Концепции возникновения жизни

С О Д  Е Р Ж А Н И Е :

Введение ………………………………………………………………стр. 1 
1. Концепции возникновения жизни ………………………………..стр. 2 
2. Гипотеза происхождения жизни А.И. Опарина …………………стр. 5 
4. Естественнонаучные представления о жизни и её эволюции … стр. 7 
Используемая литература ……………………………………………стр. 9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ.

Одним из наиболее трудных и в тоже время интересных в современном естествознании является вопрос о происхождении жизни.

Учёные сегодня  не в состоянии воспроизвести  процесс возникновения жизни  с такой же точностью, как это  было несколько миллиардов лет назад. Даже наиболее тщательно поставленный опыт будет лишь модельным экспериментом, лишённым ряда факторов, сопровождавших появление живого на Земле. Трудность методологическая – в невозможности проведения прямого эксперимента по возникновению жизни.

Жизнь на Земле  представлена громадным разнообразием  форм, которым присуща возрастающая сложность строения и функций. Всем живым организмам свойственны два  признака: целостность и самовоспроизведение. В ходе индивидуального изменения (онтогенеза) организмы приспосабливаются  к внешним условиям, а смена  поколений приобретает эволюционно-исторический характер (филогенез). Организмы выработали способность к относительной  независимости от внешней среды (автономность). Одно из главных свойств  всякого живого организма — обмен  веществ. Наряду с ним существенными  признаками жизни являются раздражимость, рост, размножение, изменчивость, наследственность. Всякий живой организм как бы стремится  к главному — воспроизведению  себе подобных. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Концепции возникновения жизни.

Существует пять концепций возникновения жизни: 
1. Жизнь была создана Творцом в определённое время – креационизм. 
2. Жизнь возникла самопроизвольно из неживого вещества (её придерживался ещё Аристотель который считал, что живое может возникать и в результате разложения почвы). 
3. Концепция стационарного состояния в соответствии с которой жизнь существовала всегда. 
4. Концепция панспермии – внеземного происхождения жизни; 
5. Концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов подчиняющихся физическим и химическим законам.

1)Согласно креационизму возникновение жизни относится к определённому событию в прошлом которое можно вычислить. В 1650 г. архиепископ Ашер из Ирландии вычислил что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н.э., а в 9 часов утра 23 октября и человека. Это число он получил из анализа возрастов и родственных связей всех упоминаемых в Библии лиц. Однако к тому времени на Ближнем Востоке уже была развитая цивилизация, что доказано археологическими изысканиями. Впрочем, вопрос сотворения мира и человека не закрыт, поскольку толковать тексты Библии можно по-разному.

2)Аристотель на основе сведений о животных, которые поступали от воинов Александра Македонского и купцов-путешественников, сформулировал идею постепенного и непрерывного развития живого из неживого и создал представление о «лестнице природы» применительно к животному миру. Он не сомневался в самозарождении лягушек, мышей и других мелких животных. 
Платон говорил о самозарождении живых существ из земли в процессе гниения.                 С распространением христианства долгое время о идеи самозарождения не вспоминали. Гельмонт придумал рецепт получения мышей из пшеницы и грязного белья. Бэкон тоже считал, что гниение – зачаток нового рождения. Идеи самозарождения поддерживали Галилей, Декарт, Гарвей, Гегель, Ламарк.

3)В 1688 г. итальянский биолог Франческо Реди серией опытов с открытыми и закрытыми сосудами доказал, что появляющиеся в гниющем мясе белые маленькие черви – это личинки мух, и сформулировал свой принцип: всё живое – из живого. В 1860 г. Пастер показал, что бактерии могут быть везде и заражать неживые вещества, для избавления от них необходима стерилизация, получившая название пастеризации.

4)Теория панспермии (гипотеза о возможности переноса Жизни во 
Вселенной с одного космического тела на другие) не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни и переносит проблему в другое место Вселенной. Либих считал, что «атмосферы небесных тел, а также вращающихся космических туманностей можно считать как вековечные хранилища оживлённой формы, как вечные плантации органических зародышей», откуда жизнь рассеивается в виде этих зародышей во Вселенной.

Подобным образом  в начале нашего века с идеей радиопанспермии  выступил Аррениус. Он описывал, как  с населённых другими существами планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые  споры микроорганизмов. Они сохраняют  свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счёт светового давления. Попадая на планету с подходящими  условиями для жизни, они начинают новую жизнь на этой планете. Эту гипотезу поддерживали многие, в том числе русские учёные академики Сергей Павлович Костычев (1877-1931), Лев Семёнович Берг (1876-1950) и Пётр Петрович Лазарев (1878-1942).

