Теория биохимической эволюции

Итак, клетка считается структурной и функциональной единицей живой материи. Отсюда вытекает естественное предположение о том, что первичное возникновение простейших организмов произошло из природных неорганических элементов, т.е. абиогенным путем. Теория, описывающая этот процесс, получила название теории биохимической эволюции.

Основоположником теории биохимической эволюции является русский академик А. И. Опарин (1894 – 1980). В основу данной теории положено существенное различие между современными природными условиями Земли и условиями нашей планеты в древние времена. Главная задача состоит в том, чтобы убедительно показать возможность абиогенного синтеза органических соединений и их дальнейшей эволюции в далеком прошлом нашей планеты.

Получение органических веществ из неорганических в лабораторных условиях известно человечеству уже более ста лет. В 1828 г. немецкий химик Фридрих Велер (1800 – 1882) осуществил синтез мочевины, а уже к середине прошлого века французский ученый Пьер Бертло (1827 – 1907) начал систематическую разработку методов получения органических соединений. В настоящее время лабораторным путем может быть получено большинство таких веществ, поэтому для обоснования теории биохимической эволюции необходимо обсудить образование органических молекул именно в условиях, моделирующих древнюю Землю.

Прежде всего, необходимо оговорить интересующие нас временные рамки. Современные методы оценки возраста Земли позволяют считать, что она возникла около 4,5 – 5 млрд. лет назад. Древнейшие следы жизнедеятельности организмов, обнаруженные геологами, имеют возраст около 3,5 млрд. лет (имеются в виду известняковые отложения водорослей, обнаруженные в Западной Австралии). Таким образом, учитывая невысокую скорость эволюции, можно предположить, что процессы, которые привели к возникновению живых организмов, должны были начаться в первый миллиард лет жизни нашей планеты, чтобы еще через полмиллиарда лет уже существовали достаточно развитые формы жизни, остатки жизнедеятельности которых обнаружены в древнейших горных породах.

На сегодняшний день наука не располагает полными данными о составе древней литосферы, гидросферы и атмосферы. Однако в данном случае точное количественное содержание тех или иных элементов не является принципиальным, достаточно отметить качественные особенности, присущие тому периоду. В 1923 г. А. И. Опарин выдвинул предположение, что первичная атмосфера Земли носила восстановительный характер, т.е. она не содержала свободного кислорода (для сравнения: в современной атмосфере его содержится 21 %). В такой атмосфере могли содержаться аммиак, двуокись углерода, метан и водяной пар. В дальнейшем эта гипотеза подтвердилась при исследовании горных пород различного возраста: самые древние породы содержали металлы в восстановленной форме, а в более поздних металлы были уже окислены.

Бескислородный характер первичной атмосферы приводит к двум важнейшим следствиям.

Во-первых, в отсутствие кислорода не образуется озоновый слой, который в современной атмосфере располагается на высоте 10 – 50 км и поглощает 99 % высокоэнергетического ультрафиолетового излучения Солнца. Следовательно, в прошлые эпохи это излучение беспрепятственно достигало поверхности Земли, и его энергия могла частично затрачиваться на образование химических связей между элементами, при этом могли возникать сложные соединения, в том числе и органические.

Во-вторых, образовавшиеся органические молекулы не подвергались окислению и могли участвовать в дальнейших реакциях (в условиях окислительной атмосферы объекты органического происхождения, не защищенные клеточными мембранами, разлагаются под действием кислорода, что происходит, например, после гибели живого организма и разрушении клеточной стенки). Таким образом, восстановительная атмосфера обеспечивала необходимую для протекания реакций энергию и не оказывала окислительного действия на продукты реакций. При этом следует отметить, что коротковолновое ультрафиолетовое излучение оказывает губительное воздействие на живые ткани, поэтому первые организмы должны были «скрываться» от него под слоем воды или горных пород.