Органический мир как результат эволюции

Согласно концепции Отто Юльевича Шмидта, более 5 млрд лет назад из газопылевого облака образовалось Солнце. А из оставшихся частей, которые вращались вокруг Солнца, зародились планеты, среди которых была и Земля.

Сначала наша планета была холодной, но в результате распада радиоактивных элементов, температура в её недрах достигала 1000 С.

Из-за высокой температуры твердые породы плавились, самые тяжелые из них скапливались в центре, а легкие — на поверхности. И между ними под влиянием высокой температуры происходили химические реакции.

В то время атмосфера была бескислородной. Основными газами были азот, водяной пар, метан, сероводород, аммиак, углекислый газ. Свободный кислород, который выделялся из мантии, сразу же расходовался на процессы окисления.

Позднее наступило охлаждение планеты: температура снизилась до 100 С, в атмосфере начал конденсироваться водяной пар, в течение тысячелетий шли проливные дожди. В результате горячая вода заполняла впадины земной поверхности.

Позже эту концепцию развили в своих работах Александр Иванович Опарин (1924), Джон Холдейн (1929) и Джон Бернал (1947).

Гипотезу, которую разработал Джон Бернал в 1947 г., назвали гипотезой биопоэза. Ученый выделил три основных этапа: абиогенное возникновение органических мономеров, или химический; формирование биологических полимеров, или предбиологический этап; и возникновение первых организмов — биологический этап.

На химическом, этапе в атмосфере и водах происходили химические реакции. Из неорганических соединений под действием электрических разрядов гроз и ультрафиолетового излучения образовывались более сложные органические соединения.

Возможность синтеза органических веществ из неорганических в водах первичного океана подтвердили опыты американского ученого Стэнли Миллера. Он воспроизвел атмосферу древней Земли, а со стороны наблюдал за происходящим. Ученый собрал аппарат, состоящий из стеклянной сферической колбы и трубок, в котором испарявшиеся вещества циркулировали по замкнутому кругу, охлаждались, а затем снова поступали в колбу. Колба была заполнена газами, которые, по мнению ученых, заполняли в то время Землю, — водяным паром, метаном, аммиаком и водородом. Для имитации солнечного тепла колбу нагревали на бунзеновской горелке, а для имитации молний использовали два электрода, вставленные в стеклянную трубку. По расчетам ученого, вещества при испарении из колбы должны были поступать в трубку и подвергаться химическому разряду. Затем вещества охлаждались и возвращались в колбу. После это весь цикл вновь повторялся.

После двух недель опыта жидкость приобрела темный красно-коричневый оттенок. Миллер установил, что в ней находятся аминокислоты — основные структурные единицы белков.

На втором этапе, согласно теории, происходила концентрация появившихся органических веществ. Она могла идти за счет оседания органики на частицах глины или за счет образования органическими веществами пленки на поверхности воды. Эту пленку подгоняло к берегу, там концентрация этих веществ увеличивалась в тысячи раз. Помимо этого молекулы белков при определённых условиях могли сами концентрироваться и образовывать различные комплексы, которые назвали коацерватами. Затем коацерваты объединялись между собой и образовывали многомолекулярные комплексы, полимеры.

На третьем этапе, или этапе биологической эволюции, было положено начало размножению. По мнению учёных, первыми молекулами, способными к самовоспроизведению, были ДНК и РНК.

Затем стали образовываться мембраны, то есть клетки стали обосабливаться. В основе этого процесса могла лежать адсорбция на поверхность воды растворенных белковых молекул. Образование мембран привело к возникновению систем, а они, в свою очередь, к образованию пробионтов.

Первые организмы были анаэробными гетеротрофами. По строению они относились к прокариотам. В ходе интенсивного роста численности пробионтов, органических веществ в атмосфере с каждым днём становилось всё меньше. Это привело к обострению конкуренции между первыми организмами, в результате чего строение пробионтов усложнялось, появился новый способ получения энергии — фотосинтез. Первое время этот процесс был бескислородным, лишь позднее при фотосинтезе начал образовываться кислород. В результате накопления этого газа образовался кислородно-озоновый экран, который защитил Землю от пагубных ультрафиолетовых лучей.

Таким образом, сценарий развития жизни преобразовался. Некоторые вопросы удалось разъяснить, но появились новые, ответы на которые ещё не найдены.