Момент возникновения жизни
Моме́нт возникнове́ния жи́зни — приобретение молекулами свойства наследования (способности к точной репликации), которое запустило эволюцию живой материи — Дарвиновскую эволюцию, которая характеризуется действием биологического отбора[1].
Свойства живой материи
Одним из ключевых аспектов вопроса о происхождении жизни является выявление того свойства, появление которого определило переход от неживой материи к живой природе. Среди учёных существует большое количество мнений по данной проблеме. Джон Мейнард Смит и Эмоке Шатмари[1] называют три ключевых свойства, присущие живым организмам: умножение, изменчивость и наследственность[2].
Есть также другие определения, подчеркивающие несколько свойств живых организмов, их списки насчитывают семь[2], а иногда и большее количество позиций. Однако эти определения мало что дают для понимания отправной точки жизни. В современной литературе также широко цитируется определение НАСА: «жизнь есть самоподдерживающаяся химическая система, способная к прохождению Дарвиновской эволюции»[3].
Таким образом, именно начало Дарвиновской эволюции считается определяющим моментом для жизни. Но даже такое утверждение не вносит достаточной ясности в определении момента начала жизни. Проблема состоит в том, что разные авторы понимают начало Дарвиновской эволюции по-разному. Одни связывают её с началом репликации РНК; другие — с появлением некоего «общего механизма для авторепликации…»[4]. Существуют также попытки обойти трудность с исходной точкой жизни посредством определённых переходов, например, гипотетического ‘протобионта’, или ‘Домена Протожизни’[5], что является дальнейшим развитием идеи Александра Ивановича Опарина и Джона Холдейна. В результате качественный скачок между неживой и живой материей заменяется постепенным количественным изменением[3].
«Окружающая среда» и «условия существования»
Сегодня мы знаем, что разнообразие и уникальные свойства живой природы являются результатом её длительной эволюции. Но неживая материя тоже способна эволюционировать. Таким образом, для изучения возникновения жизни важно понимать разницу между двумя этими процессами[6].
Сначала стоит разъяснить значение таких понятий как «окружающая среда» и «условия существования». В некоторой литературе данные термины используются как синонимы[6].
Под «окружающей средой» следует понимать часть материального мира, которой присущи определённые параметры: температура, давление, плотность и т. д. Среда для всех объектов в одном месте и в одно время неспецифична. Условия существования не могут быть свойством, изначально присущим той или иной окружающей среде, так как у каждого физического объекта свойства определяются не только воздействием факторов среды, но ещё и его собственными свойствами или внутренними характеристиками. Под ‘условиями существования’ следует подразумевать диапазон значений отдельных экологических факторов и их комбинаций для конкретного объекта[6].
Возникновение жизни и эволюция живой материи
До момента возникновения жизни материя могла изменяться только после соответствующих изменений в окружающей среде. Поэтому для обозначения эволюции неживой природы предлагается термин «конформная эволюция» (лат. conformis — «соответствующий»). Понятно, что такая эволюция не ведёт к усилению адаптивности[6].
Затем в результате спонтанных сборок и когерентных поэтапных каталитических процессов где-то в чрезвычайно специфичной среде возникли реплицирующиеся нуклеиновые кислоты (репликаторы Докинза). а именно — РНК. Они были продуктом конформной эволюции, но их структура имела некоторые важные потенциальные возможности, которые предопределили их роль в дальнейших превращениях материи[6].
Содержание информации о структуре в самих молекулах нуклеиновой кислоты и возможности её многократной материализации в матричных процессах предопределили переход таких систем к особому способу образования — «самовоспроизведению». Существуют разнообразные мнения относительно того, как РНК приобрели свойство самовоспроизведения. Одна из идей носит название «каталитического гиперцикла» и гласит о возможности естественного образования особых систем, которые состоят из набора репликативных комплексов, соединенных в цикл белковыми молекулами[7].
