В реальном первичном бульоне, очевидно, были проиграны все возможные варианты эволюции водных растворов. Тот факт, что каждый нуклеотид ДНК содержит гидрофильную фосфатную группу, может, вероятно, свидетельствовать, что автоколебательные системы были важным этапом на пути к живой клетке, а молекула ДНК — наследие добиологических поисков в расслаивающихся системах.[ ...]
С обеднением первичного бульона давление отбора стало благоприятствовать формам, способным к самостоятельному синтезу жизненно важных веществ. Устойчивость существования могла быть достигнута путем создания ферментных систем, контролирующих синтез тех или иных соединений. Но наиболее важным было создание генетического кода, обеспечивавшего воспроизведение себе подобных и наследование последующими поколениями свойств предыдущих.[ ...]
Разнообразие «первичного бульона» в разных местах вызывало различие в химическом составе коацерватов — условие для «биохимического естественного отбора». Внутри коацерватов вещества могли вступать в различные химические реакции, в том числе поглощать ионы металлов и образовывать ферменты. На границе коацерватов и окружающей их среды выстраивались липиды, что вело к образованию примитивной клеточной мембраны, создававшей стабильность коацерватов и обеспечивавшей пространственно-временное разобщение начальных и конечных продуктов реакции. Образование мембранной структуры считается самым трудным этапом химической эволюции. Истинное существо (в виде клетки, пусть даже самой примитивной) не могло оформиться до возникновения мембранной структуры и ферментов.[ ...]
Постепенно ресурсы в виде «первичного бульона» истощались, и хемосинтез начал затухать, однако в ходе биохимической эволюции образовались более сложные органические вещества. Среди них появились и такие, что оказались способны осуществлять фотосинтез, т. е. использовать для синтеза необходимых клеточных веществ непосредственно энергию излучения Солнца, проникавшую в глубь воды. С включением этих веществ в состав существовавших клеток последние стали самостоятельно синтезировать свои клеточные материалы, и необходимость поглощать их извне отпала — клетки стали ав-тотрофными.[ ...]
| Возможный путь формирования мембран при образовании коацерватов в «первичном бульоне» при зарождении жизни (по М. Кальвину, 1971) |  |
По мере того, как биологические явления начинали преобладать над предбиотическими, первичный бульон становился все беднее органическими веществами. В таких условиях селективным преимуществом для пробионтов стало обладание плазматической мембраной, защищающей от потери различных соединений путем диффузии, и способность избирательно их накапливать. На стадии формирования пробионтов происходил отбор, в результате которого среди множества возможных образований сохранились лишь наиболее пригодные для выполнения биологических функций и обеспечивавшие высокую степень “выживания”.[ ...]
По мере того, как биологические явления начинали преобладать над пребиотическими (рис.2.12), «первичный бульон» становился все беднее органическими веществами.[ ...]
Следовательно, первые этапы эволюции жизни на Земле связаны, с одной стороны, с переходом от первичной гетеротрофное™ (первые протобионты использовали в качестве пищи органические вещества «первичного бульона») к хемосинтезу (анаэробной хе-моавтотрофии), далее — к возникновению автотрофного питания у растений (фотосинтезу) и, наконец, к вторичному гетеротрофному питанию у животных.[ ...]
В противном случае быстро размножающиеся прокариоты в кратчайший геологический период исчерпали бы биогены «первичного бульона». Скорее всего, скорость геохимических круговоротов была намного выше, чем в последующие геологические периоды.[ ...]
Обсуждение вопросов, касающихся происхождения типов обмена, очень осложнено незнанием первых этапов в развитии жизни. Поэтому формулируемые гипотезы не доступны экспериментальной проверке. Тем не менее предполагают, что когда возникла жизнь и когда ресурсы «первичного бульона» были исчерпаны, то у первых клеток возникла необходимость синтезировать ферменты, катализирующие образование органических молекул. Следовательно, селективные преимущества далее приобрели клетки, способные к биосинтезу. Со временем у клеток возникли различные метаболические пути. Предполагают, что центральным был метаболизм в виде гликолиза, ведущего к синтезу АТФ.[ ...]
Предполагают, что обособленные системы молекул, способные взаимодействовать с внешней средой (по типу открытых систем), ограниченные от окружения, являлись пробионтами — предшественниками настоящих клеточных организмов. Органические строительные блоки (абиотического происхождения) они получали из первичного бульона, так что вначале им не нужны были ферменты для построения этих блоков.[ ...]
Рост размеров коацерватов и их фрагментация (деление), возможно, вели к образованию одинаковых коацерватов, и таким образом процесс мог продолжаться. Описанная последовательность событий должна была привести к возникновению примитивного гетеротрофного организма, питающегося органическими веществами первичного бульона.[ ...]
Известным советским ученым А. И. Опариным (1923) была высказана гипотеза, что органические вещества могли создаваться в океане из более простых соединений при воздействии интенсивного ультрафиолетового излучения Солнца, которое в тот период не ослаблялось слоем озона, ибо его еще не существовало. Отсутствие озонового слоя означало, что жизнь в те времена могла развиваться только в воде на глубинах более 10 м. Разнообразие простых соединений в океанах, площадь поверхности Земли, доступность энергии и масштабы времени позволили Опарину предположить, что в океанах постепенно накопились органические вещества и образовался тот «первичный бульон», в котором смогла возникнуть жизнь.[ ...]
На восстановительную вторичную атмосферу воздействовали большие потоки энергии: коротковолновое ультрафиолетовое излучение, а также ионизирующее излучение от Солнца (сейчас оно экранируется озоновым слоем атмосферы), электрические разряды (грозы, коронные разряды), местные источники тепла вулканического происхождения. В этих условиях мог идти активный химический синтез, при котором из газов вторичной атмосферы, через такие промежуточные продукты, как синильная кислота, этилен, этан, формальдегид и мочевина, образовывались сначала мономеры, а затем и простейшие полимеры. Так как окисления не происходило, воды древнего океана обогащались такими соединениями, как аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, сахара, карбоновые кислоты, липиды, образуя так называемый “первичный бульон”. Могли идти процессы осаждения, разделения и адсорбции, а на поверхности минералов (например, глин или горячей лавы) — и дальнейший синтез более сложных соединений. Эти представления подтверждаются, с одной стороны, результатами анализа древних земных горных пород и сравнением их с внеземным органическим веществом (например, из метеоритов), а с другой стороны — многочисленными экспериментами, показавшими, что в смеси газов, воспроизводящих вторичную атмосферу, при достаточном притоке энергии, действительно происходят процессы синтеза. Так, пропуская электрические разряды через смесь газов метана и аммиака при наличии паров воды, удалось получить такие сравнительно сложные соединения, как аланин, глицин, аспарагиновая кислота и др.[ ...]