Знание-сила

Знание-сила научно-популярный журнал

Вход Вход
iiene     
Он-лайн ТВ Знание - Сила РФ Проекты Фотогалереи Лекторий ЗС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Горячая новость:
Закрытие раздела "Электронный архив журнала" с 1 июля 2017 г.
 

 





СВЕЖИЙ НОМЕР


Органические молекулы в космосе
 
 
  Проекты  
«Проекты ЗС» - это своего рода исследования, которые предпринимает журнал в отношении комплексов проблем, связанных с развитием науки, культуры и общества. Для рассмотрения этих проблем мы привлекаем специалистов из разных областей науки, философов, журналистов. Каждый проект – это их заочный диалог. Здесь мы выкладываем связанные с этим материалы: статьи, интервью, дискуссии.
Происхождение жизни на Земле


Александр Опарин

Александр Иванович Опарин (1894—1980) — советский биолог и биохимик, создавший теорию возникновения жизни на Земле из абиотических компонентов; академик АН СССР, Герой Социалистического Труда (1969).

Особенно много исследований академик Опарин проделал над веществами, с помощью которых живые организмы могут осуществлять такие химические превращения, которые без этих веществ проходят либо при очень высоких температурах, либо под большим давлением, либо при участии ядовитых для организма веществ. Без помощи ферментов (так называются эти вещества) животные и растения не могли бы дышать, переваривать пищу и т.п. Работы А.И. Опарина по теории действия ферментов приобрели широкую известность во всем мире.

Много лет академик Опарин посвятил изучению вопроса о происхождении жизни на Земле. По просьбе редакции журнала "Знание -- сила" он написал для наших читателей статью, где кратко изложил сущность своей теории, создание которой явилось крупным событием в биологической науке.

Как произошла жизнь? Откуда взялись бесчисленные животные и растения, с которыми мы постоянно встречаемся в лесах, на полях и лугах? Как возникли рыбы, насекомые и те мельчайшие, видимые только в микроскоп живые существа, микробы, которые всюду нас окружают?

Повседневно мы наблюдаем, что живые существа всегда происходят, родятся только от себе подобных живых существ. Но было ли так всегда, вечно?

Нет, отвечает наука. Сама наша планета -- Земля -- существовала не вечно. Следовательно, и населяющие ее живые организмы должны были иметь какое-то свое начало.

Изучая ископаемые остатки тех животных и растений, которые обитали на Земле много миллионов лет назад, мы можем убедиться в том, что живой мир нашей планеты не всегда был таким, каким он представляется нам сейчас, в давно прошедшие времена Землю населяли иные животные и растения.

Великий английский ученый Чарлз Дарвин доказал, что современные нам растения и животные, в том числе и человек, произошли от более низко организованных, менее сложно устроенных живых существ, когда-то населявших Землю. Эти живые существа, в свою очередь, берут начало от еще более просто устроенных организмов, живших раньше их. Так постепенно, спускаясь со ступеньки на ступеньку, мы придем к началу жизни, к тем наипростейшим живым существам, которые явились родоначальниками всего живого на Земле. Но как же возникли эти наипростейшие живые существа?

Лет сто назад решение этого вопроса казалось очень простым. В то время считали, что мельчайшие организмы, бактерии, могут самозарождаться -- сами собой возникать из безжизненных материалов. Эти утверждения доказывали опытом -- брали какой-нибудь растительный отвар или мясной бульон. Сразу же после его изготовления в нем не было никаких живых микроорганизмов: все они погибали при кипячении. Но стоило только этому бульону некоторое время постоять в теплом месте, как в нем появлялись многочисленные бактерии и другие микробы. Считалось, что они здесь самозарождаются из растворенных в бульоне веществ.

Однако в середине прошлого века французский ученый Луи Пастер точными опытами опроверг это мнение. Он доказал, что тут нет никакого самозарождения. В бульоны и настои из воздуха незаметно для нас попадают зародыши микробов, которые находят здесь благоприятные для себя условия и быстро начинают расти и размножаться. Пастер доказал, что все, даже наипростейшие известные нам живые существа, родятся теперь только от себе подобных.

Тем не менее мы не сомневаемся, что жизнь зародилась у нас на Земле из безжизненной материи. Но она возникла не сразу и не так просто, как это казалось сторонникам теории самозарождения. Даже наипростейшие живые существа устроены настолько сложно, что они не могут внезапно возникать из разлагающихся жидкостей и настоев. Процесс возникновения живых существ из мертвых, безжизненных веществ -- самый сложный и самый длительный из всех процессов, которые когда-либо происходили в природе. Он начался в первые, весьма отдаленные от нас периоды существования Земли и продолжался многие и многие миллионы лет.

Из солнечного вещества

Примерно три миллиарда лет назад вследствие мощных разрядов атомной энергии внутри Солнца от его поверхности стали отрываться раскаленные газовые сгустки, из которых в дальнейшем сформировались планеты -- спутники Солнца.

Тот газовый сгусток, из которого возникла наша Земля, был сравнительно маленьким образованием в мире звезд. Он легко остывал, рассеивая свое тепло в холодное межпланетное пространство. При этом пары наиболее легко сжижаемых веществ сгущались в капли, которые падали к центру тяжести газового сгустка и здесь образовывали центральное ядро будущей планеты.

Наряду с другими элементами солнечной атмосферы в состав газового сгустка, из которого формировалась Земля, вошел и углерод. Среди всех других элементов углерод выделяется своей исключительной тугоплавкостью. Поэтому при формировании нашей планеты из раскаленных газовых масс пары углерода довольно скоро сгустились в капли, которые выпали в виде раскаленного дождя и вошли в состав первичного земного ядра. Сюда же вошли и другие наиболее тугоплавкие вещества и в первую очередь различного рода тяжелые металлы, в частности железо, которое в громадных количествах находится в солнечной атмосфере.

Внутри доменной печи при тех высоких температурах, при которых происходит выплавка чугуна, углерод кокса соединяется с железом руды, образуя так называемые карбиды железа. Подобного же рода соединения углерода с металлами возникли в разбираемую нами эпоху и в недрах Земли.

При последующем охлаждении на первичное земное ядро стали отлагаться и другие, более трудно сжижаемые соединения различных элементов. Они образовали мощные рудные и горные оболочки, которые закрыли центральное ядро Земли.

Присутствие карбидов в недрах нашей Земли не подлежит сомнению. Но сейчас эти соединения углерода с металлами отделены от нас такой мощной корой, что лишь в очень редких случаях мы наблюдаем их выход на земную поверхность. Иначе дело обстояло в раннюю эпоху существования нашей планеты. Тогда оболочка горных пород была сравнительно тонкой и непрочной. Она легко морщилась и разрывалась под влиянием еще очень бурной деятельности расплавленных земных недр, карбиды центрального ядра извергались на земную поверхность и здесь приходили в соприкосновение с тогдашней земной атмосферой, существенно отличавшейся от современной.

Современная атмосфера, тот воздух, который нас сейчас окружает, состоит в основном из кислорода и азота. Но тогда атмосфера Земли не содержала в себе ни одного из этих газов. Она почти полностью состояла из перегретого водяного пара. Вся вода современных рек, озер, морей и океанов в виде пара окутывала раскаленный земной шар мощной оболочкой. С этим перегретым паром и пришли в соприкосновение извергнутые на земную поверхность огненно-жидкие карбиды, что привело к образованию очень важных соединений, так называемых углеводородов.

Вещества живых организмов

Еще великий русский химик Дмитрий Иванович Менделеев в свое время доказал, что при взаимодействии карбидов, в частности карбидов железа с водяным паром, элемент углерод, входящий в состав карбидов, соединяется с водородом, входящим в состав воды, и при этом образуются углеводороды.

Углеводороды же таят в себе громадные возможности. Это вещества, которые способны претерпевать самые разнообразные химические превращения. Используя их как исходный материал, мы можем в наших лабораториях искусственно приготовить те вещества, из которых построены тела животных и растений. Из углеводородов и воды химик может создать жиры и сахар, нежнейшие краски и тончайшие ароматы цветов. Используя еще азот аммиака, он может приготовить даже вещества, подобные самым сложным химическим соединениям -- белковым веществам. И что особенно важно: образовавшиеся из углеводородов более сложные вещества, в состав которых входит элемент углерод, способны претерпевать химические превращения не только при очень высоких температурах, но и в очень мягких условиях.

Вот эти-то свойства соединений углерода -- чрезвычайное разнообразие химических процессов, в которых они могут участвовать, и та легкость, с которой эти процессы осуществляются, -- и послужили причиной того, что именно соединения углерода стали главными веществами, из которых возникли живые организмы. Потому-то соединения углерода и называют "органическими веществами".

