Как возникла жизнь на земле?

Жизнь на Земле могла возникнуть благодаря глине

Группа учёных под руководством Дань Ло (Dan Luo) из Корнеллского университета выступила с гипотезой, что концентратором для древнейших биомолекул могла служить обычная глина.

Изначально исследователи занимались не проблемой происхождения жизни – они искали способ повысить эффективность бесклеточных систем синтеза белка. Вместо того чтобы позволить ДНК и обслуживающим её белкам свободно плавать в реакционной смеси, учёные попробовали загнать их в частицы гидрогеля. Этот гидрогель, словно губка, впитывал реакционную смесь, сорбировал нужные молекулы, и в результате все нужные компоненты оказывались заперты в небольшом объёме – подобно тому, как это происходит в клетке.

Затем авторы исследования попытались использовать в качестве недорогого заменителя гидрогеля глину. Частицы глины оказались похожи на частицы гидрогеля, становясь своеобразными микрореакторами для взаимодействующих биомолекул.

Получив такие результаты, учёные не могли не вспомнить о проблеме происхождения жизни. Частицы глины с их способностью сорбировать биомолекулы могли бы на самом деле послужить самыми первыми биореакторами для самых первых биомолекул, пока те ещё не обзавелись мембранами. В пользу такой гипотезы говорит ещё и то, что вымывание силикатов и других минералов из скал с образованием глины началось, по геологическим прикидкам, как раз перед тем, когда, по мнению биологов, древнейшие биомолекулы начали объединяться в протоклетки.

Что вы узнали из материалов главы 2 «Биосферный уровень жизни»?

Подробное решение итоги главы 2 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Лощилина Т.Е. Базовый уровень 2018

1. Когда возникла биосфера?

Биосфера возникла и сформировалась 1 — 2 млрд. лет назад.

2. Из каких основных компонентов состоит биосфера?

Биосфера включает в себя:

— живое вещество, образованное совокупностью организмов

— биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др. )

— косное вещество, которое формируется без участия живых организмов

— биоскостное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы)

— вещество в стадии радиоактивного распада

— вещество космического происхождения.

3. Какие свойства биосферы В.И. Вернадский называл главными?

В. И. Вернадский подчеркивает два важнейших, с геологической точки зрения, положения: во — первых, планетный, геологически закономерный характер жизни, и, во — вторых, теснейшую связь всех геологических процессов в биосфере с деятельностью живого вещества.

4. Какими свойствами обладает живое вещество?

Живому существу присущи такие процессы жизнедеятельности как: питание, размножение, дыхание, развитие роста, выделение.

5. В чём отличие теорий биогенеза от теорий абиогенеза?

Теория биогенеза – живое может возникнуть только от живого. Теория абиогенеза – живое может возникнуть из неживого.

6. Как возникло живое вещество на нашей планете?

В ходе химической эволюции возникли коацерваты, от них произошли первые бактерии. Так и зародилось живое вещество.

7. Почему биосферу называют экосистемой?

Экосистема – это биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Биосфера – это экосистема самого крупного масштаба. Биогеоценоз – это тоже экосистема, которая выделяется на однородном участке суши.

8. Какую функцию выполняет биологический круговорот веществ биосферы?

Чтобы биосфера не переставала существовать и чтобы не прекращалось ее развитие, на Земле постоянно должен осуще­ствляться круговорот биологически важных веществ. Это зна­чит, что после использования они должны снова переходить в форму, пригодную для усвоения другими организмами. Этот переход биологически важных элементов от звена к звену, ко­торый осуществляется в масштабах всей планеты при опреде­ленных затратах энергии, источником которой является Солн­це, называется геологическим, или большим, круговоротом.

9. Какие механизмы обеспечивают устойчивость биосферы?

Устойчивость биосферы определяется: — разнообразием живого вещества, взаимозаменяемостью составляющих ее экосистем, дублированием звеньев биохимических циклов.

