Министерство  образования и  науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Филиал  ГОУ ВПО

ВСЕРОССИЙСКОГО  ЗАОЧНОГО ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА

в  г. Архангельске

Кафедра_______________________________ 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 

                                   по дисциплине

«КОНЦЕПЦИИ  СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ» 
 

Вариант (Тема) № 19 

«Происхождение жизни» 
 

                                      Архангельск  2009 
 
 
 
 

   Содержание 

Введение. 

   Одним из наиболее трудных и в тоже время  интересных в современном естествознании является вопрос о происхождении  жизни. Он труден потому, что, когда наука подходит к проблемам развития как создания нового, она оказывается у предела своих возможностей как отрасли культуры, основанной на доказательстве и экспериментальной проверке утверждений.

   Сейчас  считается общепризнанным, что возникновение  жизни на Земле представляло собой закономерный процесс, вполне поддающийся научному исследованию. В основе этого процесса лежала эволюция соединений углерода которая  происходила во Вселенной задолго до возникновения нашей Солнечной системы и лишь продолжалась во время образования планеты Земля – при формировании ее коры, гидросферы и атмосферы.

   С момента возникновения жизни  природа находится в непрерывном  развитии. Процесс эволюции длится уже сотни миллионов лет, и  его результатом является то разнообразие форм живого, которое во многом до конца еще не описано и не классифицировано.

   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 (уникальность этого процесса препятствует использованию основного научного метода).

   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.

   В своей работе я постараюсь выделить основные концепции происхождения жизни и раскрыть их, в пределах своего понимания, по изученному материалу.

     1. Определение жизни 

    Впервые принципы подхода к выяснению  сущности жизни с позиций диалектического  материализма были сформулированы Фридрихом Энгельсом в работах «Диалектика природы» и «Анти-Дюринг». Энгельс рассматривал жизнь как особую форму движения живой материи. С этой точки зрения представляется важным выяснить, в чем заключается единство неживой и живой материи. