Утворилися складні органічні речовини накопичувалися в водах первинного океану, особливо в його прибережних, добре прогріваються частинах, утворюючи первинний "бульйон". Його насиченню сприяла і діяльність підземних вулканів. У такому "бульйоні" імовірно міг розвиватися процес утворення складних органічних макромолекул.
Хімічний склад живої природи
Склад живих організмів налічує всього 16 хімічних елементів, в той час як нежива природа - понад 110 елементів. З 16 елементів живої природи чотири елементи - вуглець, водень, кисень і азот - складають 99% маси живої речовини. Пов'язано це з особливостями фізичних і хімічних властивостей цих елементів - валентністю, здатністю утворювати міцні ковалентні зв'язки між атомами. В живому організмі головним елементом є вуглець. В основі живого лежать вуглецеві сполуки, де атоми вуглецю зв'язуються між собою міцної ковалентного зв'язком. Це забезпечує стабільність і міцність як хімічної сполуки, так і живого організму в цілому. Атоми вуглецю здатні утворювати довгі розгалужені ланцюжки як один з одним, так і з атомами кисню, водню, азоту. По суті, все живе - це "вуглецеві" тіла. Раніше вважали, що молекули вуглецю притаманні тільки живому. Тому сполуки вуглецю отримали назви органічних. У природі з'єднань вуглецю існує набагато більше, ніж з'єднань інших елементів таблиці Менделєєва, причому більша їх частина не пов'язана з живими організмами.
До складу живого входять також такі макроелементи, як фосфор, сірка, калій, кальцій, магній, залізо, натрій. Вони утворюють групу так званих біофільние елементів, або органогенов. Важливе функціональне значення для організмів мають і мікроелементи: кобальт, бор, цинк, молібден, йод, мідь. Вони складають соті і тисячні частки відсотка від маси організмів.
Мономери і макромолекули
Все живе складається з різних малих органічних молекул - мономерів. Об'єднуючись, мономери утворюють макромолекули (їх ще називають біологічними молекулами), що представляють собою полімерні ланцюжки. Мономери складаються в певну, конкретну молекулярну конструкцію, утворюючи при цьому необхідний конкретний білок. Це означає, що процеси хімічної самоорганізації макромолекул грали ключову роль в предбиологической еволюції.
Сучасна еволюційна хімія як наука про самоорганізацію і еволюції хімічних систем перевагу в проблемі самоорганізації макромолекулярних структур в предбиологический період віддає каталізу. Поява автокаталитических, а також підвищення рівня інформаційних зв'язків різко збільшило інтенсивність упорядкування переходу матерії від простих до все більш складним, інформаційно насиченим органічних сполук. На думку А. Руденко, еволюціонують елементами у розвитку передбіологічних хімічних систем є саме ті структури і з'єднання, які різко посилювали дії каталізаторів. У цьому сенсі Біокаталізу за участю ферментів тісно пов'язаний з проблемами біогенезу і походження життя.
На думку М. Ейгена, освіту макромолекул і їх еволюція пов'язані з нерівновагим станом відкритих живих систем. Обмін речовиною та інформацією з навколишнім середовищем (метаболізм) можна розглядати як сукупність хімічних реакцій в живій системі (клітці). При цьому молекули-мономери, переходячи з навколишнього середовища в живу систему (організм), привносять в нього певну інформацію. Остання переробляється організмом і закріплюється в ньому при процесах полімеризації та деструкції. Полімеризація йде шляхом самоінструктіруемой репродукції освічених макромолекул. Якщо в живій системі швидкість репродукції (відтворення) вище, ніж швидкість деструкції біополімерів, то макромолекули ростуть; якщо немає, то вони розпадаються. Надходять в систему тільки ті мономери, які долають конкуренцію, тому вони мають певну селекційну цінність для макромолекул. Таким чином, йде природний відбір, тобто попередниками живих систем, мабуть, були лише ті макромолекули, які володіли певними необхідними властивостями. Отже, дарвинский природний відбір вже проявив себе і на добіологіческой стадії розвитку матерії.
В живих організмах важливу роль відіграють три класи молекул - мономерів: амінокислоти, нуклеотиди, моносахариди. Вони служать будівельним матеріалом для полімерних біологічних макромолекул, таких як білки, нуклеїнові кислоти і полісахариди. Розміри мономерів коливаються в діапазоні 0,5-1,0 нм, а макромолекул - 5-300 нм. Діаметр молекули амінокислоти близько 0,5 нм, хромосоми - приблизно 1 нм, а атомів вуглецю і водню - близько 0,4 нм. Для порівняння середній діаметр соматичної клітини 10-20 мкм, рослинної - 30-50 мкм. Таким чином, атоми приблизно в 100 000 разів менше клітини.
