История теорий возникновения жизни
ЛЕКЦИЯ 13.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
Вопрос о происхождении жизни – один из самых трудных в современном естествознании. В первую очередь потому, что мы сегодня не можем воспроизвести процессы возникновения жизни с такой же точностью, как это было миллиарды лет назад. Ведь даже наиболее тщательно поставленный опыт будет лишь моделью, приближением, безусловно, лишенным ряда факторов, сопровождавших появление живого на Земле. И, тем не менее, наука успешно решает вопрос о происхождении живого, проводит многочисленные исследования, постоянно расширяет наши представления о зарождении жизни. Это вполне понятно: проблема жизни лежит в фундаменте всех биологических наук и в значительной мере всего естествознания. Мы постараемся внести некоторую ясность в современные представления об этом событии, а также посмотрим, как изменялось видение этой проблемы на протяжении веков и тысячелетий.
История теорий возникновения жизни
Сложность и малоизученность проблемы зарождения жизни на Земле долгое время служили питательной почвой для всевозможных легенд и мифов. Среди главных теорий возникновения жизни можно упомянуть следующие:
1) жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время (креационизм)
2) жизнь возникала неоднократно из неживого вещества (самозарождение)
3) жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния)
4) жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия)
5) жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам (биохимическая эволюция).
Креационизм. Согласно этой теории, жизнь возникла в результате какого-то сверхъестественного события в прошлом; её придерживаются последователи практически всех наиболее распространенных религиозных учений. В 1650 г. архиепископ Ашер из Ирландии вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до нашей эры и закончил свой труд 23 октября в 9 часов утра, создав человека. Ашер получил эту дату, сложив возрасты всех людей, упоминающихся в библейской генеалогии от Адама до Христа. С точки зрения арифметики это разумно, однако при этом получается, что Адам жил в то время, когда, как показывают археологические находки, на Ближнем Востоке существовала хорошо развитая городская цивилизация.
Процесс божественного сотворения мира мыслится как имевший место единожды и потому недоступный для наблюдения; этого достаточно, чтобы вынести концепцию божественного сотворения за рамки научного исследования. Наука занимается только теми явлениями, которые поддаются наблюдению, а потому никогда не будет в состоянии ни доказать, ни опровергнуть эту концепцию.
Самопроизвольное (спонтанное) зарождение. Эта теория была распространена в древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель также придерживался теории самозарождения. Согласно гипотезе Аристотеля о спонтанном зарождении, определенные «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.
С распространением христианства теория спонтанного зарождения жизни оказалась не в чести; её признали еретической, однако эта идея всё же продолжала существовать где-то на заднем плане в течение еще многих веков.
Ван Гельмонт (1577-1644), весьма знаменитый ученый, описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван Гельмонт считал человеческий пот.
В 1688г. итальянский биолог и врач Франческо Реди подошел к проблеме возникновения жизни более строго и подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Реди установил, что маленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе – это личинки мух. Проведя ряд экспериментов он получил данные, подтверждавшие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (биогенез).
В то время как эксперименты Реди опровергли спонтанное зарождение мух, первые микроскопические исследования усилили эту теорию применительно к микроорганизмам. Эти наблюдения побудили ученых поставить эксперименты для решения вопроса о возникновении жизни путем спонтанного зарождения.
В 1765г. Спалланцани провел следующий опыт: подвергнув мясные и овощные отвары кипячению в течение нескольких часов, он сразу же запечатал их, после чего снял с огня. Исследовав жидкости через несколько дней, Спалланцани не обнаружил в них никаких признаков жизни. Из этого он сделал вывод о том, что температура уничтожила всех живых существ, и что без них ничто живое уже не могло возникнуть.
В 1860г. проблемой происхождения жизни занялся Луи Пастер. Он показал, что бактерии вездесущи, и что неживые материалы легко могут быть заражены живыми существами, если их не простерилизовать должным образом. В результате ряда экспериментов Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения.
Однако подтверждение теории биогенеза породило другую проблему. Коль скоро для возникновения организма необходим другой живой организм, то откуда же взялся самый первый живой организм?
Теория стационарного состояния. Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно. Согласно этой теории, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности: либо изменение численности, либо вымирание.
Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может указать на время появления или вымирания того или иного вида (z.B. кистеперые). Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, её сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, более благоприятные для сохранения остатков.
