Теория опарина о происхождении жизни на земле кратко

Обновлено: 22.04.2024

Вопрос происхождения жизни на планете волнует умы ученых не одну сотню лет, однако единой гипотезы до сих пор нет. В рамках общеобразовательного курса школьникам предстоит познакомиться с теорией Опарина-Холдейна, которая объясняет возникновение живого путем биохимической революции. У данного подхода имеются как плюсы, так и минусы, однако он вполне логичен и позволяет разобраться в ряде важнейших вопросов.

Основные положения

Теория Опарина о происхождении жизни на Земле базируется на ряде важнейших принципов. Жизнь на планете, согласно взглядам отечественного ученого, зарождалась в три этапа. Сначала возникли органические соединения как таковые. Далее произошло образование белков, полисахаридов и липидов, то есть полимерных соединений. Наконец, процесс завершился появлением примитивных, но уже способных к воспроизводству, живых организмов.

Вторая особенность гипотезы — согласно ей, биологической (биогенной) эволюции предшествовала химическая, которая стала основной причиной появления сложных веществ. Сущность процесса:

На формирование сложных соединений оказала влияние атмосфера Земли, лишенная кислорода, а также разряды молний и УФ-лучи солнца.
Органические вещества стали основой появления биополимеров, которые, в свою очередь, использовались для образования примитивных форм жизни (пробионтов).
Когда в пробионтах появились нуклеиновые кислоты, они получили возможность передавать наследственную информацию и усложняться в следующих поколениях.
Результат естественного отбора — выжить смогли лишь те организмы, которые оказались способными к воспроизводству.

Положения теории вполне логичны и вытекают одно из другого. Однако важно понимать то, какая проблема не была решена гипотезой Опарина. Дело в том, что пробионты (или проклетки, прообраз современных клеток) по сей день не изучены досконально. Поэтому непонятно, что именно побудило скопление полимеров перейти от нежилого состояния к дыханию, питанию и воспроизводству.

История и эксперименты

Они представляют собой средоточие органического вещества, отделенного от внешней среды посредством мембраны и способное поддерживать обмен с нею. Данный процесс представляет собой предшествующую стадию коагуляции — соединения мельчайших частиц воедино.

Последующая разработка

Следующий этап развития теории — опыты и исследования американского химика Стэнли Миллера, который заинтересовался данным вопросом еще в студенческие годы. Ему удалось воссоздать искусственную среду и получить из неживой материи аминокислоты. Суть эксперимента:

В колбах, связанных между собой, были имитированы условия планеты.
Колбы заполнили аммиаком, водородом и монооксидом углерода — смесью газов, которые составляли атмосферу Земли раннего периода.
Часть системы составляла кипящая вода, пары при этом подвергались воздействию имитирующих молнию разрядов электричества.
После охлаждения пар накапливался в нижней трубке в виде конденсата.
Через неделю непрерывного процесса в колбе удалось обнаружить сахара, липиды и аминокислоты.

Однако эксперимент Миллера до сих пор критикуется представителями научного мира и не признается доказательством достоверности гипотезы Опарина и Холдейна.

Отличия взглядов и вклад в науку

Рассмотрев основные положения теории Опарина, можно отметить, что они с Холдейном дошли до сходных идей вне зависимости друг от друга. Однако в гипотезах двух ученых имеются и некоторые различия. Основное из них — разное представление о том, какие именно изначальные элементы стали источниками зарождения жизни. Согласно взглядам Опарина, это были белки, Холдейн же полагал, что основную роль сыграли нуклеиновые кислоты.

Другое различие:

Русский исследователь — создатель теории — был убежден, что самозарождение жизни из неживой материи, то есть аборигенное, было возможным исключительно в условиях древнейшей атмосферы.
Холдейн считал, что первичной была макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству, а не коацерватная система.

