Найбільше визнання і поширення в XX столітті отримала гіпотеза походження життя на Землі, запропонована відомим вітчизняним біохіміком академіком А. І. Опаріним (1894-1980) і англійським біохіміком Дж. Холдёйном (1892-1964). Суть їх гіпотези, сформульованої ними незалежно один від одного в 1924-1928 рр. і розвивається в наступні часи, зводиться до існування на Землі тривалого періоду абіогенного утворення великої кількості органічних сполук. Дані органічні речовини насичували води найдавніших океанів, сформувавши (за нинішніми уявленнями Дж. Холдейна) так званий «первинний бульйон». Згодом в силу численних процесів локальних обміління і висушену океанів концентрація «первинного бульйону» могла зростати в десятки і сотні разів. Ці процеси відбувалися на тлі інтенсивної вулканічної активності, частих грозових розрядів в атмосфері і потужного космічного випромінювання. У цих умовах могло відбуватися поступове ускладнення молекул органічних речовин, поява простих білків, полісахаридів, ліпідів, нуклеїнових кислот. Протягом багатьох сотень і тисяч років вони могли утворити згустки органічних речовин (коацервати). В умовах відновної атмосфери Землі Коацервати не руйнувалися, відбувалося їх поступове ускладнення, і в певний момент розвитку з них могли утворитися перші примітивні організми (пробіонти). Ця гіпотеза була прийнята і розвинена надалі багатьма вченими різних країн, і в 1947 англійський вчений Джон Бернал сформулював гіпотезу біопоеза. Він виділив три основні стадії формування життя: 1) абиогенное виникнення органічних мономерів; 2) формування біологічних полімерів; 3) розвиток мембранних структур і перших організмів.
Розглянемо коротко процеси і стадії біопоеза.
Першим етапом біопоеза став ряд процесів, які отримали назву хімічної еволюції, що привів його до появи пробіонтов - перших живих істот. Тривалість його різними вченими оцінюється від 100 до 1000 млн. Років. Це передісторія життя на нашій планеті.
Абіогенний біосинтез органічних сполук
Земля як планета виникла близько 4,5 млрд. Років тому (за іншими даними - близько 13 млрд. Років тому, але вони не мають поки вагомих доказів). Охолодження Землі почалося близько 4 млрд. Років тому, а вік земної кори оцінюється приблизно в 3,9 млрд. Років. До цього моменту утворюються також океан і первинна атмосфера Землі. Земля в цей час була досить розігрітій за рахунок виділення тепла при затвердінні і кристалізації компонентів кори і активної вулканічної діяльності. Вода довгий час перебувала в пароподібному стані, випаровуючись з поверхні Землі, конденсуючись в верхніх шарах атмосфери і знову випадаючи на розпечену поверхню. Все це супроводжувалося майже постійними грозами з потужними електричними розрядами. Пізніше починають формуватися водойми і первинні океани. Стародавня атмосфера Землі не містила вільного кисню і була насичена вулканічними газами, до складу яких входили оксиди сірки, азоту, аміак, оксиди і двоокису вуглецю, пари води і ряд інших компонентів. Потужне космічне випромінювання і випромінювання Сонця (озонового шару в атмосфері ще не було), часті і сильні електричні розряди, активна вулканічна діяльність, що супроводжувалася викидами великих мас радіоактивних компонентів, привели до утворення органічних сполук, таких, як формальдегід, мурашина кислота, сечовина, молочна кислота, гліцерин, гліцин, деякі прості амінокислоти і т. п. Оскільки вільного кисню в атмосфері не було, то ці сполуки, що не окислюється і могли накопичуватися в теплих і навіть киплячих в доїм і поступово ускладнюватися за будовою, формуючи так званий «первинний бульйон». Тривалість цих процесів становила не один мільйон і десятки мільйонів років. Так здійснився перший етап біопоеза - утворення та накопичення органічних мономерів.
