Навколишній людини світ являє собою складно організовану систему, в якій виділяються певні підсистеми, рівні і підрівні. Природа в широкому сенсі слова підрозділяється на дві великі підсистеми або, можна сказати, на два взаємопов'язаних рівня. Йдеться про неживу природу і про природу живою (біоті), які тісно взаємодіють і відрізняються специфікою ієрархічної структури, особливостями походження і розвитку.
Для того щоб правильно уявити процес виникнення життя, необхідно коротко розглянути сучасні погляди на освіту Сонячної системи і положення Землі серед планет.
Земля й інші планети Сонячної системи утворилися з газо-пилової хмари близько 4,5 млрд років тому. Така газово-пилова матерія зустрічається в міжзоряному просторі і в даний час. Водень - переважаючий елемент Всесвіту. Шляхом реакцій ядерного синтезу з нього виникає гелій, з якого в свою чергу утворюється вуглець. Ядра атомів гелію об'єднувалися з ядрами вуглецю і формували ядра кисню, потім неону, магнію, кремнію, сірки і т.д.
Для виникнення життя на Землі необхідні були деякі космічні і планетарні умови. По-перше, оптимальні розміри планети. Маса її не повинна була бути занадто великий, так як енергія атомного розпаду природних радіоактивних речовин може привести до перегрівається планети або до радіоактивного забруднення середовища, що несумісна з життям. Занадто малі планети не здатні утримувати біля себе атмосферу, тому що сила тяжіння їх невелика. По-друге, рух планети навколо зірки по круговій або близькою до кругової орбіти дозволяє постійно і рівномірно отримувати від неї необхідну кількість енергії. По-третє, постійна інтенсивність випромінювання світила. Нерівномірність потоку енергії перешкоджала б виникненню і розвитку життя, так як існування живих організмів можливе лише у вузьких температурних межах.
Всім цим умовам задовольняла наша планета - Земля, на якій близько 4,5 млрд років тому створилися умови для більш високого рівня розвитку матерії - її еволюції в напрямку виникнення життя.
Існуючі теорії виникнення живого зводяться в п'ять концепцій:
1. Креаціонізм - створення. Модель, що припускає створення одночасно всіх одиниць природи: атомів, молекул, організмів, планет і т.д. Значить, що не може йти мова про еволюціонізм, про походження одних видів рослин і тварин від інших. Відкидається і синергетичний підхід до розвитку систем: світ руйнується, тобто переходить немає від хаосу до порядку, а навпаки. Процес божественного створення світу мислиться як мав місце лише один раз і тому недоступний для спостереження, вже з цієї причини концепція виводиться за рамки наукового дослідження.
2. Панспермія - перенесення життя на Землю з космосу за допомогою органічних сполук. Прихильниками такого погляду були У. Кельвін, Г.Гельмгольц, С. Арреніус, Л.С.Берг, П.П. Лазарєв, С.П. Костичев. З планет, населених іншими істотами, йдуть у світовий простір частинки речовини, порошинки, живі спори мікроорганізмів. Вони зберігають свою життєздатність, літаючи в просторі Всесвіту за рахунок світлового тиску. Потрапляючи на планету з відповідними умовами, вони починають на ній нове життя. Для обґрунтування цієї теорії, використовуються повідомлення про непізнані літаючі об'єкти, наскальні зображення. Сучасна наука має в своєму розпорядженні тільки фактами виявлення на метеоритах і кометах речовин, які є лише передвісниками живого: ціаногентов, синильної кислоти та ін. Однак все речовини космічного походження (залишки метеоритів або місячний грунт) не володіють характерною для живих організмів дісімметріі
3. Біогенез - концепція стаціонарного стану. Життя існувала завжди, як і матерія взагалі. Змінюються види, змінюється їх чисельність на Землі, життя перетікає між ними. Велика частина доводів цієї точки зору пов'язана з такими неясними аспектами еволюції, як значення розривів в палеонтологічному літописі: поява будь-якого викопного виду в певному шарі пояснюється збільшенням його популяції або його переміщенням в місця, сприятливі для збереження останків. Прихильники цієї концепції нечисленні через її оригінальності і умоглядності.
4. Абіогенез - мимовільне виникнення живого з неживого. Ця теорія була поширена в древньому Китаї, Вавілоні і Єгипті. Її прихильниками були Аристотель, Платон, Демокріт, що передбачали активне життєве начало то в сонячному світлі, то в мулі озер, то в воді, то в землі. Науковими дослідниками концепція була відкинута 0 (Ф. Реді, Л.Пастер).
5. Геохимическая - зародження життя в результаті фізико-хімічних процесів одночасно з еволюцією планети. В середині минулого століття Л. Пастер остаточно довів неможливість самозародження життя в теперішніх умовах. У 20-х роках цього століття біохіміки А. І. Опарін і Дж. Холдейн припустили, що в умовах, що мали місце на планеті кілька мільярдів років тому, освіту живого речовини було можливо. До таких умов вони відносили наявність атмосфери відновник-ного типу, води, джерел енергії (у вигляді ультрафіолетового (УФ) і космічного випромінювання, теплоти остигає земної кори, вулканізаційних-нічної діяльності, атмосферних електричних явищ, радіо-активного розпаду), прийнятної температури, а також відсутність інших живих істот.
Головні етапи на шляху виникнення і розвитку життя, по-ві-дімому, складаються в:
1) освіту атмосфери з газів, які могли б служити «сировиною» для синтезу органічних речовин (метану, оксиду і діоксиду вуглецю, аміаку, сірководню, ціанистих сої-нання), і пари води;
2) абіогенне (тобто те, що відбувається без участі організмів) освіту простих органічних речовин, в тому числі мономерів біологічних полімерів - амінокислот, цукрів, азот-стих підстав, АТФ та інших мононуклеотидів;
3) полімеризаціїмономерів в біологічні полімери, перш за все білки (поліпеп-тіди) і нуклеїнові кислоти (полінуклеотіди);
4) освіту передбіологічних форм складного хімічного складу - протобі-онтов, що мають деякі властивості живих істот;
5) виникненні найпростіших живих форм, що мають всю сукупність головних властивостей життя, - примітивних клітин;
6) біологічної еволюції виник-ших живих істот.
Можливість абіогенного утворення органічних речовин, вклю-чаю мономери біологічних полімерів, в умовах, що були на Землі близько 4 млрд. Років тому, доведено дослідами хіміків. У лабораторних умовах при пропущенні електричних розрядів через різні газові суміші, нагадують примітивну атмосферу планети, а також при використанні інших джерел енергії вчені отримували серед продуктів реакцій амінокислоти (аланін, гліцин, аспарагінову кислоту), бурштинову, оцтову, молочну кислоти, сечовину, азотисті основи (аденін, гуанін), АДФ і АТФ. Нізкомолекуляр-ні органічні сполуки накопичувалися в водах первинного океану у вигляді первинного бульйону або ж адсорбувати на поверх-ності глинистих відкладень. Останнє підвищувало концентрацію цих речовин, створюючи тим самим кращі умови для полімеризації.
Можливість полімеризації низькомолекулярних сполук з обра-зованием поліпептидів і полінуклеотидів (визначальна наступний етап на шляху виникнення життя) безпосередньо в первинному бульйоні викликає сумніви з термодинамічних міркувань. Водне середовище сприяє реакції деполімеризації. Вчені припускають, що освіта поліпептидів і полінуклеотидів міг-ло відбуватися в плівці з низькомолекулярних органічних соеди-нений в безводному середовищі, наприклад на схилах вулканічних конусів, покритих остигає лавою. Це припущення знаходить подтверж-дення в дослідах. Витримування протягом певного часу при 130 ° С сухої суміші амінокислот в судинах з шматків лави призводило до утворення поліпептидів.
Утворені описаним чином біополімери змивалися лив-невимі потоками в первинний бульйон, що захищало їх від зруйнувати-ючої дії УФ-випромінювання, яке в той час через відсутність в атмосфері планети озонового шару було дуже жорстким.
У міру підвищення концентрації поліпептидів, полінуклеоті-дів та інших органічних сполук в первинному бульйоні склалися умови для наступного етапу - мимовільного виникнення передбіологічних форм складного хімічного складу, або протобионтов. Імовірно вони могли бути представлені коацерва-тами (А. І. Опарін) або микросферами (С. Фокс). Це колоїдні краплі з ущільненим поверхневим шаром, що імітує мембрану, вміст яких складали один або кілька видів біополе-мерів. Можливість утворення в колоїдних розчинах структур типу коацерватов або мікросфер доведено досвідченим шляхом.
При певних умовах Коацервати виявляють деякі загальні властивості живих форм. Вони здатні до певної міри вибірково поглинати речовини з навколишнього розчину. Частина продуктів хімічних реакцій, що проходять в коацерватах за участю поглинаються речовин, виділяється ними назад в середу. Відбувається процес, що нагадує обмін речовин. Накопичуючи речовини, коа-цервати збільшують свій обсяг (зростання). Після досягнення певних розмірів вони розпадаються на частини, зберігаючи при цьому деякі риси вихідної хімічної організації (розмноження). Оскільки стійкість коацерватов різного хімічного складу різна, серед них відбувається відбір.
Перераховані вище властивості вчені вбачають у протобионтов. Протобіонти представляються як відокремлені від навколишнього середовища, відкриті макромолекулярні системи, що виникали в пер-первинних бульйоні і здатні до примітивних форм зростання, размно-вання, обміну речовин і предбиологического хімічному відбору.
Предбиологического еволюція протобионтов здійснювалася в трьох головних напрямках. Важливе значення мало вдосконалення каталітичної (ферментної) функції білків. Один із шляхів, даю щих необхідний результат, полягає, мабуть, в освіті комплексів металів з органічними молекулами. Так, включення заліза в порфириновой кільце гемоглобіну збільшує його катали-тичну активність в порівнянні з активністю самого заліза в розчині в 1000 раз. Розвивалося таке властивість біологічного ката-лізу, як специфічність. По-друге, виняткова роль в еволюції протобионтов належить придбання полинуклеотидами спосіб-ності до самовідтворення, що зробило можливим передачу інфор-мації від покоління до покоління, тобто збереження її в часі. В основі цієї здатності лежить матричний синтез. Механізм матріч-ного синтезу був використаний також для перенесення інформації з полинуклеотидов на поліпептиди. Третє головне напрям ево-люції протобионтов складалося у виникненні мембран. Відмежування від навколишнього середовища мембраною з виборчою проникністю перетворює протобионтов в стійкий набір макромолекул, стабили-зірует важливі параметри обміну речовин на основі специфічного каталізу.
Поділ функцій зберігання і просторово-часової пе-редачі інформації, з одного боку (нуклеїнові кислоти), і використання її для організації специфічних структури та обміну речовин - з іншого (білки); поява молекулярного механізму матричного синтезу біополімерів; освоєння ефективних систем енергозабезпечення життєдіяльності (АТФ); освіту типовою біологічної мембрани - все це призвело до виникнення живих істот, які спочатку були представлені примітивними кліть-ками.
З моменту появи клітин предбиологический хімічний від-бор поступився місцем біологічному відбору. Подальший розвиток життя йшло відповідно до законів біологічної еволюції. Переломним моментом на цьому шляху було виникнення клітин еукаріотичного типу, багатоклітинних організмів, людини.