10. Какую роль играет биосферный уровень в развитии живой материи?

На биосферном уровне современная биология решает глобальные проблемы, например определение интенсивности образования свободного кислорода растительным покровом Земли или изменения концентрации углекислого газа в атмосфере, связанные с деятельностью человека.

11. Назовите причину, по которой В.И. Вернадский назвал современную биосферу ноосферой.

Появление в биосфере рода Homo (человека) есть начало новой эры в истории планеты – ноосферы.

12. Какие группы экологических факторов действуют в биосфере? Из перечня условий исключите ошибочное

Условия, обеспечившие возникновение живого на нашей планете: сероводород, свободный кислород, электрические разряды, углерод, аммиак, вода, кремний.

Ошибочное утверждение – электрические разряды.

Проблема полимеров

Клеточные белки, ДНК, РНК — все это полимеры, очень длинные молекулы, наподобие нитей. Строение полимеров довольно простое, они состоят из частей, повторяющихся в определенном порядке. К примеру, целлюлоза — самая распространенная молекула в мире, которая входит в состав растений. Одна молекула целлюлозы состоит из десятков тысяч атомов углерода, водорода и кислорода, но вместе с тем это не что иное, как многократное повторение более коротких молекул глюкозы, сцепленных между собой, как в ожерелье. Белки — это цепь аминокислот. ДНК и РНК — последовательность нуклеотидов. Причем суммарно это очень длинные последовательности. Так, расшифрованный геном человека состоит из 3 миллиардов пар нуклеотидов.

В клетке полимеры производятся постоянно с помощью сложных матричных химических реакций. Чтобы получить белок, у одной аминокислоты нужно отсоединить гидроксильную группу OH с одного конца и атом водорода с другого, и только после этого «приклеить» следующую аминокислоту. Нетрудно видеть, что в этом процессе образуется вода, причем снова и снова. Освобождение от воды, дегидратация, — очень древний процесс, ключевой для зарождения жизни. Как он происходил, когда еще не было клетки с ее фабрикой по производству белков? Возникает проблема и с теплым мелким прудом — колыбелью живых систем. Ведь при полимеризации вода должна удаляться, но это невозможно, если ее полно вокруг.

Жизнь — это загадка вселенной

Сторонники эволюции снова остались без предположений о том, как могла появиться первая бактерия. Каждый последующий эксперимент подтверждал, что живая клетка имеет настолько сложное строение, что ее случайное появление возможно только в фантастической литературе.

Несмотря на научное опровержение, теория Опарина часто встречается в современных книгах по биологии и химии, потому как такой опыт имел историческую ценность в научной среде.

Вопрос 1. Перечислите основные положения гипотезы А. И. Опарина.

В современных условиях возникнове-ние живых существ из неживой природы невозможно. Абиогенное (т. е. без участия живых организмов) возникновение живой материи возможно было только в услови-ях древней атмосферы и отсутствия жи-вых организмов. В состав древней атмо-сферы входили метан, аммиак, углекис-лый газ, водород, пары воды и другие неорганические соединения. Под действи-ем мощных электрических разрядов, ультрафиолетового излучения и высокой радиации из этих веществ могли возни-кать органические соединения, которые накапливались в океане, образуя «пер-вичный бульон».

В «первичном бульоне» из биополи-меров образовывались многомолекуляр-ные комплексы — коацерваты. В коацерватные капли из внешней среды попадали ионы металлов, выступавшие в качестве первых катализаторов. Из огромного количества химических соединений, при-сутствовавших в «первичном бульоне», отбирались наиболее эффективные в ката-литическом отношении комбинации мо-лекул, что в конечном счете привело к появлению ферментов. На границе между коацерватами и внешней средой выстра-ивались молекулы липидов, что приводи-ло к образованию примитивной клеточ-ной мембраны.

