Атеология    αθεολογιΑ

Атеистическая философия.   Дата создания 2008.08.27


Абиогенез.

Первичное возникновение жизни.

Необходимым условием эволюции путем естественного отбора является наличие размножения с наследованием. Возникновение первичных самовоспроизводящихся органических структур из неорганической материи называется абиогенезом.

Первой стадией абиогенеза является возникновение органических молекул низкого уровня сложности - аминокислот, нуклеотидов, сахаров. Теоретическое и экспериментальное обоснование формирования таких веществ из неорганических веществ осуществили Опарин и Холдейн в 20-х годах XX века. В дальнейшем опыты были усовершенствованы Миллером в 50-х годах.

Дальнейший путь химической эволюции в настоящий момент достоверно не установлен, хотя определены возможности путей развития на каждом этапе. Определены классы веществ, способные преодолеть каждый "барьер" на пути к первому простейшему про-организму. Установить конкретные вещества, которые участвовали в процессах, вероятно, не удастся и в будущем, учитывая громадное количество дееспособных вариантов.

Эволюция до ДНК. Передача наследственной информации через ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) возможна только при наличии готовой протоклетки или присутствии одновременно многих различных классов вспомогательных веществ, поскольку в ее репликации (воспроизведении), транскрипции и трансляции (синтезе белка) участвуют помимо строительного материала - нуклеотидов и сахаров еще ферменты и РНК (рибонуклеиновая кислота). Для осуществления дублирования ДНК ее двойная спираль в начале расплетается под действием ферментов, а затем на каждой из нитей наращиваются комплиментарные (дополняющие) нуклеотиды (аденин дополняется тимином и наоборот, а гуанин - цитозином и наоборот). В результате получаются две двойные спирали, идентичные исходной. Синтез белка по генетической информации ДНК также включает значительное количество вспомогательной биохимии. Участок двойной спирали расплетается под действием ферментов. Расплетенные звенья дополняются комплиментарными нуклеотидами, связываемыми остовом из сахара рибозы с формированием матричной РНК. В структуре РНК вместо тимина участвует урацил. Синтез белков осуществляется трансляцией матричной РНК с участием транспортной РНК, выполняющей роль фермента. Транспортная РНК имеет один конец, способствующий захвату конкретной аминокислоты, а другой - обладающий свойством присоединяться к определенной последовательности нуклеотидов на матричной РНК. В итоге транспортная РНК собирает последовательность аминокислот вдоль матричной РНК. Соединенные между собой аминокислоты образуют белок, который после освобождения сворачивается в определенную форму, придающую ему определенные химические свойства.

На этапе предшествующем развитию клеточных организмов на базе генетической информации ДНК, по-видимому, главную информационную роль имела РНК. В случаях отдельных классов вирусов РНК до сих пор сохранила роль носителя генетической информации. В отличие от ДНК, РНК представляет собой единственную нить, соединяемую каркасом из сахара - рибозы. Это обстоятельство значительно расширяет функциональные возможности РНК: в отличие от ДНК, сворачивающейся в двойную спираль, РНК сворачивается в разнообразные формы, позволяя выполнять функции транспортного и катализирующего фермента. Для репликации РНК ее не требуется расплетать. Инверсная копия РНК может быть матрицирована в присутствии лишь строительного материала - рибозы и нуклеотидов. При матрицировании РНК к каждому нуклеотиду исходной цепи пристраивается комплиментарный (аденин-урацил; гуанин-цитозин). Нуклеотиды скрепляются в цепь посредством сахара и новая цепочка отделяется от исходной матрицы. При повторном матрицировании инверсной копии будет получена исходная матрица. Во всем этом процессе не требуется участия белков. Возникновение простейших РНК уже воспроизведено в лабораторных условиях.

В процессе размножения и существования РНК, как и ДНК подвержена редкому возникнованию повреждений - мутаций, таких как замены отдельных нуклеотидов, выпадению участков или встраиванию лишнего участка. Это определяет некоторую изменчивость генома потомков данной РНК, создавая предпосылки существавания естественного отбора.

Важным шагом значительно ускорившим течение процессов явилось поселение репликаторов (РНК) в коацерватных каплях - липидных каплях, формирующих оболочку, отделяющую каплю от окружающей среды. Такое отделение позволило повысить концентрацию необходимых веществ в ближайшем окружении репликатора, осуществить "отлов" их из среды - улучшило систему питания протоклетки. В последствии протоклетки обзавелись способностью самим строить свои оболочки – мембраны.

Переход к ДНК. Биохимия дальнейших этапов, позволивших возникновение белков и репликацию ДНК, по-видимому, формировалась на основе расширяющегося разнообразия мира РНК. Белки могут быть сформированы в соответствии с участком кода матричной РНК путем захвата транспортной РНК аминокислот с последующим выстраиванием их вдоль соответствующих букв кода. Этот процесс широко наблюдается в функционировании современном клеток. Механизм обратной транскрипции ДНК из РНК ("обратная", поскольку в современных организмах роль первичного источника генетической информации выполняет ДНК, транскрибируемая в РНК) также весьма вероятен и наблюдается в настоящий момент в случае ретровирусов. При обратной транскрипции нуклеотиды РНК дополняются комплиментарными нуклеотидами, связываемыми дезоксирибозой, формируя одну из цепей ДНК. Вторая цепь достраиваится комплементарными первой нуклеотидами.

Существуют отдельные теории, которые ставят и РНК на роль вторичного репликатора, отдавая место первичного репликатора, например, ПНК (пептидонуклеиновые кислоты).

Сложность эксперимента. Вероятность каждого из переходов от одного этапа к другому очень низка, однако, в распоряжении у химической эволюции была целая планета в течение сотен миллионов или даже миллиардов лет. Вместе с тем, для осуществления каждого перехода было достаточно единственного события - единичного возникновения нового механизма. Помимо несоизмеримости масштабов лаборатории и Земли при попытках математической оценки вероятности осуществления абиогенеза существует и другая проблема: невозможность оценки количества различных вариантов, способных привести к удачному исходу. Количество таких вариантов крайне велико: сходные химические свойства дает огромное количество вариантов последовательностей нуклеотидов в цепи РНК и аминокислот в составе белков. Расчет химических свойств каждой последовательности представляет задачу сложного моделирования (не всегда реализуемого на данном этапе развития вычислительной техники), перебор же всех вариантов представляет собой количественно неразрешимую задачу. По-видимому, никогда не будет указана точная последовательность нуклеотидов в первичном репликаторе. Есть надежды установить наиболее вероятный порядок химической эволюции, установить классы веществ, принимавших в ней участие.

Вероятностный аспект. Вероятность зарождения жизни крайне мала, однако, какой малой бы она не была, законы вероятности не исключают ее реализации. Теория вероятности дает лишь математическое ожидание вероятности и срока реализации события при известных условиях в большом количестве попыток. Сравнить математическое ожидание можно лишь, имея статистически достаточное количество наблюдений. В данном случае мы имеем наблюдение всего одного случая Земли, чего явно недостаточно. Теоретический расчет вероятности с учетом сложности системы не возможен. В масштабах вселенной, даже при относительно низкой вероятности зарождения жизни в каждой из звездных систем, существуют сотни миллиардов звезд в каждой из сотен миллиардов галактик с различными условиями, и общая вероятность искомого события оказывается сложно оценима.

Малопродуктивны и законы обратной вероятности, отталкивающиеся от факта реализации вероятности. Если принять время возникновения первичной жизни на Земле равным 1..2 миллиарда лет, можно лишь оценить наиболее вероятную вероятность ее возникновения. Формулы расчета обратной вероятности дают лишь математические ожидания наиболее вероятного срока зарождения жизни и вероятности этого события. Действительная вероятность может быть как выше, так и много ниже полученного по таким расчетам.

Ход начальных этапов развития живого на Земле на данный момент известен лишь на уровне теоретически возможных путей с редкими более определенными деталями. Установка достоверной истории во всех деталях маловероятна. Оценить вероятность обнаружить жизнь за пределами Земли на данном этапе невозможно.


©2008-2009 Атеология