Екологія: біологія взаємодії. 2.12. (доповнення) Виникнення життя. Передживі системи
Для виникнення життя необхідні й достатні три умови. Це: — можливість повного спектра перехідних станів між неживими та живими системами; — можливість самочинних переходів з одних станів в інші, сусідні; — дія добору, що переважно зберігає ...
Українська (найновіша версія) / Російська мова (оновлення припинено)
2.11. (доповнення) Що таке життя?
Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії
Розділ 2. Біосферологія
2.13. (доповнення) Геохронологічна шкала
2.12. (доповнення) Виникнення життя. Передживі системи
Міфологічна свідомість розглядала виникнення життя як результат праці 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 річ. Із розвитком біології працями Ф. Реді (середина XVII ст.) і 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 сечовини, який здійснив у 1828 р. Ф. Велер, поклав початок спростуванню таких поглядів.
У XX столітті набули розвитку наукові (на відміну від наївних, характерних для давнини) уявлення про можливість виникнення органічних речовин із неорганічних. Вони лягли в основу різних теорій абіогенезу, що розглядають можливі шляхи виникнення перших живих організмів із неживої речовини. На жаль, серед широкої публіки і навіть серед фахівців в інших галузях біології поширилися хибні уявлення про те, 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. Імовірність такої події астрономічно мала. Щоб випадковість могла привести до самоорганізації, потрібен механізм добору певних випадкових відхилень. Уявімо собі м'яч (наприклад, футбольний), який підстрибує на місці, використовуючи енергію з якогось джерела. Його переміщення — аналог випадкових змін систем, що розвиваються. Чи можна в результаті невеликих стрибків у випадковому напрямку опинитися на даху 16-поверхового будинку? Напрошується відповідь «ні», однак вона неправильна. В один стрибок злетіти на дах неможливо. Однак якщо на дах ведуть сходи, що складаються з безлічі невеликих сходинок, такий підйом стає можливим. Але, заскочивши на одну сходинку, м'яч може з неї спуститися! Отже, потрібен механізм, що «фільтрує» зміни, які ведуть у певному напрямку. Такий фільтрувальний механізм — природний добір.
За допомогою використаної метафори ми можемо дійти висновку, що для виникнення життя необхідні й достатні три умови. Це:
— можливість повного спектра перехідних станів між неживими та живими системами;
— можливість самочинних переходів з одних станів в інші, сусідні;
— дія добору, що переважно зберігає і відтворює «живіші» системи.
Наскільки можна судити на підставі сучасних наукових даних, усі три ці умови виконуються. Розмова про випадкове виникнення життя належить до галузі наукової міфології; зараз слід досліджувати можливість переходу хімічної еволюції в біологічну.
Однією з важливих із цього погляду проблем є з'ясування механізму синтезу органічних речовин. Не вдаючись у зайві деталі, зазначимо, що різноманітні органічні молекули з'являються природним шляхом в умовах, що відповідають ранній Землі й навіть відкритому космосу!
Земля — планета, що має активні й рухомі оболонки: літосферу, гідросферу й атмосферу. Сукупно з діяльністю живих організмів їхня активність підтримує біогеохімічні цикли в біосфері. Може здаватися, що ці цикли — результат існування життя, хоча насправді вони є його причиною.
Температура відкритого космосу на 4 К (кельвіни) вища за абсолютний нуль, а поверхні такої зорі, як Сонце, — 6 000 К. Планети перебувають у потоці енергії, що розсіюється центральним світилом. Через форму планет їхня поверхня нагрівається нерівномірно; якщо вони обертаються, це приводить до циклічних змін кількості енергії, що падає на їхні ділянки. Якщо на планеті є атмосфера або гідросфера, нерівномірність нагрівання призводить до їхньої циркуляції. Якщо діапазон змін температур такий, що за нього 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, що мають гаряче ядро, мантію й кору, процеси в літосфері ускладнюються завдяки тектоніці плит.
Окрім переміщення речовин, на поверхні таких планет починають іти різноманітні хімічні реакції. Їхня передумова — хімічна складність планетарної поверхні, наявність на ній органічних сполук. Циклічна зміна умов забезпечує циклічний характер хімічних реакцій. Одні й ті самі перетворення речовин можуть забезпечуватися різними конкуруючими реакціями. Ті з реакцій, які виявляються найефективнішими й найстійкішими (наприклад, завдяки автокаталітичному ефекту), перетворюють більшу частину наявних ресурсів і витісняють менш ефективні реакції. Так іще на рівні хімічних реакцій вмикається механізм природного добору.
Завдяки природному добору на рівні автокаталітичних хімічних реакцій відбувалося їхнє вдосконалення, поява механізмів запасання енергії.
У ході виникнення життя на Землі або на іншій планеті мали існувати системи, що мали проміжний характер між живими й неживими. У міру появи ефективніших механізмів перетворення речовини й енергії та, зрештою, сучасного життя, такі системи мали зникати. Наші сьогоднішні знання про них значною мірою мають гіпотетичний характер, але постійно поповнюються завдяки вивченню здатності неживих систем до самоорганізації.
Наприклад, можна припустити, 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 і білки) нерозривно пов'язані один з одним. Однак полімер, що забезпечує їхню взаємодію (РНК), здатний виконувати обидві функції. Каталітичний центр рибосом, відповідальний за синтез білка, повністю побудований з РНК. Зараз відомо чимало молекул РНК, що мають ферментативну активність, — рибозимів. Водночас у розчині, що містить необхідні нуклеотиди, копії РНК можуть утворюватися й за відсутності білків. Це дає підстави 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. У міру вдосконалення передживих систем «Світу РНК» каталітичні функції могли переходити до білків, а функції зберігання генетичної інформації — до ДНК, більш стійкого й менш хімічно активного полімеру.
Додаткові матеріали:
Колонка: Добіологічний добір
Колонка: Переджиття
2.11. (доповнення) Що таке життя?
Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії
Розділ 2. Біосферологія
2.13. (доповнення) Геохронологічна шкала