Вероятно, в истории Земли был некоторый период, когда её окружающая среда позволяла образовываться длинным полипептидам и РНК и некоторое время им сосуществовать. Можно предположить, что ещё незадолго до возникновения точных репликаторов появилась генетическая информация — порядок аминокислот, закодированный в последовательности нуклеотидов РНК. Носителей такой информации, не обладающих свойством наследственности, можно назвать «ненаследственными генами». Тогда в смешанных пулах полинуклеотидов и полипептидов могла бы появиться возможность воспроизводить как сравнительно крупные молекулы РНК, так и мелкие, кодирующие обратно-комплементарные копии самих себя и не кодирующие никаких белков, то есть в строгом смысле этого слова не несущие никакой генетической информации. Уже из-за гораздо меньшей длины последние РНК были способны реплицироваться с большей точностью. Позже среди них могла возникнуть единственная молекула, которая была воспроизведена настолько точно, что сохранила свои основные свойства — прежде всего способность точно воспроизводиться на протяжении последующих поколений. Возможно, она образовалась в результате редкого совпадения огромного количества случайных событий[8].
С высокой точностью самовоспроизведения непосредственно связано явление наследования — самого важного компонента эволюционного механизма, открытого Дарвином. Почему же именно возникновение высокоточной репликации стоит считать началом работы Дарвиновской эволюции? Без наследования, естественный отбор сам по себе, и даже вместе с изменчивостью и высокой скоростью размножения, играет скорее разрушительную, чем созидательную роль. Именно приобретение объектами способности к наследованию (достаточно высокой точности репликации нуклеиновых кислот) определило включение нового механизма эволюции материи — «Дарвиновского отбора» или «биологического отбора»[6].
В последующем под действием биологического отбора, объекты, обладающие свойством точной репликации, смогли начать адаптироваться к факторам окружающей среды. Их изменение шло в направлении улучшения условий существования независимо от направления изменения окружающей среды, даже если она становится более враждебной. Часть материального мира, включенная в биологический отбор, получила все возрастающую независимость её эволюции от эволюции окружающей среды. Начало функционирования биологического отбора означало переход от конформной эволюции к адаптивной или Дарвиновской эволюции[6].
Таким образом, моментом возникновения жизни стоит считать появление молекул РНК, обладающих свойством наследственности, которое заключается в способности максимально точно реплицировать свои копии. Именно это свойство запустило механизм действия адаптивной эволюции живой материи[6].
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 Maynard Smith J., Szathmary E. The Origins of Life: From the Birth of Life to the Origin of Language. — OUP Oxford, 2000. — С. 3—4. — 190 с. — ISBN 9780191604218.
- ↑ 2,0 2,1 Daniel E. Koshland, Jr. The Seven Pillars of Life (англ.) // Science : журнал. — 2002. — 22 March (vol. 295, no. 5563). — P. 2215—2216. — doi:10.1126/science.1068489.
- ↑ 3,0 3,1 Deamer, D. W; Fleischaker, Gail R. Origins of life: the central concepts. — Boston: Jones and Bartlett Publishers, 1994. — С. 391. — 431 с. — ISBN 0867201819.
- ↑ Gerald F. Joyce. The antiquity of RNA-based evolution (англ.) // Nature : журнал. — 2002. — 11 July (vol. 418). — P. 214—221. — doi:10.1038/418214a.
- ↑ Pappelis A., Sidney W. Fox. Domain protolife: protocells and metaprotocells within thermal protein matrices (англ.) // Journal of Biological Physics : журнал. — 1995. — March (vol. 20). — P. 129—132. — doi:10.1007/BF00700429.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6 6,7 Kolomiytsev N.P., Poddubnaya N. Ya. The origin of life as a result of changing the evolutionary mechanism (англ.) // Rivista di Biologia : журнал. — 2007. — January (vol. 100, no. 1). — P. 11—16. — ISSN 22822593.
- ↑ Eigen M., Schuster P. The Hypercycle: A Principle of Natural Self-Organization. — Springer Science & Business Media, 2012. — 92 с. — ISBN 9783540092933.
- ↑ Kolomiytsev N.P., Poddubnaya N. Ya. The Diffuse Organism as the First Biological System (англ.) // Biological Theory : журнал. — 2010. — 14 April (vol. 5). — P. 67—78. — doi:10.1162/BIOT_a_00017.
Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!