На определенном этапе белковые пробионты включили в себя нуклеиновые кислоты, создав единые комплексы, что привело к возникновению таких свойств живого, как самовоспроизведение, сохра-нение наследственной информации и ее передача последующим поколениям.

Пробионты, у которых обмен веществ сочетался со способностью к самовос-произведению, можно уже рассматривать как примитивные проклетки, дальнейшее развитие которых происходило по зако-нам эволюции живой материи.

Вопрос 2. Какие экспериментальные доказа-тельства можно привести в пользу данной гипо-тезы?

В 1953 г. эта гипотеза А. И. Опарина была экспериментально подтверждена опытами американского ученого С. Мил-лера. В созданной им установке были смоделированы условия, предположительно существовавшие в первичной атмосфере Земли. В результате опытов были получе-ны аминокислоты. Сходные опыты много-кратно повторялись в различных лабора-ториях и позволили доказать принципи-альную возможность синтеза в таких условиях практически всех мономеров основных биополимеров. В дальнейшем было установлено, что при определенных условиях из мономеров возможен синтез более сложных органических биополиме-ров: полипептидов, полинуклеотидов, по-лисахаридов и липидов.

Вопрос 3. В чем отличия гипотезы А. И. Опа-рина от гипотезы Дж. Холдейна?
Материал с сайта

Дж. Холдейн также выдвинул гипотезу абиогенного зарождения жизни, но, в от-личие от А. И. Опарина, он отдавал пер-венство не белкам — коацерватным систе-мам, способным к обмену веществ, а нук-леиновым кислотам, т. е. макромолекулярным системам, способным к самовоспроизводству.

Вопрос 4. Какие доводы приводят оппоненты, критикуя гипотезу А. И. Опарина?

К сожалению, в рамках гипотезы А. И. Опарина (да и Дж. Холдейна тоже) не удается объяснить главную проблему: как произошел качественный скачок от неживого к живому.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском

На этой странице материал по темам:

• гипотеза сочинение
  
• отличия гипотезы опарина и холдейна
  
• опыты холдейна и опарина
  
• краткое изложение гипотезы Опарина
  
• гипотеза опарина кратко
  

Земля была планетой-океаном

Когда 4,5 миллиарда лет назад ряд мощных столкновений между пылью и космическими породами положил начало рождению нашей планеты, совсем еще юная Земля представляла собой пузырящуюся, расплавленную сферу магмы глубиной в тысячи километров. Постепенно охлаждаясь по мере вращения, через несколько миллионов лет после своего рождения, остывающая магма сформировала первые минеральные кристаллы в земной коре. Спустя 4 миллиарда лет именно их удалось обнаружить ученым из Северо-Западной Австралии, которые решили проанализировать породу,найденную в глубине самого маленького континента планеты. В ходе проведенного исследования выяснилось, что кристаллы представляли собой остатки древнего океанического дна, свидетельствующего о том, что когда-то очень давно на Земле не существовало суши в том понимании, к которому мы все привыкли.

Согласно представленной учеными теории, континенты появились гораздо позже: в тот момент, когда тектоника плит толкнула огромные скалистые массы суши вверх, чтобы пробить морскую поверхность. Между тем, первая вода Земли, возможно, была принесена сюда богатыми льдом кометами из-за пределов нашей Солнечной системы. Альтернативная версия же утверждает, что влага могла прибыть в виде пыли из облака частиц, которое породило Солнце и вращающиеся вокруг него объекты.

Кометная бомбардировка могла положить начало жизни на Земле

Когда Земля была горячим океаном магмы, водяной пар и газы выходили с поверхности раскаленного шара в его атмосферу. «Затем из земной газовой оболочки пошел сильный дождь, вызванный резким похолоданием», — подтвердил ведущий автор исследования Бенджамин Джонсон, доцент кафедры геологических и атмосферных наук в Университете штата Айова.

