Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Научные концепции происхождения жизни

План

Введение…………………………………………………………..…………..3

1. Эволюция концепций происхождения жизни (Концепция самопроизвольного зарождения жизни, Концепция панспермии, субстратные концепции происхождения жизни, энергетические концепции происхождения жизни)……………………………………………………………….……………….4

2. Концепция биохимической эволюции (разработанная академиком А.И. Опариным) …………………………………………………………………………11

Заключение…………………………………………………………………..15

Список использованных источников………………………………………16

Введение

Проблема происхождения и эволюции жизни относится к наиболее интересным и в то же время наименее исследованным вопросам, связанным с философией и религией. Практически на протяжении почти всей истории развития научной мысли считалось, что жизнь-явление самозарождающееся. Здесь было много чисто умозрительных рассуждений, теологических и научных.

Еще в глубокой древности люди задавали себе вопросы: откуда произошла живая природа? Как появилась жизнь? Где та грань, через которую природа перешагнула при переходе от неживого к живому? Почему живые системы для своего построения выбрали молекулы лишь с определенной пространственной организацией.

Проблема происхождения живого решалась довольно просто, пока ученые находились в счастливом неведении относительно сущности живого, как, впрочем, и того, что представляла собой Земля в младенчестве.

Целью контрольной работы является обобщение концепций происхождения жизни.

Задачами контрольной работы являются:

Рассмотреть основные концепции происхождения жизни;
Охарактеризовать концепцию биохимической эволюции, разработанной академиком А.И. Опариным.

Существует несколько концепций происхождения жизни:

1) концепция самопроизвольного зарождения жизни на Земле.

2) панспермия (от греч. pan — все, sperma — семя) - жизнь занесена на нашу планету из глубокого космоса.

3) концепция стационарного состояния (жизнь всегда существовала на Земле).

4) концепция биохимической эволюции (жизнь на Земле возникла в результате сложных процессов, подчиняющихся универсальным физическим и химическим законам, господствующим в природе).

5) креационизм (жизнь была создана Богом в определенное время, и ее эволюция определяется Божественным всеобщим законом).

6) концепция «2К» (кооперация и коммуникация) - эта концепция была разработана в 1900 г. русским ученым-философом П.А.Кропоткиным (1842—1921). В ней идет речь в основном о механизме биологической эволюции¹.

Рассмотрим более подробно развитие этих концепций.

Креационизм (лат. cratio - сотворение) — это концепция, представители которой считают, что жизнь возникла в результате деятельности некоего сверхъестественного события в прошлом. Например, в христианстве таким событием является Бог, создавший все, что мы называем Вселенной. В 1650 г. ирландский архиепископ Ашер из города Арма вычислил дату, когда Бог сотворил мир: 23 октября в 9 часов утра 4004 г. до нашей эры. Эту дату Ашер получил путем сложения возрастов всех людей, упоминающихся в Библии от Адама до Христа (библейская генеалогия). Археологические раскопки показывают, что уже до этой даты существовали высокоразвитые цивилизации. Среди креационистов в духе христианства бытует общее мнение о том, что Божественное творение мира было единожды, без всяких дополнений и коррекции, и в этом творении человек занимает исключительное место: «мир природы, твари созданы для владения им человеком, ходящим под Богом».

Теория самопроизвольного зарождения жизни. Эмпедокл, например, считал, что все дышащее обязано своим существованием самозарождению отдельных органов - рук, ног, лап, голов, сердец, которые затем, случайно комбинируясь, складывались в тела и достигали в конце концов вполне удачных комбинаций².

Лет за сто до него Анаксимандр с поразительной для своего времени прозорливостью утверждал, что путь к высшим организмам природа начинала с более примитивных, и, пожалуй, впервые выдвинул идею эволюции природы. Но и он за исходную субстанцию брал сложный природный продукт — морской ил. По его мнению, живые существа зародились во влажном иле, который когда-то покрывал землю. Когда Земля стала высыхать, влага скапливалась в углублениях, в результате чего образовывались моря, а некоторые животные вышли на сушу. Среди них были разнообразные существа, в чреве которых развивались люди. Когда люди выросли, покрывавшая их чешуйчатая оболочка развалилась.

Эта идея самопроизвольного зарождения организмов, видимо, представлялась многим поколениям наших далеких предков очень убедительной, так как просуществовала, не меняясь, долгие века. Самопроизвольное зарождение лягушек, мышей, саламандр, ягнят и т.п. из различных материальных образований, в том числе гниющей земли, отбросов и иных объектов, рассматривалось многими выдающимися умами и мыслителями: Аристотелем, Коперником, Декартом, Галилеем, и именно благодаря этому идея имела столь широкое распространение и просуществовала так долго.

Согласно Аристотелю существует некое активное начало (энтелехия), которое присутствует в зародыше животных, семян растений, в солнечном свете и даже в безжизненных телах. Наличие этого активного начала мира объясняет возможность самозарождения жизни, по Аристотелю: «Таковы факты - живое может возникнуть в результате не только спаривания животных, но и разложения почвы. Так обстоит дело и у растений: некоторые развиваются из семян, а другие как бы зарождаются под действием сил природы, возникая из разлагающейся земли или определенных частей растений»³.

В эпоху Средневековья Фома Аквинский (1225-1274) был сторонником этого учения Аристотеля. Он считал, что самозарождение осуществляется ангелами, использующими для этого солнечные лучи, созданные Богом Солнца.

В 1688 г. итальянский врач, исследователь Ф. Реди (1626—1697) опубликовал книгу под названием «Опыты по самозарождению насекомых». Он привел строгое описание эксперимента по образованию червей в гниющем мясе трупов трех змей. Его вывод гласил: все черви, обнаруженные в мясе, произошли из отложений, сделанных мухами, а не из гниения мяса. Книга Ф. Реди многократно переиздавалась, расширяя круг сторонников биогенеза и критиков концепции самозарождения Аристотеля. Книга Ф. Реди указывала на существенные трудности гипотезы абиогенеза в ее классической форме, которую представляла концепция Аристотеля. Однако открытие голландским ученым-самоучкой Антони ван Левенгу-ком (1632—1723) микроорганизмов снова возродило интерес к гипотезе абиогенеза, выраженной в ее классической форме в концепции Аристотеля, но уже в XVIII в.

Итальянский аббат исследователь Ладзаро Спалланцани (1729—1799) провел в 1765 г. эксперимент. Подвергнув мясные и овощные отвары кипячению в течение нескольких часов, он сразу же их герметично закрыл, после чего снял с огня. Исследовав образовавшиеся жидкости, он не обнаружил в них микроорганизмов. Из этого опыта он сделал вывод, что высокая температура уничтожает все живое и что живое не может возникнуть из неживого.

В 1860 г. выдающийся французский микробиолог Луи Пастер (1822—1895) провел ряд точных экспериментов, в основе которых лежали методы Спалланцани. Он доказал, что, несмотря на вездесущность и способность бактерий всюду проникать, заражать живое, тем не менее живое зарождается только из живого. Опровержение гипотезы абиогенеза в ее классической форме, в виде концепции Аристотеля, поставило перед исследователями ряд вопросов:

1. Представители витализма (лат. vitalis — жизненный) расценили опровержение концепции самопроизвольного зарождения жизни как неопровержимое доказательство того, что живое является проявлением «особой жизненной силы», которую невозможно понять с позиции естественных наук. Витализм появился впервые во Франции в работах Луи Дюма (1765—1813).

2. Если живое происходит только от живого, то откуда и как появился первый живой организм?

3. Если права гипотеза биогенеза, то между живым и неживым существует непреодолимая пропасть. Осмысление этих проблем привело, с одной стороны, к возникновению концепции панспермии, а с другой стороны, к созданию (в первых десятилетиях прошлого века) новой формы гипотезы абиогенеза, получившей название концепции «биохимической эволюции».

Концепция панспермии. 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 оживленной формы, как вечные плантации органических зародышей», откуда жизнь рассеивается в виде этих зародышей во Вселенной⁴.

Подобным образом мыслили Кельвин, Гельмгольц и др. В начале нашего века с идеей радиопанспермии выступил Аррениус. Он описывал, как с населенных другими существами планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счет 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 ученые академики Сергей Павлович Костычев (1877-1931), Лев Семенович Берг (1876—1950) и Петр Петрович Лазарев (1878-1942).

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

Ловелл насчитал на Марсе 700 каналов. Сеть каналов охватывала все материки. В великое противостояние 1924 г. многие каналы были сфотографированы, и большинство ученых увидели в них доказательство существования разумной жизни. Фотоснимки 500 каналов зафиксировали и сезонные изменения цвета, которые подтвердили идеи советского астронома Гавриила Андриановича Тихова (1875-1960) о растительности на Марсе, поскольку озера и каналы имели зеленый цвет. Ценная информация о физических условиях на Марсе была получена советским космическим аппаратом "Марс" и американскими посадочными станциями "Викинг-1" и "Викинг-2". Так, полярные шапки, испытывающие сезонные изменения, оказались состоящими из водяного пара с примесью минеральной пыли и из твердой двуокиси углерода (сухого льда). Но пока следов жизни на Марсе не найдено.

Изучение поверхности с борта искусственных спутников позволило предположить, что каналы и реки Марса могли возникнуть в результате растапливания подповерхностного водяного льда в зонах повышенной активности или внутреннего тепла планеты, или при периодических изменениях климата.

В конце 60-х годов вновь возрос интерес к гипотезам панспермии. Так, геолог Б. И. Чувашов («Вопросы философии», 1966) писал, что жизнь во Вселенной, по его мнению, существует вечно. Он критиковал теорию академика Опарина, считая сомнительным применение понятия «естественного отбора» к анализу развития предбиологических систем, хотя и допускал возможность чрезвычайно редкого развития неживой материи до уровня живой. Потому оно может произойти только однажды в каждой данной галактике и переноситься спорами с метеоритами по планетным системам звезд.

Концепция стационарного состояния. Согласно этой концепции Земля никогда не возникала и существует вечно и всегда способна поддержать жизнь. Если и происходили изменения Земли, то очень незначительные. В качестве главного аргумента сторонники этой концепции выдвигают существующие неопределенности в физических, химических, геологических теориях при определении возраста Земли и Вселенной в целом. Виды, согласно этой концепции, существовали всегда и для всех них есть только две возможности: выживать за счет численности либо вымирать. Сторонники этой концепции ставят под сомнение и результаты палеонтологических исследований об изменении живых организмов во времени.

Сегодня проблема происхождения жизни исследуется широким фронтом различных наук. В зависимости от того, какое наиболее фундаментальное свойство живого исследуется и преобладает в данном изучении (вещество, информация, энергия), все современные концепции происхождения жизни можно условно разделить:

1. Концепция субстратного происхождения жизни (ее придерживаются биохимики во главе с А. Опариным). Субстратный подход состоит в исследовании вещественной основы биологических систем, т.е. элементов-органов и определенной структуры входящих в живой организм химических соединений. Результатом субстратного подхода к проблеме биогенеза (т.е. происхождения жизни) является получение информации об отборе химических элементов и структур.

2. Концепция энергетического происхождения (И. Пригожин, А. Волькенштейн). Согласно идеям И.Р. Пригожина, положившим начало новой науке о самоорганизации систем – синергетике, наша Вселенная явилась результатом длительного процесса саморазвития, самоорганизации. Основными характеристиками этого процесса, по мнению Пригожина, являются как постепенное, плавное развитие, так и его перерывы в виде взрывов, революций и катастроф, ведущих к качественным сдвигам в развитии материи. В этих процессах велика роль и закономерности, и случайности⁵.

Концепция самоорганизации позволяет установить связь между живым и неживым в ходе эволюции, так что возникновение жизни представляется отнюдь не чисто случайной и крайне маловероятной комбинацией условий и предпосылок для ее появления. Кроме того, жизнь сама готовит условия для своей дальнейшей эволюции

3. Концепция информационного происхождения (ее развивали А.Н. Колмогоров, А.А. Ляпунов, Д.С. Чернавский и др.).

В 1969 г. А.П. Руденко предложил химический аспект происхождения жизни. А.П. Руденко сформулировал и основной закон химической эволюции: с наибольшей скоростью и вероятностью образуются те пути эволюционных изменений катализатора, на которых происходит максимальное увеличение его абсолютной активности.⁶

Саморазвитие, самоорганизация систем может происходить только за счет постоянного притока энергии, источником которой является основная, т.е. базисная реакция. Из этого следует, что максимальные эволюционнные преимущества получают каталитические системы, развивающиеся на базе экзотермических реакций.

Используя положение Ч. Дарвина о естественном отборе и принцип усложнения и прогрессивной направленности эволюции, он заложил теоретическую базу эволюционной химии.

2. Концепция биохимической эволюции (разработанная академиком А.И. Опариным)

Концепция биохимической эволюции - это современное развитие гипотезы абиогенеза. В ней исследуется биохимический уровень эволюции живого на Земле.⁷

Основателями этой концепции являются два автора, которые независимо друг от друга развили сходные идеи: академик А. Опарин (1894-1980) и англичанин Дж. Холдейн (1892-1964). В 1924 г. А. Опарин, а затем в 1929 г. Дж. Холдейн сформулировали концепцию, согласно которой живое вещество на Земле возникло в результате химической эволюции неорганического вещества при наличии соответствующих условий.

Эта концепция основывается на следующих положениях:

1. Отсутствие жизни на Земле до ее возникновения. Считается, что физические, геологические и химические условия, когда возникала жизнь, существенно отличались от условий, когда ее не было, поэтому она не может возникнуть сегодня таким же образом, как это произошло раньше.

2. Единство химической основы живого и неживого.

3. Уникальность физических условий. Определенная масса Земли (1/20 массы Солнца), расстояние от Солнца и других планет и другие физические параметры, которые позволяли удержать атмосферу.

4. Наличие в ранней атмосфере химических элементов в восстановительной форме, без существования кислорода в газообразном, химически несвязанном состоянии.

5. Образование воды на Земле, играющей огромную роль в жизни живого.

6. Целая совокупность физических, химических и геологических факторов (относительно высокая температура поверхности Земли), возможность возникновения мощных электрических разрядов в ранней ее атмосфере, отсутствие озонного слоя, препятствующего губительному воздействию ультрафиолетового излучения на живые организмы.

Предположение о том, что первоначальная атмосфера Земли не содержала свободного кислорода, позволило А. Опарину в книге «Происхождение жизни» (1923) сформулировать следующие положения его концепции:

1. Химические и физические условия на Земле привели к образованию в океанах органических соединений, их накоплению в виде «первичного бульона». Из органической химии того периода было уже известно, что синтез органических веществ лучше проходит в бескислородной, чем кислородной (окислительной) среде, поскольку кислород чрезвычайно активен с другими химическими элементами. Кроме того, из геологических исследований было известно, что, например, металлы в окислительной форме встречаются в молодых породах Земли, а не в древних.

2. В «первичном бульоне» в его одинаковой (гомогенной) массе путем процесса фрагментации образовались капли - коацерванты (лат. coazervatus — накопленный, собранный), обладающие способностью избирательно накапливать различные соединения.

3. Химический состав коацервантов определялся в основном физико-химическими свойствами среды. Различия в химическом составе и величине коацервантов, по мнению А. Опарина, стали основой для действия предбиологического отбора.

4. Взаимодействие коацервантов с внешней для них средой привело к образованию мембранных структур, обеспечивающих стабильность существования комплексов коацервантов.

5. Развитие мембранных структур, регулировавших взаимодействие коацервантов с внешней средой, могло привести, по мнению А. Опарина, к образованию клеток. Главнейшей ступенью предбиологической эволюции живого в концепции А. Опарина считается объединение способных к самовоспроизведению комплексов нуклеотидов (структуры, составляющие ДНК и РНК) с каталитической активностью белков (полипептидов).

В работе 1936 г. Опарин дает более полное описание коллоидной фазы возникновения жизни и развития способности к фотосинтезу у предков растительных организмов. Коацерваты уже могут увеличиваться в размерах, делиться на части и подвергаться химическим изменениям ввиду явлений на границе возможного расслоения. Эти явления на границе раздела у него носят зачатки метаболизма, а переход к живому происходит тогда, когда на смену «соревнованию в скорости роста приходит борьба за существование».

Возникновение и обострение этой борьбы есть результат нехватки запасов «предбиологического» органического материала, которым «питаются» коацерваты. Эта нехватка приводит к существованию различных путей получения пищи, организмы разделяются на автотрофные и гетеротрофные еще до перехода к биологическому уровню развития. При иссякании запасов органического материала вне коацер-ватов вступали в действие «естественный отбор» и другие биологические факторы, происходил переход к организмам.

Хотя Холдейн в 1929 г. считал, что земная атмосфера была «до возникновения жизни» богата двуокисью углерода и первые живые существа были «возможно, огромными молекулами», не упоминая ни о гелях, ни о коацерватах, его имя упоминается рядом с Опариным, и гипотеза названа «гипотезой Холдейна – Опарина»⁸.

В 1953 г. были предприняты попытки создать подобные условия в лаборатории. В установке Миллера удалось синтезировать многие вещества, имеющие важное биологическое значение - ряд аминокислот, аденин, глицин, глутаминовую кислоту и простые сахара. Миллер пропускал искровой разряд через смесь метана, аммиака, водорода и воды. После этого Орджел синтезировал простые нуклеиновые кислоты. Другие экспериментаторы стали использовать нагревание, пропускание бета-лучей и ультрафиолета, и оказалось, что различные источники свободной энергии приводили к образованию сходных веществ. Попадание полученных веществ в воду приводило к предохранению от обратного распада на простые соединения, а взаимодействие их друг с другом открывало возможность эволюции.

На современном уровне идеи концепции биохимической эволюции живого с учетом информации о двух факторах эволюционного процесса (естественный отбор и наследственная изменчивость) успешно развиваются симбиотической теорией образования эукариотической клетки и эволюции одноклеточных и многоклеточных эукариотов (современного царства живых организмов). Эта теория учитывает способы питания первых организмов, уровень структурности их генетического материала, способы воспроизводства и другие факторы.

В конце прошлого века было сделано интересное открытие на дне рифтовых впадин океанов — «черных курильщиков». Это образования, напоминающие вулканы с кратером, возвышающиеся на десятки метров над океаническим дном. Они состоят из готовой руды. Черный дым, исходящий из них, является нагретой до 350° С взвесью из железа, марганца, меди и серы. На поверхности «черных курильщиков» обнаружены живые организмы, живущие при температуре до +400° С. Они создают из неорганических веществ собственные органические соединения и способны синтезировать так же неорганические соединения в виде конечных продуктов своей жизнедеятельности, например золото. Эти существа напоминают кольчатых червей, достигающих 1 м в длину. Этот факт используется для доказательства правильности теории симбиоза и концепции «2К».

Заключение

Рассмотренные выше концепции происхождения жизни продолжают сохранять свое влияние. Это связано с тем, что существуют они как бы в разных измерениях, в разных сферах духовной жизни. Креационистская концепция, основанная на вере, признает в качестве истин положения, которым нет доказательств в научном смысле. В результате она оказывается за рамками научного исследования.

Все концепции ставят целью определить тот низший порог, с которого начинает действовать естественный отбор на биологическом уровне, а значит, начинают функционировать биологические законы. Однако ниже этой границы действуют другие законы – закономерности эволюционной химии, т.е. совсем иная форма естественного отбора.

Современные биологи доказывают, что универсальной формулы жизни (т.е. такой, которая исчерпывающе отображала бы ее сущность) нет и не может быть. Такое понимание предполагает исторический подход к биологическому познанию как постижению сущности жизни, в ходе чего менялись и сами концепции происхождения жизни и представления о тех формах, в которых такое познание возможно.

Список использованных источников

Грин, Н. Биология. В 3 т. Т.3 / Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор. – М. : Мир, 1993.
Дубнищева, Т.Я. Концепции современного естествознания / Т.Я. Дубнищева. – М. : ООО «Издательство ЮКЭА», 2009. – 832с.
Концепции современного естествознания / Под ред. проф. В.Н. Лавриненко, проф. В.П. Ратникова. – М. : Юнити-Дана, 2009. – 317с.
Лихин, А.Ф. Концепции современного естествознания / А.Ф. Лихин. – М. : ТК Велби, 2010. – 264с.
Пригожин, Р. Порядок из хаоса / Р. Пригожин, И. Стенгерс. – М., 1986.
Хорошавина, С.Г. Концепции современного естествознания / С. Г. Хорошавина. – Ростов на Дону : Феникс, 2007. – 480с.