Суть теории

Кратко можно сформулировать основные постулаты гипотезы двух авторов: живые организмы появились на планете из неживой материи, однако для этого процесса необходимы были условия, царившие на Земле миллиарды лет назад. Сейчас представляется невозможным полностью воссоздать эту картину, ведь то, что творилось в атмосфере столь глубокой древности, может быть высказано лишь на уровне предположений.

Особенности атмосферы тех лет:

Отсутствие кислорода (сейчас его образуют зеленые растения, которые в тот период, конечно, не существовали).
Определенный температурный режим — очень жарко.
Наличие источников энергии.
Обязательное наличие воды.

Кроме того, гипотеза подразумевает и нахождение в атмосфере неорганических веществ, которые стали предшественниками органических соединений.

Согласно теории, можно выделить 5 этапов становления и развития жизни на планете, которые в наглядной форме представлены в таблице.

Этап	Основные события
Первый — 6,5−3,5 млрд лет назад	Образовалась первичная атмосфера, включающая аммиак, метан, водород, пары воды, углекислый газ и окись углерода.
Второй	Поверхность планеты охлаждается до температуры +100°C, происходит образование первичного океана за счет конденсации водяного пара. В воде растворяются газы и минеральные вещества. Все это сопровождается сильнейшими грозами. Удары молний и ультрафиолетовые радиации становятся причиной синтеза аминокислот, сахаров, азотистых соединений — простых органических образований.
Третий	Формирование белков простейшей структуры. Коацерватов, жиров.
Четвертый — 3,5−3 миллиарда лет назад	Появление протобионтов, способных к обмену веществ и самовоспроизведению.
Пятый — 3 миллиарда лет назад	Появление организмов с клеточным строением (прокариот-бактерий)

Идея о составе первичной атмосферы планеты основана на данных других наук, а также анализе оболочек иных планет Солнечной системы. Кроме того, доказательства второй и третьей стадии удалось получить в ходе многочисленных экспериментов по синтезированию жизни.

Развитие и доказательства

Теории происхождения жизни на планете принято подразделять на две большие группы: биогенез — все живое произошло от живого и абиогенез — живая материя образовалась из неживой. Гипотеза Опарина-Холдейна относится ко второму классу. В настоящее время современные исследования позволили несколько видоизменить и дополнить ее.

Сейчас большая часть исследователей полагает, что сначала у организмов возникла способность к самовоспроизведению, а лишь потом — к обмену веществ. Именно самовоспроизведение является основой передачи полезных качеств представителям нового поколения, то есть важнейшим составляющим эволюции в целом и естественного отбора в частности.

Выделяют также и дополнительные источники энергии, под воздействием которого сформировались первые живые организмы. Кроме разрядов молний и УФ-лучей, к ним относят:

естественную радиоактивность;
вулканические извержения;
солнечный ветер.

Все это помогло образованию химических связей. Изменились и представления ученых о составе атмосферы раннего периода, поскольку появились новые объективные данные. В частности, удалось установить, что концентрация углекислого газа была гораздо меньшей, чем полагали авторы гипотезы. Атмосфера планеты очень напоминала ту, которая сейчас наблюдается у Марса и Венеры: состояла в основном из углекислого газа и азота, другие же газы содержались в ней в весьма малой концентрации. Новые данные заставили повторить эксперимент Миллера, однако в его системе указанные вещества не повлекли за собой появления органики.

Несмотря на выявленные современными исследователями недостатки, гипотеза Опарина и Холдейна стала важнейшим шагом в изучении особенностей появления первых живых организмов на планете. Ученым удалось создать четкую концепцию, которая в дальнейшем стала основой для множества теорий аборигенного зарождения жизни, их отправной точкой.

Наибольшей популярностью у современных учёных пользуется гипотеза Опарина-Холдейна о происхождении жизни на Земле. Согласно гипотезе жизнь произошла из неживой материи (абиогенно) в результате сложных биохимических реакций.

Положения

Чтобы рассказать кратко о гипотезе возникновения жизни, следует выделить три этапа становления жизни по Опарину:

возникновение органических соединений;
образование полимерных соединений (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов);
появление примитивных организмов, способных к воспроизводству.