В своем новом исследовании Джонсон и его коллега Босуэлл Уинг, доцент геологических наук в Университете Колорадо, обратились к уникальной находке, сделанной ими в австралийской глубинке. Обнаруженный ими кусок материала представляет собой скалистую структуру, застилавшую океаническое дно 3,2 миллиарда лет назад. В куске породы сохранились изотопы кислорода, способные помочь исследователям расшифровать изменения в температурах древнего океана планеты, а также в ее глобальном климате.

Могла ли возникнуть жизнь на планете-океане?

Проанализировав более 100 образцов осадочных пород, ученые обнаружили, что около 3,2 миллиарда лет назад океаны содержали больше кислорода-18, чем кислорода-16, который в настоящее время является наиболее распространенным в океане. Таким образом, выщелачивая кислород-18 из океанов, материковые массы суши свидетельствуют о том, что в древности континентов попросту не существовало. В этом случае, могла ли возникнуть какая-либо жизнь в условиях, столь отличных от современных?

Бенджамин Джонсон и его коллега склонны придерживаться мнения, что жизнь на Земле могла появиться лишь в двух местах: в гидротермальных источниках и прудах на суше. И те, и другие способны предоставить постепенно эволюционирующим живым существам достаточно органических веществ для роста и развития. Как бы то ни было, если теория ученых подтвердится, нахождение жизни на уже обнаруженных человеком планетах-океанах, таких как GJ 1214b или Kepler-22b, будет возможным лишь в том случае, если вышеупомянутые экзопланеты пойдут путем, который в свое время прошла наша голубая планета. В противном случае, вода может оказаться пусть и важным, но всего лишь ингредиентом для возникновения жизни на органической основе, который без участия дополнительных факторов не сможет обеспечить комфортную среду для зарождения первых микроорганизмов.

О чем говорят древние рукописи?

Происхождение жизни на нашей планете интересовало людей всегда. Древние мудрецы выдвигали множество теорий и концепций о том, когда на земле зародилась жизнь. Упоминания о таких рассуждениях записаны в остатках старинных рукописей древними иероглифами и клинописью в эпоху существования Древнего Вавилона. Мудрецы того времени с уверенностью разглагольствовали о том, что знают этапы становления жизни в окружающей среде.

Философы античности распространяли информацию о зарождении живого из неживого. Но их рассуждения основывались на материалистической либо идеологической природе. Самыми яркими представителями периода Античности были Демокрит, Платон и Аристотель. Если первый предполагал, что вся живая материя состоит из атомов, то Аристотель и Платон выражали позицию становления живых существ последствием вселения живой формы в неживые объекты, т. е. наличие души. Именно данная теория двух античных философов получила поддержку среди остальных ученых и крепко закрепила свою позицию наиболее правдоподобной версии вплоть до конца XIX века. Казалось, античные мудрецы раз и навсегда расставили приоритеты существования всего живого на планете Земля. Но впереди было время…

Зарождение жизни на Земле невозможно без метеоритов и комет

Исследователь из Техасского технологического университета, после анализа огромного объема собранной информации, выдвинул теорию о том, как же на Земле смогла образоваться жизнь. Ученый уверен, что появление ранних форм простейшей жизни на нашей планете было бы невозможно без участия упавших на нее комет и метеоритов. О своей работе исследователь поделился на 125-й ежегодной встрече геологического общества Америки, проходившей 31 октября в городе Денвер, Колорадо.

Автор работы, профессор геонауки в Техасском технологическом университете (ТТУ) и куратор музея палеонтологии при университете, Санкар Чаттерджи рассказал, что к такому выводу он пришел после анализа информации о ранней геологической истории нашей планеты и сопоставления этих данных с различными теориями химической эволюции.