Теория панспермии. Эта теория не предлагает никакого механизма для объяснения первоначального появления жизни, а выдвигает идею о внеземном её происхождении. Поэтому её нельзя считать теорией возникновения живого как такового; она просто переносит проблему в какое-то другое место во Вселенной.
Теория панспермии утверждает, что жизнь могла возникнуть один или несколько раз в разное время и в разных частях галактики или Вселенной. Для обоснования этой теории используются многократные появления НЛО, наскальные изображения предметов, похожие на ракеты и космонавтов, а также сообщения якобы о встречах с инопланетянами. Исследования космоса позволяют считать, что вероятность обнаружить жизнь в пределах Солнечной системы ничтожна, однако они не дают никаких сведений о возможной жизни вне этой системы. При изучении вещества метеоритов и комет в них были обнаружены «предшественники живого» - органические соединения, которые могли сыграть роль «семян», падавших на голую Землю. Появился ряд сообщений о нахождении в метеоритах объектов, напоминающих примитивные формы жизни, однако доводы в пользу их биологической природы пока не кажутся ученым убедительными.
Биохимическая эволюция. Физики утверждают, что Вселенная появилась в результате Большого Взрыва из некого бесконечно малого объекта. В первые мгновения не было даже атомов и молекул. Потом появились элементарные частицы, из них образовались атомы водорода; скопления атомов превратились в звезды первого поколения. В них происходила реакция ядерного синтеза, в ходе которой водород превращался в гелий. Самые крупные звезды после истощения запасов водорода взрывались. При этом давление и температура в недрах звезды достигали колоссальных величин. Это создавало необходимые условия для синтеза тяжелых элементов. Все элементы тяжелее гелия, в том числе необходимые для жизни углерод, кислород, азот, фосфор, сера и другие, могли образоваться только во время таких взрывов. Звезды первого поколения стали фабрикой по производству атомов, необходимых для будущей жизни.
Взрыв звезды не только создавал тяжелые элементы, но и рассеивал их в пространстве. Из новых скоплений атомов образовались звезды второго поколения, в том числе и наше Солнце. Облака рассеянных частиц, не вошедших в состав центральной звезды, вращались вокруг нее и постепенно разделялись на отдельные сгустки – будущие планеты. Именно на этом этапе и мог начаться синтез первых органических молекул.
Возможность органического синтеза в протопланетном облаке предполагалась давно, но подтверждена была лишь недавно, во многом благодаря работам академика В.Н.Пармона и его коллег из Новосибирского Института Катализа. При помощи сложных расчетов и компьютерного моделирования было показано, что в газово-пылевых протопланетных облаках имеются необходимые условия для синтеза разнообразной органики из водорода, азота, угарного газа, цианистого водорода и других простых молекул, обычных в космосе. Непременным условием является присутствие твердых частиц-катализаторов, содержащих железо, никель и кремний.
Молодая Земля могла иметь в своем составе большое количество органики уже с самого начала своего существования. Абиогенный синтез органики продолжался уже на Земле.
Вместе с Землей возник и так называемый "геохимический круговорот". Одни вещества поступали из сдавленных, разогревшихся недр Земли, формируя первичную атмосферу и океаны. Другие приходили из космоса в виде валящихся с неба остатков протопланетного облака, метеоритов и комет. В атмосфере, на поверхности суши и в водоемах все эти вещества смешивались, вступая друг с другом в химические реакции, и превращались в новые соединения, которые, в свою очередь, тоже вступали в реакции друг с другом.
Современные представления о происхождении жизни восходят к гипотезам Опарина и Холдейна. В 20-30 гг. были заложены основы точки зрения, согласно которой жизнь рассматривается как явление, естественным образом возникающее из неживой природы.
Возникновению живого вещества Земли предшествовала довольно длительная и сложная эволюция химического состава атмосферы, в конечном счете приведшая к образованию ряда органических молекул. Эти молекулы послужили как бы «кирпичами» для образования живого вещества.
Полагают, что в те времена атмосфера была совершенно не такая, как теперь. Легкие газы – водород, гелий, азот, кислород и аргон – уходили из атмосферы, так как гравитационное поле нашей еще недостаточно плотной планеты не могло их удержать. Однако простые соединения, содержащие эти элементы, должны были удерживаться; к ним относятся вода, аммиак, двуокись углерода, метан. После того, как температура поверхности Земли упала ниже 100°С и образовалась гидросфера, большинство молекул аммиака растворилось в воде. Современная насыщенная кислородом атмосфера постепенно формировалась благодаря диссоциации молекул воды под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца. Однако, по-видимому, решающую роль в насыщении атмосферы кислородом сыграл фотосинтез растений. Отсутствие в первичной атмосфере кислорода было, вероятно, необходимым условием для возникновения жизни; лабораторные опыты показывают, что, как это ни парадоксально, органические вещества гораздо легче создаются в восстановительной среде, чем в атмосфере, богатой кислородом.
