Поміркуйте

Які органічні речовини можуть виконувати ферментативну функцію?

Згадайте

• Які існують основні групи органічних речовин?

• З яких мономерів складаються білки та нуклеїнові кислоти?

Гіпотези виникнення життя на Землі

Існують чотири групи гіпотез, які пояснюють появу життя на Землі. Це креаціонізм, гіпотеза стаціонарного стану, гіпотеза панспермії та біогенезу (хімічної еволюції).

Згідно з концепцією креаціонізму, поява життя є наслідком надзвичайної божественної події.

Прихильники гіпотези стаціонарного стану вважають, що Земля є вічною. Вона існувала завжди, і так само завжди на ній існувало життя. Ця гіпотеза допускає вимирання видів, але вважає, що нові види не утворюються. А відсутність решток видів, що існують зараз, в осадових породах давніх епох пояснюється незначною чисельністю цих видів у ті епохи.

Гіпотеза панспермії стверджує, що життя у Всесвіті виникало один або кілька разів (як варіант — існувало вічно). Але на Землі воно не виникало, а було занесене за допомогою метеоритів чи інших космічних об’єктів або ж створене штучно.

Біогенні гіпотези виникнення життя

Найбільш обґрунтованими в наш час є гіпотези, які пояснюють виникнення життя шляхом хімічної еволюції з неорганічних речовин — гіпотеза абіогенезу. Однією з найдавніших серед них є теорія Опаріна — Холдейна, висунута ще на початку ХХ століття. У цій гіпотезі основна увага приділялася утворенню білків із простих органічних сполук. І дуже важливу роль відігравали коацервати (коацерватні краплі) — пухирці з ліпідів, які утворюються у воді. А про роль нуклеїнових кислот тоді ще не знали.

Значним кроком у розвитку гіпотез біогенезу стало проведення експерименту американськими науковцями. С. Міл-лер та Г. Юрі у герметичному скляному приладі відтворили умови, які були характерні для початкових часів існування планети (атмосфера з метаном, амоніаком і воднем, електричні розряди тощо) (мал. 41.1). І через кілька днів отримали амінокислоти, які виникли шляхом абіогенного синтезу.

Ідея світу молекул РНК

Тривалий час серед прибічників гіпотез абіогенезу точилися дискусії стосовно того, що з’явилося раніше: ДНК чи білок. ДНК зберігає спадкову інформацію, а білки є каталізаторами, без яких обмін речовин неможливий. Лише після відкриття рибозимів (молекул РНК, що діють як каталізатори реакцій) була висловлена ідея РНК-світу.

Згідно з цією ідеєю, спочатку сформувалася система самовідтворення молекул РНК, які могли бути і носіями спадкової інформації, і каталізаторами. А вже потім ця система

утворила симбіоз із біохімічними циклами синтезу білкових молекул, які виникли незалежно і в інших умовах. Це відбулося тому, що білки є кращими каталізаторами, а нуклеїнові кислоти краще зберігають спадкову інформацію. А вже потім до цієї системи долучилася ДНК, яка зберігає спадкову інформацію більш надійно, ніж РНК.

Не обходиться сучасна гіпотеза абіогенезу і без коацер-ватів. Згідно з теорією, саме вони стали основою для формування клітинних мембран.

Час і місце зародження життя

Більшість гіпотез абіогенезу вважають найвірогіднішим періодом зародження життя час від 4,1 до 3,7 млрд років тому. Щодо можливого місця, де зародилося життя, гіпотез існує чимало. Зрозуміло тільки, що життя зароджувалося в розчині. Але в якому? Відкритий океан чи море майже не мають шансів на це: достатньої концентрації необхідних речовин досягти в таких водоймах неможливо. Із запропонованих сучасними гіпотезами найбільш популярні варіанти такі:

• гарячі прісні водойми (мал. 41.2);

• гідротермальні джерела на дні океану (мал. 41.3);

• поверхня і порожнини кристалів піриту;

• глини.

У цих місцях органічні речовини абіогенного походження могли накопичуватися й утворювати розчини високих концентрацій.

Етапи виникнення життя

Сучасні гіпотези, розглядаючи етапи виникнення життя, виділяють кілька етапів виникнення життя, хоча деякі з них могли відбуватися паралельно:

• виникнення вуглеводних сполук та їхніх похідних;

• утворення поліароматичних вуглеводів;

• формування циклів реакцій, які здатні існувати тривалий час і які ґрунтуються на перетвореннях сполук із ну-клеотидів або амінокислот;

• формування «РНК-світу»;

• використання білків як кращих каталізаторів реакцій у процесах відтворення РНК;

• поява ДНК як форми більш надійного збереження інформації з РНК;

• об’єднання на базі коацерватів біохімічних циклів за участю РНК і білків;

• формування клітинних форм життя.

Дізнайтеся більше

Останній універсальний спільний предок

Наприкінці ХХ століття вчені дійшли висновку про можливість існування одного спільного предка всіх нині існуючих клітинних організмів. Його назвали останнім універсальним спільним предком (англійською мовою last universal common ancestor, або скорочено LUCA).

Така гіпотеза виникла через те, що всі нині існуючі домени організмів (бактерії, архебактерії та еукаріоти) мають низку спільних властивостей. Це зберігання спадкової інформації в молекулах ДНК, наявність клітинної мембрани, синтез білка на рибосомах, існування процесів транскрипції, трансляції та реплікації, схожість основних біохімічних процесів тощо.

Уважають, що такий організм міг жити 3,6-4,1 млрд років тому. Але він точно не був єдиним організмом у ті часи. І до свого виникнення пройшов тривалий шлях еволюції з більш простих структур. До того ж, можливо, такого організму як окремого виду не існувало. А сучасні живі організми отримали свій генетичний спадок від усієї спільноти давніх організмів, які обмінювалися між собою спадковою інформацією шляхом горизонтального переносу генів.

Ключова ідея

Існує кілька гіпотез походження життя на Землі. Найбільш обґрунтованою наразі є гіпотеза абіогенезу, за якою первісні умови на нашій планеті забезпечили виникнення життя з неорганічних речовин шляхом хімічної еволюції.

Перевірте свої знання

1. Які існують гіпотези походження життя на Землі? 2. У чому полягає сутність гіпотези панспермії? 3. Який шлях походження життя пропонує гіпотеза абіогенезу? 4. У яких місцях могло виникнути життя? 5*. Складіть перелік переваг і недоліків гіпотези РНК-світу.

Це матеріал з підручника "Біологія 9 клас Задорожний" (поглиблений рівень)