Биологической эволюции предшествовала химическая эволюция, в результате которой в атмосфере Земли абиогенным путем образовались из неорганических веществ органические. Их синтез осуществлялся в бескислородных условиях под действием ультрафиолетовых лучей и разрядов молний.

Из органических веществ в океане возникали биополимеры. Из органических соединений в воде образовывались сгустки – коацерватные капли, которые со временем отделились от внешней среды мембраной из липидов. Так возникли пробионты – примитивные формы жизни. Появление в пробионтах нуклеиновых кислот способствовало передаче наследственной информации и усложнению организации. В результате длительного естественного отбора остались только те из них, которые были способны к успешному воспроизводству.

Рис. 2. Пробионты.

Пробионты или проклетки до сих пор не были получены экспериментальным путём. Поэтому до конца непонятно, как возник генетический код и примитивное скопление биополимеров смогло перейти от неживого пребывания в бульоне к воспроизводству, питанию и дыханию.

История

Гипотеза Опарина-Холдейна прошла долгий путь и не раз критиковалась. История становления гипотезы описана в таблице.

которые читают вместе с этой

Учёный

Основные события

Советский биолог Александр Иванович Опарин

Британский биолог Джон Холдейн

Независимо от Опарина стал развивать подобные взгляды на проблему происхождения жизни. В отличие от Опарина Холдейн предполагал, что вместо коацерватов образовывались макромолекулярные вещества, способные к воспроизводству. Холдейн считал, что первыми такими веществами были не белки, а нуклеиновые кислоты

Американский химик Стэнли Миллер

Будучи студентом, воссоздал искусственную среду для получения аминокислот из неживой материи (химических веществ). Эксперимент Миллера-Юри сымитировал во взаимосвязанных колбах условия Земли. Колбы заполняла смесь газов (аммиак, водород, монооксид углерода), схожая по составу с ранней атмосферой Земли. В одной части системы находилась постоянно кипящая вода, пары которой подвергались электрическим разрядам (имитация молний). Охлаждаясь, пар скапливался в виде конденсата в нижней трубке. После недели непрерывного эксперимента в колбе были обнаружены аминокислоты, сахара, липиды

Британский биолог Ричард Докинз

Рис. 3. Эксперимент Миллера.

Эксперимент Миллера неоднократно подвергался критике, и до конца не признаётся практическим подтверждением теории Опарина-Холдейна. Главная проблема – получение из образованной смеси органических веществ клеток, составляющих основу жизни.

Что мы узнали?

Из урока узнали о сути гипотезы происхождения жизни на Земле Опарина-Холдейна. Согласно теории органические вещества (белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты) возникли из неживой материи в результате сложных биохимических реакций под воздействием внешней среды. Гипотезу впервые проверил Стэнли Миллер, воссоздав условия Земли до зарождения жизни. В результате были получены аминокислоты и другие сложные вещества. Однако как данные вещества воспроизводились, осталось без подтверждения.

С самого раннего момента своего появления человечество наделяло природу особыми свойствами: существовал тотемизм - поклонение какому-либо животному или растению как своему мифическому защитнику. С течением времени появились монотеистические религии, в которых утверждалось, что настоящий мир создан творцом в результате акта сверхъестественного творения.

За всю историю существования человечества сторонниками этой теории не было приведено ни одного подтверждающего доказательства. Справедливо отметить, что и опровергнуть эту теорию невозможно. Основополагающим моментом здесь являются не факты, а вера.

Теория стационарного состояния

Согласно данной теории, жизнь никто и ничто не создал(о) - жизнь, как и Вселенная, существует вечно, не имея точки начала и конца. Отдельные тела в этой системе - галактики, звезды, небесные тела и живые организмы - рождаются и умирают.

Теория панспермии (греч. pan — всё и sperma — семя)

После формирования и остывания нашей планеты на ее поверхности сложились условия благоприятные для развития жизни. Теория панспермии гласит о том, что жизнь на нашу планету была занесена извне, из космоса с падением метеороида или астероида. На Землю попали зачатки живого - споры бактерий, вирусы.