Сколько времени существовала первичная бескислородная атмосфера? Имеются надежные геологические данные, свидетельствующие о том, что уже 3,5 млрд. лет назад земная атмосфера была богата кислородом. С другой стороны, возраст земной коры оценивается геологами в 4,5 млрд. лет. Следовательно, время существования некислородной атмосферы не превышало 1 млрд. лет. Жизнь должна была возникнуть на Земле до того, как атмосфера стала богата кислородом, так как последний является в основном продуктом жизнедеятельности растений. Согласно недавней оценке Сагана, жизнь на Земле возникла 4,2±0,2 млрд. лет назад. Эта оценка следует из того, что самые древние из известных на Земле организмов – сине-зеленые водоросли – имеют возраст 3,2 млрд. лет. Так как эти организмы довольно сложны, ясно, что от момента зарождения жизни на Земле до их возникновения прошло немало времени. Другими словами, уже на ранних фазах эволюции Земли на ней возникла жизнь.
В 1923г. А.И. Опарин высказал мнение, что органические вещества, возможно углеводороды, могли создаваться в океане из более простых соединений; энергию для этих реакций синтеза, вероятно, доставляла интенсивная солнечная радиация, главным образом ультрафиолетовые лучи, попадавшие на Землю до того, как образовался слой озона, который стал задерживать большую её часть. По мнению Опарина, разнообразие находившихся в океанах простых соединений, площадь поверхности Земли, доступность энергии и масштабы времени позволяют предположить, что в океанах постепенно накапливались органические вещества, и образовался тот «первичный бульон», в котором могла возникнуть жизнь.
В настоящее время накоплен значительный экспериментальный материал, иллюстрирующий, каким образом такие простые вещества, как вода, метан, аммиак, окись углерода, аммонийные и фосфатные соединения и др. превращаются в высокоорганизованные структуры, являющиеся основными строительными блоками клетки. Эти опыты, начатые американскими учеными Кельвином, Миллером и Юри, положили начало новому научному направлению, получившему впоследствии название «пребиологической химии».
Так, например, опытами Миллера доказано, что при прохождении электрических разрядов через смесь метана, аммиака, молекулярного водорода и паров воды (эта смесь достаточно хорошо моделирует первичную атмосферу Земли) возникали глицин, аланин и другие аминокислоты, а также ряд других органических соединений. Точно также экспериментально доказано, что в такой смеси образование органических соединений может происходить под воздействием ультрафиолетовой радиации. В результате этих исследований стало понятно, что основные органические вещества-мономеры, необходимые для возникновения полимерных молекул НК и белков, действительно могли быть химически получены в условиях пребиотического мира, т.е. мира, еще лишенного жизни.
Любопытно отметить, что сложные органические молекулы значительно лучше сопротивляются разрушительному действию ультрафиолетовых лучей и нагреванию, чем простые. Поэтому следует ожидать, что с течением времени должны выжить более сложные молекулы, а более простые должны разрушаться. Это довольно любопытный пример «естественного отборы» у неживой материи.
Наряду с описанным «естественным отбором», приводящим к преимущественному образованию сложных органических соединений, будут происходить слияния таких молекул в целые молекулярные агрегаты, насчитывающие огромное число молекул. Они притягивают к себе молекулы, воды, создающие вокруг них оболочку и обособляются от всей массы воды. Такие образования называются «коацерватными каплями» (от лат. coacervus – сгусток, куча). В итоге образования коацерватных капель в них могут быть сконцентрированы все белковые молекулы, присутствующие в мировом океане.
Академик А.И. Опарин считал, что именно эти коацерватные капли могли дать начало образованию первичных живых систем. Об этом свидетельствует ряд свойств коацерватов, ставших известными благодаря лабораторным исследованиям. Капли-коацерваты могли обмениваться веществами с окружающей средой и накапливать различные соединения. Различие состава коацерватов открывало возможности для биохимического естественного отбора. В самих каплях происходили дальнейшие химические превращения попавших туда веществ. На границе капель с внешней средой выстраивались молекулы жиров (липиды), образуя примитивную мембрану, повышающую стабильность всей системы.
