Биомолекулы из космоса

Земля все время своего существования подвергается бомбардировке кометами и метеоритами. Особенно интенсивными они были сразу после образования планеты. В некоторых метеоритах были обнаружены простые органические соединения, среди прочих аминокислоты. Одним из возможных доказательств происхождения аминокислот в космосе могла бы быть одинаковая хиральность органических соединений (L-аминокислот и D-сахаров) — у метеоритных аминокислот доказано преобладание L-типа до 9 %. Но это распределение может быть объяснено и действием неорганических жировых катализаторов. С помощью опытов, при которых симулировались условия космоса, было доказано, что основные органические соединения, в особенности аминокислоты, могут образовываться и в таких условиях.

В 2008 году американские биологи сделали важный шаг к пониманию начальных этапов зарождения жизни. Им удалось создать «протоклетку» с оболочкой из простых липидов и жирных кислот, способную втягивать из окружающей среды нуклеотид-монофосфаты, активированные имидазолом — «кирпичики», необходимые для синтеза ДНК. В 2011 году японские учёные сообщили, что им удалось создать везикулы с катионной оболочкой и элементами ДНК внутри, способную к делению в результате полимеразной цепной реакции, реплицирующей ДНК.

Абиогенез состоит из 3-х основных этапов развития жизни:

1. Абиогенное возникновение биологических мономеров.

2. Образование биологических полимеров.

3. Формирование мембранных структур и первичных организмов (пробионтов).

Абиогенное, или небиологическое, возникновение органических молекул из неорганических доказывали ещё в 1924г. русский учёный академик Александр Иванович Опарин (1894 – 1980) и в 1929г. английский естествоиспытатель Джон Холдейн (1892 – 1964). Они исходили из того, что на первых этапах формирования Земля имела очень высокую температуру. По мере остывания планеты тяжелые металлы перемещались к ее центру, а более легкие оставались на поверхности. Атмосфера состояла из свободного водорода и его соединений (H2O, CH4, NH3, HCN), что служило предпосылкой возникновению органических молекул небиологическим путем. До начала 20в. многие ученые предполагали, что такие соединения могут возникать только в живых организмах, их называли органическими веществами в противоположность веществам неживой природы – минералам, названным неорганическими соединениями.

Образование биологических полимеров. По мере смягчения условий на Земле стало возможным образование сложных органических соединений – полимеров. Не исключено, что синтез полимеров катализировался на поверхности минеральных глин. Экспериментально показано, что раствор аминокислоты аланина в водной среде в присутствии особого вида глинозема и АТФ может давать полимерные цепочки полиаланина. Органические молекулы имеют большую молекулярную массу и сложную пространственную конфигурацию. Такие высокомолекулярные комплексы, окруженные водной оболочкой, могут объединяться в коацерваты. Дальнейшая прогрессивная эволюция предбиологических структур могла происходить только при усложнении обменных процессов и в условиях пространственного разделения различных синтетических и энергетических процессов внутри коацерватов. Более прочную изоляцию внутренней среды от внешних воздействий могла осуществить лишь биологическая мембрана.

Формирование мембранных структур и первичных организмов (пробионтов). Вокруг коацерватов, богатых органическими соединениями, возникли слои липидов, отделивших коацерват от окружающей водной среды. Липиды преобразовались в ходе эволюции в наружную мембрану, существенно повысившую жизнеспособность и устойчивость организмов. Возникновение мембраны, обладающей способностью к избирательной проницаемости, содействовало развитию все более совершенных саморегулирующихся систем вплоть до возникновения первых клеток. Появляются первые примитивные безъядерные клетки – прокариоты. Первые живые организмы были гетеротрофными, они использовали в качестве энергии (пищи) органические соединения, находящиеся в растворенном виде в водах первичного океана.