Для обоснования  панспермии обычно используют наскальные рисунки с изображением предметов, похожих на ракеты или космонавтов, или появления НЛО. Полёты космических аппаратов разрушили веру в существование разумной жизни на планетах солнечной системы, которая появилась после открытия Скиапарелли каналов на Марсе (1877). Но пока следов жизни на Марсе не найдено.

В конце 60-х годов  вновь возрос интерес к гипотезам панспермии. Так, геолог Б.И.Чувашов писал, что жизнь во Вселенной, по его мнению, существует вечно.

При изучении вещества метеоритов и комет были обнаружены многие 
«предшественники живого» – органические соединения, синильная кислота, вода. В 1975 г. предшественники аминокислот найдены в лунном грунте и метеоритах. Сторонники гипотезы занесения жизни из космоса считают их «семенами», посеянными на Земле.

5)В представлениях о зарождении жизни в результате физико-химических процессов важную роль играет эволюция живой планеты. По мнению многих биологов, геологов и физиков, состояние Земли за время её существования всё время изменялось. В очень давние времена Земля была горячей планетой, её температура достигала 5-8 тысяч градусов. По мере остывания планеты образовывалась земная кора, которая не была ровной из-за активной вулканической деятельности и всевозможных подвижек формирующегося грунта. Атмосфера первичной Земли сильно отличалась от современной. Лёгкие газы – водород, гелий, азот, кислород, аргон и другие – не удерживались пока недостаточно плотной планетой, тогда как их более тяжёлые соединения оставались (вода, аммиак, двуокись углерода, метан). Вода оставалась в газообразном состоянии, пока температура не упала ниже 100оС.

Химический состав нашей планеты сформировался  в результате космической эволюции вещества солнечной системы, в ходе которой возникли определённые пропорции  количественных соотношений атомов. Поэтому современные данные о  соотношении атомов химических элементов  оказываются важными. Космическое  обилие кислорода и водорода выразилось в обилии воды и её многочисленных окислов. Относительно более высокая  распространённость углерода явилась  одной из причин, определивших большую  вероятность возникновения жизни. Обилие кремния, магния и железа способствовало образованию в земной коре и метеоритах силикатов. Источниками сведений о распространённости элементов служат данные о составе Солнца, метеоритов, поверхностей Луны и планет. Возраст метеоритов примерно соответствует возрасту земных пород, поэтому их состав помогает восстановить химический состав Земли в прошлом и выделить изменения, вызванные появлением жизни на Земле.

Научная постановка проблемы возникновения жизни принадлежит  Энгельсу, считавшему, что жизнь  возникла не внезапно, а сформировалась в ходе эволюции материи. В этом же ключе высказался и К.А.Тимирязев: «Мы вынуждены допустить, что  живая материя осуществлялась так  же, как и все остальные процессы, путём эволюции… Процесс этот, вероятно, имел место и при переходе из неорганического мира в органический» (1912). 
 

3. Гипотеза происхождения  жизни А.И. Опарина

Еще Ч.Дарвин понял, что жизнь может возникнуть только при отсутствии жизни. В 1871 г. он писал: «Но если бы сейчас …в каком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые  соли аммония и фосфора и доступном  воздействию света, тепла, электричества  и т.п., химически образовался  белок, способный к дальнейшим, все  более сложным превращениям, то это  вещество немедленно было бы разрушено  или поглощено, что было невозможно в период до возникновения живых  существ». Гетеротрофные организмы, распространенные сейчас на земле, использовали бы вновь возникающие органические вещества. Поэтому возникновение жизни в привычных нам земных условиях невозможно.

Второе условие, при котором жизнь может возникнуть, - отсутствие свободного кислорода  в атмосфере. Это важное открытие сделал русский ученый 
А.И.Опарин в 1924 г. (к такому же выводу в 1929 г. пришел английский ученый 
Дж.Б.С.Холдейн). А.И.Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд. лет назад состояла из азота, водорода, углекислого газа, паров воды и аммиака, возможно, с добавкой синильной кислоты (ее обнаружили в хвостах комет), могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Поэтому возникающие на поверхности Земли органические вещества могли накапливаться, не окисляясь. И сейчас на нашей планете они накапливаются только в бескислородных условиях, так возникают торф, каменный уголь и нефть. Создатель материалистической гипотезы возникновения жизни на Земле, русский биохимик, академик Александр Иванович Опарин (1894-1980) посвятил всю свою жизнь проблеме происхождения живого.

Американский  биолог Ж.Леб в 1912 г. первым получил  из смеси газов под действием  электрического разряда простейший компонент белков – аминокислоту глицин. Открытие Леба прошло незамеченным, поэтому первый абиогенный синтез органических веществ (т.е. идущий без участия живых организмов) из случайной смеси газов приписывают американским ученым С.Миллеру и Г.Юри. В 1953 г. они поставили эксперимент по программе, намеченной Опариным, и получили под действием электрических разрядов напряжением до 60 тыс. В, имитирующих молнию, из водорода, метана, аммиака и паров воды под давлением в несколько Паскалей при t=80С сложную смесь из многих десятков органических веществ. Среди них преобладали органические (карбоновые) кислоты – муравьиная, уксусная и яблочная, их альдегиды, а также аминокислоты (в том числе глицин и аланин). Опыты Миллера и Юри были многократно проверены на смесях разных газов и при разных источниках энергии (солнечный свет, ультрафиолетовое и радиоактивное излучение и просто тепло). Органические вещества возникали во всех случаях. Полученные Миллером и Юри результаты побудили ученых различных стран заняться исследованиями возможных путей предбиологической эволюции. В 1957 году в 
Москве состоялся первый Международный симпозиум по проблеме происхождения жизни.

По данным, полученным в последнее время нашими учеными, простейшие органические вещества могут  возникать и в космическом  пространстве при температуре, близкой  к абсолютному нулю. В принципе Земля могла бы получить абиогенные органические вещества и как приданое при возникновении.

В результате океан  превратился в сложный раствор  органических веществ 
(т.н. первичный океан), которым в принципе могли бы питаться анаэробные бактерии (организмы, способные жить и развиваться при отсутствии свободного кислорода и получающие энергию для жизнедеятельности за счет расщепления органических или неорганических веществ). Кроме аминокислот в нем были и предшественники нуклеиновых кислот – пуриновые основания, сахара, фосфаты и др.

Однако низкомолекулярные  органические вещества еще не жизнь. Основу жизни представляют биополимеры  – длинные молекулы белков и нуклеиновых  кислот, слагающиеся из звеньев –  аминокислот и нуклеотидов. Реакция  полимеризации первичных звеньев  в водном растворе не идет, так как  при соединении друг с другом двух аминокислот или двух нуклеотидов  отщепляется молекула воды. Реакция  в воде пойдет в обратную сторону. Скорость расщепления (гидролиза) биополимеров будет больше, чем скорость их синтеза. В цитоплазме наших клеток синтез биополимеров - сложный процесс, идущий с затратой энергии АТФ. Чтобы  он шел, нужны ДНК, РНК и белки, которые сами являются результатом  этого процесса. Ясно, что биополимеры  не могли возникнуть сами в первичном  океане.

Возможно, первичный  синтез биополимеров шел при замораживании  первичного океана или же при нагревании сухого его остатка. Американский исследователь  С.У. Фокс, нагревая до 130С сухую смесь  аминокислот, показал, что в этом случае реакция полимеризации идет (выделяющаяся вода испаряется) и получаются искусственные протеиноиды, похожие  на белки, имеющие до 200 и более  аминокислот в цепи. Растворенные в воде, они обладали свойствами белков, представляли питательную среду  для бактерий и даже катализировали (ускоряли) некоторые химические реакции, как настоящие ферменты. Возможно, они возникали в предбиологическую эпоху на раскаленных склонах вулканов, а затем дожди смывали их в первичный океан. Есть и такая точка зрения, что синтез биополимеров шел непосредственно в первичной атмосфере и образующиеся соединения выпадали в первичный океан в виде частиц пыли.

Следующий предполагаемый этап возникновения жизни – протоклетки. А.И. 
Опарин показал, что в стоящих растворах органических веществ образуются коацерваты – микроскопические «капельки», ограниченные полупроницаемой оболочкой – первичной мембраной. В коацерватах могут концентрироваться органические вещества, в них быстрее идут реакции, обмен веществ с окружающей средой, и они даже могут делиться, как бактерии. Подобный процесс наблюдал при растворении искусственных протеиноидов Фокс, он назвал эти шарики микросферами.