Однако наличие аналогов обмена веществ и естественного отбора у коацерватов, о которых пишет Опарин, еще не есть доказательство того, что они могли привести к образованию первых примитивных живых организмов. Основными свойствами всякого живого организма, помимо обмена веществ, является наличие «копировальной системы», «кода», передающие по наследству все характерные признаки данной особи. Между тем у коацерватов ничего подобного нет. Изобилие на первобытной Земле всевозможных, в том числе и достаточно сложных, «строительных блоков», из которых построено всё живое, еще не объясняет, как возникла и стала функционировать живая субстанция, представляющая собой даже в самых простых формах весьма сложную машину.
Как произошел качественный скачок от неживого к живому – этого гипотеза А.И. Опарина совершенно не объясняет. Только привлечение основных представлений современной молекулярной биологии может помочь решению этой важнейшей, основной проблемы.
Итак, центральной проблемой происхождения жизни на Земле является реконструкция эволюции механизма наследственности. Жизнь возникла только тогда, когда начал действовать механизм репликации. Ведь любая сколь угодно сложная комбинация аминокислот и других сложных органических соединений – это еще не организм. Можно, конечно, предположить, что при каких-то исключительно благоприятных условиях где-то на Земле возникла некая «праДНК», способная к самовоспроизведению, которая и послужила началу всего живого на Земле. Но вряд ли эта «праДНК» подобна современной. Дело в том, что современная ДНК сама по себе беспомощна. Она может функционировать только при наличии белков-ферментов. Думать, что чисто случайно путем перетряхивания отдельных блоков могла возникнуть такая сложнейшая машина, как «праДНК» и нужный для её функционирования комплекс белков-ферментов – это значит верить в чудеса. Выход из этого затруднительного положения может состоять в том, что сам репликационный механизм за миллиарды лет сам претерпевал огромную эволюцию от простого к сложному. К сожалению, успехи в этой важнейшей области пока незначительны.
Теория "РНК-Мира".
Все живое на Земле справляется с этими задачами при помощи трех классов сложных органических соединений: ДНК, РНК и белков. ДНК взяла на себя первую задачу – хранение наследственной информации. Белки отвечают за вторую: они выполняют все виды активных "работ". Разделение труда у них очень строгое. Белки не хранят наследственную информацию, ДНК не совершает активной работы.
Молекулы третьего класса веществ – РНК – служат посредниками между ДНК и белками, обеспечивая считывание наследственной информации. При помощи РНК осуществляется синтез белков в соответствии с записанными в молекуле ДНК "инструкциями". Некоторые из функций, выполняемых РНК, очень похожи на функции белков (активная работа по прочтению генетического кода и синтезу белка), другие напоминают функции ДНК (хранение и передача информации). И все это РНК делает не в одиночку, а при активном содействии со стороны белков. На первый взгляд РНК кажется "третьей лишней". Нетрудно представить себе организм, в котором РНК вовсе нет, а все ее функции поделили между собой ДНК и белки. Правда, таких организмов в природе не существует.
Какая из трех молекул появилась первой? Одни ученые говорили: конечно, белки, ведь они выполняют всю работу в живой клетке, без них жизнь невозможна. Им возражали: белки не могут хранить наследственную информацию, а без этого жизнь и подавно невозможна! Значит, первой была ДНК!
Ситуация казалась неразрешимой: ДНК ни на что не годна без белков, белки – без ДНК. Получалось, что они должны были появиться вместе, одновременно, а это трудно себе представить. Про "лишнюю" РНК в этих спорах почти забыли. Ведь она, как тогда думали, не может без посторонней помощи ни хранить информацию, ни выполнять работу.
Потом, правда, выяснилось, что у многих вирусов наследственная информация хранится в виде молекул РНК, а не ДНК. Но это посчитали курьезом, исключением. Переворот произошел в 80-х годах 20 века, когда были открыты рибозимы – молекулы РНК с каталитическими свойствами. Рибозимы – это РНК, выполняющие активную работу, то есть то, что должны делать белки. Среди рибозимов были найдены и катализаторы репликации (копирования, размножения) молекул РНК – своих собственных или чужих.
В итоге РНК из "почти лишней" стала "почти главной". Оказалось, что она, и только она, может выполнять сразу обе главные жизненные задачи – и хранение информации, и активную работу. Стало ясно, что возможен полноценный живой организм, не имеющий ни белков, ни ДНК, в котором все функции выполняются только молекулами РНК. Конечно, ДНК лучше справляется с задачей хранения информации, а белки – с "работой", но это уже мелочи. РНК-организмы могли приобрести белки и ДНК позже, а поначалу обходиться без них.
