|
|
|||
|
БІОСИСТЕМИ. БІОСФЕРА
ЕКОСИСТЕМИ. ПОПУЛЯЦІЇ
ОРГАНІЗМИ У ДОВКІЛЛІ
ЛЮДСТВО ТА ЙОГО ДОЛЯ
|
|||
|
II-12. (доповнення) Виникнення життя. Передживі системи |
|||
II-12. (доповнення) Виникнення життя. Передживі системи
Міфологічна свідомість розглядала виникнення життя як результат роботи різних творців. Різні релігії розвинули ці уявлення, які можна назвати креаціонізмом — ученням про створення життя Творцем. Водночас в античності й середньовіччі здавалося, що самозародження живих організмів — звичайна справа. З розвитком біології працями Ф. Реді (середина XVII ст.) та Л. Пастера (середина XIX ст.) було показано, що живі організми виникають тільки від собі подібних. Виникли уявлення, що неорганічні та органічні речовини розділяє прірва, для подолання якої необхідна дія «vis vitalis» — життєвої сили. Штучний синтез мочевини, який здійснив у 1828 р. Ф. Велер, поклав початок спростуванню таких поглядів.
У XX столітті розвиток отримали наукові (відмінні від наївних, притаманних давнині) уявлення про можливість виникнення органічних речовин із неорганічних. Вони лягли в основу різних теорій абіогенезу, які розглядали можливі шляхи виникнення перших живих організмів з неживої речовини. На жаль, серед широкої публіки та навіть серед фахівців в інших галузях біології поширилися невірні уявлення, що життя виникло завдяки неймовірній випадковості.
У виникненні життя важлива роль випадкових подій, однак це не означає, що з неживої матерії може випадково виникнути жива. Ймовірність такої події астрономічно мала. Щоб випадковість могла привести до самоорганізації, потрібен механізм добору певних випадкових відхилень. Уявимо собі м’яч (наприклад, футбольний), який підстрибує на місці, використовуючи енергію з якогось джерела. Його переміщення — аналог випадкових змін систем, що розвиваються. Чи можливо в результаті невеликих стрибків у випадковому напрямку опинитися на даху 16-ти поверхового будинку? Напрошується відповідь «ні», проте вона не вірна. За один стрибок злетіти на дах неможливо. Однак якщо на дах ведуть сходи, безліч невеликих сходинок, такий підйом стає можливим. Втім, заскочивши на одну сходинку, м’яч може спуститися з неї! Отже, потрібен механізм, який «фільтрує» зміни, що ведуть в певному напрямку. Такий фільтрувальний механізм — природний добір.
Спираючись на наведену метафору, ми можемо дійти до висновку, що для виникнення життя необхідні й достатні три умови. Це:
— можливість повного спектра перехідних станів між неживими та живими системами;
— можливість самовільних переходів з одних станів в інші, сусідні;
— дія добору, що переважно зберігає і відтворює «живіші» системи.
Наскільки можна судити на підставі сучасних наукових даних, всі ці три умови виконуються. Розмова про випадкове виникнення життя належить до царини наукової міфології; тепер слід дослідити можливість переходу хімічної еволюції в біологічну.
Одна з важливих, з цієї точки зору, проблем — з’ясування механізму синтезу органічних речовин. Не вдаючись у зайві деталі, зазначимо, що різноманітні органічні молекули з'являються природним шляхом в умовах, відповідних ранній Землі та навіть відкритому космосу!
Земля — планета, що має активні й рухливі оболонки: літосферу, гідросферу та атмосферу. Сукупно з діяльністю живих організмів їхня активність підтримує біогеохімічні цикли у біосфері. Може здатися, що ці цикли — результат існування життя, хоча насправді вони — його причина.
Температура відкритого космосу на 4°К (градуси Кельвіна) вище абсолютного нуля, а поверхні такої зірки, як Сонце — 6 000°К. Планети перебувають у потоці енергії, що розсіюється центральним світилом. Завдяки формі планет їхня поверхня нагрівається нерівномірно; оскільки вони обертаються, це призводить до циклічних змін кількості енергії, що падає на їхні ділянки. Якщо на планеті є атмосфера чи гідросфера, нерівномірність нагріву призводить до їхньої циркуляції. Якщо діапазон зміни температур такий, що при ньому відбуваються агрегатні переходи поширених речовин (як води на Землі або метану на Титані, супутнику Юпітера), колообіги на поверхні такого небесного тіла стають особливо складними. Рух атмосфери й гідросфери залучає до себе поверхню літосфери. На великих планетах з твердої речовини, які мають гаряче ядро, мантію і кору, процеси в літосфері ускладнюються завдяки тектоніці плит.
Крім переміщення речовини, на поверхні таких планет починають протікати різноманітні хімічні реакції. Їх передумова — хімічна складність планетарної поверхні, наявність на ній органічних сполук. Циклічна зміна умов забезпечує циклічний характер хімічних реакцій. Одні й ті ж перетворення речовин можуть забезпечуватися різними конкуруючими реакціями. Ті з реакцій, які виявляються найефективнішими та найстійкішими (наприклад, завдяки автокаталітичному ефекту), перетворюють більшу частину наявних ресурсів і витісняють менш ефективні реакції. Таким чином, іще на рівні хімічних реакцій вмикається механізм природного відбору.
Завдяки природному відбору на рівні автокаталітичних хімічних реакцій відбувалося їхнє вдосконалення, з’являлися механізми запасання енергії.
В ході виникнення життя на Землі чи на іншій планеті мали існувати системи, що носять проміжний характер між живими та неживими. З появою більш ефективних механізмів перетворення речовини та енергії та, врешті-решт, сучасного життя, такі системи мали зникати. Наші нинішні знання про них носять здебільшого гіпотетичний характер, але постійно поповнюються завдяки вивченню здатності неживих систем до самоорганізації.
Вагомі підстави має припущення, що сучасній біосфері передував так званий «Світ РНК». Як відомо, білки (завдяки ферментативній активності) виконують усі основні біологічні функції, за винятком кодування спадкової інформації — функції ДНК. У відомих нам організмах ці два класи полімерів (ДНК та білки) нерозривно пов'язані один з одним. Однак полімер, який забезпечує їхню взаємодію (РНК), здатен виконувати обидві функції. Каталітичний центр рибосом, що відповідає за синтез білка, повністю побудований з РНК. Нині відомо чимало молекул РНК, що володіють ферментативною активністю — рибозимов. Водночас у розчині, який містить необхідні нуклеотиди, копії РНК можуть утворюватися і за відсутності білків. Це дає привід припускати, що одним з етапів виникнення життя був «Світ РНК» — світ примітивних живих (або передживих) систем, основою яких була РНК. Якщо життя виникло на Землі, «Світ РНК» існував на ній, а якщо занесене на Землю з космосу, — десь в іншому місці. З вдосконаленням передживих систем «Світу РНК» каталітичні функції могли переходити до білків, а функції зберігання генетичної інформації — до ДНК, більш стійкого і менш хімічно активного полімеру.
Додаткові матеріали:
Колонка: Добиологический отбор