Теория самозарождения

Сторонники этой теории считали (или считают, если такие еще остались)), что жизнь способна самозарождаться из неживого. Еще Аристотель считал, что личинки, из которых появляются мухи, самозарождаются в гниющем мясе. Эти представления были довольно долго распространены и популярны.

Особое внимание обратим на витализм (лат. vitalis — жизненный) - учение о существовании нематериальной сверхъестественной жизненной силы, управляющей жизненными явлениями. Витализм и теория самозарождения тесно взаимосвязаны.

Особенно активно эти идеи обсуждались в конце XVI века, когда апогея достигла легенда о гомункулусе. Свой рецепт "приготовления" гомункулуса Парацельс описывает так: "Возьмите сперму и заставьте ее гнить 7 суток в запечатанной тыкве, а затем в течение 40 недель в лошадином желудке, ежедневно добавляя кровь. В результате произойдет живой ребенок, как дитя, родившееся от женщины".

Кажется что-то таинственное и магическое скрыто за этими древними строками, однако это всего лишь остроумная шутка, на которую попались многие, даже из числа наших современников. Первым аргументированно попытался опровергнуть теорию самозарождения жизни Франческо Реди в 1668 году.

Опыт Франческо Реди состоял в доказательстве того факта, что в плотно закрытых банках, куда не могут попасть мухи, не развиваются и черви - их личинки. В таких банках мясо гниет, но не "производит" червей. Ранее Уильям Гарвей, английский медик, постулировал: "Все живое происходит из яйца".

Казалось бы, теория самозарождения опровергнута - точка. Но хитрые виталисты обвинили Франческо Реди в том, что закрыв банки тканью, он предотвратил доступ в них жизненной силе, и, естественно, жизнь в них не зародилась. Так что теория самозарождения пошатнулась, не более, но выстояла этот удар.

Лишь спустя почти 200 лет - в 1862 году - Луи Пастер нанес сокрушительный удар по виталистам, окончательно развенчав теорию самозарождения. Пастер кипятил в S-образной колбе молоко, в котором находились микроорганизмы. После кипячения колбы оставляли на открытом воздухе. За счет S-образной колбы бактерии оседали на стенках, не достигали молока: процессы брожения и гниения не начинались.

В честь Луи Пастера процесс тепловой обработки пищевых продуктов называется пастеризацией. Она представляет собой нагревание жидких продуктов до 60-70 °C в течение 60 минут, в результате чего болезнетворные микроорганизмы погибают. Это позволяет сохранить продукты свежими на долгое время.

Гипотеза А.И. Опарина абиогенного происхождения жизни

Одним из первых в 1924 году научно пытался обосновать появление жизни на земле советский ученый Опарин, а через 5 лет в - 1929 году - Дж. Холдейн. Согласно теории Опарина, жизнь представляет собой закономерный этап эволюции химических соединений - молекулярных преобразований, их полимеризации, возникновение более сложных по строению веществ. Процессы возникновения жизни по Опарину делятся на 3 этапа:

Возникновение органических веществ из неорганических. Образование первичного бульона
Усложнение строения веществ (появление белков, нуклеиновых кислот). Формирование коацерватов - капель с большой концентрацией коллоида
Возникновение самовоспроизводящихся организмов, появление в них матричного синтеза на основе РНК, затем и ДНК

В результате таких преобразований из первичного бульона возникли первые прокариотические клетки.

Теорию Опарина и Холдейна подверглась проверке на практике. Первые эксперименты провел С. Миллер, пытавшийся синтезировать органические вещества из неорганических. Миллер использовал колбу, в которой непрерывно циркулировали метан, аммиак, водород и угарный газ (CO) - когда-то составлявшие атмосферу Земли (кислород в ее составе отсутствовал).

По итогам эксперимента в системе появились аминокислоты, сахара, жиры и даже предшественники нуклеиновых кислот.

