Введение
Первичный бульон, также известный как пребиотический бульон, — это гипотетический набор условий, существовавших на Земле примерно 3,7–4,0 миллиарда лет назад. Он является частью гетеротрофной теории (также известной как гипотеза Опарина — Холдейна) о происхождении жизни, впервые предложенной Александром Опариным в 1924 году и Дж. Б. С. Холдейном в 1929 году. Согласно формулировке Опарина, в примитивных поверхностных слоях Земли углерод, водород, водяной пар и аммиак вступали в реакцию, образуя первые органические соединения. Концепция первичного бульона получила подтверждение в 1953 году, когда в эксперименте Миллера — Юри использовалась сильно восстановительная смесь газов — метан, аммиак и водород — для образования основных органических мономеров, таких как аминокислоты.
Primordial soup, also known as prebiotic soup, is the hypothetical set of conditions present on the Earth around 3.7 to 4.0 billion years ago. It is an aspect of the heterotrophic theory (also known as the Oparin–Haldane hypothesis) concerning the origin of life, first proposed by Alexander Oparin in 1924, and J. B. S. Haldane in 1929. As formulated by Oparin, in the primitive Earth's surface layers, carbon, hydrogen, water vapour, and ammonia reacted to form the first organic compounds. The concept of a primordial soup gained credence in 1953 when the "Miller–Urey experiment" used a highly reduced mixture of gases—methane, ammonia and hydrogen—to form basic organic monomers, such as amino acids.
Гетеротрофная теория
В 1924 году советский биохимик Александр Опарин представил последовательный научный аргумент. Согласно Опарину, на поверхности первобытной Земли углерод, водород, водяной пар и аммиак вступали в реакцию, образуя первые органические соединения. Опарин не знал, что его работы распространялись лишь на русском языке, а английский ученый Дж. Б. С. Холдейн независимо пришел к аналогичному выводу в 1929 году. Именно Холдейн впервые использовал термин "первичный бульон" для описания накопления органического материала и воды на первобытной Земле.
text=When ultra violet light acts on a mixture of water, carbon dioxide, and ammonia, a vast variety of organic substances are made, including sugars and apparently some of the materials from which proteins are built up. [ ] before the origin of life they must have accumulated till the primitive oceans reached the consistency of hot dilute soup. |sign=J. B. S. Haldane |source=The Origin of Life
According to the theory, organic compounds essential for life forms were synthesized in the primitive Earth under prebiotic conditions. The mixture of inorganic and organic compounds with water on the primitive Earth became the prebiotic or primordial soup. There, life originated and the first forms of life were able to use the organic molecules to survive and reproduce. Today the theory is variously known as the heterotrophic theory, heterotrophic origin of life theory, or the Oparin Haldane hypothesis. Biochemist Robert Shapiro has summarized the basic points of the theory in its "mature form" as follows:
Early Earth had a chemically reducing atmosphere. This atmosphere, exposed to energy in various forms, produced simple organic compounds ("monomers"). These compounds accumulated in the prebiotic soup, which may have been concentrated at places such as shorelines and oceanic vents. By further transformation, more complex organic polymers – and ultimately life – developed in the soup.
Когда ультрафиолетовый свет воздействует на смесь воды, углекислого газа и аммиака, образуется огромное разнообразие органических веществ, включая сахара и, по-видимому, некоторые из материалов, из которых построены белки. [ ] До возникновения жизни они должны были накапливаться до тех пор, пока первобытные океаны не достигли консистенции горячего разбавленного бульона. Согласно теории, органические соединения, необходимые для жизни, синтезировались на первобытной Земле в пребиотических условиях. Смесь неорганических и органических соединений с водой на первобытной Земле образовала пребиотический или первичный бульон. Именно там возникла жизнь, и первые формы жизни смогли использовать органические молекулы для выживания и размножения. Сегодня теория известна как гетеротрофическая теория, теория гетеротрофического происхождения жизни или гипотеза Опарина — Холдейна. Биохимик Роберт Шапиро обобщил основные положения теории в ее "зрелой форме" следующим образом:
text=When ultra violet light acts on a mixture of water, carbon dioxide, and ammonia, a vast variety of organic substances are made, including sugars and apparently some of the materials from which proteins are built up. [ ] before the origin of life they must have accumulated till the primitive oceans reached the consistency of hot dilute soup. |sign=J. B. S. Haldane |source=The Origin of Life
According to the theory, organic compounds essential for life forms were synthesized in the primitive Earth under prebiotic conditions. The mixture of inorganic and organic compounds with water on the primitive Earth became the prebiotic or primordial soup. There, life originated and the first forms of life were able to use the organic molecules to survive and reproduce. Today the theory is variously known as the heterotrophic theory, heterotrophic origin of life theory, or the Oparin Haldane hypothesis. Biochemist Robert Shapiro has summarized the basic points of the theory in its "mature form" as follows:
Early Earth had a chemically reducing atmosphere. This atmosphere, exposed to energy in various forms, produced simple organic compounds ("monomers"). These compounds accumulated in the prebiotic soup, which may have been concentrated at places such as shorelines and oceanic vents. By further transformation, more complex organic polymers – and ultimately life – developed in the soup.