Так появилась теория РНК-мира, согласно которой первые живые организмы были РНК-организмами без белков и ДНК. А первым прообразом будущего РНК-организма мог стать автокаталитический цикл, образованный самовоспроизводящимися молекулами РНК – теми самыми рибозимами, которые способны катализировать синтез собственных копий.
РНК – полимер, состоящий из множества похожих "кирпичиков" – рибонуклеотидов, каждый из которых, в свою очередь, собран из трех частей. Первая из них - фосфорная кислота (фосфат) - неорганическое вещество, которого довольно много в земной коре и океанах. Вторая – азотистое основание. В состав РНК входит четыре азотистых основания: аденин, урацил, гуанин и цитозин; соответственно, существует четыре вида рибонуклеотидов. Азотистые основания могли синтезироваться из неорганических молекул (таких, как CO, HCN и NH3) еще в протопланетном облаке. Их находят и в метеоритах. Третья - сахар рибоза – образуется в ходе автокаталитической реакции Бутлерова.
Все живые организмы дискретны в пространстве и имеют наружную оболочку. Трудно представить себе живое существо в виде туманного облачка или раствора. Однако поначалу преджизнь существовала именно в виде растворов. Чтобы не раствориться окончательно, не рассеяться в водах древних водоемов, "живые растворы" должны были ютиться в крошечных полостях, которые часто встречаются в минералах. Это тем более удобно, что некоторые минералы (например, пирит) являются неплохими катализаторами для многих биохимических реакций. Кроме того, поверхность минералов могла служить своеобразной матрицей, основой, к которой прикреплялись молекулы РНК. Упорядоченная структура кристаллов помогала упорядочить и структуру этих молекул, придать им нужную пространственную конфигурацию.
Но рано или поздно преджизнь должна была обзавестись собственными оболочками – перейти от доорганизменного уровня к организменному. Идеальным материалом для таких оболочек являются липиды, молекулы которых способны образовывать на поверхности воды тончайшие пленки. Если взболтать такую воду, в ее толще образуется множество мелких пузырьков – водяных капелек, покрытых двуслойной липидной оболочкой (мембраной). Эти капельки проявляют интересные свойства, которые делают их похожими на живые клетки. Например, они способны осуществлять обмен веществ. Липидные мембраны обладают избирательной проницаемостью: одни молекулы сквозь них проходят, другие нет. Благодаря этому одни вещества втягиваются в каплю, другие выводятся, третьи – накапливаются внутри. Правда, для того, чтобы это происходило постоянно, одних мембран недостаточно. Нужно еще, чтобы внутри капли одни вещества превращались в другие, а для этого там должны находиться катализаторы – белки или РНК.
Изучением свойств водно-липидных капель (коацерватов) занимался академик А.И.Опарин. Он считал, что коацерваты были одним из этапов на пути возникновения жизни. Опарин обнаружил, что при определенных условиях коацерваты могут расти и даже "размножаться" делением.
Первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных абиогенным путем. Впоследствии они могли вступить в симбиоз (взаимовыгодное сожительство) с "живыми растворами" – колониями самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липидов. Подобное сообщество уже можно назвать организмом. У всех живых существ до сих пор в синтезе липидов важнейшую роль играет кофермент А, представляющий собой не что иное, как модифицированный рибонуклеотид. Это – еще одно напоминание об РНК-мире.
Вторым крупным усовершенствованием РНК-организмов было приобретение ДНК. Молекулы ДНК более устойчивы, чем РНК, и потому являются более надежными хранителями наследственной информации. Платой за стабильность стала неспособность молекул ДНК сворачиваться в глобулы и выполнять какие-либо активные действия. Изначально ДНК, скорее всего, была чем-то вроде покоящейся фазы в жизненном цикле самовоспроизводящихся колоний РНК, и лишь много позднее она стала основным носителем наследственной информации.
