Гипотезы происхождения жизни

План.

Введение 3

Гипотезы происхождения жизни 4

1. Представления древних и средневековых философов

   1. Идея самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества 4

   2. Теория зарождения жизни от живого 6

   3. Теории панспермии 7

   4. Теория вечности жизни 8

   5. Биохимические теории 9

   6. Креационизм 11

2. Современные представления о возникновении жизни. 11

Заключение 15

Список использованной литературы 16

Введение.

Часто утверждают, что в настоящее время имеются все условия для возникновения примитивных живых существ, которые имелись когда-то. Но если бы сейчас в каком-либо теплом маленьком водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфаты и доступном воздействию света, тепла, электричества и т. п., химически образовался белок, способный к дальнейшим все более сложным превращениям, то этот белок немедленно был бы разрушен или поглощен, что было невозможно в период до возникновения живых существ.

Чарльз Дарвин

Вопрос о происхождении жизни на Земле, а также, вероятно, и на других планетах иных звездных систем волновал человека с той поры, как он начал осознавать себя Человеком, стал познавать себя и окружающий мир. Первые попытки теоретического разрешения вопроса о происхождении жизни на Земле восходят к глубокой древности и носят отпечаток тех общих воззрений на живую природу, которые свойственны каждой эпохе.

Проблема происхождения и эволюции жизни относится к наиболее интересным и в то же время наименее исследованным вопросам, связанным с философией и религией. Также это один из самых трудных вопросов в современном естествознании. В первую очередь потому, что мы сегодня не можем воспроиз­вести процессы возникновения жизни такими, каки­ми они были миллиарды лет назад. Ведь даже наиболее тщательно поставленный опыт будет лишь моделью, приближением, безусловно лишенным ряда факторов, сопровождавших появление живого на земле. И, тем не менее, наука успешно решает вопрос о происхож­дении живого, проводит многочисленные исследова­ния, постоянно расширяет наши представления о зарождении жизни. Это вполне понятно: проблема жизни лежит в фундаменте всех биологических наук и в значительной мере - всего естествознания.

Гипотезы происхождения жизни.

Многотысячелетняя история Homo sapiens знала не од­ну гипотезу о путях возникновения жизни и о месте челове­ка в системе живых существ.

В этом вопросе с древности существуют две противо­положные точки зрения, одна из которых утверждает воз­можность происхождения живого из неживого - теория абиогенеза; другая - теория биогенеза - отрицает само­произвольное зарождение жизни. Последнее воззрение при дальнейшем развитии приводит к выводу, что жизнь столь же стара, как и неживая материя. Вокруг этих двух направ­лений и происходила борьба в вопросе о возникновении жиз­ни на всем протяжении истории науки.

Современные воззрения позволяют только поставить этот спор на строго научную почву и тем самым обосновать пра­вильность теории абиогенеза. Они дают возможность наме­тить те факторы, которые привели к превращению неживой материи в живую, и те пути эволюции веществ, которые мог­ли привести к возникновению живого.

1. Представления древних и средневековых философов.

1. Идея самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества.

Общий уровень знаний в древнем мире был невысок, и господствовавшие в то время представления отличались своей фантастичностью. Особенно это относится к такому явлению, как размножение. Так, греческий философ Эмпедокл (V в. до н. э.) приписывал деревьям способность нести яйца. Неудивительно поэтому, что даже такой крупный уче­ный, как Аристотель (IV в. до н. э.), высказывал аналогич­ные, нелепые с нашей точки зрения, взгляды. Незнание спо­собов размножения многих животных и растений служило причиной того, что для них считалась возмож­ной способность возникновения из мертвых остатков живых существ или из неорганических веществ. Например, вшам Аристотель приписывает происхождение из мяса, клопам - из соков тела животных, а дождевым червям - из ила прудов.

