Коацерватная  гипотеза А. И. Опарина

Согласно этой теории, жизнь закономерно возникла на определённом этапе истории Земли  в результате физико-химических процессов  при эволюции планеты, причём одной  из причин, определившей большую вероятность  возникновения жизни явилась относительно более высокая распространённость на Земле углерода.

Наиболее полно  и глубоко проблема происхождения  и сущности жизни как особой формы  организации и движения материи  разработана академиком А.И. Опариным в 1957-1960 гг. Первый очерк Опарина на эту тему, написанный ещё в 1924 г., содержал в себе намётки новой программы химических и биологических исследований (можно встретить название «теория Опарина-Холдейна», т.к. английский учёный Холдейн выдвинул сходные идеи независимо от Опарина в 1929 г.). эта программа, которую в последующие годы в значительной мере осуществил он сам, послужила также стимулом для исследований многих других учёных в разных отраслях знания - геохимические и геологические исследования, исследования в области физики, физической, органической и коллоидной химии, электронно-микроскопическое изучение клеточных структур, сравнительное биохимическое исследование обмена веществ у ныне живущих организмов и палеонтологическое изучение древнейших ископаемых. В результате были установлены те вероятные этапы, через которые проходило эволюционное развитие материи на пути к возникновению жизни.

Химическая  эволюция углеродистых соединений

Изучение происхождения  жизни может быть успешно осуществлено только на фоне рассмотрения общего развития материи. «Чтобы представить себе этот процесс, необходимо учесть всю совокупность взаимодействий всех без исключения ступеней химической эволюции, которая имеет интегральную направленность на живое». Согласно теории Опарина жизнь является результатом последовательного усложнения углеродистых соединений, поэтому особое значение уделено эволюции этих соединений, приведшей к образованию органических веществ и возникновению из них сложных многомолекулярных систем.

Органические  вещества - главнейшие и обязательные составляющие материального субстрата жизни. Их простейшими представителями служат соединения водорода и углерода. По данным науки, с самых начальных периодов образования нашей планеты на её поверхности, в коре, гидросфере и атмосфере чисто химическим, абиогенным (т.е. небиологического происхождения) путём создавались и накапливались метан и другие разнообразные углеводороды, обладающие поразительными химическими возможностями. Они не могли долго оставаться неизменными, а обязательно вступали в химические взаимодействия между собой и с другими веществами, образуя такое разнообразие сложных соединений, которое чуждо неорганической природе. Именно это, вероятно, и поставило их в такое исключительное положение на пути возникновения жизни.

Экспериментальные данные позволяют считать, что в определённый период доактуалистической (восстановительной) эпохи существования Земли водоёмы содержали в себе вместе с водным раствором неорганических солей и разнообразные органические вещества - простые и сложные мономеры (аминокислоты, пиримидиновые и пуриновые основания, рибозу, дезоксирибозу) и неспецифические полимеры типа белков и полинуклеотидов, а также богатые энергией соединения, способные вступать в многочисленные взаимодействия между собой. Этот своеобразный «первичный бульон» всё время изменялся, эволюционировал как в целом, так и в отдельных частях. Но совершавшиеся в нём химические превращения коренным образом отличались от тех, что характерны для всех живых существ. У последних вследствие особой организации всего организма последовательность отдельных реакций строго согласована в едином процессе обмена веществ.

По мнению академика  Опарина, легко можно представить  себе возможность абиогенного образования  сахаров, аминокислот, азотистых оснований, а также их неспецифических полимеров, но крайне невероятным является абиогенное образование белков и нуклеиновых кислот современного типа. Целесообразно построенные белки-ферменты могли образоваться только в процессе эволюции целостной системы, уже обладавшей некоторым хотя и примитивным обменом веществ, в котором ферменты играли свою определённую роль.

Предбиологическая эволюция углеродистых соединений

Нужно ещё раз  отметить, что центральная проблема возникновения жизни на земле - объяснение качественного скачка от «неживого» к «живому» - всё ещё весьма далека от ясности. Наиболее интересной является коацерватная гипотеза академика А.И.Опарина, она указывает возможный путь возникновения обмена веществ.

Коацерваты - это  обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры. Это еще не живые существа. Их возникновение рассматривают как стадию развития преджизни. Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений. Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению, стали контролировать синтез белков, определяя в них порядок аминокислот. А белки-ферменты осуществляли процесс создания новых копий нуклеиновых кислот. Так возникло главное свойство, характерное для жизни - способность к воспроизведению подобных себе молекул.

Показано, что  характерной особенностью полинуклеотидов  и белковоподобных полимеров  является их ярко выраженная способность образовывать комплексы с другими высокомолекулярными органическими веществами, а также между собой. При такого рода ассоциации возникают многомолекулярные образования, физические и химические свойства которых существенно отличаются от свойств составляющих их индивидуальных веществ. 
Именно эти многомолекулярные системы - коацерваты, - а не отдельные молекулы должны были явиться, по мнению А.И.Опарина, теми исходными образованиями, которые в дальнейшем сформировались в первичные организмы. Предполагается три качественно различные ступени эволюции коацерватных систем.

Первая - это  возникновение способности этих систем к самосохранению в условиях постоянного взаимодействия с внешней  средой, причём уже на этой стадии эволюции материи осуществляется определённый «отбор» систем по этому признаку.

Второй ступенью явилось возникновение систем, способных  не только к самосохранению, но и  росту, увеличению своей массы за счёт веществ окружающей среды. Коацерватные капли постепенно превратились в  открытые системы, в которых при  стационарном состоянии скорость реакции в одном направлении (приток богатых энергией соединений) закономерно больше, чем в другом, что приводило к увеличению массы системы. Такие образования имели несомненное преимущество в ходе эволюции.