Эксперт считает, что такой подход позволяет объяснить один из самых скрытых и не до конца изученных периодов в истории нашей планеты. По мнению многих геологов, основная масса космических «бомбардировок», в которых участвовали кометы и метеориты, приходилась на время около 4 миллиардов лет тому назад. Чаттерджи считает, что самая ранняя жизнь на Земле образовалась в кратерах, оставленных при падении метеоритов и комет. И вероятнее всего это произошло в период «Поздней тяжелой бомбардировки» (3,8-4,1 миллиарда лет назад), когда столкновение мелких космических объектов с нашей планетой резко возросло. На то время приходилось сразу несколько тысяч случаев падения комет. Что интересно, эту теорию косвенно поддерживает Модель Ниццы. Согласно оной реальное число комет и метеоритов, которые должны были упасть на Землю в то время, соответствует реальному числу кратеров на Луне, явившейся в свою очередь своего рода щитом для нашей планеты и не позволившей бесконечной бомбардировке ее уничтожить.

Некоторые ученые предполагают, что результатом этой бомбардировки является заселение жизнью океанов Земли. При этом несколько исследований на эту тему указывают на то, что наша планета имеет больше запасов воды, чем должна была. А излишек этот списывают на кометы, которые прилетели к нам с Облака Оорта, находящегося предположительно в одном световом годе от нас.

Чаттерджи указывает, что образовавшиеся в результате этих столкновений кратеры заполнились растаявшей водой из самих комет, а также необходимыми химическими строительными блоками, необходимыми для образования простейших организмов. При этом ученый считает, что те места, где даже после такой бомбардировки не появилась жизнь, просто оказались непригодны для этого.

Возникновение жизни на Земле

Как произошла сама планета и как на ней появились моря? По этому поводу существует одна широко признанная теория. В соответствии с ней Земля образовалась из облаков космической пыли, содержащей все известные в природе химические элементы, которые спрессовались в шар. Горячий водяной пар вырывался с поверхности этого раскаленного докрасна шара, окутывая его сплошным облачным покровом, Водяной пар в облаках медленно охлаждался и превращался в воду, которая выпадала в виде обильных непрерывных дождей на еще раскаленную, пылающую Землю. На ее поверхности она снова превращалась в водяной пар и возвращалась в атмосферу. За миллионы лет Земля постепенно потеряла так много тепла, что ее жидкая поверхность, остывая, начала твердеть. Так образовалась земная кора.

Прошли миллионы лет, и температура поверхности Земли еще больше понизилась. Ливневые воды перестали испаряться и стали стекать в огромные лужи. Так началось воздействие воды на земную поверхность. А потом из-за понижения температуры произошел настоящий потоп. Вода, которая до этого испарялась в атмосферу и превратилась в ее составную часть, беспрерывно низвергалась на Землю, с громом и молниями обрушивались из облаков мощные ливни.

Мало-помалу в самых глубоких впадинах земной поверхности скапливалась вода, которая уже не успевала совсем испариться. Ее было так много, что постепенно на планете образовался доисторический Океан. Молнии рассекали небо. Но никто этого не видел. На Земле еще не было жизни. Непрерывный ливень начал размывать горы. Вода стекала с них шумными ручьями и бурными реками. За миллионы лет водные потоки глубоко разъели земную поверхность и кое-где появились долины. В атмосфере уменьшалось содержание воды, а на поверхности планеты ее скапливалось все больше.

Сплошной облачный покров становился тоньше, пока в один прекрасный день Земли не коснулся первый луч солнца. Непрерывный дождь кончился. Большую часть суши покрыл доисторический Океан. Из ее верхних слоев вода вымывала огромное количество растворимых минералов и солей, которые попадали в море. Вода из него непрерывно испарялась, образуя облака, а соли оседали, и с течением времени происходило постепенное засоление морской воды. По-видимому, при каких-то существовавших в древности условиях образовались вещества, из которых возникли особые кристаллические формы. Они росли, как и все кристаллы, и давали начало новым кристаллам, которые присоединяли к себе все новые вещества.

