Классическое определение жизни принадлежит основоположнику научного коммунизма — Ф. Энгельсу и приведено им в книге «Анти-Дюринг» более 100 лет назад: «Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел». Дальнейшее развитие биологии подтвердило связь всех основных сторон жизнедеятельности организмов со структурой и функциями белков.
За период, прошедший после опубликования «Анти-Дюринга», крупные открытия в различных областях науки показали, что организм — это открытая система, существующая благодаря непрерывному обмену веществ и энергии с окружающей средой; живые тела способны к саморегуляции процессов жизнедеятельности, в результате чего организм сохраняет свои свойства в постоянно меняющихся условиях среды; самовоспроизведение клеток и организмов происходит за счет уникальной способности молекул ДНК к самовоспроизведению; синтез белка, хранение и передача наследственной информации происходят при участии нуклеиновых кислот.
Гипотеза А. И. Опарина о происхождении жизни на Земле. Проблема происхождения жизни на Земле является одной из самых сложных в биологии. В разные времена выдвигались различные теории о происхождении жизни, отвергнутые последующим развитием науки.
Одна из современных гипотез о происхождении жизни, пользующаяся наибольшей популярностью, разработана в основном советским академиком А. И. Опариным. Суть ее состоит в следующем.
Начальный этап существования Земли отличался интенсивными термоядерными процессами, высокой температурой (более 1000° С) и активной химической деятельностью. Образовавшиеся при этом газы (NH3, СН4, СO2 и др.) и водяной пар под огромным давлением извергались на поверхность и создавали первичную атмосферу Земли. Когда температура стала ниже 100° С, на Землю при конденсации паров хлынули теплые потоки воды с растворенными в ней веществами и образовали моря и океаны. В первобытном океане за счет энергии электрических разрядов, непрекращавшихся гроз, ультрафиолетовых излучений и вулканической деятельности из растворенных в горячей воде неорганических веществ, абиогенным путем возникли органические соединения (сахара, аминокислоты, азотистые основания и др.). Астрономические исследования показали, что на других планетах и звездах в космической газопылевой материи есть углеводороды. Взаимодействуя друг с другом, органические вещества образовывали биополимеры — простые белки, нуклеиновые кислоты и др.
Эти предположения подтвердили соответствующие опыты по синтезу органических соединений из неорганических веществ (Н2O, СO2, NH3 и СН4) при нагревании до 70—80ºС, при высоком давлении, электрических разрядах и ультрафиолетовом облучении. В аналогичных опытах, имитирующих условия первобытной Земли, был произведен в разных лабораториях мира абиогенный синтез почти всех основных мономеров важнейших биополимеров — аминокислот, пуринов, пиримидинов, жирных кислот и Сахаров.
Химическая эволюция в дальнейшем шла по пути образования мономолекулярных комплексов — коацерватов (скоплений), основанных на свойстве растворов высокомолекулярных соединений в определенных условиях (например, в присутствии электролитов) расслаиваться на два несмешивающихся раствора разной концентрации. При механическом воздействии коацерваты дробились на отдельные капли. Коацерватные капли были способны захватывать из окружающей среды — питательного бульона — различные вещества и увеличиваться в размерах. Эти вещества вступали во взаимодействие, а крупные капли распадались на мелкие капельки, которые, в свою очередь, могли расти и т. д. По мнению академика А. И. Опарина, среди коацерватных капель шел своего рода «отбор» наиболее устойчивых к окружающей среде.
Следующий — наиболее ответственный этап возникновения жизни — превращение коацерватов в первые живые существа. Как происходил этот процесс, точно сказать трудно. Возможно, что в определенных коацерватных каплях случайно оказались вместе независимо возникшие простые белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и липиды. Благодаря высокой концентрации этих веществ и близкому расположению их молекул в коацерватных каплях могли осуществляться интенсивные процессы взаимодействия веществ. Как бы ни шли эти процессы, момент возникновения жизни, бесспорно, связан с преобразованием информации ДНК в структуру белка при условии самовоспроизведения всей комплексной системы ДНК — белок.
Жизнь возникла как новый качественный скачок в развитии мировой материи.
Первые организмы были значительно проще современных низкоорганизованных живых существ. Возможно, что они, подобно вирусам, представляли нуклеопротеид. Под воздействием ультрафиолетовых лучей и других мутагенов могли возникнуть мутации, среди которых были более совершенные формы, сохранившиеся в процессе естественного отбора. Первые организмы были гетеротрофы и питались органическими веществами из окружающего раствора — питательного бульона. По мере дальнейшего размножения между ними возникала борьба за пищу, в результате которой выживали более совершенные формы, имевшие наружную мембрану, слой цитоплазмы вокруг ДНК и другие ценные признаки.
О дальнейшем развитии органического мира на Земле рассказывается в соответствующей главе книги.