Етап полімеризації органічних мономерів
формування коацерватов
Наступним етапом в походження життя стало образовиванія коацерватов, тобто великих скупчень складних органічних полімерів. Причини і механізми цього явища багато в чому ще не ясні. Коацервати цього періоду представляли ще механічну суміш органічних сполук, позбавлену будь-яких ознак життя. У якийсь період часу між молекулами РНК і пептидами виникли зв'язку, що нагадують реакції матричного синтезу білка. Однак до сих пір незрозуміло, яким чином РНК стала кодувати синтез пептидів. Пізніше з'явилися молекули ДНК, які в силу наявності двох спіралей і можливості до більш точному (в порівнянні з РНК) самокопірованія (реплікації) стали головними носіями інформації про синтез пептидів, передаючи цю інформацію на РНК. Такі системи (коацервати) вже нагадували живі організми, проте ще не були такими, так як не мали упорядкованої внутрішньої структури, властивої живим організмам, і не були здатні розмножуватися. Адже певні реакції синтезу пептидів можуть відбуватися і в неклітинних гомогенатах.
Поява біологічних мембран
Упорядковані біологічні структури неможливі без біологічних мембран. Тому наступним етапом в утворенні життя стало формування саме цих структур, ізолюючих і захищають Коацервати від навколишнього середовища, перетворюють їх в автономні утворення. Мембрани могли утворитися з ліпідних плівок, що з'являлися на поверхні водойм. До молекулам ліпідів могли приєднуватися пептиди, принесені дощовими потоками в водойми або утворилися в цих водоймах. При хвилюванні водойм або випаданні на їх поверхню опадів могли виникати пухирці, оточені мембраноподобная сполуками. Для виникнення і еволюції життя важливі були ті бульбашки, які оточували Коацервати з білково-нуклеіднимі комплексами. Але і такі утворення ще не були живими організмами.
Виникнення пробіонтов - перше, що самовідтворюються організмів
У живі організми могли перетворитися тільки ті коацервати, які були здатні до саморегуляції і самовідтворення. Яким чином ці здібності виникли - також поки неясно. Біологічні мембрани забезпечили автономність і захист коацерватам, що спричинило появу суттєвої впорядкованості біохімічних реакцій, що протікають в цих тілах. Наступним кроком стала поява самовідтворення, коли нуклеїнові кислоти (ДНК і / або РНК) стали не тільки забезпечувати синтез пептидів, але і з його допомогою регулювати процеси самовідтворення і обміну речовин. Так виникла клітинна структура, що володіє обміном речовин і здатністю до самовідтворення. Саме ці форми і змогли зберегтися в процесі природного відбору. Так Коацервати перетворилися в перші живі організми - пробіонти.
Закінчився етап хімічної еволюції, і настав етап біологічної еволюції вже живої матерії. Сталося це 3,5-3,8 млрд. Років тому. Поява живої клітини - це перший найбільший ароморфоз в еволюції органічного світу.
Перші живі організми були близькі за будовою до прокариотам, не мали ще міцною клітинної стінки і якихось внутрішньоклітинних структур (були покриті біологічної мембраною, внутрішні вигини якої виконували функції клітинних структур). Можливо, перші пробіонти мали спадковий матеріал, представлений РНК, а геноми з ДНК з'явилися пізніше в процесі еволюції. Існує думка, що подальша еволюція життя пішла від загального предка, від якого відбулися перші прокаріоти. Саме це забезпечило велику схожість будови всіх прокаріотів, а згодом і еукаріот.
Неможливість самозародження життя в сучасних умовах
Часто задають питання: чому не відбувається самозародження живих істот в даний час? Адже якщо живі організми з'являються зараз, то на якій підставі ми можемо створювати гіпотези про походження життя в далекому минулому? Де критерій вірогідності цієї гіпотези? Відповіді на ці питання можуть бути наступними: 1) наведена вище гіпотеза біопоеза є багато в чому лише логічним побудовою, вона ще не доведена, містить багато суперечностей і неясних моментів (хоча є дуже багато даних і палеонтологічних, і експериментальних, що дозволяють припустити саме такий розвиток біопоеза ); 2) ця гіпотеза при всій своїй незавершеності проте намагається пояснити виникнення життя, виходячи з конкретних земних умов, саме в цьому і полягає її цінність; 3) самоосвіта нових живих істот на сучасному етапі розвитку життя неможливо з наступних причин: а) органічні сполуки довгий час повинні існувати у вигляді скупчень, поступово ускладнюючи і перетворюючись; в умовах окисної атмосфери сучасної Землі це неможливо, вони будуть швидко зруйновані; б) в сучасних умовах існує безліч організмів, здатних дуже швидко використовувати навіть незначні скупчення органічних речовин для свого харчування.