5 минут о происхождении жизни

Что такое «первичный бульон»? Как на Земле могла появиться жизнь? И почему мухи не самозарождаются в гнилом мясе? Обо всем этом — в новом выпуске Маши Осетровой.

Всем привет, я Маша Осетрова, и сегодня я расскажу вам о том, как на Земле могла появиться жизнь.

Вплоть до XVII века нашей эры с происхождением жизни все было просто: считалось, что живые организмы постоянно самозарождаются из неживой материи: мухи — из гниющего мяса, мыши — из грязных тряпок и так далее.

Начало многовековому поиску настоящего механизма зарождения жизни положил итальянец Франческо Реди, усомнившийся в том, что все может быть так просто. В серии экспериментов он клал куски мяса в кувшины, некоторые из которых оставлял открытыми, а некоторые — закрывал тонкой кисеей.

Оказалось, что черви заводятся только в незакрытых кувшинах, в которые могли залетать мухи и откладывать яйца. Так было показано, что самозарождение червей в гнилом мясе — миф.

Затем ученые открыли микроорганизмы, и все считали, что уж эти мельчайшие создания точно могут самопроизвольно возникать в подходящей среде. За опровержение этого мифа взялся итальянский ученый Ладзаро Спалланцани. Он кипятил бульон и запаивал его в стеклянных колбах, после чего тот не прокисал месяцами и годами в закрытом сосуде, однако быстро портился после его вскрытия.

Критики экспериментов Спалланцани возражали, что в таких условиях для зарождения жизни не хватает давления воздуха. Луи Пастер учел это обстоятельство и усовершенствовал опыты итальянского коллеги: вместо запанных колб он использовал открытые сосуды с длинным S-образно изогнутым горлом.

Повороты в стеклянной трубке препятствовали проникновению микроорганизмов в бульон, и он не портился, несмотря на приток воздуха. Так было показано, что даже микроорганизмы могут размножаться только из уже существующих микроорганизмов. Это поставило перед учеными новый вопрос: откуда все-таки на Земле возникла жизнь?

Одно из простейших объяснений — теория панспермии, согласно которой жизнь на Земле и не возникала, а была занесена на нашу планету из космоса. Она не объясняет, однако, того, как эта жизнь возникла, а в крайних интерпретациях предполагает, что жизнь — неотъемлемое свойство материи и существует с момента зарождения Вселенной.

В книге «Происхождение жизни: от туманности до клетки» биолог из МГУ Михаил Никитин рассказывает о том, как устроена наша и другие планеты, откуда могла взяться жизнь и как она, собственно, устроена. Он подробно рассматривает существующие на сегодняшний день теории, указывая их сильные и слабые стороны.

В начале XX века широкое распространение получила теория абиогенеза — происхождения жизни из неживой материи, сформулированная Джоном Холдейном и Александром Ивановичем Опариным. Они предположили, что жизнь могла зародиться из так называемого первичного бульона — древнего океана, в котором под действием разрядов молний, солнечного ультрафиолета и вулканических извержений в бескислородной среде синтезировались сложные органические молекулы.

Эксперименты подтвердили, что в подобных условиях действительно можно получить простейшие аминокислоты, сахара и нуклеотиды — строительные блоки белков, углеводов и ДНК, соответственно.

Однако у теории абиогенеза существует ряд недостатков. Один из них связан с так называемой проблемой «неупрощаемой сложности». Поскольку мельчайшая известная нам единица жизни, способная к самовоспроизводству, — это бактериальная клетка, а эволюция и естественный отбор — единственный способ получить сложную систему из простой, то для ее формирования требуется колоссальное время. Во много раз больше возраста Вселенной.

Астрофизик Фред Хойл приводит такую аналогию: случайное самозарождение жизни так же вероятно, как случайная сборка «Боинга-747» при прохождении урагана через мусорную свалку.

Одно из возможных решений этой проблемы сформулировано в теории «РНК-мира». Она возникла после того, как в конце 1970-х годов ученые открыли каталитические свойства РНК. Долгое время считалось, что РНК — всего лишь посредник для доставки генетической информации от ДНК в рибосому — месту синтеза белков.

В рамках теории «РНК-мира» первыми живыми системами, способными к самовоспроизведению, были рибозимы — РНК, способные катализировать синтез РНК на основе другой цепи РНК (а не ДНК, как это происходит в большинстве современных клеток). Сам себе носитель и сам себе катализатор.

В дальнейшем рибозимы могли передать функции хранения генетической информации ДНК, а каталитические функции — белкам. На сегодняшний день получено множество различных рибозимов, однако пока ни для какого из них не доказана способность создавать собственные копии из мономеров. Таким образом, теорию «РНК-мира» пока нельзя считать полностью доказанной.

В числе других слабых мест теории абиогенеза — избыток воды в первичном бульоне, отсутствие в нем фосфора и тот факт, что органические молекулы в живых клетках состоят строго из одного типа оптических изомеров, в то время как в растворе образуется смесь «правых» и «левых» молекул. Подробнее о том, какие теории могут восполнить эти недостатки, читайте в книге Михаила Никитина.

На этом все, читайте умные книги, читайте портал «Чердак» и смотрите следующее видео, в котором я расскажу вам про викингов.

Мария Осетрова
Теги:

Читать еще на Чердаке: