Теория Опарина о происхождении жизни на Земле
(К 50-летию Международного научного общества по изучению возникновения жизни)
        В настоящее время наиболее широкое признание получила гипотеза о происхождении жизни на Земле, разработанная академиком А.И. Опариным. Эта гипотеза исходит из предположения о постепенном возникновении жизни на Земле из неорганических веществ путем длительной абиогенной (небиологической) молекулярной эволюции. Считают, что Земля и другие планеты Солнечной системы образовались из газово-пылевого облака около 4,5 млрд. лет назад. На первых этапах своего формирования Земля имела высокую температуру.
        По мере остывания планеты тяжёлые элементы перемещались к её центру, а более лёгкие оставались на поверхности. Атмосфера состояла из свободного водорода и его соединений (H2O, CH4, NH3, HCN) и поэтому носила восстановительный характер. Это обстоятельство послужило важной предпосылкой возникновения органических молекул небиологическим путем. Соединения, являющиеся восстановителями, легко вступают в химические реакции, отдавая водород, и при этом сами окисляются. Компоненты атмосферы подверглись воздействию различных источников энергии: жёсткому, близкому к рентгеновскому, коротковолновому излучению Солнца, грозовым разрядам, высокой температуры в области грозовых разрядов и в районах активной вулканической деятельности и т.п. В результате этих воздействий химически простые компоненты атмосферы вступали во взаимодействие, изменяясь и усложняясь. Возникали молекулы сахаров, аминокислот, азотистые основания, органические кислоты (уксусная, муравьиная, молочная и др.) и другие простые органические соединения.
        В 1935 г. американский исследователь Л.С. Миллер, пропуская электрический разряд через смесь H2, H2O, CH4 и NH3, получил смесь нескольких аминокислот и органических кислот. В дальнейшем оказалось, что абиогенным путём в отсутствие кислорода могут быть синтезированы многие простые органические соединения, входящие в состав биологических полимеров – белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов. В водной среде при определённых условиях из синильной кислоты, аммиака и некоторых других соединений могут возникать аминокислоты. Из азотистых оснований в присутствии неорганических фосфорных соединений образуется аденозинмонофосфат (АМФ), а также аденозиндифосфат (АДФ) и аденозинтрифосфат (АТФ), сахара, аминокислоты.
        Возможность абиогенного синтеза органических соединений доказывается тем, что они обнаружены в космическом пространстве. В космосе найдены цианистый водород, формальдегид, муравьиная кислота, метиловый и этиловый спирты и другие вещества. В некоторых метеоритах заключены жирные кислоты, сахара, аминокислоты. Всё это свидетельствует о том, что органические соединения могли возникнуть чисто химическим путём в условиях, существовавших на Земле около 4 млрд. лет назад. Таким образом, условиями для абиогенного возникновения органических соединений можно считать восстановительный характер атмосферы Земли, высокую температуру, грозовые разряды и мощное ультрафиолетовое излучение Солнца, которое тогда ещё не задерживалось озоном.
        По мере охлаждения Земли водяной пар, содержавшийся в атмосфере, конденсировался, на поверхность Земли обрушивались дожди, образуя на ней большие водные пространства. В воде были растворены аммиак, диоксид углерода, синильная кислота, метан и более сложные органические соединения, образовавшиеся в атмосфере. Органические молекулы, такие, как аминокислоты или нуклеотиды, в водной среде могут связываться друг с другом (конденсировать) с образованием полимеров. При этом выделяется вода. Две аминокислоты могут соединиться пептидной связью, а два нуклеотида – фосфодиэфирной связью. Следует отметить, что для синтеза простых соединений требуются более жёсткие условия, чем для возникновения сложных.
        Например, синтез аминокислот происходит при температуре около 1000 С, а конденсация их в полипептиды – при температуре 160 С. Однако реакции эти в отсутствие белков-ферментов идут очень медленно. Среди случайно образующихся полипептидов есть такие, которые обладают каталитической активностью и могут ускорять процессы матричного синтеза полинуклеотидов. Следовательно, следующим важным шагом предбиологической эволюции было объединение способности нуклеотидов к самовоспроизведению со способностью полипептидов к каталитической активности. Стабильность, устойчивость «удачных» комбинаций аминокислот – полипептидов обеспечивается только сохранением информации о них в нуклеиновых кислотах. В свою очередь, полипептиды или белки, синтезируемые на основе информации, заложенной в молекулах РНК, могут облегчать редупликацию этих молекул. Так путём отбора возник генетической код, или «словарь», устанавливающий соответствие между триплетами нуклеотидов и аминокислотами.
        Дальнейшее усложнение обмена веществ могло происходить только в условиях пространственной близости генетического кода и кодируемых им белков, а также изоляции реагирующих компонентов от внешней среды. Действительно, отбор молекул РНК по качеству кодируемого ею белка осуществляется только в том случае, если белок не диффундирует в любом направлении, а сохраняется в каком-либо изолированном пространстве, где и участвует в обменных процессах. Возможность отделения белоксинтезирующей системы от внешней среды заложена в физико-химических свойствах молекул. Органические молекулы также окружены водной оболочкой, толщина которой зависит от величины заряда молекулы, концентрации солей в растворе, температуры и прочее.
        При определенных условиях водная оболочка приобретает чёткие границы и отделяется от окружающего раствора. Молекулы, окружённые водной оболочкой, могут объединяться, образуя многомолекулярные комплексы – коацерваты. В первичном океане коацерваты, или коацерватные капли, обладали способностью поглощать различные вещества. В результате этого внутренний состав коацервата претерпевал изменения, что вело либо к распаду, либо накоплению веществ, т.е. к росту и к изменению химического состава, повышающего устойчивость коацерватной капли. Судьба капли определялась преобладанием одного из указанных процессов.
        Опарин отмечал, что в массе коацерватных капель должен был идти отбор наиболее устойчивых в данных конкретных условиях. Достигнув определённых размеров, материнская коацерватная капля могла распадаться на дочерние. Дочерние коацерваты, структура которых мало отличалась от материнской, продолжали свой рост, а резко отличавшиеся капли распадались. Продолжали существовать только те коацерватные капли, которые, вступая в какие-то элементарные формы обмена со средой, сохраняли относительное постоянство своего состава. В дальнейшем они приобрели способность поглощать из окружающей среды не всякие вещества, а лишь те, которые обеспечивали им устойчивость, а также способность выделять наружу продукты обмена. Постепенно увеличивались различия между химическим составом капли и окружающей средой.
        В процессе длительного отбора (его называют химической эволюцией) сохранились лишь те капли, которые при распаде на дочерние не утрачивали особенностей своей структуры, то есть приобрели свойство самовоспроизведения. Эволюция коацерватов завершилась образованием мембраны, отделяющей их от окружающей среды и состоящей из фосфолипидов. Подобные искусственные мембраны, окаймляющие пузырьки размером от 1 до 10 мкм, сейчас без труда создаются в экспериментальных условиях. Образование наружной мембраны предопределило направление дальнейшей химической эволюции по пути развития всё более совершенных саморегулирующихся систем вплоть до возникновения первых примитивных клеток.
        Оказавшись в окружённом мембранной замкнутом пространстве, молекулы РНК эволюционировали, причём признаком, по которому происходил отбор, была не собственная структура РНК, но главным образом свойства кодируемых ими белков. Таким образом, нуклеотидная последовательность РНК стала проявляться в свойствах клетки как целого. Ключевым событием в возникновении клетки послужило объединение матричной функции РНК и каталитической функции пептидов. На каком-то более позднем этапе эволюции ДНК заменила РНК в качестве вещества наследственности. Появление первых клеточных организмов положило начало биологической эволюции. Это произошло 3 – 3,5 млрд. лет назад. Первые живые организмы обладали способностью к самовоспроизведению и другими основными признаками живого, существовали в восстановительной среде и имели анаэробный тип обмена.
Александр Иванович Опарин, создатель теории абиотического происхождения жизни на Земле
Дата рождения: 18 февраля (2 марта) 1894
Место рождения: Углич, Ярославская губерния, 
Дата смерти: 21 апреля 1980 (86 лет)
Место смерти: Москва, РСФСР, СССР
Научная сфера:  биология
Место работы: МГУ, Институт биохимии АН СССР
Альма-матер: МГУ
Биография
        Родился А.И. Опарин 18 февраля (2 марта) 1894 года в городе Угличе в купеческой семье. Среди сведений о его детских годах указывается, что он с родителями вскоре переехал в деревню Кокаево (неподалёку от Углича). В семье также рос старший брат Дмитрий, будущий русский и советский экономист. В 1912 году окончил 2-ю московскую гимназию, в 1917 году – естественное отделение физико-математического факультета МГУ. В 1925 году начал читать в МГУ курс лекций «Химические основы жизненных процессов»; в 1931 году – курс технической биохимии. В 1930 – 1931 годы был профессором кафедры технической биохимии МХТИ и кафедры технической биохимии Московского института технологии зерна и муки.
        В 1934 году, без защиты диссертации, он был утверждён в звании доктора биологических наук. С начала 1935 года начинает свою работу Институт биохимии АН СССР, основанный Опариным совместно с А. Н. Бахом. С самого основания института Опарин руководил Лабораторией энзимологии, которая в будущем преобразовалась в Лабораторию эволюционной биохимии и субклеточных структур. До 1946 года он являлся заместителем директора, после смерти А. Н. Баха – директором этого института. 3 мая 1924 года на собрании Русского ботанического общества выступил с докладом «О возникновении жизни», в котором предложил теорию возникновения жизни из первичного «бульона» органических веществ. В середине XX века были экспериментально получены сложные органические вещества при пропускании электрических зарядов через смесь газов и паров, которая гипотетически совпадает с составом атмосферы древней Земли. В качестве протоклеток Опарин рассматривал коацерваты – органические структуры, окружённые жировыми мембранами.
        В 1942 – 1960 годах А. И. Опарин заведовал кафедрой биохимии растений МГУ, где читал курсы лекций по общей биохимии, технической биохимии, спецкурсы по энзимологии и по проблеме происхождения жизни. После смерти в 1951 году С. И. Вавилова А. И. Опарин стал 2-м председателем правления Всесоюзного просветительского общества «Знание». Оставался на этому посту по 1958 год, когда председателем «Знания» был избран М. Б. Митин.
        В 1970 году было организовано Международное научное общество по изучению возникновения жизни (International Society for the Study of the Origin of Life), первым президентом, а затем почётным президентом которого был избран Опарин. Исполком ISSOL в 1977 году учредил Золотую медаль имени А. И. Опарина, присуждаемую за важнейшие экспериментальные исследования в этой области.
        Умер 21 апреля 1980 года. Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.
Награды и премии
  • Большая золотая медаль имени М. В. Ломоносова – 1979 Большая золотая медаль имени М. В. Ломоносова (1979)
  • Герой Социалистического Труда – 1969
  • Ордена Ленина
  • Орден Отечественной войны II степени – 1945
  • Орден Трудового Красного Знамени – 1944
  • Юбилейная медаль «За доблестный труд (За воинскую доблесть). В ознаменование 100-летия со дня рождения В.И. Ленина»
  • Медаль «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941 – 1945 гг.»
  • Медаль «В память 800-летия Москвы»
  • Ленинская премия – 1974

    • Память
  • В Москве – на доме, в котором с 1958 по 1980 год жил учёный (ул. Дмитрия Ульянова, 3), установлена мемориальная доска.
  • В Угличе – улица Опарина, д. 5 (до 1917 года – Воскресенская, затем – Рыкова, Республиканская).
  • Медаль Опарина/Юри Международного научного общества изучения возникновения жизни (International Society for the Study of the Origin of Life), присуждаемая Исполком ISSOL за важнейшие экспериментальные исследования в этой области.
  • В Москве – улица Академика Опарина в районах Обручевский и Коньково.

    • В оглавление