Всі живі організми, їх клітини, органели як субструктури клітин, які виконують специфічні функції, є в цілому сукупностями макромолекул. Живі організми містять чотири основні класи біополімерів: білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи і ліпіди. Вони є структурною основою всіх живих організмів і відіграють найважливішу роль в процесах життєдіяльності.
Білки - це високомолекулярні органічні сполуки, макромолекули яких побудовані із залишків 20 амінокислот (мономерів). Білки відіграють першорядну роль в процесах життєдіяльності всіх живих організмів. Їм властиві різноманітні функції: структурна - побудова клітин і тканин; регуляторна - її виконують деякі з гормонів; захисна - виконують антитіла; транспортна - виконує гемоглобін; енергетична і т. д. Тільки в організмі людини, наприклад, налічується понад 10 млн різних білків. Без білків неможливий обмін речовин. Біосинтез білків йде за участю нуклеїнових кислот. На частку білка припадає приблизно 50% сухої маси всіх органічних сполук клітини.
Нуклеїнові кислоти, або полінукліотіди. Ці біополімери побудовані з великої кількості залишків нукліотідов і є складовою частиною всіх живих систем. Цим макромолекулам належить провідна роль в біосинтезі білків і передачі спадкових ознак організму. Ці кислоти схожі за своїм складом і будовою, але значно різняться за молекулярною вагою, який становить діапазон від кількох десятків тисяч до 150 млн. Існує 2 типи нуклеїнових кислот - ДНК і РНК. ДНК - дезоксирибонуклеїнової кислоти - містить генетичну інформацію про послідовність амінокислот в поліпептидних ланцюгах і визначає саму структуру білків. РНК - рибонуклеїнова кислота несе відповідальність за виробництво білків. Порядок розташування складових молекули ДНК і РНК нуклеотидів визначає порядок розташування амінокислот, а також їх відтворення в первинних структурах білків. Отже, через молекули нуклеїнових кислот передається інформація про різні спадкових властивостях структур живих організмів і йде реалізація механізму спадковості.
Зростаюча концентрація "первинного бульйону" органічних речовин приводила до їх взаємодії, об'єднання і відокремлення в якісь дрібні структури у водному розчині, які А. Опарін назвав коацерватнимікраплями або коацерватами. Слід зазначити, що в даний час структури, подібні коацерватам, отримують штучним шляхом, змішуючи розчини різних білків. Коацервати, по А. Опаріну, - це найдрібніші колоїдні освіти типу крапель, що володіють осмотичним властивостями. Завдяки взаємодії електричних зарядів в слабких розчинах відбувається агрегація молекул. Молекули води створюють поверхню розділу навколо утворився агрегату. Імовірно, що вже одночасно з утворенням полімерів (полімеризації) йшло і освіту біологічних мембран, що обмежують речовини коацервата від середовища.
Освіта мембран вважається важким завданням хімічної еволюції. Без них не може бути навіть самої примітивної клітини. Передбачається, що мембранні структури, як і ферменти, виникли в ході освіти коацерватов. Біологічні мембрани - це білково-ліпідні агрегати, які характеризуються напівпроникливості. Вони обмежують речовина коацервата від навколишнього середовища, надаючи міцність коацерватной "упаковки".
Коацервати мають складну організацію і мають ряд властивостей примітивних живих систем. Так, вони здатні до поглинання з навколишнього середовища різних речовин, які вступають у взаємодію з речовинами коацервата. Це схоже на первинну форму засвоєння речовин (асиміляцію). Утворені в коацервати продукти розпаду виділяються назовні, проходячи через напівпроникну перегородку. Однак, в принципі, коацервати не можна віднести до живих систем, оскільки вони не мають здатність до саморегуляції і самовідтворення. Вони мають лише передумовами живих систем.
Освіта найпростіших форм живих організмів
Перехід коацерватов як преджізненних систем до живого - це головне питання у вченні про походження життя. Він пов'язаний з дією механізму конваріантной редуплікаціі. В ході предбиологического відбору виживали ті системи, які мали не тільки здатність до обміну речовин, але і особливу будову макромолекул. Це зумовило появу головного якості живого - спадковість. При появі стійкого механізму відтворення генетичної інформації ера хімічної еволюції закінчилася. Настав час біологічної еволюції, ера природного відбору.