Абіогенез


Абіогене́з (від а… — заперечний префікс і біогенез) — ідея передбіологічної, або хімічіної, еволюції, згідно з якою життя на Землі виникло з неорганічної матерії мільярди років тому в особливих умовах. У результаті спрямованих перетворень хімічних сполук утворилися макромолекули, з яких почали формуватися протоклітини. Тож історичний розвиток життя на Землі відбувався поступально — від абіогенезу до біогенезу (власне біологічної еволюції, коли живі організми стали виникати тільки від живих організмів).

Згідно з концепцією абіогенезу, життя на Землі виникло природним шляхом з неорганічних речовин із витратою енергії, що надходила ззовні. Життя постало внаслідок появи нових хімічних сполук, які спочатку утворювалися з неорганічних речовин, а також нових хімічних реакцій. Хімічна еволюція відбувалася протягом тривалого часу: сотень мільйонів, а, може, й мільярдів років у специфічних умовах, під впливом потужних зовнішніх джерел енергії. Важливу роль у хімічній еволюції відіграв передбіологічний добір, що сприяв виникненню насамперед складних сполук, у яких здатність до обміну речовин поєднувалася зі здатністю до самовідтворення. Ключовим у процесі хімічної еволюції був фактор самоорганізації, властивий усім складним системам, до яких належать й органічні молекули.

Етапи абіогенезу

Зазвичай розглядають чотири етапи абіогенезу.

Перший етап абіогенезу: синтез органічних мономерів (органічних кислот, амінокислот, вуглеводів, азотистих основ). Для цього на той час на Землі були всі необхідні неорганічні сполуки: вода, метан, амоніак й ціаніди, відсутність вільного оксигену й інших окиснювачів (атмосфера мала відновний характер), а також надлишок вільної енергії у вигляді ультрафіолетового світла, електричних розрядів і вулканічної діяльності.

Другий етап абіогенезу: синтез органічних полімерів з наявних мономерів. Каталізаторами могли бути йони металів, а матрицею — часточки глини. У результаті утворився «первинний бульйон», в якому плавали різні поліпептиди й ліпіди, що сполучалися один з одним, утворюючи коацервати у вигляді крапель із чіткими межами. Автор ідеї коацерватних крапель — академік А. Опарін (1894–1980).

Третій етап абіогенезу: утворення комплексів білків і нуклеїнових кислот і пов’язана із цим поява реакцій матричного типу й виникнення ліпідних мембран. На певному етапі коацервати вступили у «симбіоз» з колоніями молекул, здатними до самовідтворення, що й призвело до формування первісних автономних біологічних систем — протобіонтів.

Четвертий етап абіогенезу: поява перших біологічних систем та організмів. Він тривав понад 3,5 млрд років. Першими організми були архебіонти, що мали три основні клітинні компоненти: клітинну мембрану, цитоплазму й генетичний апарат. В архебіонтів з’явилися електронно-транспортні ланцюги, виникла реплікація нуклеїнових кислот і біосинтез білка, що відбувався на підставі генетичного коду.

Передбіологічна еволюція як гіпотеза становить великий науковий інтерес, хоч дотепер у лабораторних умовах не синтезовано живих організмів. Утім, конкретні успіхи є: з неорганічних речовин вдалося не тільки одержати амінокислоти і синтезувати з них найпростіші поліпептидні ланцюги, а із цих поліпептидів і води створити протоклітини, здатні збільшуватися в розмірах, ділитися й брунькуватися, які мають ферментативну активність.

Гіпотеза РНК-світу

Актуальною концепцією передбіологічної еволюції є гіпотеза РНК-світу, яка описує етап виникнення життя, на якому і функцію зберігання генетичної інформації, і каталіз хімічних реакцій виконували ансамблі молекул РНК. Адже відомо про існування рибозимів (або РНК-ферментів, або каталітичних РНК) — молекул РНК, що каталізують хімічні реакції. Явище спонтанного виникнення РНК, які самореплікуються, і здатність молекул РНК до еволюції були наочно продемонстровані в низці експериментів. Гіпотеза РНК-світу передбачає подальше виникнення з асоціацій рибозимів ДНК-РНК-білкових комплексів, відокремлення яких мембраною від зовнішнього середовища сформувало перші клітини. Ідею РНК-світу вперше висловив К. Воуз 1968 і остаточно сформулював У. Ґільберт 1986.

Література

  1. Чек Т. Р. РНК — фермент // В мире науки (русское издание Scientific American). 1987. № 1. С. 97–106.
  2. Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж. Эволюция клетки // Молекулярная биология клетки: В 3-х томах. 2-ге изд. Москва : Мир, 1994. 517 с.
  3. Спирин А. С. Рибонуклеиновые кислоты как центральное звено живой материи // Вестник РАН. 2003. Т. 73. № 2. С. 117–127.
  4. Morgulis S., Oparin A. I. The origin of life. New York : Dover Publications, 2003. P. 25.
  5. Paul F. Lurquin. The origins of life and the universe. New York : Columbia University Press, 2003. P. 96–99.
  6. Крицкий М. С., Телегина Т. А. Коферменты и эволюция мира РНК // Успехи биологической химии. 2004. Т. 44. С. 341–364.
  7. Rauchfuss H. Chemical Evolution and the Origin of Life. Berlin, Heidelberg : Springer, 2008. P. 85–110.
  8. Марков А. В. Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы. Москва : Астрель, CORPUS, 2010. 528 с.
  9. Марков А. Рождение сложности. Москва : Астрель, CORPUS, 2012. 527 с.

Автор ВУЕ