Первоначально углеводороды находились в виде газов во влажной атмосфере Земли. Но наша планета постепенно остывала, и когда температура ее поверхности приблизилась к 100 градусам, водяной пар стал сгущаться в капли и в виде дождя устремился на горячую пустынную поверхность Земли. Мощные ливни хлынули на Землю, затопили ее и образовали первородный горячий океан. Находившиеся в атмосфере углеводороды тоже были увлечены этими ливнями и перешли в воды океана. Что с ними произошло дальше?

В настоящее время удалось доказать, что указанные выше превращения углеводородов в разнообразные органические соединения могут происходить в очень простых условиях, при простом хранении водных растворов углеводородов и их производных. Такого же рода химические превращения должны были происходить и в теплых водах первичного океана, который омывал безжизненную еще тогда Землю. Углеродистые соединения медленно, но неуклонно вступали между собой во все новые и новые химические взаимодействия. Их частицы увеличивались и усложнялись. Появлялись органические вещества все более сложного состава и строения, со все более сложными и удивительными свойствами.

Так постепенно в течение многих и многих тысячелетий сформировался тот материал, те сложнейшие органические вещества (в частности, белки), из которых в настоящее время построены живые организмы.

Однако это был еще только материал. Чтобы стать живым существом, этот материал должен был приобрести необходимое строение, определенную организацию.

Процесс возникновения жизни вступал в свою решающую стадию.

Начатки организации

Сравнительно недавно удалось открыть, что белковые вещества при смешивании их водных растворов могут выделяться в виде мелких, видимых под микроскопом капелек, которые были названы коацерватами. Мы можем получить коацерваты искусственным путем, смешивая, например, растворы яичного белка или желатины с гуммиарабиком.

Изучая эти образования, можно установить, что несмотря на свое жидкое состояние, коацерватные капельки обладают некоторым внутренним строением, некоторой организацией, правда, еще очень простой и весьма неустойчивой. Но благодаря этой организации они способны улавливать из окружающего раствора различные вещества. В результате этого каждая коацерватная капелька при благоприятных условиях может увеличиваться в объеме и весе, то есть она может расти.

Такого рода капельки должны были возникнуть и в первичном океане Земли. Ведь они образуются при простом смешивании белковых веществ. Попытаемся мысленно проследить за дальнейшей судьбой этих впервые возникших коацерватных капелек.

Прежде всего обратим внимание на то, что они плавали не просто в воде, а в растворе разнообразных органических веществ. Они улавливали эти вещества и таким образом росли. Но скорость роста отдельных капелек была не одинакова. Она зависела от внутреннего строения каждой капельки, а разные капельки обладали различной организацией. Одни из них вбирали в себя органические вещества окружающего раствора быстро, тогда как другие -- медленно. Но эти неудачники не могли существовать долго. Вскоре они распадались, и заключенные в них органические вещества вновь переходили в окружающий раствор и поглощались более совершенными по своему строению капельками. Эти последние, напротив, быстро разрастались.

Так возник естественный отбор наиболее совершенных по своему строению капелек. Неудачные формы организации сами собой уничтожались, исчезали с лица Земли. В водах первичного океана сохранялись только такие коацерваты, внутреннее строение которых из поколения в поколение делалось все совершеннее, все более и более приспособленным к быстрому поглощению органических веществ, к усвоению их, к быстрому росту и размножению.

Но чем дальше шел этот процесс, чем меньше оставалось органических веществ в водах океана, тем все строже и строже становился естественный отбор. Между капельками возникла прямая борьба за существование. Более просто устроенные, менее приспособленные капельки в этой борьбе рано или поздно погибали. Расти и размножаться далее могли только такие образования, которые в результате последовательных превращений приобрели очень сложное, но вместе с тем и очень совершенное внутреннее строение.

Но это уже не были простые коацерватные капельки. Это были первичные организмы, простейшие живые существа -- родоначальники всего живого на Земле.

Растения отделяются от животных

Строение этих простейших организмов было значительно совершеннее коацерватных капелек. Но все же оно было несравненно проще даже самых простых из известных нам в настоящее время живых существ. Естественный отбор, о котором мы говорили выше, продолжался и с появлением жизни. Проходили годы, века, тысячелетия, и строение живых существ все более и более улучшалось и приспособлялось к тем внешним условиям, в которых им приходилось жить. Они делались все более и более организованными.

