45. В чем суть теории химической эволюции и биогеоценоза

Теория химической эволюции — современная теория происхождения жизни — также опирается на идею самозарождения. Однако в основе ее лежит не внезапное (de novo) возникновение живых существ на Земле, а образование химических соединений и систем, которые составляют живую материю. Она рассматривает химию древнейшей Земли, прежде всего химические реакции, протекавшие в примитивной атмосфере и в поверхностном слое воды, где, по всей вероятности, концентрировались легкие элементы, составляющие основу живой материи, и поглощалось огромное количество солнечной энергии. Химическая эволюция, приводящая к возникновению жизни,— биогенез, является единственной формой диа­лектического перехода от неживого вещества в живое среди всех возможных процессов развития материального мира. Общий подход к химической эволюции первым сфор­мулировал советский биохимик А. И. Опарин (1894-1980). В 1924 г. в СССР была опубликована его небольшая книга, посвященная этому вопросу; в 1936 г. вышло в свет ее новое, дополненное издание (в 1938 г. она была переведена на английский язык). Опарин обратил внимание на то, что современные условия на поверхности Земли препятствуют синтезу большого количества органических соединений, по­скольку свободный кислород, имеющийся в избытке в ат­мосфере, окисляет углеродные соединения до диоксида угле­рода (углекислого газа, СОд). Кроме того, он отмечал, что в наше время любое органическое вещество, “брошенное на произвол” на земле, используется живыми организмами (подобную мысль высказывал еще Чарлз Дарвин). Однако, утверждал Опарин, на первичной Земле господствовали иные условия. Можно полагать, что в земной атмосфере того времени отсутствовал кислород, но в изобилии имелись водород и газы, содержащие водород, такие, как метан (СН4) и аммиак (МНз). (Подобную атмосферу, богатую водородом и бедную кислородом, называют восстанови­тельной в отличие от современной, окислительной, атмос­феры, богатой кислородом и бедной водородом.) По мне­нию Опарина, такие условия создавали прекрасные возможности для самопроизвольного синтеза органических сое­динений. Обосновывая свою идею о восстановительном характере примитивной атмосферы Земли, Опарин выдвигал следую­щие аргументы. 1. Водород в изобилии присутствует в звездах 2. Углерод обнаруживается в спектрах комет и холодных звезд в составе радикалов СН и CN, а окисленный углерод проявляется редко. 3. Углеводороды, т.е. соединения углерода и водорода, встречаются в метеоритах. 4. Атмосферы Юпитера и Сатурна чрезвычайно богаты метаном и аммиаком. Как указывал Опарин, эти четыре пункта свидетельству­ют о том, что Вселенная в целом находится в восстановительном состоянии. Следовательно, на первобытной Земле углерод и азот должны были находиться в таком же состоянии. 5. В вулканических газах содержится аммиак. Это, считал Опарин, говорит о том, что азот присутствовал в первичной атмосфере в виде аммиака. 6. Кислород, содержащийся в современной атмосфере, вырабатывается зелеными растениями в процессе фотосинтеза, и, следовательно, по своему происхождению это биологический продукт. На основании этих рассуждений Опарин пришел к заклю­чению, что углерод на примитивной Земле впервые появился в виде углеводородов, а азот-в виде аммиака. Далее он высказал предположение, что в ходе известных ныне химических реакций на поверхности безжизненной Земли воз­никали сложные органические соединения, которые по про­шествии довольно продолжительного периода времени, по-видимому, и дали начало первым живым существам. Первые организмы, вероятно, представляли собой очень простые системы, способные лишь к репликации (делению) за счет органической среды, из которой ониобразовались. Выражаясь современным языком, они были “гетеротрофами”, т. е. зависели от окружающей среды, которая снабжала их органическим питанием. На противоположном конце этой шкалы находятся “автотрофы”-например, такие орга­низмы, как зеленые растения, которые сами синтезируют все необходимые органические вещества из диоксида углерода, неорганического азота и воды. Согласно теории Опарина, автотрофы появились только после того, как гетеротрофы истощили запас органических соединений в примитивном океане. В 1952 г. Гарольд Юри (1893-1981), занимаясь не собст­венно проблемами происхождения жизни, а эволюцией Сол­нечной системы, самостоятельно пришел к выводу, что атмосфера молодой Земли имела восстановленный характер. Проблема, которую исследовал Юри, была по своему характеру физико-химической: используя в качестве отправной точки данные о составе первичного облака космической пыли и граничные условия, определяемые известными физическими и химическими свойствами Луны и планет, он ставил целью раз­работать термодинамически приемлемую историю всей Солнечной системы в целом. Юри, в частности, показал, что к завершению процесса формирования Земля имела сильно восстановленную атмосферу, так как ее основными составляющими были водород и полностью восстановленные фор­мы углерода, азота и кислорода: метан, аммиак и пары воды. Юри предполагал, что именно в период улетучивания водорода, когда атмосфера находилась в промежуточном окислительно-восстановительном состоя­нии, на Земле могло образоваться в больших количествах сложное органическое вещество. По его оценкам, океан, по-видимому, представлял тогда собой однопроцентный раствор органических соединений. В результате возникла жизнь в ее самой примитивной форме. Биогеоценоз – это комплексы взаимосвязанных видов (популяций разных видов) , обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существованиями. Это определение понадобится для пользования в дальнейшем.