Гипотеза А.И. Опарина

1.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – МСХА
имени К.А. Тимирязева
(ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева)
Факультет зоотехнии и биологии
Кафедра зоологии
Доклад по дисциплине
«Теория эволюции»
на тему:
Гипотеза А.И. Опарина
Выполнил:
Студент 405 группы
Факультета зоотехнии и биологии
Роганова Д.А.
Москва 2017

2.

Вопрос о происхождении жизни
В разные эпохи и на разных ступенях культуры вопрос о происхождении
жизни решался по-разному, но всегда вокруг него разворачивалась острая идейная
борьба двух непримиримых философских лагерей – материализма и идеализма.
Согласно религиозным представлениям, все разнообразные живые существа были
первоначально созданы богом. Вследствие этого творческого акта божества на
Земле сразу, в готовом виде, возникли все прародители тех животных и растений,
которые сейчас населяют нашу планету.
Согласно материализму – жизнь, как и весь остальной мир, материальна
по своей природе и не нуждается для своего объяснения в признании наличия
какого- то сверхматериального духовного начала. Во второй половине прошлого
века благодаря работам Л. Пастера и других исследователей было доказано, что
живые существа всегда возникают только путем рождения от подобных им
организмов. В XIX веке был нанесен и другой сокрушительный удар по
религиозным представлениям о происхождении жизни. Ч. Дарвин и многие
последующие ученые, в частности наши выдающиеся русские исследователи К.
А.- Тимирязев, братья А. О. и В. О. Ковалевские, И. И. Мечников и другие,
показали, что наша планета не всегда была населена теми животными и
растениями, которые окружают нас сейчас. Высшие растения и животные, в том
числе и человек, возникли на Земле в результате последовательного развития
более просто устроенных живых существ (Опарин, 1959).
2

3.

Гипотеза Опарина
Учёные создают концепции происхождения – вероятностные системы
знаний, которые необходимо последовательно разрабатывать эмпирическими и
логическими методами научного познания. Одной из таких концепций является
концепция геоэволюционного происхождения жизни - происхождения жизни в
результате химической и биологической эволюции на Земле. Геоэволюционные
концепции основаны на результатах профессионального естествознания и
системы теоретического объяснения причин начала жизни и последующей её
самоорганизации прогрессивного типа. Основные геоэволюционные концепции
происхождения жизни: концепция голобиоза – происхождение жизни из
первичной молекулы со свойствами протобелкового вещества, или протобионта;
концепция генобиоза – происхождение жизни из первичной молекулы,
содержащей генетический код жизни, или последовательность нуклеотидов,
определяющих биосинтез белковых веществ. Основная из концепций голобиоза
названа по фамилии автора – концепция Опарина, обоснованная впервые в 30-е
гг. 20 в. (Баранов, 2016).
3

4.

Первичное возникновение простейших органических веществ –
углеводородов и их производных
Органические вещества отличаются от других веществ неорганической природы
прежде всего тем, что в их основе лежит элемент углерод. Уже давно было обнаружено
очень широкое распространение углерода во Вселенной: в атмосферах различных звезд, в
том числе и в атмосфере Солнца, в холодных газопылевых облаках межзвездного
пространства, на поверхности больших планет и их спутников, в веществе комет и,
наконец, в упавших на Землю метеоритах. Сформировавшаяся Земля обладала все же
некоторой атмосферой, однако сильно отличавшейся от современной. В ней содержались
небольшие остатки первичного водорода и метана, пары воды, аммиак и сероводород.
Углерод сохранился в составе Земли главным образом или в самородном виде (в форме
графита), или в виде соединения с металлами — карбидов металлов. Карбиды, вошедшие
при формировании нашей планеты в состав земной коры, должны были здесь встретиться
с сильно оводненными горными породами. Дело в том, что главная масса воды
сохранилась в составе первичной Земли не в свободном виде, а связанной с силикатами и
другими породами (в виде так называемых гидратов). Таким образом, первоначально на
поверхности планеты находилась лишь небольшая часть (может быть, всего 10%)
свободной воды современных морей и океанов. Только при последующем формировании
земной коры вода гидратов вышла в свободном виде на земную поверхность, а до этого она
была связана в толще коры (Опарин, 1959).
4

5.

