путем. Более того для известных форм живого характерна единая хиральность, а в абиогенном синтезе образуются в равных пропорциях оптические изомеры обоих типов. Но значение этого эксперимента в том, что он продемонстрировал принципиальную возможность возникновения органических соединений абиогенным путем.
Следующим заметным шагом в этом направлении были опыты Фокса (ссылку). В этих экспериментах набор аминокислот нагревался до 800 градусов без доступа кислорода и затем охлаждались в результате чего образовывались полипептиды, про- являющие каталитическую активность. Эти полипептиды отличались по структуре от белков, но опять же, главное, что была продемонстрирована возможность абиогенного возникновения органических катализаторов. Позднее была показана возможность возникновения аминокислот в условиях, аналогичных условиям подводных гейзеров.
|
|
|
Позже было показано, что самореплицирующиеся пептидные системы в состоянии эффективно усиливать синтез молекул определенной хиральности, таким образом, преобладание одного из стереоизомеров могло возникнуть естественным образом. Кроме того, показано, что существует возможность спонтанного возникновения хиральности в обычных химических реакциях, известны пути синтеза ряда стереоизомеров, в том числе, углеводородов и аминокислот, в присутствии катализаторов.
Однако доказательство возможности абиогенного синтеза органических соединений не решает проблему происхождения жизни, поскольку живая клетка, это не совокупность определенного набора органических веществ, а в первую очередь — специальным образом организованная структура. Могла ли самая простая живая клетка случайно собраться из имеющихся органических веществ.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 332; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!