С точки зрения вероятности возникновение жизни весьма маловероятно, однако учитывая очень долгое время (1 млрд. лет от появления Земли) вероятность такого события значительно возрастает.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Биология

Вопросом о происхождении жизни на Земле учёные задаются в течение многих сотен лет, но единая теория до сих пор не выведена. Основные положения гипотезы Опарина-Холдейна объясняют зарождение живых существ благодаря биохимической эволюции. У такого подхода есть как достоинства, так и недостатки, но он достаточно логичен. С его помощью можно вывести несколько важных утверждений.

Различные взгляды на происхождение видов

О возникновении жизни в воде кратко рассказывают древнеиндийские и древнекитайские рукописи. О появлении земноводных, вышедших из отложений ила, повествуют иероглифы Древнего Вавилона. Биология далёкого прошлого подразумевала, что произошло самозарождение. Но каковы причины этого явления, мудрецы не могли объяснить.

В соответствии с представлениями древних философов, произошёл абиогенный процесс, то есть органика появилась из неорганических соединений. Демокрит считал, что причиной появления жизни является особое взаимодействие неделимых частиц.

Платон и Аристотель говорили, что произошло воздействие высшего начала на безжизненную материю. Это вселило душу в составные элементы природы.

После появления микроскопа Антони ван Левенгук открыл мельчайшие микроорганизмы, которые стали основной причиной спора между учёными, представлявшими разные теории появления живых существ. Это были абиогенез и биогенез. Одни думали, что органические вещества могут возникнуть только из органики, другие считали возможным самозарождение жизни. Суть спора до сих пор не сильно поменялась.

Опыты отдельных биологов доказывали самопроизвольное зарождение микроскопических организмов, но другие учёные отвергали эту вероятность. Луи Пастер при помощи экспериментов доказал, что нет никакой мифической жизненной силы, которая становится катализатором зарождения бактерий. Но в своих публикациях он допускал вероятность самозарождения в каких-либо особых условиях на определённых этапах развития планеты.

Чарльз Дарвин своими работами потряс многих представителей естественных наук. Он утверждал, что всё многообразие современных видов произошло от одного предка. Вначале у теории естественного отбора практически не было сторонников. Но сейчас именно работы Дарвина лежат в основе естественных наук.

После него биология уже не могла рассматривать этот вопрос с прежних позиций. Многие биологи убедились в существовании эволюции. Хотя Древо жизни Дарвина претерпело много изменений, общая концепция сохранилась.

Первичный бульон

В 1924 году была опубликована книга Александра Опарина, в которой учёный рассказал о своей новой теории появления первого простого организма. Спустя 5 лет этой работой заинтересовался Джон Холдейн. Биолог из Британии занимался такими же изысканиями и пришёл к выводам, которые подтвердили утверждения Опарина.

Общая трактовка теории учёных сводилась к таким принципам:

У молодой планеты атмосфера состояла из метана и аммиака, а кислород полностью отсутствовал.
Грозы действовали на атмосферу. Однажды это привело к появлению органических соединений.
Эти вещества накапливались в больших количествах в различных водоёмах. Такой процесс называется формированием первичного бульона.
В некоторых местах накопилось большое количество молекул, которые были подходящими для зарождения жизни.
Они взаимодействовали между собой, благодаря чему появились нуклеиновые кислоты и белки. Именно эти вещества создают генетический код.
Постепенно произошло соединение кода и молекул, что привело к образованию живой клетки.
Первичный бульон был для неё питательной средой.
Со временем клетки самостоятельно научились пополнять питательные вещества. Это привело к появлению собственного обмена веществ.
Из клетки развились новые организмы.

Теория Дарвина не объясняла возникновение первого организма. Гипотеза Опарина-Холдейна смогла ответить на этот вопрос.

Основные положения

Гипотеза Опарина о возникновении живых организмов базируется на нескольких важных принципах. Всё происходило в 3 этапа. На первом появились органические соединения. После этого началось образование белков, сложных сахаров и липидов. На завершающем этапе появились способные к воспроизводству микроорганизмы.

Также у гипотезы есть ещё одна особенность. Перед биологической эволюцией происходило преобразование химических соединений, что и привело к возникновению сложных соединений. Процесс происходил следующим образом:

Бескислородная атмосфера планеты, ультрафиолетовые лучи солнца и электрические разряды молний влияли на образование сложных соединений.
Из органических веществ появились биополимеры, из которых образовалась примитивная жизнь.
Постепенно пробионты начали содержать в себе нуклеиновые кислоты, благодаря чему передача генетической информации стала возможной. Это привело к усложнению организмов.
После естественного отбора остались только самые приспособленные к окружающей среде существа.

Эти положения выходят одно из другого, и они являются вполне логичными. Но стоит понимать, что не все вопросы решила гипотеза Опарина. Пробионты до сих пор не изучены, поэтому причина появления живого из неживого неизвестна.

История и эксперименты

Эти соединения состоят из органики, отделённой от окружающей среды при помощи мембраны. Также они способны осуществлять обмен. Этот процесс является предыдущей стадии коагуляции. Самые мелкие частицы соединяются воедино.

Эти процессы стали причиной появления первичного бульона и аминокислот. А они были основой всех живых организмов.

Холдейн, независимо от Опарина, занимался рассмотрением этого вопроса. Но он думал, что в питательной среде появлялись не коацерваты, а макромолекулярные вещества, которые тоже могут воспроизводиться. То есть сначала были не белки, а нуклеиновые кислоты.

Следующим этапом развития гипотезы стали исследования Миллера. Американский химик был заинтересован этим вопросом на протяжении нескольких десятилетий. У него получилось искусственно воссоздать условия, которые были на раннем этапе развития планеты. Он смог получить из неорганических соединений аминокислоты. Эксперимент был проведён следующим образом:

В нескольких колбах были созданы условия.
Эти ёмкости наполнили углеродом, аммиаком и водородом. Именно такая атмосфера была на Земле в ранний период.
В некоторых колбах была кипящая вода, а через пары проводили электрические разряды, имитирующие молнии.
После снижения температуры пар превращался в конденсат, накапливаясь в нижней трубке.
Весь процесс шёл непрерывно в течение недели. Затем в колбе нашли аминокислоты, липиды и сложные сахара.

Но этот эксперимент до сих пор критикуют в научном мире. Его не признают в качестве доказательства теории Опарина-Холдейна.

Развитие теории и доказательства

Все гипотезы возникновения жизни на Земле обычно разделяют на 2 группы: абиогенез и биогенез. Теория Опарина относится к первой. Сейчас современные исследования немного дополнили и изменили её.

Многие современные учёные считают, что организмы сначала научились воспроизводиться, а только потом у них появилась возможность к обмену веществ. Самовоспроизведение считается главной особенностью передачи необходимых качеств следующим поколениям, то есть это является самым важным фактором, который способствовал эволюционному развитию и естественному отбору.

Также учёные выделяют различные источники энергии, способствовавшие возникновению жизни. Кроме солнечных лучей и молний, существуют:

Извержения вулканов.
Естественная радиоактивность.
Солнечный ветер.

Благодаря этому появились химические связи. Современные учёные изменили свои представления о смеси газов, которая была в ранней атмосфере. Удалось определить, что углекислого было намного меньше, чем думали Опарин и Холдейн.

В воде белки очень неустойчивы, из-за чего они быстро распадаются. Для формирования аминокислот необходимо было избавление от жидкости.
Первичные аминокислоты растекались бы, так как в той среде не было границ. Информация передавалась соседним клеткам, поэтому жизнь не смогла бы зародиться.

Теория Опарина-Холдейна была огромным шагом в изучении вопроса происхождения жизни, хотя современные исследователи нашли достаточно много недостатков. Учёные создали чёткую концепцию, ставшую основой для многих других гипотез.

Читайте также: