Карта сайта Сделать стартовой Добавить в избранное

Главная страница
Карта сайта
Введение
Что вы найдете и не найдете на этом сайте













Словарь
Мифологический словарь
Картины на религиозные темы
Календарь религиозных праздников

Список литературы
Полезные ссылки
Обратная связь

Кто вы?
Опрос начат: 21.11.2017
На текущий момент проголосовало 5 человек

Атеист
Верующий
Не определился
Результаты

 

Версия для печати Версия для печати     Версия для печати Версия для печати (в новом окне)

Зарождение жизни на Земле
Время и место

Первые живые организмы развились в океанах в результате объединений атомов в большие структуры, называемые макромолекулами, которые обладали способностью группировать другие атомы в океане в такие же структуры. Таким образом они самовоспроизводились и множились. Иногда в воспроизведении могли произойти сбои. Эти сбои большей частью состояли в том, что новая макромолекула не могла воспроизвести себя и в конце концов разрушалась. Но иногда в результате сбоев возникали новые макромолекулы, даже более способные к самовоспроизведению, что давало им преимущество, и они стремились заменить собой первоначальные. Так начался процесс эволюции, который приводил к возникновению все более и более сложных организмов, способных к самовоспроизведению. Самые первые примитивные живые организмы потребляли различные вещества, в том числе сероводород, и выделяли кислород. В результате происходило постепенное изменение земной атмосферы, состав которой в конце концов стал таким, как сейчас, и возникли подходящие условия для развития более высоких форм жизни, таких, как рыбы, рептилии, млекопитающие и, наконец, человеческий род.

Обычно расчеты о том, сколько времени нужно химической эволюции для формирования первичных жизненных структур, ведутся исходя из так называемых нормальных условий (атмосферное давление, температура 22 градуса Цельсия). Но химические реакции могут протекать гораздо быстрее, если повысить температуру и давление. Повышение температуры на 10 градусов повышает скорость реакции окисления вдвое. Повышение температуры на 20 градусов повышает скорость реакции (количество прореагировавших молекул) вчетверо. И так далее. Геометрическая прогрессия.

5,5 миллиардов лет должна была бы идти эволюция в нормальных условиях, чтобы дойти до первой клетки. Но повышение температуры и давления позволили этому процессу сократиться до 500 миллионов лет. Более того, в нормальных условиях эволюция пройти не смогла бы. Некоторые реакции достижимы только в "ненормальных" условиях. Например, в черных курильщиках.

Черный курильщикЧерные курильщики - это подводные гейзеры. Они расположены на дне океана, где из разломов земной коры бьет фонтан перегретой воды температурой 250-300 градусов Цельсия под давлением в 250 атмосфер.

При таких условиях клетки хемосинтезирующих бактерий могут размножаться в 30 раз быстрее, чем при атмосферном давлении и комнатной температуре. Митохондрии таких клеток могут размножаться еще быстрее, а снятие информационных копий с ДНК осуществляется на несколько порядков быстрее, чем при нормальных условиях. А главное, становится принципиально возможным начало химической эволюции - подбор материала для строительства РНК, ДНК и белков, т.к. комплементарная пара (половинка одной ступени ДНК) в таких условиях может дождаться своей другой половины в десятки тысяч раз быстрее, чем при комнатной температуре.

Имеет смысл обратить внимание на химический состав горячей окружающей среды. В нее в больших количествах входят кислород, водород, углерод, азот, сера, фосфор и в малых количествах чуть ли не все остальные элементы таблицы Менделеева.

Самое главное, что из недр Земли, кроме атомов и простых молекул, "выплывают" готовые блоки ДНК и РНК - азотистые основания и фосфолипиды, которые, взаимодействуя между собой, время от времени образуют нуклеотиды, т.е. комплементарные пары ДНК и реже - РНК. Удачная стыковка сопровождается синхронным соединением перил (фосфатных групп) между собой. Образуется поперечная диэфирная связь - ключ, помогающий разгадать многие повадки живых молекул.

Как только образовалась поперечная диэфирная связь, возникает особая молекула. Ее особенность заключается в способности восстанавливать свою структуру при случайном разрушении водородных связей между половинками ступени ДНК. Дело в том, что разрыв водородных связей не разрывает, а раздвигает или, как принято говорить, расплавляет ступень ДНК, половинки которой остаются связанными через фосфатные группы. Кстати, случайно раздвинуть ступень ДНК не так просто, т.к. половинки ступени достаточно массивны и раздвигаются только в одном направлении, поворачиваясь вокруг центра атома кислорода, заключенного между двумя атомами фосфора.

Дальше раздвинутая ступень ДНК ловит своими половинками комплементарные пары, выходящие из недр Земли или образующиеся в "топке" черного курильщика. Захватив себе пару, ступень превращается в две одинаковые ступени, т.е. удваивается. Дальше эволюция может пойти по двум различным путям. Либо две ступени, связанные по фосфатным группам, разойдутся в стороны (размножение), либо образуется вторая, теперь уже продольная диэфирная связь (первой продольной связью становится в этом случае материнская поперечная связь, с которой все началось). В этом случае наблюдается рост молекулы ДНК. Оба эти процесса полезны, однако, в начале эволюции живые системы больше размножаются, чем растут. Достигая некоторого уровня развития (в данном случае концентрации одноступенчатых ДНК), молекулы начинают больше расти, чем размножаться.

Если температура в недрах черного курильщика понижается, то доля размножающихся молекул падает, в то время как доля растущих возрастает. Растущие молекулы начинают различаться по своему составу, образуя первые виды одномолекулярных живых организмов. Прародителем таких организмов можно считать аденозинмонофосфат, который в современных организмах выполняет энергетическую и информационную функции.

Число видов быстро возрастает, однако выясняется, что некоторые одномолекулярные способны ускорять образование нуклеотидов из азотистых оснований и фосфолипидов, а другие - пожирать менее приспособленных одномолекулярных. В дальнейшем аналогичное различие функций ярко проявится у растений и животных.

Хитрость механизма одномолекулярных заключается в том, что одноцепочечная спираль ДНК, состоящая из нуклеотидов, может образовывать комплементарные пары внутри себя. Если эти комплементарные пары сшивают одноцепочечную ДНК, образуя механизм нападения, то новоявленный хищник начинает охотиться на других одномолекулярных, подрастая и размножаясь за их счет, т.е. используя готовые блоки, на которые он разобрал своих конкурентов.

Господствующий вид одномолекулярных начинает и внутривидовую борьбу, в которой выживает наиболее приспособленный, который сохраняет свою структуру в виде последовательности нуклеотидов, передавая ее по наследству. Многие виды не выдерживают конкуренции и надолго, если не навсегда исчезают с лица черного курильщика. Удачные виды начинают лакомиться не только выходящими из жерла "черного курильщика" нуклеотидами, но и отдельными азотистыми основаниями, самостоятельно доделывая их до нуклеотидов. Для этого к захваченному азотистому основанию нужно приделать фосфолипид с нужной стороны, а если он слишком длинный, то обрезать ему лишнюю часть. С этого момента рост и размножение "полиглота" резко усиливается. Дело в том, что вероятность найти фосфолипид произвольной длины гораздо выше, а точное место присоединения к азотистому основанию отсекает неподходящие изомеры нуклеотидов.

Через некоторое время появляются "суперполиглоты", которые способны синтезировать фосфолипиды из произвольных углеродных цепочек и фосфорной кислоты. Дальнейшая "всеядность" требует изготовления самих азотистых оснований, которые в современных клетках синтезируются из углекислого газа, соединений азота и других простых молекул.

Каждое такое усовершенствование вызывает своеобразный демографический взрыв в недрах черного курильщика. Став всеядными одномолекулярными организмами, они начинают образовывать новые и новые виды, одни из которых могут быть полезны другим. Появляются катализаторы эволюции или одномолекулярные симбионты. Одни из них способны строить жилища, защищающие их самих и их друзей от невзгод и назойливых собратьев. Жилища, похожие на коммунальные квартиры, способствуют подбору уживчивых жильцов, способных разделить между собой обязанности. Появляются молекулы-профессионалы. Профессионализм в создании всевозможных белковых механизмов характеризует сложную молекулу рибосомальной РНК, которая впоследствии войдет в состав митохондрии под именем рибосомы.

Отличительной чертой митохондрии является способность совмещать в себе коллектив молекул-профессионалов, которому для жизни требуются лишь простые молекулы в качестве сырья и электронный градиент, преобразуемый ею в универсальный энергоноситель аденозинтрифосфат, используемый всеми земными организмами. Эволюция митохондрии в десятки раз быстрее протекает в утробе черного курильщика, чем на поверхности океана, однако митохондрии уже способны путешествовать из тела одного курильщика в тело другого. Внутри общих предков современных клеток и митохондрий эволюция продолжает набирать темп. Совершенствование рибосом и других органелл древней клетки приводит к появлению нового уровня организации: "клетка в клетке", где более крупная и совершенная клетка содержит в себе микроклетки-митохондрии. Новые рибосомы в макроклетке уже не просто присоединяют одну аминокислоту к другой, как в митохондриях, а ориентируют их. Это делает клетку более жизнеспособной за счет ускорения процесса образования вторичной структуры белка, который теперь при нормальной температуре идет почти также быстро, как самосборка при высокой температуре.

Следующий серьезный шаг, позволяющий покинуть родину, это освоение порфиринового кольца, в частности магнийсодержащего, с помощью которого появилась возможность использовать в качестве источника энергии солнечный свет.

И т.д. и т.п. Дальше, как говорится, больше.

Кристаллические поверхности природных минералов могли играть роль шаблонов, с помощью которых происходила организация или даже воспроизведение сложных молекулярных соединений на первом этапе эволюции.

Появление мембран - тонких полимерных соединений - позволило скопищу из органических молекул накапливаться в ячейках, состав которых чуть отличался от состава окружающей среды. Это было шагом обособления, выделенности от среды.

В архейскую эру существовали простейшие одноклеточные, не имевшие ни ядра, ни других сложных внутриклеточных структур. Их называют прокариотами. До середины протерозоя прокариоты были единственными обитателями морей. А потом, 1,6 миллиарда лет назад, появились эукариоты - клетки, имеющие разные внутриклеточные структуры. Ученые полагают, что это случилось в результате пожирания или проникновения одной безъядерной клетки в другую. Съеденная клетка не растворилась, а продолжила жить внутри другой клетки, приспособившись к такому существованию. Такое симбиотическое существование закрепилось эволюционно.

Зеленый цвет растений определяется зелеными тельцами внутри клетки - хлоропластами. Это далекие потомки некогда свободноживущих зеленых бактерий. У них до сих пор сохраняется собственная ДНК, и они до сих пор размножаются делением, образуя большие популяции внутри клетки-хозяина. Хлоропласты с помощью зеленых пигментов захватывают фотоны и используют солнечную энергию для синтеза органических веществ из углекислого газа и воды, предоставляемых хозяином. Побочный продукт - кислород - отчасти используется растением, отчасти выбрасывается в атмосферу через отверстия в листьях - устьица. Органические вещества, синтезированные хлоропластами, поступают в распоряжение клетки.

Если посмотреть на хлоропласты, существующие в клетках растений, то можно увидеть, что они очень напоминают слегка измененные цианобактерии - одноклеточные синезеленые водоросли.

Свое влияние на эволюцию оказали вспышки на Солнце. Исследователи из НАСА предполагают, что супервспышки на Солнце, сопровождающиеся выбросом гигантского количества энергии в космическое пространство, были способны в древние времена запустить некоторые химические реакции. В ходе этих процессов могли образоваться соединения, которые и создали условия для возникновения жизни на Земле.

Данные, полученные учеными, дают повод полагать, что у планет, которые ранее считались непригодными для жизни, есть шанс на возникновение условий, приспособленных для живых организмов.

Известно, что во время супервспышек на Солнце в окружающее пространство выбрасывается столько энергии, сколько люди могут выработать за 1 миллион лет.

 


Назад
От неживого к живому

Дальше
О смерти и размножении


На главную

Добавить в избранное
Яндекс.Метрика [an error occurred while processing this directive]