Вначале питанием для них служили только органические вещества. Но с течением времени число живых существ все возрастало, а количество готовых органических веществ в океане все уменьшалось. Первичные организмы должны были или погибнуть, или выработать в себе способ строить органические вещества из материалов неорганической природы, содержащих углерод. И некоторым живым существам это действительно удалось. В процессе последовательного развития они выработали в себе способность поглощать энергию солнечного луча, за счет этой энергии разлагать углекислоту и из ее углерода строить в своем теле органические вещества. Таким образом и возникли простейшие растения -- сине-зеленые водоросли, остатки которых мы можем сейчас обнаружить в древнейших отложениях земной коры.

Другие живые существа сохранили прежнюю форму питания, но для того чтобы не погибнуть, они стали поедать водоросли, используя те органические вещества, которые в них образовались. Так возник в своем первоначальном виде мир животных.

Конечно, эти простейшие растения и животные еще очень мало напоминали привычные нам современные растения и животных. Но главная разница между ними была та же, что и теперь. Первичные растения обладали способностью создавать с помощью солнечных лучей сложные органические вещества из углекислоты и воды. Первичные животные были не способны сами создавать необходимые им органические вещества и вынуждены были получать их от растений.

Жизнь усложняется

В начале эозойской эры -- греческое название эры "зари жизни" -- растения и животные представляли собой мельчайшие одноклеточные живые существа. Большим событием в истории последовательного развития природы было возникновение многоклеточных организмов -- объединение отдельных клеток в сообщества.

Подобно тому как коацерваты приобрели новые свойства по сравнению с теми, которыми обладали вошедшие в их состав отдельные белковые вещества, так и свойства объединенных в сообщества клеток стали неизмеримо сложнее и разнообразнее каждой клетки в отдельности. Отдельная клетка сама осуществляла все необходимые жизненные процессы. В клеточных сообществах эти процессы разделились между различными клетками. Одни из них приспосабливались для обнаружения пищи, другие -- для поглощения ее, и так далее. Каждая клетка в сообществе утрачивала былую универсальность, но зато свою узкую задачу она выполняла гораздо лучше, чем прежде. А от этого выигрывает все сообщество в целом. Кроме того, объединение в сообщество, специализация клетки на каком-нибудь одном процессе, дало огромные возможности изменения, совершенствования организмов.

До этого универсальность каждой клетки ограничивала возможность ее совершенствования, так как она не могла развивать ни одну из своих способностей за счет другой.

Так шаг за шагом живые организмы становились все сложнее и разнообразнее. В течение эозойской эры, которая насчитывает многие и многие миллионы лет, население Земли изменилось до неузнаваемости. Мощные водоросли заселили воды морей и океанов, в их зарослях появились многочисленные медузы, моллюски, иглокожие и морские черви. Жизнь вступила в новую, палеозойскую эру -- эру "древней жизни", которая длилась более трехсот миллионов лет.

В начале этой эры единственной ареной жизни было еще только море. Только в воде развивались тогда разнообразные водоросли и многочисленные морские животные, в частности рыбы. Однако во второй половине палеозоя растения и животные начинают быстро заселять сушу. В болотистых лесах каменноугольного периода вырастают гигантские хвощи, древовидные папоротники и плауны. Несколько позднее появляются хвойные деревья и цикадовые пальмы. Вместе с тем все многочисленнее и разнообразнее делается и животное население суши. Появляются земноводные, а затем и пресмыкающиеся.

Последующая за палеозоем мезозойская эра, эра "средней жизни", длившаяся приблизительно 135 миллионов лет, явилась периодом расцвета пресмыкающихся. Гигантские динозавры и игуанодоны владели сушей. В морях плавали плезиозавры и ихтиозавры, а в воздухе летали безобразные птеродактили.

К концу мезозойской эры путем последовательного развития пресмыкающихся возникли птицы и млекопитающие. Их царством явилась последняя, кайнозойская эра, по-русски -- эра "новой жизни", которая продолжается и сейчас. Лишь в последнем, четвертичном периоде этой эры, приблизительно около миллиона лет назад, на Земле появился человек и создался весь тот мир живых существ, который мы наблюдаем сейчас.

"ЗС" №1-2/1947

Вернуться назад

Архив проектов

 

вернуться


Карта сайта | Контактная информация | Условия перепечатки | Условия размещения рекламы

«Сайт журнала «Знание-сила»» Свидетельство о регистрации электронного СМИ ЭЛ №ФС77-38764 от 29.01.2010 г. выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)
© АНО «Редакция журнала «Знание-сила» 2012 год

По техническим вопросам функционирования сайта обращайтесь к администратору

При поддержке медицинского портала ОкейДок


Rambler's Top100
av-source