§ 43. Асноўныя гіпотэзы паходжання жыцця
Біяхімічныя гіпотэзы засноўваюцца на тым, што жыццё на Зямлі ўзнікла з нежывой матэрыі ў выніку працэсаў, якія падпарадкоўваюцца хімічным і фізічным законам. Як ужо адзначалася, у цяперашні час самазараджэнне жывых арганізмаў з нежывой прыроды не ўяўляецца магчымым. Аднак не выключана магчымасць таго, што ў далёкім мінулым, ва ўмовах старажытнай Зямлі жыццё магло ўзнікнуць з хімічных злучэнняў. Іншымі словамі, з’яўленню першых жывых арганізмаў мог папярэднічаць працяглы этап хімічнай эвалюцыі.
Сярод біяхімічных гіпотэз паходжання жыцця першачарговай увагі заслугоўвае каацэрватная гіпотэза, якую ў 1924 г. прапанаваў рускі біяхімік А. І. Апарын. Крыху пазней, незалежна ад яго, аналагічнае меркаванне выказаў брытанскі біёлаг Д. Холдэйн. Паводле гіпотэзы Апарына — Холдэйна ў працэсе ўзнікнення жыцця на Зямлі можна вылучыць тры асноўныя этапы.
1. Сінтэз нізкамалекулярных арганічных злучэнняў з неарганічных рэчываў. Астраномы і геолагі ацэньваюць узрост Зямлі прыкладна ў 4,5 млрд гадоў. На ранніх этапах развіцця нашай планеты тэмпература яе паверхні была вельмі высокай. Па меры астывання ўтварылася зямная кара. Атмасфера старажытнай Зямлі, відаць, не змяшчала кіслароду і складалася з вадзяной пары, аміяку, вуглякіслага газу, метану і іншых газападобных злучэнняў. З часам астыванне планеты прывяло да кандэнсацыі вады і фарміравання першаснага акіяна.
У той час наша планета не мела азонавага экрана, таму на яе паверхню паступаў інтэнсіўны паток ультрафіялетавага сонечнага выпраменьвання. Менавіта яно, па меркаванні Апарына, служыла галоўнай крыніцай энергіі для сінтэзу арганічных рэчываў з неарганічных. Акрамя таго, утварэнне арганічных злучэнняў магло адбывацца пад дзеяннем электрычных разрадаў — маланак, высокай тэмпературы (з прычыны выкідаў у першасны акіян і атмасферу распаленых прадуктаў вулканічнай дзейнасці), радыеактыўных выпраменьванняў і г. д. Арганічныя рэчывы, якія сінтэзаваліся (амінакіслоты, монацукрыды, спірты, карбонавыя кіслоты і інш.) доўгі час назапашваліся ў першасным акіяне. Гэта прывяло да ўтварэння так званага першаснага булёна, у якім пасля і ўзнікла жыццё.
*У 1953 г. амерыканскія вучоныя С. Мілер і Г. Юры стварылі ўстаноўку, у якой можна было змадэліраваць умовы старажытнай Зямлі (мал. 43.3). «Першасны акіян» у гэтым апараце ўяўляла вада. Яе награвалі, і ў «атмасферу», што складаецца з метану, аміяку і вадароду, паступалі вадзяная пара. Праз газавую сумесь, што цыркулюе ва ўстаноўцы, прапускалі электрычныя разрады (аналагі маланак).
Эксперымент працягваўся тыдзень. Пасля гэтага быў праведзены хімічны аналіз, які паказаў, што за час доследу ў апараце ўтварыліся розныя амінакіслоты, монацукрыды, ліпіды, папярэднікі нуклеатыдаў і некаторыя іншыя арганічныя рэчывы. Пасля многія даследчыкі паўтаралі падобны эксперымент з выкарыстаннем розных газавых сумесей і розных крыніц энергіі. Вынікі ўсіх гэтых доследаў былі падобныя да тых, якія атрымалі Мілер і Юры. Такім чынам, магчымасць сінтэзу нізкамалекульных арганічных рэчываў з неарганічных ва ўмовах, блізкіх да ўмоў старажытнай Зямлі, была пацверджана эксперыментальна.*
2. Утварэнне біяпалімераў. Мяркуецца, што на гэтым этапе ў першасным булёне з нізкамалекулярных арганічных рэчываў, такіх як амінакіслоты, нуклеатыды і монацукрыды, сінтэзаваліся адпаведныя біяпалімеры — бялкі, нуклеінавыя кіслоты і поліцукрыды.
Апарын меркаваў, што галоўная роля ва ўзнікненні першых жывых арганізмаў належала бялкам. У растворах бялкі здольныя ўтвараць шматмалекулярныя комплексы, адасобленыя ад вады вакол іх. Такія комплексы могуць злівацца адзін з адным і фарміраваць згусткі — каацэрваты (ад лац. coacervus — згустак).
Каацэрваты валодалі здольнасцю паглынаць з навакольнага раствору розныя рэчывы і за кошт гэтага павялічвацца ў памерах (падабенства жыўлення і росту). Буйныя каацэрваты маглі драбіцца з утварэннем дробных згусткаў (падабенства размнажэння). Аднак каацэрваты былі пазбаўлены біялагічных мембран і не мелі генетычнага апарату, таму іх не прынята лічыць першымі жывымі арганізмамі.
3. Фарміраванне першых жывых арганізмаў — протабіёнтаў. Да гідрафільных галовак ліпідаў, якія пакрывалі ў выглядзе плеўкі паверхню вады, здольныя прыцягвацца малекулы бялкоў. Пры парывах ветру кроплі вады з каацэрватамі, якія ў іх змяшчаліся, маглі адрывацца ад паверхні і зноў падаць у першасны булён. Так, верагодна, утварыліся ліпідна-бялковыя мембраны, якія валодалі выбіральнай пранікальнасцю і надавалі каацэрватам стабільнасць.
Далейшае аб’яднанне каацэрватаў з нуклеінавымі кіслотамі, напэўна, і прывяло да фарміравання протабіёнтаў — першых жывых арганізмаў, здольных да самарэгуляцыі і самаўзнаўлення. Лічыцца, што протабіёнты маглі дзяліцца (бясполае размнажэнне) і выбіральна паглынаць з першаснага булёну розныя рэчывы, у тым ліку арганічныя (гетэратрофнае жыўленне). Частку арганічных злучэнняў яны выкарыстоўвалі ў працэсах пластычнага абмену (г. зн. для росту), другія расшчаплялі ў ходзе энергетычнага абмену (анаэробнае дыханне).