Солнечный свет и, возможно, очень сильные электрические разряды служили в этом процессе источником энергии. Может быть, из таких элементов зародились первые обитатели Земли — прокариоты, организмы без оформленного ядра, похожие на современных бактерий. Они были анаэробами, то есть не использовали для дыхания свободный кислород, которого тогда еще не было в атмосфере. Источником пищи для них служили органические соединения, возникшие на еще безжизненной Земле в результате воздействия ультрафиолетового излучения Солнца, грозовых разрядов и тепла, образующегося при извержении вулканов.

Жизнь существовала тогда в тонкой бактериальной пленке на дне водоемов и во влажных местах. Эту эру развития жизни называют архейской. Из бактерий, а возможно, и совершенно независимым путем, возникли и крошечные одноклеточные организмы — древнейшие простейшие животные.

Как выглядела первобытная Земля?

Перенесемся на 4 млрд лет назад. Атмосфера не содержит свободного кислорода, он находится только в составе окислов. Почти никаких звуков, кроме свиста ветра, шипения извергающейся с лавой воды и ударов метеоритов о поверхность Земли. Ни растений, ни животных, ни бактерий. Может быть, так выглядела Земля, когда на ней появилась жизнь? Хотя эта проблема издавна волнует многих исследователей, их мнения на этот счет сильно различаются. Об условиях на Земле того времени могли бы свидетельствовать горные породы, но они давно разрушились в результате геологических процессов и перемещений земной коры.

Мир РНК

В теории абиогенеза поиски первоначала жизни приводят к идее о более простой, нежели клетка, системе. Современная клетка необычайно сложна, ее работа держится на трех китах: ДНК, РНК и белки. ДНК хранит наследственную информацию, белки осуществляют химические реакции по схеме, заложенной в ДНК, информацию от ДНК к белкам передает РНК. Что может входить в упрощенную систему? Какая-то одна из составных частей клетки, которая умеет, как минимум, воспроизводить себя и регулировать обмен веществ.

Поиски наиболее древней молекулы, с которой, собственно, и началась жизнь, продолжаются почти столетие. Подобно геологам, восстанавливающим историю Земли по пластам горных пород, биологи открывают эволюцию жизни по строению клетки. Череда открытий XX века привела к гипотезе спонтанно зародившегося гена, который стал прародителем жизни. Естественно думать, что таким первогеном могла быть молекула ДНК, ведь она хранит информацию о своей структуре и об изменениях в ней. Постепенно выяснили, что ДНК не может сама передать информацию другим поколениям, для этого ей нужны помощники — РНК и белки. Когда во второй половине XX века открыли новые свойства РНК, то оказалось, что эта молекула больше подходит на главную роль в пьесе о происхождении жизни.

Молекула РНК проще по своему строению, чем ДНК. Она короче и состоит из одной нити. Эта молекула может служить катализатором, то есть проводить избирательные химические реакции, например соединять между собой аминокислоты, и в частности осуществлять собственную репликацию, то есть воспроизведение. Как известно, избирательная каталитическая активность — одно из основных свойств, присущих живым системам. В современных клетках эту функцию выполняют только белки. Возможно, эта способность перешла к ним со временем, а когда-то этим занималась РНК.

Чтобы выяснить, на что еще способна РНК, ученые стали разводить ее искусственно. В насыщенном молекулами РНК растворе кипит собственная жизнь. Обитатели обмениваются частями и воспроизводят сами себя, то есть идет передача информации потомкам. Спонтанный отбор молекул в такой колонии напоминает естественный отбор, а значит, им можно управлять. Как селекционеры выращивают новые породы животных, так же стали выращивать РНК с заданными свойствами. Например, молекулы, которые помогают сшивать нуклеотиды в длинные цепочки; молекулы, устойчивые к высокой температуре, и так далее.

Колонии молекул в чашках Петри — это и есть мир РНК, только искусственный. Натуральный мир РНК мог возникнуть 4 миллиарда лет назад в теплых лужах и мелких озерцах, где шло спонтанное размножение молекул. Постепенно молекулы стали собираться в сообщества и соревноваться между собой за место под солнцем, выживали наиболее приспособленные. Правда, передача информации в таких колониях происходит неточно, и вновь приобретенные признаки отдельной «особи» могут теряться, но этот недостаток покрывается большим количеством комбинаций. Отбор РНК шел очень быстро, и за полмиллиарда лет могла возникнуть клетка. Дав толчок возникновению жизни, мир РНК не исчез, он продолжает существовать внутри всех организмов на Земле.

Мир РНК — почти живой, до полного оживления ему остается всего один шаг — произвести клетку. Клетка отделена от окружающей среды прочной мембраной, значит, следующий этап эволюции мира РНК — заключение колоний, где молекулы связаны между собой родством, в жировую оболочку. Такая протоклетка могла получиться случайно, но, чтобы стать полноценной живой клеткой, мембрана должна была воспроизводиться от поколения к поколению. С помощью искусственного отбора в колонии можно вывести РНК, которая отвечает за рост мембраны, но произошло ли это на самом деле? Авторы экспериментов из Массачусетсского технологического института США подчеркивают, что результаты, полученные в лаборатории, не обязательно будут похожи на реальную сборку живой клетки, а может быть, и вовсе далеки от истины. Впрочем, создать живую клетку в пробирке пока не удалось. Мир РНК не раскрыл до конца своих тайн.

Самые древние микробы

В черных сланцах Западной Австралии возрастом 3,5 миллиарда лет сохранились остатки самых древних организмов, когда-либо обнаруженных на Земле. Видимые лишь под микроскопом шарики и волоконца принадлежат прокариотам — микробам, в клетке которых еще нет ядра и спираль ДНК уложена прямо в цитоплазме. Древнейшие окаменолости обнаружил в 1993 году американский палеобиолог Уильям Шопф. Вулканические и осадочные породы комплекса Пилбара, что к западу от Большой песчаной пустыни в Австралии — одни из самых старых пород на Земле. По счастливой случайности эти образования не столь сильно изменились под действием мощных геологических процессов и сохранили в прослоях остатки ранних существ.

Убедиться в том, что крохотные шарики и волоконца в прошлом были живыми организмами, оказалось трудно. Ряд мелких бусинок в горной породе может быть чем угодно: минералами, небиологической органикой, обманом зрения. Всего Шопф насчитал 11 видов окаменолостей, относящихся к прокариотам. Из них 6, по мнению ученого, — это цианобактерии, или синезеленые водоросли. Подобные виды до сих пор существуют на Земле в пресных водоемах и океанах, в горячих ключах и близ вулканов. Шопф насчитал шесть признаков, по которым подозрительные объекты в черных сланцах следует считать живыми.

Вот эти признаки:
1. Ископаемые сложены органической материей
2. У них сложное строение — волоконца состоят из клеток разной формы: цилиндров, коробочек, дисков
3. Объектов много — всего 200 ископаемых включают в себя 1 900 клеток
4. Объекты похожи друг на друга, как современные представители одной популяции
5. Это были организмы, хорошо приспособленные к условиям ранней Земли. Они обитали на дне моря, защищенные от ультрафиолета толстым слоем воды и слизи
6. Объекты размножались как современные бактерии, о чем говорят находки клеток в стадии деления.

Обнаружение столь древних цианобактерий означает, что почти 3,5 миллиарда лет назад существовали организмы, которые потребляли углекислый газ и производили кислород, умели скрываться от солнечной радиации и восстанавливаться после ранений, как это делают современные виды. Биосфера уже начала складываться. Для науки в этом кроется пикантный момент. Как признается Уильям Шопф, в столь почтенных породах он бы предпочел найти более примитивные создания. Ведь находка древнейших цианобактерий отодвигает начало жизни на период, стертый из геологической истории навсегда, вряд ли геологи когда-либо смогут его обнаружить и прочесть. Чем старше породы, тем дольше они пребывали под давлением, температурой, выветривались. Помимо Западной Австралии на планете сохранилось только одно место с очень древними породами, где могут встретиться окаменолости — на востоке Южной Африки в королевстве Свазиленд. Но африканские породы за миллиарды лет претерпели сильнейшие изменения, и следы древних организмов потерялись.

В настоящее время геологи не нашли начала жизни в горных породах Земли. Строго говоря, они вообще не могут назвать интервал времени, когда живых организмов еще не было. Не могут они и проследить ранние — до 3,5 миллиарда лет назад — этапы эволюции живого. Во многом из-за отсутствия геологических свидетельств тайна происхождения жизни остается нераскрытой.

Реалист и сюрреалист

Первая конференция Международного общества по изучению происхождения жизни (ISSOL) состоялась в 1973 году в Барселоне. Эмблему к этой конференции нарисовал Сальвадор Дали. Дело было так. Джон Оро, американский биохимик, был дружен с художником. В 1973 году они встретились в Париже, отобедали у «Максима» и отправились на лекцию по голографии. После лекции Дали неожиданно предложил ученому зайти на другой день к нему в отель. Оро пришел, и Дали вручил ему рисунок, символизирующий проблему хиральности в живых системах. Два кристалла растут из сочащейся лужи в виде перевернутых песочных часов, что намекает на конечное время эволюции. Слева сидит женская фигура, справа стоит мужчина и держит крыло бабочки, между кристаллами вьется червячок ДНК. Изображенные на рисунке левый и правый кристаллы кварца взяты из книги Опарина «Происхождение жизни на Земле» 1957 года. К удивлению ученого, Дали хранил эту книгу у себя в номере! После конференции супруги Опарины поехали в гости к Дали, на берег Каталонии. Обе знаменитости умирали от желания пообщаться. Между реалистом и сюрреалистом завязалась длинная беседа, оживленная языком мимики и жестов — ведь Опарин говорил только по-русски.

Абиогенный биосинтез органических соединений

Земля как планета возникла около 4,5 млрд. лет назад (по другим данным — около 13 млрд. лет назад, но они не имеют пока веских доказательств). Остывание Земли началось около 4 млрд. лет назад, а возраст земной коры оценивается примерно в 3,9 млрд. лет. К этому моменту образуются также океан и первичная атмосфера Земли. Земля в это время была достаточно разогретой за счет выделения тепла при затвердевании и кристаллизации компонентов коры и активной вулканической деятельности. Вода долгое время находилась в парообразном состоянии, испаряясь с поверхности Земли, конденсируясь в верхних слоях атмосферы и вновь выпадая на раскаленную поверхность. Все это сопровождалось почти постоянными грозами с мощными электрическими разрядами. Позже начинают формироваться водоемы и первичные океаны. Древняя атмосфера Земли не содержала свободного кислорода и была насыщена вулканическими газами, в состав которых входили окислы серы, азота, аммиак, оксиды и двуокиси углерода, пары воды и ряд других компонентов. Мощное космическое излучение и излучение Солнца (озонового слоя в атмосфере еще не было), частые и сильные электрические разряды, активная вулканическая деятельность, сопровождавшаяся выбросами больших масс радиоактивных компонентов, привели к образованию органических соединений, таких, как формальдегид, муравьиная кислота, мочевина, молочная кислота, глицерин, глицин, некоторые простые аминокислоты и т. п. Поскольку свободного кислорода в атмосфере не было, то эти соединения не окислялись и могли накапливаться в теплых и даже кипящих водоемах и постепенно усложняться по строению, формируя так называемый «первичный бульон». Продолжительность этих процессов составляла многие миллионы и десятки миллионов лет. Так осуществился первый этап биопоэза — образование и накопление органических мономеров.