Ранняя Земля имела химически восстановительную атмосферу. Эта атмосфера, подвергавшаяся воздействию энергии в различных формах, производила простые органические соединения ("мономеры"). Эти соединения накапливались в пребиотическом бульоне, который мог быть сконцентрирован в таких местах, как береговые линии и гидротермальные источники. В результате дальнейшей трансформации в бульоне развились более сложные органические полимеры и, в конечном итоге, жизнь.
text=When ultra violet light acts on a mixture of water, carbon dioxide, and ammonia, a vast variety of organic substances are made, including sugars and apparently some of the materials from which proteins are built up. [ ] before the origin of life they must have accumulated till the primitive oceans reached the consistency of hot dilute soup. |sign=J. B. S. Haldane |source=The Origin of Life
According to the theory, organic compounds essential for life forms were synthesized in the primitive Earth under prebiotic conditions. The mixture of inorganic and organic compounds with water on the primitive Earth became the prebiotic or primordial soup. There, life originated and the first forms of life were able to use the organic molecules to survive and reproduce. Today the theory is variously known as the heterotrophic theory, heterotrophic origin of life theory, or the Oparin Haldane hypothesis. Biochemist Robert Shapiro has summarized the basic points of the theory in its "mature form" as follows:
Early Earth had a chemically reducing atmosphere. This atmosphere, exposed to energy in various forms, produced simple organic compounds ("monomers"). These compounds accumulated in the prebiotic soup, which may have been concentrated at places such as shorelines and oceanic vents. By further transformation, more complex organic polymers – and ultimately life – developed in the soup.
Теория Опарина
Александр Опарин впервые выдвинул свою теорию на русском языке в 1924 году в небольшой брошюре под названием «Происхождение жизни». Согласно Опарину, поверхность первобытной Земли была покрыта толстым слоем раскалённой жидкости, состоящей из тяжёлых элементов, таких как углерод (в форме карбида железа). Это ядро было окружено самыми лёгкими элементами, то есть газами, такими как водород. В присутствии водяного пара карбиды реагировали с водородом, образуя углеводороды. Эти углеводороды были первыми органическими молекулами. Они в дальнейшем соединялись с кислородом и аммиаком, образуя гидрокси- и аминопроизводные, такие как углеводы и белки. Эти молекулы накапливались на поверхности океана, превращаясь в вещества, похожие на гель, и увеличиваясь в размерах. Из них возникли примитивные организмы (клетки), которые он назвал коацерватами. Он предполагал, что химический состав первичной среды был строго восстановительным, состоящим из метана, аммиака, свободного водорода и водяного пара, при полном отсутствии кислорода. Что касается приоритета в разработке теории, Холдейн признал первенство Опарина, заявив: «У меня нет сомнений, что профессор Опарин имеет приоритет надо мной».
Формирование мономеров
Одно из важнейших экспериментальных подтверждений теории "первичного бульона" было получено в 1953 году. Аспирант Стэнли Миллер и его научный руководитель Гарольд Юри провели эксперимент, который показал, как органические молекулы могли спонтанно формироваться из неорганических веществ в условиях, аналогичных предложенным гипотезой Опарина — Холдейна. Знаменитый эксперимент Миллера — Юри использовал сильно восстановительную смесь газов — метан, аммиак и водород — для образования основных органических мономеров, таких как аминокислоты. В поддержку абиогенеза в эвтектическом льду, более поздние исследования продемонстрировали образование s-триазинов (альтернативных нуклеобаз), пиримидинов (включая цитозин и урацил) и аденина из растворов мочевины, подвергавшихся циклам замораживания-оттаивания в восстановительной атмосфере (с использованием искровых разрядов в качестве источника энергии).