Происхождение жизни. История представлений о зарождении жизни

Аристотель: «Крокодилы самозарождаются из речного ила, мыши – из грязных тряпок, мухи – из гниющего мяса»
ИСТОРИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ЗАРОЖДЕНИИ ЖИЗНИ
Реди, Спалланцани, Пастер: «живое происходит только путем размножения живого. Самозарождения в наши дни не происходит»

РАБОТЫ ОПАРИНА И ХОЛДЕЙНА
В растворах белков могут появляться сгущения, которые поглощают белки из окружающей жидкости, растут и делятся подобно клеткам
Коацерваты
Самозарождению в наше время мешает кислородная атмосфера
Накопление органических веществ в «Первичном бульоне» предшествовало появлению жизни

ОПЫТ МИЛЛЕРА-ЮРИ
CH4
NH3
H2O
CO
Исходная смесь газов:
Продукты:
Аминокислоты (глицин, аланин и еще 20 других)
сахара
липиды
Азотистые основания (аденин, гуанин)

СЛОЖНОСТЬ ЖИВОЙ КЛЕТКИ
Более 1000 типов белков даже у самых мелких бактерий
Геном из более чем 1 000 000 нуклеотидов, кодирующий эти белки
Мембрана, окружающая клетку
Сложные молекулярные машины для синтеза белков, копирования ДНК и транспорта веществ через мембрану
”Вероятность случайного появления живой клетки примерно равна вероятности сборки Боинга-747 при прохождении урагана через мусорную свалку”
(Фред Хойл, астрофизик)

ХИРАЛЬНАЯ ЧИСТОТА
Сахара и аминокислоты существуют в двух вариантах, похожих как зеркальные отражения
Все природные белки – из «левых» аминокислот
ДНК и РНК – из «правых» сахаров
Во всех абиогенных синтезах получается равная смесь левых и правых изомеров

СОСТАВ АТМОСФЕР ПЛАНЕТ
Современная Земля
Венера, Марс, древняя Земля
N2 – 78%
O2 – 21%
Ar – 1%
H2O, CO2
CO2 – 96%
N2 – 3%
CO, H2O, SO2
Из такой газовой смеси в аппарате Миллера ничего не получается!

«МИР РНК»
ДНК – хранит наследственную информацию
Белки – работают катализаторами
РНК – всего лишь посредник между ДНК и белками
Классическая схема молекулярной биологии:
А если вникнуть в детали:
РНК может хранить наследственную информацию (в вирусах)
РНК может работать катализатором (рибозимы)
РНК катализирует ключевой шаг синтеза белков
Следовательно, возможна примитивная жизнь без белков и ДНК, только на основе РНК

СТРУКТУРА РНК
Сахаро-фосфатная цепь
Сбоку на ней — азотистые основания 4 типов
Образование пар между азотистыми основаниями может соединять две цепи в двойную спираль или компактно сворачивать одну цепь
Следовательно, возможна примитивная жизнь без белков и ДНК, только на основе РНК

НЕДОСТАТКИ «МИРА РНК»
Рибозимы не способны к окислительно-восстановительным реакциям
Рибозимы не способны к фотосинтезу
Чистый «Мир РНК» может лишь питаться готовыми нуклеотидами
Непонятна экология
Что добавить к РНК, чтобы она вписалась в окружающую среду?
Мир «РНК+коферментов» ?
Мир «РНК+минералов» ?
Мир «РНК+пептидов» ?
Или жизнь вовсе началась не с РНК, а с другой реплицирующейся системы?

ЖИЗНЬ И ТЕРМОДИНАМИКА
Первый закон термодинамики:
«Из любой системы нельзя получить больше работы, чем в ней содержится энергии»
К.П.Д. тепловых двигателей ограничен:
I = (T2 – T1) / T2
T1 – температура холодильника,
Т2 — температура нагревателя
(по шкале Кельвина, от абсолютного нуля (-273,13 С)

ЭНТРОПИЯ
Чем меньше разница температур нагревателя и холодильника, тем меньшая доля энергии доступна для совершения работы
Энтропией (S) исходно назвали долю «недоступной» тепловой энергии в системе (Клаузиус, 1865)
Размерность — Джоуль/градус
Второй закон термодинамики:
«В замкнутой системе энтропия растет, либо в идеальном случае не убывает»
Энтропия связана с упорядоченностью:
S = k ln P
(Больцман, 1872)

НЕРАВНОВЕСНАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Классическая термодинамика изучала медленные процессы, близкие к равновесию
Оказалось, что в быстрых процессах вдали от равновесия все сложнее
Возможно образование диссипативных структур — местное уменьшение энтропии в открытой системе
(Илья Пригожин, Нобелевская премия 1977)

РЕАКЦИЯ БЕЛОУСОВА-ЖАБОТИНСКОГО
KBrO3 + CeCl3 + лимонная кислота

ДРУГИЕ ДИССИПАТИВНЫЕ СТРУКТУРЫ
Ячейки Бенара
Циклоны и торнадо