Превращение первичных углеводородов в сложные органические
соединения. Возникновение первичных белковоподобных веществ
Температура твердой оболочки Земли сильно зависела от происходившего в ней
радиоактивного распада ряда элементов. При господствовавших здесь высоких давлениях
происходило перемещение вещества — более тяжелые, богатые железом глыбы
опускались, более легкие (силикатные) всплывали. Запас воды увеличивался. Температура
гидросферы, а также и атмосферы в основном определялась величиной солнечного
излучения. До возникновения жизни кислород мог находиться на Земле только в связанном
состоянии — в виде воды, окисей и т. д. Вследствие перемешивания железных и
силикатных глыб карбиды приходили во взаимодействие с оводненными породами и
давали начало образованию метана, этана, ацетилена и других газообразных
углеводородов. Здесь происходило их окисление за счет кислорода воды, их
взаимодействие с азотом и серой и их полимеризация (Опарин, 1959).
5

6.

Превращение первичных углеводородов в сложные органические соединения.
Возникновение первичных белковоподобных веществ
Летучие углеводороды попадали в атмосферу, где встретились с новыми
воздействиями (ультрафиолетовые лучи и молнии). Возникшие разнообразные
органические вещества могли оставаться в атмосфере только в том случае, если
они находились здесь в виде летучих газов. Но в процессе химических
превращений молекулы органических веществ делались все более сложно
построенными,. При этом терялась способность органических веществ оставаться
в газообразном состоянии. Вместе с дождем и другими осадками они перешли в
первоначальную земную гидросферу — растворились в водах. В этой новой для
них среде они продолжали химически взаимодействовать как между собой, так и
с другими веществами, растворенными в воде. Благодаря этому здесь
действительно должны были возникать всевозможные представители
разнообразных органических соединений — сахара, жироподобные и
белковоподобные вещества и т. д. (Опарин, 1959).
6

7.

Возникновение сложных органических веществ
Вначале молекулы этих соединений состояли из небольшого числа
атомов углерода, водорода, кислорода и азота. Но в водах первичного океана эти
молекулы постепенно соединялись между собой, образуя все более крупные и
сложно построенные частицы разнообразных веществ. Таким путем в водах
первичного океана возникли все те разнообразные вещества, из которых сейчас
построены тела животных и растений. Белкам принадлежит исключительная,
решающая роль в построении «живого вещества». Протоплазма — тот
материальный субстрат, из которого состоит тело животных, растений и
микробов, всегда содержит в себе значительное количество белков. Еще Энгельс
указывал, что «повсюду, где мы встречаем жизнь, мы находим, что она связана с
каким-либо белковым телом, и повсюду, где мы встречаем какое-либо белковое
тело, которое не находится в процессе разложения, мы без исключения встречаем
и явления жизни» (Энгельс, 1957).
7

8.

Возникновение белков
Молекулы органических веществ, соединяясь между собой, образовали
частицы наиболее сложных и наиболее важных для жизни веществ — белков. В
этих частицах многие десятки тысяч атомов строго определенным образом
соединены в длинные цепочки с многочисленными боковыми ответвлениями.
Чрезвычайно существенно то, что в состав каждого белкового вещества входят
очень разнообразные аминокислоты. Однако нужно иметь в виду, что
аминокислотные частицы связаны в белковой в строго определенной,
характерной именно для данного белка последовательности. Такого рода
построение создает возможность для бесконечного разнообразия белков.
Для того, чтобы представить себе, как возникла белковоподобная молекула,
необходимо прежде всего установить, как появились первые аминокислоты —
отдельные звенья той цепи, которая лежит в основе белковой молекулы (Опарин,
1959).
8

9.

Возникновение белков. Опыт Миллера
В этом отношении значительный интерес представляют опыты,
осуществленные американским ученым С. Миллером. Исходя из тех
представлений о первичной земной атмосфере, которые были изложены нами
выше, Миллер взял газовую смесь, состоящую из углеводорода метана, аммиака,
водорода и паров воды, и в специально сконструированном для этого приборе
пропускал через эту смесь электрические разряды. После этого в
сконденсировавшейся в приборе воде можно было обнаружить наличие
нескольких аминокислот, возникших здесь примерно при тех же условиях,
которые существовали на поверхности первичной Земли. Т. Павловская и А.
Пасынский использовали для абиогенного синтеза аминокислот другой, еще
более мощный источник энергии — коротковолновый ультрафиолетовый свет,
который когда-то пронизывал всю земную атмосферу. Освещая искусственно
полученными коротковолновыми лучами водный раствор формалина и
хлористого аммония, они, как и Миллер, синтезировали аминокислоты, показав
тем полную возможность образования этих составных частей белковой молекулы
в условиях первичной земной гидросферы (Опарин, 1959).
9

10.

Для решения проблемы первичного возникновения упорядоченного,
целесообразного строения белков необходимо прежде всего ответить на вопрос,
как из хаоса взаимоперекрещивающихся реакций водного раствора мог
сформироваться определенный порядок обмена веществ, нужно ясно представить
себе и экспериментально обосновать пути возможного образования в «первичном
бульоне» таких исходных систем, в которых в процессе эволюции складывался бы
определенный порядок их взаимодействия с внешней средой, постепенно
приближающийся к современному, характерному для всего живого, обмену
веществ.
В настоящее время в научной литературе широко высказывается мнение,
что такими исходными системами могли явиться просто отдельные молекулы тех
полинуклеотидов со случайным расположением мономерных остатков в цепи,
которые первично возникали в мировом «бульоне». Им была присуща
свойственная всем полинуклеотидам комплементарность. Поэтому, согласно Дж.
Холдейну, Г. Шрамму и другим авторам, уже в абиогенных условиях должна была
создаться
возможность
к
постоянному
более
быстрому
синтезу
предсуществующих
полинуклеотидов,
к
все
убыстряющемуся
«саморазмножению» молекул, наделенных определенной вторичной структурой
полимерной цепи. Подвергаясь мутациям и естественному отбору, молекулы
полинуклеотидов все время эволюционировали, совершенствовали свою
вторичную структуру, приближаясь в этом отношении к структуре современных
10
нуклеиновых кислот (Опарин, 1968).

11.

Возникновение первичных коллоидных образований
Основу всякого растительного или животного организма составляет
протоплазма — тот материальный субстрат, в котором и развертываются
жизненные явления. Молекулы высокомолекулярных белковоподобных
соединений несли на своей поверхности разнообразные боковые цепи,
наделенные различными химическими функциями. Вследствие этого по мере
роста и усложнения «первичных белков» неизбежно должны были возникать
новые взаимоотношения между отдельными молекулами. Каждая такая молекула
не могла существовать изолированно от других, неизбежно и закономерно
должны были возникать молекулярные целые комплексы частиц, включающие в
себя не однородные, а различные по своим размерам и свойствам белковые
молекулы. Это в свою очередь должно было привести к концентрации
органического вещества в определенных пунктах пространства. Рано или поздно
в том или ином уголке первичного океана обязательно должно было произойти
выделение из водного раствора разнообразных белковых веществ в виде
коацерватных капель. Это возникновение происходит при простом смешивании
растворов двух или нескольких высокомолекулярных органических веществ
(Опарин, 1959).
11

12.

Возникновение первичных коллоидных образований
При
образовании
коацервата
молекулы
органического
вещества
сконцентрировались в определенных пунктах пространства и отделились от окружающей
среды более или менее резкой границей. Каждая коацерватная капля приобрела известную
индивидуальность. Только на основании такого выделения коацерватных капель могло
создаться то диалектическое единство организма и среды, которое явилось решающим
фактором в процессе возникновения и развития жизни на Земле. Раньше в растворе
имелось лишь скопление беспорядочно двигающихся частиц, в коацерватной капле эти
частицы расположились определенным образом по отношению друг к другу.
Следовательно, здесь уже появились зачатки некоторой организации. Вследствие этого на
простейшие органохимические отношения здесь наложились новые коллоиднохимические закономерности. Эти закономерности присущи и живой протоплазме
современных организмов (Опарин, 1959).
Искусственно полученные коацерватные капли,
сфотографированные под микроскопом
Сложный комплексный коацерват
12

13.

Возникновение первичных организмов
Впервые появившиеся в водах морей и океанов коацерватные капли еще не были
наделены жизнью. Наличие тех или иных веществ, присутствие или отсутствие
простейших неорганических катализаторов (как, например, железа, меди, кальция и т. д.),
степень концентрации белковых и других коллоидных веществ, образующих коацерват, и,
наконец, определенная, пусть даже весьма нестойкая структура — все это сказывалось на
скорости и направлении отдельных химических реакций, протекавших в данной
коацерватной капле. Только те коацерватные капли могли более или менее длительно
существовать, которые обладали известной динамической устойчивостью и в которых
скорость синтетических процессов преобладала над скоростью разложения или по крайней
мере ее уравновешивала. Эти капли должны были не только сохраняться, но и
увеличиваться в объеме и весе — расти. Таким путем происходило постепенное
увеличение размеров капель, наделенных определенной, наиболее совершенной для
данных условий существования организацией. Но каждая отдельная разросшаяся капля
уже в силу чисто механических причин должна была разделяться на отдельные части.
Образующиеся при этом «дочерние» капли были наделены примерно такой же физикохимической организацией, как и породивший их коацерват. Параллельно с увеличением
количества организованного вещества, ростом коацерватных капель на земной
поверхности все время происходило изменение качества самой их организации в
совершенно определенном направлении, а именно в направлении возникновения такого
порядка химических процессов, который обеспечивал бы постоянное самовосстановление
и самосохранение всей системы в целом (Опарин, 1959).
13

14.

Возникновение первичных организмов
Многочисленные превращения органических веществ, протекавшие
сперва в водном растворе, а затем в первичных коллоидных образованиях,
совершались здесь сравнительно медленно. Ускорение отдельных реакций могло
достигаться лишь благодаря действию неорганических катализаторов (например,
солей кальция, железа, меди и т. д.), которые, конечно, присутствовали в водах
первичного океана в довольно значительных количествах. В процессе эволюции
индивидуальных коллоидных систем основной интерес представляло не
случайное возникновение в них того или иного соединения, а его постоянно
повторяющееся новообразование, появление определенной согласованности
реакций, обусловливающей постоянный синтез этого соединения в ходе
разрастания организованного вещества. Таким путем возникло то явление,
которое мы сейчас обозначаем как способность протоплазмы к
самовоспроизведению. Согласованность между собой всех многочисленных
синтетических реакций, которые в своей совокупности приводили к образованию
белковой молекулы, исключала возможность беспорядочного сочетания
отдельных звеньев полипептидной цепи. Поэтому свойственное первичным
белковоподобным соединениям случайное расположение аминокислотных
остатков постепенно заменялось более определенным строением белковой
молекулы (Опарин, 1959).
14

15.

Возникновение первичных организмов
Первичные простейшие организмы были по своему строению уже значительно
совершеннее коацерватных капель, но все же они были несравненно проще даже самых
простых из известных в настоящее время живых существ. Здесь еще отсутствовала
клеточная структура. Проходили годы, века, тысячелетия, и строение живых существ все
более и более совершенствовалось, приспособляясь к тем условиям существования, в
которых развивалась жизнь. Живые существа делались все более и более
организованными. Вначале питанием для них служили только возникшие абиогенно
органические вещества. Но с течением времени количество этих веществ все уменьшалось,
а потому первичные организмы должны были или погибнуть, или выработать в себе в
процессе развития какой-нибудь способ строить органические вещества из материалов
неорганической природы — из углекислоты и воды. Некоторым живым существам это
действительно удалось. В процессе последовательного развития они выработали в себе
способность поглощать энергию солнечного луча, за счет этой энергии разлагать
углекислоту и из ее углерода строить в своем теле органические вещества. Таким образом
возникли простейшие растения — сине-зеленые водоросли, остатки которых можно
обнаружить в древнейших отложениях земной коры (Опарин, 1959).
Сине-зеленые водоросли
15

16.

Другие живые существа сохранили прежний способ питания, но
источником пищи им теперь стали служить водоросли, органические вещества
которых они использовали. Так возник в своем первоначальном виде мир
животных. Большим событием в истории последовательного развития живой
природы было возникновение многоклеточных организмов, состоящих из многих
клеток, объединенных в один организм. Живые организмы стали делаться все
сложнее и разнообразнее. В течение протерозойской эры, которая насчитывала
многие и многие миллионы лет, население первородного океана сделалось
чрезвычайно разнообразным и изменилось до неузнаваемости. Мощные
водоросли заселили воду морей и океанов, в их зарослях появились
многочисленные медузы, моллюски, иглокожие и морские черви. Жизнь вступила
в новую, палеозойскую эру. в силурийском периоде на суше появились первые
наземные растения, а в море — первые позвоночные животные, близкие к
современным миногам. В отличие от рыб у них еще не было челюстей. У многих
тело было одето костным панцирем.
Триста двадцать миллионов лет тому назад, в девонский период, в реках
и морских лагунах появились и настоящие рыбы, близкие и дальние родичи
современных акул (Опарин, 1959).
16

17.

Двести шестьдесят миллионов лет тому назад, в каменноугольный
период, на Земле уже пышно разрослись леса гигантских папоротников,
хвощей и плаунов. По берегам озер и рек ползали многочисленные и
разнообразные земноводные. Они, подобно рыбам, метали икру в воду. Их
влажная слизистая кожа, легко подсыхавшая на воздухе, не позволяла им
надолго удаляться от водоемов. Но в конце каменноугольного периода уже
появились первые пресмыкающиеся. Ороговевшая кожа защищала их от
высыхания. Поэтому они не были связаны с водоемами и могли широко
заселять сушу. Они уже не метали икру в воду, а откладывали яйца.
Двести десять миллионов лет тому назад наступил новый, пермский
период. Папоротникообразные растения постепенно оттесняются
родичами современных хвойных, появляются саговые пальмы.
Появляются первые предки «страшных ящеров», или динозавров,—
гигантских пресмыкающихся, которые в последующие периоды
господствовали на Земле. Но ни птиц, ни зверей в те времена еще не
существовало (Опарин, 1959).
17

18.

Царство пресмыкающихся на Земле особенно ярко было
представлено в юрский и меловой периоды. В это время на Земле впервые
появились близкие к современным деревья, цветы и травы.
Пресмыкающиеся в это время заселили сушу, воду и воздух. В морях
плавали морские хищники: змеи, рыбоящеры и плезиозавры.
Тридцать миллионов лет тому назад началось царство птиц и
зверей. В середине так называемого третичного периода большинство
крупных пресмыкающихся уже вымерло, появились многочисленные
виды птиц и млекопитающих, которые заняли господствующее положение
среди всех животных. Но все же тогда млекопитающие еще очень сильно
отличались от современных. Лишь постепенно, в течение второй
половины третичного периода, млекопитающие становились все более и
более похожими на современных. К концу периода существовали уже
вполне подобные современным олени, быки, лошади, носороги, слоны и
разнообразные хищники. В начале второй половины третичного периода
появились обезьяны, сперва низшие — собакообразные, затем высшие —
человекообразные (Опарин, 1959).
18

19.

Спасибо за внимание!
19

20.

Список литературы
• Баранов, Г.В. Фактор науки и проблема возникновения жизни /
Г.В. Баранов // Символ науки. – 2016. – №4-3(16). – С. 147-152.
• Опарин, А.И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие /
А.И. Опарин. – М.: Наука, 1968. – 173 с.
• Опарин, А.И. Происхождение жизни / А.И. Опарин. – М.:
Воениздат, 1959. – 127 с.
• Энельс, Ф. Анти-Дюринг / Ф. Энгельс. – М.: Госполитиздат,
1957. – 375 с.
20