Абиогенез — происхождение жизни из неживой материи¶
Абиогенез (от др.-греч. ἄβιος — «безжизненный» и γένεσις — «происхождение»), также спонтанное зарождение в историческом значении — гипотеза о возникновении живых организмов из неживой материи без участия ранее существовавших живых существ. В современной биологии термин обозначает научную концепцию первичного возникновения жизни на Земле из неорганических и простых органических веществ в результате химической эволюции. Абиогенез противопоставляется биогенезу — происхождению живого от уже существующего живого.
¶История представлений
¶Античность и Средневековье
Идея самопроизвольного зарождения жизни восходит к античной философии. Аристотель в трактате «О возникновении животных» утверждал, что некоторые организмы (черви, насекомые) могут возникать из разлагающейся органической материи или из тины. Эта концепция, получившая название «спонтанное зарождение», господствовала в естествознании более двух тысячелетий. В Средние века она была совмещена с религиозным учением о «силе жизни» (vis vitalis), якобы присущей органическим остаткам.
¶Опровержение спонтанного зарождения
Первым серьёзным ударом по доктрине спонтанного зарождения стала работа итальянского учёного Франческо Реди (1668), экспериментально доказавшего, что личинки мух появляются в мясе только при доступе взрослых мух, а не сами собой. В 1768 году итальянский аббат Ладзаро Спалланцани показал, что кипячение питательных сред в закрытых сосудах препятствует появлению микроорганизмов. Окончательный удар по теории спонтанного зарождения нанёс в 1859 году французский микробиолог Луи Пастер: его классический эксперимент с колбой «лебединой шеи» продемонстрировал, что стерильная среда остаётся стерильной, если в неё не попадают микроорганизмы из воздуха. Пастер сформулировал принцип «omnis vivo e vivo» — всё живое происходит от живого, ставший фундаментом современной биологии.
¶Зарождение современной концепции абиогенеза
После опровержения примитивного спонтанного зарождения проблема первого возникновения жизни на Земле не исчезла, а приобрела новый смысл. Русский учёный Александр Опарин в книге «Происхождение жизни» (1924) и британский биолог Джон Холдейн (1929) независимо друг от друга предложили химическую гипотезу: в первичном «первичном бульоне» — восстановительной атмосфере ранней Земли с аммиаком, метаном, водородом и водяным паром — под действием ультрафиолетового излучения и разрядов молний могли синтезироваться простые органические молекулы, которые затем полимеризовались в более сложные структуры, вплоть до протобиологических систем.
¶Классификация гипотез
Современные гипотезы абиогенеза делятся на несколько направлений:
- Химическая эволюция (гипотеза «первичного бульона») — постепенное образование сложных органических молекул из простых прекурсоров.
- Панспермия — перенос жизнеспособных форм (спор, органических молекул) с других планет или межзвёздного пространства. Сама по себе не объясняет первичное возникновение жизни, а лишь переносит проблему в другое место.
- Гипотеза «тёмного течения» — роль гидротермальных источников на дне океана.
- РНК-мир (RNA world) — концепция, согласно которой ранние самовоспроизводящиеся системы были основаны на РНК, сочетающей каталитические и генетические функции, до появления ДНК и белков.
¶Ключевые эксперименты
¶Опыт Миллера — Юри
В 1953 году американские учёные Стэнли Миллер и Гарольд Юри провели знаменитый эксперимент: в замкнутую систему, заполненную водой и газовой смесью, имитирующей условия ранней Земли (CH₄, NH₃, H₂, H₂O), подавали электрические разряды. Уже через неделю в растворе обнаружились аминокислоты (глицин, аланин и др.), а также другие органические соединения. Опыт показал, что биологически значимые молекулы могут образовываться абиогенно.
¶Гидротермальные источники
В 1970-х годах при исследовании глубоководных гидротермальных источников («чёрных курильщиков») обнаружены экосистемы, существующие без солнечного света на основе хемосинтеза. Это стало аргументом в пользу гипотезы, что жизнь могла возникнуть именно в таких условиях. Исследования показали, что в условиях, близких к условиям «чёрных курильщиков», могут спонтанно формироваться липидные мембраны и самоподдерживающиеся химические циклы.
¶Синтез нуклеотидов
В 2009 году группа Джона Сазера (John Sutherland) показала, что предшественники РНК и аминокислот могут образовываться из одного набора простых прекурсоров в взаимосвязанных химических циклах, что поддерживает идею совместного возникновения генетического материала и метаболизма.
¶Проблемы и современное состояние
Несмотря на успехи лабораторных экспериментов, полный абиогенез в лаборатории воспроизвести не удалось. Основные нерешённые вопросы:
- Как возникла саморепликация — свойство, определяющее живую систему.
- Как возникла генетическая кодировка (кодон-аминокислотная карта).
- Как произошёл переход от химических реакций к клетке с мембраной и метаболизмом.
Тем не менее абиогенез считается общепринятой научной рамкой для объяснения возникновения жизни на Земле около 3,8–4,0 млрд лет назад — практически сразу после завершения тяжёлых бомбардировок планеты. Российская наука внесла значительный вклад в эту область: работы А. И. Опарина, А. Г. Лосева, С. Л. Соболева и других исследователей сформировали основы современной теории химической эволюции.
Источники:
- Опарин А. И. «Происхождение жизни» (1924)
- Миллер С., Юри Х. «Происхождение жизни на Земле» (1959)
- Лосев А. Г. «Возникновение биосферы»
- Hazen R. M. «Genesis: The Scientific Quest for Life's Origin»
- Lazcano A., Miller S. L. «The Origin and Evolution of Life» (2004)