В третьих, системы  постепенно приобретали не только динамическую устойчивость, но и свойства всё большей динамичности, когда в них реакции стали протекать всё с большей скоростью, что явилось в свою очередь важным фактором совершенствования организованных образований. В дальнейшем происходил «отбор» только тех систем, в которых реакции распада и синтеза согласовывались, проходя через постоянно повторяющиеся цепи и циклы. 
По терминологии А.И.Опарина, такого рода системы, активно взаимодействующие с внешней средой, обладающие динамической устойчивостью и способностью не только сохраняться, но и расти в условиях «первичного бульона», условно называют протобионтами.

Протобионты уже  обладали более сложной организацией, чем статические коацерватные капли, но были, однако, на много порядков проще, чем самые примитивные живые существа.

Эволюция  протобионтов и возникновение  первичных организмов

Организация протобионтов должна была послужить исходной точкой для их дальнейшей эволюции на пути становления жизни. Главным в  этой организации было то, что протобионты сохраняли постоянство соотношения скоростей и согласованности совершавшихся в них реакций. Это определялось тем, что при разрастании они всё время сохраняли в себе исходную повышенную концентрацию неорганических или органических катализаторов, избирательно поглощая их из внешней среды.

В условиях гидросферы Земли под влиянием внешних механических сил протобионты должны были дробиться, наподобие капель эмульсии при их встряхивании. При этом дочерние образования  должны были сохранять ту же организацию  взаимоотношений с внешней средой, которая была присуща и исходному протобионту. Конечно, данное явление по своему постоянству и точности не может быть сопоставлено с самовоспроизведением даже наиболее примитивных ныне существующих организмов.

По мнению А.И.Опарина, вполне допустимо считать, что протобионты - эти исходные для возникновения жизни системы - эволюционировали, подвергались действию не только собственно физических и химических законов, но и зарождающихся биологических закономерностей, в том числе и предбиологического естественного отбора. 
Предбиологический естественный отбор выражался в том, что всякое нарушение согласованности реакций у протобионта обязательно вызывает гибель, исчезновение данной, так сказать, неудачной индивидуальной системы. На этой основе должно было происходить постепенное усовершенствование организации подавляющей массы разрастающихся и размножающихся протобионтов. Прежде всего оно должно было касаться их каталитического аппарата как главнейшего фактора организации обмена веществ, основанного на соотношении скоростей отдельных составляющих реакций.

На этой стадии развития, конечно, не могло быть и  речи о таких сложных, наделённых специфическим внутримолекулярным строением веществах, какими являются ферменты современных организмов. Доступными для протобионтов катализаторами могли служить только присутствующие в значительных количествах в «первичном бульоне» простейшие органические вещества и неогранические соединения (например, ионы металлов). 
Эти вещества являются плохими катализаторами по сравнению с ферментами, но их каталитическая активность значительно повышается при сочетании их с теми или иными радикалами или молекулами. Следовательно, чем более совершенным является данный комплекс, т.е. чем больше его молекулярное строение соответствовало его каталитической функции и чем более эта функция была согласована с другими реакциями, тем больше преимуществ получал этот протобионт.

Дальнейшая эволюция пошла в направлении возникновения  в системах всё более комплексных  и многозвенных процессов, уменьшающих зависимость систем от внешней среды, а также по пути замыкания цепей реакций в постоянно повторяющиеся циклы. Это привело к возникновению совершенных каталитических механизмов, к созданию мощных катализаторов - ферментов, т.е. белков, внутримолекулярная структура которых чрезвычайно хорошо приспособлена к выполнению ими каталитических функций.

Для последующей  прогрессивной эволюции протобионтов очень важным явилось создание такой  орагнизации, которая позволила  бы осуществить синтез полипептидов с выгодными в каталитическом отношении расположением аминокислотных остатков. Такая организация требовала возникновения принципиально новых пространственных (матричных) механизмов.

Таким образом, возникновение жизни было связано  с переходом материи на более высокую ступень её организации и движения, что означало появление новых свойств и закономерностей. Последние накладывались на общие физические и химические законы и обуславливали формирование новых качеств, отсутствовавших на молекулярном уровне. В совокупности эти качества присущи только живым объектам. Главными из них являются:

• способность к преодолению нарастания энтропии;
• целесообразность организации живых объектов, т.е. приспособленность внутримолекулярного и надмолекулярного строения частей к выполняемым ими функциям и приспособленность организма в целом к существованию в данных условиях внешней среды;
• специфическая для жизни форма передачи информации.

Все эти качества не могли возникнуть на молекулярном уровне, а были связаны с обязательным формированием и эволюцией многомолекулярных фазовообособленных систем.                                Заключение                               

А. И. Опарин, выдвинув ряд тезисов в 30 годах, пытался  доказать случайность и спонтанность возникновения живой клетки, но его труды не увенчаются успехом и он будет вынужден признаться: "К сожалению происхождение клетки является самым туманным вопросом, охватывающим теорию эволюции в целом." Однако до этого момента ему удалось убедить большинство западных ученых, веривших в натуралистическую дарвиновскую теорию происхождения видов. Работы А.И. Опарина по этому вопросу переведены на многие языки народов мира. В 1950 году А.И. Опарин  совместно с другими был удостоен премии имени А.Н.Баха и имени И.И.Мечникова, а в 1974 году - Ленинской премии. За заслуги в области науки он также награжден 5 орденами Ленина, двумя другими орденами, иностранными орденами и медалями.