Взгляды на происхождение жизни в средние века следу­ет также расценивать как следствие невежества, которое по мере накопления положительного знания уступало место бо­лее правильным представлениям. Однако, поскольку авто­ритет Аристотеля поддерживался средневековой церковью, идея самопроизвольного зарождения господствовала в умах длительное время и направляла средневековых алхимиков на поиски рецепта искусственного превращения неживого вещества в живую материю. Сюда относятся рецепты при­готовления мышей из пшеницы при помощи «фермента», исходящего от грязной рубашки; приготовление человека из гниющих жидкостей человеческого тела - мочи и кро­ви, а также многие другие.

В более позднее время открытие микроскопа расширило представления о строении организма и показало сложность строения таких, например, существ, как насекомые, кото­рые до того причислялись к простейшим организмам. Соот­ветственно этому была взята под сомнение и сама возмож­ность их зарождения из неживого.

Первые опыты в этом направлении принадлежат италь­янскому ученому Ф. Реди (середина XVII в). Он покрыл кисеей, не ограничивающей доступ воздуха, мясо и показал, что при этом на мясе не появляется личинок мясной мухи, которая обычно откладывает оплодотворенные яйца на гниющем мясе. Таким образом, и для этих насекомых ока­зался справедливым принцип «все живое — из живого».

Чрезвычайно важны взгляды английско­го ученого В. Гарвея (XVI). Ему принадлежит большая ра­бота по размножению, в которой он провозгласил принцип «все живое - из яйца». Правда, и Гарвей отдал дань пред­ставлениям своей эпохи, допуская возможность самозарож­дения для таких животных, как насекомые или черви.

С другой стороны, благодаря микроскопу было откры­то существование огромного числа мельчайших живых су­ществ, организованных еще проще, чем насекомые, черви и другие из ранее известных животных. К этому следует добавить еще микроорганизмы, в огромных количествах заселяющие растворы органических веществ. Все эти об­стоятельства благоприятствовали тому, что идея самозаро­ждения получила кажущееся подкрепление.

Среди работ этого направления следует отметить первые по времени экспериментальные исследования ирландского священника Д.Нидгема (1748), который закупоривал кол­бы, наполненные питательным раствором, и подвергал их нагреванию на тлеющих углях. Высокая температура, по мнению автора, должна была убить все зародыши, которые могли бы проникнуть в колбу извне. Тем не менее, спустя несколько дней, в колбах в изобилии появлялись микроорга­низмы, что служило для Нидгема неопровержимым доказа­тельством их зарождения из неживой материи.

Взгляды и исследования Нидгема нашли широкий от­клик среди ученых того времени и долго еще служили опо­рой теории самозарождения. Многие ученые повторяли и модифицировали опыты ирландского священника, но не всегда получали одинаковые результаты.

1.2. Теория зарождения жизни от живого.

Окончательное поражение воззрениям о самозарожде­нии нанесли блестящие исследования французского микро­биолога Пастера, проведенные в семидесятых годах прошло­го столетия. Успех этих работ был подготовлен всем пред­шествующим развитием проблемы.

Пастер придал своим заключениям исключительную убедительность благодаря прекрасно задуманным и осуще­ствленным им экспериментам. Последние имели целью не только доказать правильность положений автора, но и вы­явить ошибки его противников и вскрыть причины отдель­ных неудач его предшественников.

Пастер заполнял баллон питательной средой, а шейке колбы придавал 8-образную форму. Кипячением из баллона выгонялся воздух, который при остывании жидкости воз­вращался обратно. Микроорганизмы из воздуха при этом оседали на изгибе шейки, и жидкость в баллоне оставалась стерильной неопределенно долго. Стоило только отрезать шейку колбы, как через несколько дней в жидкости появля­лись бактерии. Появления их можно было также добиться, наклоняя баллон и смывая микроорганизмы, осевшие в из­гибе трубки.

Работы Пастера явились переломным моментом в исто­рии учения о происхождении жизни. Вопрос о самозарождении в том виде, в каком он был поставлен, разрешился в отрицательном смысле, и принцип «все живое — из жи­вого» для всех известных существ мог по праву считаться справедливым и не знающим ни одного исключения.

Вопрос о происхождении жизни, однако, не был разре­шен опытами Пастера — он был только заново поставлен, но на этот раз вполне научно. Тому способствовали расшире­ние и углубление представлений о жизни, особенно учение о клетке как основе жизни, и развитие физико-химических наук. После Пастера в учении о происхождении жизни ни микроорганизмы вообще, ни известные нам даже наиболее просто устроенные их представители не рассматриваются больше как источники появления в современных условиях более сложных живых существ. Вопрос этот переносится на клетку с ее сложным химическим составом и строением. Проблема получает более конкретную формулировку, ибо ставится вопрос не только о происхождении простейших клеток, но и о возможности ее искусственного создания из неорганических веществ.

1.3. Теории панспермии.

Вопрос о первоначальном возникновении жизни на нашей планете подвергался серьёзному обсуждению со стороны многих биологов. Некоторые из них постулировали, что на Землю через мировое пространство были занесены какие-то споры или зародыши с другой какой-либо планеты.

Одной из первых подобных теорий следует признать тео­рию панспермии, в основной своей форме провозглашенную немецким ученым Германом Рихтером в 1865 г. Согласно Рихтеру, жизнь на Земле не возникала из неорганических веществ, а была занесена с других планет. В связи с этим, естественно возникал вопрос о том, насколько возможно такое перенесе­ние жизни с одной планеты на другую через огромные про­странства, их разделяющие. Доводы в пользу возможности такого хода событий черпались в области физики, и неуди­вительно поэтому, что защитниками этой теории явились в первую очередь представители этой науки, выдающиеся ученые Г. Гельмгольц, Г. Томсон, С. Аррениус, П. Лазарев и др.

В начале 20-го века шведский химик Сванте Аррениус уточнил: звездная пыль содержит споры микроорганизмов. Он рассчитал, что подгоняемая солнечным ветром (потоком частиц, выбрасываемых светилом) «живая» пылинка долетит от Земли до звезды альфа Центавра всего за 9 тыс. лет. И это не фантастика! ежегодно на Землю падают десятки тысяч тонн космического вещества. Миллиарды лет назад этот «ливень» был в тысячи раз интенсивнее. Некоторые метеориты (углеродистые хондриты), микрометеориты и кометы содержат органику, в том числе довольно сложные соединения из углерода, водорода, кислорода и азота, даже аминокислоты! Радиоастрономы обнаружили разнообразные органические молекулы и в газопылевых туманностях дальнего космоса.

Вопрос сводился к двум основным пунктам: при помо­щи каких сил может происходить перенос зародышей жиз­ни с одной планеты на другую и могут ли эти зародыши сохранять жизнеспособность во время путешествия по кос­мическому пространству?

Согласно представлениям Томсона и Гельмгольца, споры бактерий и других микроорганизмов могли быть зане­сены на Землю с метеоритами.

Лабораторные исследования вскоре продемонстрирова­ли высокую устойчивость живых организмов к неблагопри­ятным воздействиям. Например, длительное выдерживание спор и семян растений в жидком кислороде или азоте удава­лось без нарушения их жизнеспособности.

1.4. Теория вечности жизни.

Одна из теорий вечности жизни была выдвинута немецким ученым В. Прейером в 1880 г. Также она на­шла отклик со стороны академика В. И. Вернадского, автора учения о биосфере.

По Прейеру, проблемы происхождения жизни вообще нет. Он рассматривает жизнь как существующую вечно. Более того, он ставит вопрос о происхождении неживого из живого, ему предшествовавшего во времени. Соответст­венно этому ученый рассматривал раскаленные массы формировавшегося земного шара как гигантские живые организмы со своим особым обменом веществ. По мере осты­вания Земли эти массы распадались на части, которые не могли вновь слиться и поэтому выпадали из жизненно­го круговорота. Они-то и составляли неорганическую природу.

1.5. Биохимические теории.

Проблема происхождения жизни для теорий вечности жизни не существует по той простой причине, что эти тео­рии стирают различия, существующие между живым и не­живым. Поскольку эти теории исходят из единства ком­плекса живое — неживое, для них не существует и вопроса о происхождении одного от другого. Совсем иначе обстоит дело, если принять наличие специфических различий меж­ду живой и неживой материей — в этом случае сам собой возникает вопрос о возникновении этих различий. Разре­шение настоящего вопроса, естественно, неразрывно связа­но с теми представлениями, которые существуют о природе различий между неживой материей и живыми организ­мами.

Правильная постановка этого вопроса стала возможной лишь после исследований Л. Пастера и в связи с расшире­нием и углублением самого понятия живого. Особенное зна­чение в истории проблемы имела теория немецкого ученого Э. Пфлюгера(1875).

Вопрос о происхождении жизни для Пфлюгера, как и для современных ученых, сводился к вопросу о происхож­дении белковых веществ и о той внутренней их организа­ции, которая составляет характерное отличие белков живой «протоплазмы». Автор соответственно разбирает различия между «живым» и «мертвым» белком, из которых основное заключается в неустойчивости «живого» белка, его способ­ности к изменениям в отличие от инертного «мертвого» белка. Эти свойства «живого» белка во времена Пфлюгера при­писывали наличию в молекуле белка кислорода. Это воззре­ние в настоящее время оставлено. Из других представлений о различиях между «живым» и «мертвым» белком ученый останавливается на содержании в молекуле «живого» белка группы циана, CN, и соответственно этому он пытается соз­дать представление о происхождении этого основного для белковой молекулы радикала. В соответствии с этим, иссле­дователь считает, что цианистые соединения возникли еще в то время, когда Земля представляла собой расплавленную или раскаленную массу. Именно при этих температурах в лаборатории удается получить указанные соединения ис­кусственным путем. Впоследствии, при охлаждении земной поверхности, соединения циана с водой и с другими хими­ческими веществами привели к образованию белковых ве­ществ, наделенных «жизненными» свойствами.

В теории Пфлюгера, в настоящее время устаревшей, цен­ным является материалистический подход к проблеме про­исхождения жизни и выделение белка как важнейшей со­ставной части протоплазмы. Происхождение белковых ве­ществ можно представить себе и иначе. И действительно, вскоре после Пфлюгера появились другие попытки подойти к разрешению этого вопроса с биохимической стороны. Одной из таких попыток является теория английского уче­ного Дж. Эллена (1899).

Первое появление азотистых соединений на Земле, в противоположность Пфлюгеру, Эллен приурочивает к то­му периоду, когда пары воды вследствие охлаждения сгу­стились в воду и покрыли поверхность Земли. В воде были растворены соли металлов, имеющие первостепенное значе­ние для образования и деятельности белка. В ней же содер­жалось известное количество углекислоты, которая вступа­ла в соединение с оксидами азота и с аммиаком. Последние могли образоваться при электрических разрядах, имевших место в воздухе, содержащем азот.

Уже эти теории, относящиеся к концу прошлого столе­тия, ясно намечают основное направление, по которому и в настоящее время идет развитие проблемы возникновения живого.

1.6. Креационизм.

Теория креационизма (от лат. creatio – «сотворение») гласит, что жизнь была создана творцом в определенное время, относится к определенному событию в прошлом, которое можно вычислить.

В 1650 году архиепископ Амер их Ирландии вычислил, что Бог сотворил мир и все живое в октябре 4004 года до нашей эры, а в 9 часов утра 23 октября – человека. Это число он получил их анализа возрастов и родственных связей всех упоминаемых в Библии лиц.

2. Современные представления о возникновении жизни

Вопрос о происхождении живого, естественно, не может быть разрешен, если неизвестны основные признаки или свойства жизни. Только имея в распоряжении известные представления о составе, строении и процессах, протекаю­щих в организме, можно попытаться создать представление о тех условиях, при которых могла бы возникнуть жизнь, и тех путях, которые могли привести к ее появлению. Это, бесспорно, самый сложный вопрос современной биологии, особенно если учесть, что возникновение жизни восходит к отдаленным периодам истории Земли, мало доступным изучению.

Существенный вклад в решение вопроса о проис­хождении жизни внесли академик АН СССР биохи­мик А.И. Опарин (1894-1980), английские естество­испытатели Дж. Бернал (1901-1971) и Б.С. Холдейн (1892-1964) и многие другие ученые.

История жизни и история Земли неотделимы друг от друга. Именно в процессах развития нашей планеты закладывались условия будущего существования жиз­ни - диапазоны температур, влажности, давления, уровня радиации и т. п.

Одна из гипотез о происхождении Земли и всей Солнечной системы, как уже отмечалось, заключает­ся в том, что наша Земля и все планеты сконденси­ровались из космической пыли, располагавшейся в окрестностях Солнца. Скорее всего, частицы пыли состояли из железа с примесью никеля либо из сили­катов (веществ, в состав которых входит широко рас­пространенный на Земле кремний), например сили­катов магния, и каждая частица была окружена льдом. Конечно, кроме пыли везде присутствовал газ. И газ, и частицы пыли пронизывались солнечной радиаци­ей. При этом весьма вероятно, что на внешних учас­тках Солнечной системы газы могли конденсировать­ся, образуя различные летучие органические соеди­нения, в которых присутствует основной элемент всех живых организмов - углерод. Постепенно Солнце разогревало их, газы снова испарялись, но некоторая их часть под действием излучений превращалась в менее летучие углеводо­роды и соединения азота. Возможно, что именно пылевые час­тицы, окруженные оболочками из орга­нических соедине­ний, объединяясь, образовали сначала астероиды, а затем планеты.

В то же время общая поверхность пылинок была очень велика. А это значит, что на ней могли образоваться различные соединения углерода и азота - прямых предшественников жизни. Данное предположение доказывается тем, что ряд органических соединений найден в метеоритах, на­пример аденин - биологически очень важное азоти­стое основание. Он был искусственно получен в лабо­ратории при условиях, которые имитировали пер­вичную атмосферу Земли. А, скажем, органические со­единения, играющие большую роль в обмене веществ живых организмов, - щавелевую, муравьиную и ян­тарную кислоты удалось искусственно получить при облучении водных растворов углекислоты.

Первичная атмосфера Земли, как и других планет, содержала, очевидно, метан, аммиак, водяной пар и во­дород. Воздействуя в лаборатории на смесь этих газов электрическими разрядами, имитирующими молнию, и ультрафиолетовым излучением, ученые получили сложные органические вещества, входящие в состав живых белков, - глицин, аланин и другие.

Таким образом, сейчас не приходится сомневать­ся в том, что под воздействием электрических разря­дов, световой и ультрафиолетовой радиации еще до образования Земли или на самой первой стадии ее существования из неорганических соединений мог возникнуть ряд довольно сложных органических ве­ществ. Образовавшиеся органические вещества - это первый шаг на пути к жизни. Это в первую оче­редь кислород, углерод, водород и азот. Их принято называть органогенами. В живой клетке, например, по массе содержится около 70% кислорода, 17% углеро­да, 10% водорода, 3% азота, затем идут фосфор, калий, хлор, сера, кальций, натрий, магний, железо. Их ко­личество в клетке не превышает десятых долей про­цента. Далее следуют медь, цинк, йод, фтор и другие элементы, присутствующие в тысячных и десятиты­сячных долях процента.

Все элементы живого принадлежат к наиболее устойчивым и распространенным по Вселенной веще­ствам. Они легко соединяются между собой и облада­ют малой атомной массой. Соединения, образованные такими элементами, должны легко растворяться в во­де. Таким свойством обладают, например, соединения калия и натрия и др.

Наша планета богата водой. Она расположена на таком расстоянии от Солнца, что необходимая для жизни основная масса воды находится в жидком, а не в твердом или газообразном состоянии, как на других планетах. На Земле поддерживается оптимальный интервал температур, необходимый для зарождения и существования жизни.

Является ли Земля тем единственным космиче­ским телом, на котором возможна жизнь? По-видимо­му, нет. Ведь только в нашей Галактике примерно 150 млрд. звезд. Вполне вероятно, что в ней существуют космические тела, на которых возможна жизнь.

Первый шаг на пути к возникновению жизни за­ключается в образовании органических веществ из неорганического космического сырья. Такой процесс протекал при определенных температуре, давлении, влажности, радиации и т. д. На первый стадии данно­го процесса, вероятно, начал действовать предвари­тельный отбор тех соединений, из которых позднее появились организмы. Из множества образовавшихся веществ сохранились лишь наиболее устойчивые и способные к дальнейшему усложнению.

Второй важнейший шаг в образовании живых орга­низмов заключался в том, что из множества отдельных молекул органических веществ, существовавших в пер­вичном океане Земли, возникли упорядоченные сложные вещества - биополимеры: белки и нуклеиновые кисло­ты. Они уже обладали важнейшим биологическим свой­ством - воспроизводить аналогичные себе молекулы.

Отдельные несложные органические соединения стали объединяться в крупные биологические молеку­лы. Образовались ферменты - белковые катализа­торы, способствующие возникновению или распаду молекул. В результате деятельности первичных фер­ментов возникли одни из важнейших органических соединений - нуклеиновые кислоты. Мономеры в нуклеиновых кислотах расположены так, что несут определенную информацию о синтезе белков и обме­не с внешней средой веществом и энергией. Кроме того, молекулы нуклеиновых кислот приобрели свой­ство самовоспроизведения себе подобных. Можно считать, что с этого момента на Земле возникла жизнь.

Заключение.

Жизнь - это особая форма существования мате­рии.

Жизнь появилась на Земле не менее чем 3,8 млрд. лет назад. «Но как это произошло?» - пока что четкого ответа на данный вопрос не существует.

Химики исследуют механизмы зарождения жизни в лабораториях, палеонтологи ищут ее древнейшие следы в горных породах. Биологи пытаются обнаружить среди организмов простейшие формы, которые могут напоминать родоначальников всех появившихся в ходе последующей эволюции видов.

Возникновение жизни на пашей планете как упорядоченный естественный про­цесс было не только возможно, но и почти неизбежно. Имея в виду огромное число пла­нет во всех известных галактиках вселенной, следует думать, что на многих из них имеются условия, допускающие возникновение жизни. Возможно, что жизнь, какой мы ее знаем, существует и на многих других планетах. Везде, где только возможна жизнь, она при наличии достаточного времени непременно возникнет и разветвится на мировое разнообразие форм. Некоторые из этих форм могут оказаться совершенно несходными с формами, населяющими Землю, тогда как другие могут оказаться весьма сходными с ними. Возможно, что на других планетах имеются формы, близкие к человеку.

Вряд ли мы когда-либо сможем узнать, каким образом возникла жизнь, возникла ли она однажды или множество раз и может ли это случиться еще…

Список использованной литературы.

1. Т.Я. Дубнищева «Концепции современного естествознания» (учебник). – Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЕА», 2001.

2. С.Х. Карпенков «Концепции современного естествознания» (учебник для вузов). – М.: Академический проект, 2000.

3. В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин «Общая биология» (учебник). – М.: Дрофа, 2004.

4. Н. Ярошенко «Удивительная планета Земля». – Франция: ЗАО «Издательский дом Ридерз Дайджест», 2003.