Кто мы, русские, и когда мы возникли?

Самое удивительное, что на этом развитие химических процессов не остановилось. Под влиянием энергии вулканического тепла, электрических разрядов молний, квантов солнечного видимого и ультрафиолетового излучения различные химические вещества то образовывались, то разрушались. Однако электрические разряды (молнии) и извержения вулканов были ограничены в пространстве и крайне нерегулярны во времени. Наибольший вклад в активацию химических превращений в мировом океане, в атмосфере и на твердой поверхности, очевидно, вносило излучение Солнца в силу своей универсальности на всей поверхности Земли, постоянства, длительности действия во времени и огромной суммарной энергии.

Известно, что современная жизнь на Земле базируется на энергии квантов солнечного излучения, поглощаемого растениями. У нас нет оснований сомневаться в том, что подобная связь возникла вместе с жизнью на Земле.

Следующим этапом, очевидно, было образование молекул среднего размера, содержащих углерод – С: аминокислот, жирных кислот, сахаров, пуринов и пиримидинов. Это органические соединения, из которых состоят белки, жиры, углеводы наших организмов.

Возможность образования этих соединений под влиянием электрических разрядов в сосудах со смесью газов (метана, аммиака, водорода) и паров воды в 1953 г. показал американский ученый Миллер, а под влиянием ультрафиолетовых лучей – в 1957 г. Грот и Вейсенгоф.

Приблизительно 3 миллиарда лет назад температура на поверхности Земли упала ниже 70–72˚С, т. е. ниже температуры пастеризации – денатурации современных биополимеров: белков и нуклеиновых кислот. Стал возможен следующий этап эволюции соединений углерода – укрупнение молекул, содержащих углерод. Под влиянием солнечной энергетики, солнечного УФ-излучения происходило соединение в цепочку нескольких средних молекул, например, аминокислот. Такие цепочки по 10–20 аминокислот называются полипептидами и являются уже небольшими полимерами. Полимеры из сахаров называются углеводами, из жирных кислот – жирами. Под влиянием УФ эти полимеры то образовывались, то разрушались, а потому не накапливались в больших количествах.

Неизбежность усложнения молекулярных структур определяется физико-термодинамическими законами.

Соединение даже двух молекул увеличивает упорядоченность системы, уменьшает хаос и снижает энтропию, т. е. способность рассеивать энергию в хаотическом тепловом Броуновском движении. Уменьшение энтропии увеличивает устойчивость, а значит и время жизни открытых систем. Продолжительность жизни – основной фактор в борьбе за выживание в естественном отборе. Естественный отбор начинает действовать уже на молекулярном уровне в пользу высокомолекулярных структур, которые и накапливаются в среде.

Специалисты утверждают, что образование полипептидов еще не было началом жизни, ведь полипептиды, хотя и состоят из аминокислот, не являются белками. Они слишком малы, чтобы образовывать сложные надмолекулярные вторичные и третичные структуры. Попытки в лабораторных условиях химическими методами увеличить размеры полипептидов и получить белки оказывались неудачными. А ведь, как правило, только после образования третичной структуры молекула белка начинает выполнять свои биологические (ферментативные) функции. Для этого необходимо соединение нескольких сотен или тысяч аминокислот.

Однако дело не только в длине цепи биополимера. Белок приобретает свои биологические (ферментативные) свойства только в том случае, если аминокислоты в его цепи расположены в определенном порядке.

Первичное абиогенное, т. е. без заранее заданной программы, случайное образование такого большого полимера, да еще со строго определенной последовательностью аминокислот, – событие случайное и маловероятное. Природе потребовались сотни миллионов лет, чтобы такое событие свершилось. Вероятность образования таких соединений увеличивалась свойствами водной среды – свойствами воды.

Все разнообразные полимеры на своей углеродной цепи имеют участки с различными свойствами. Некоторые участки гидрофильны, то есть стремятся раствориться в воде, другие участки гидрофобны – стремятся оттолкнуться, выйти из воды, как масло или нефть. Уходя от воды, гидрофобные участки прижимаются друг к другу, сближаются. Вот это свойство, гидрофобное взаимодействие – притяжение, и привело к тому, что в мировом океане полимеры собираются в коллоидные частицы. В этих частицах резко повышена концентрация, и значит, и вероятность взаимодействия веществ. Происходит ускорение разнообразных реакций и химических превращений.

Наш великий ученый А. И. Опарин еще в 1923 г. издал первую теорию абиогенного возникновения жизни. Он описал, как биополимеры – белки, жиры, углеводы – собирались в мировом океане в надкомплексные коллоидные частицы – коацерваты – и как из них могли образоваться предклеточные системы, а затем и живые клетки.

Гениальность А. И. Опарина иллюстрируется в целом правильностью его теории, хотя он и наука тогда не знали роли электронных возбужденных состояний, нуклеиновых кислот и гидрофобного взаимодействия.