Накопление знаний о генетическом коде, нуклеиновых кислотах и биосинтезе белков привело к утверждению принципиально новой идеи о том, что все начиналось вовсе не с белков, а с РНК. Нуклеиновые кислоты являются единственным типом биологических полимеров, макромолекулярная структура которых, благодаря принципу комплементарности при синтезе новых цепей, обеспечивает возможность копирования собственной линейной последовательности мономерных звеньев, другими словами, возможность воспроизведения (репликации) полимера, его микроструктуры. Поэтому только нуклеиновые кислоты, но не белки, могут быть генетическим материалом, то есть воспроизводимыми молекулами, повторяющими свою специфическую микроструктуру в поколениях. Образование компонентов мономерных звеньев РНК - углеводных циклов рибозы и гетероциклических оснований - как уже показано, не представляло принципиальных затруднений. При этом некоторые минералы земной коры ускоряли процесс образования из них нуклеозидов, а затем и соединение последних в НК. На первичной РНК-матрице могли происходить процессы-аналоги транскрипции и трансляции, причем без участия белков-ферментов. Такой синтез мог проходить в первичных каплях-коацерватах. Это приводило к накоплению четко очерченного набора биомолекул в каждой из них, однако разнообразие самих капель и условий, в которых они существовали, давало большие возможности для отбора наиболее устойчивых капель, что являлось уже протоэволюцией. Самовоспроизводящиеся делением капли все увеличивались в размерах и постоянно усложнялись, вовлекая в себя новые и новые вещества. Таким путем могла возникнуть первая клетка.
По ряду соображений именно РНК, а не ДНК, могла представлять собой первичный генетический материал.
Во-первых, и в химическом синтезе, и в биохимических реакциях рибонуклеотиды предшествуют дезоксирибонуклеотидам; дезоксирибонуклеотиды - продукты модификации рибонуклеотидов.
Во-вторых, в самых древних, универсальных процессах жизненного метаболизма широко представлены именно рибонуклеотиды, а не дезоксирибонуклеотиды, включая основные энергетические носители типа рибонуклеозид-полифосфатов (АТФ и т.п.).
В-третьих, репликация РНК может происходить без какого бы то ни было участия ДНК, а механизм редупликации ДНК даже в современном живом мире требует обязательного участия РНК-затравки в инициации синтеза цепи ДНК.
В-четвертых, обладая всеми теми же матричными и генетическими функциями, что и ДНК, РНК способна также к выполнению ряда функций, присущих белкам, включая катализ химических реакций. Таким образом, имеются все основания рассматривать ДНК как более позднее эволюционное приобретение - как модификацию РНК, специализированную для выполнения функции воспроизведения и хранения уникальных копий генов в составе клеточного генома без непосредственного участия в биосинтезе белков.
Заслуживает внимания еще такой вопрос: почему жизнь на Земле не возникает из неживого вещества в настоящее время? Против возможности повторного зарождения жизни на нашей планете из неживой субстанции можно выдвинуть такой серьезный аргумент: ранее возникшая жизнь не даст возможность новому зарождению жизни. Микроорганизмы и вирусы буквально съедят уже первые ростки новой жизни. К тому же наличие свободного кислорода сейчас на Земле также губительно бы влияло на возникающую жизнь. Другим аргументом против повторного зарождения жизни является ничтожно малая вероятность этого процесса. Ведь нельзя исключить возможность того, что жизнь на Земле возникла случайно.
Каковы были самые первые возникающие организмы?
Данные, которыми сейчас располагает наука, позволяют считать, что первые организмы были гетеротрофами, так как только гетеротрофы могли использовать имевшиеся в среде запасы энергии, заключенной в сложных органических веществах первичного бульона. Химические реакции, необходимые для синтеза питательных веществ, достаточно сложны, поэтому они вряд ли могли возникнуть у самых простых форм жизни.
Полагается, что по мере образования в ходе «биохимической эволюции» более сложных органических веществ, некоторые из них оказались способными использовать солнечную радиацию как источник энергии для биосинтеза. Возможно, что включение этих веществ в уже существующие клетки позволило последним синтезировать новые клеточные материалы, так что им не надо было больше поглощать органические вещества – клетки стали автотрофными. Возрастание численности гетеротрофов должно было привести к усиленной конкуренции за пищевые ресурсы в первичном бульоне, и это ускорило появление автотрофов.
Самые первые фотосинтезирующие организмы были лишены метаболического пути, ведущего к образованию кислорода. Полагают, что на более позднем этапе, появились организмы, способные к фотосинтезу с выделением кислорода, подобные современным сине-зеленым водорослям. Это привело к постепенному накоплению кислорода в атмосфере. Вследствие этого образовался озоновый слой, препятствующий проникновению ультрафиолетового излучения Солнца на Землю. Это привело к замедлению синтеза новых сложных веществ, но одновременно повысило устойчивость преуспевающих форм жизни.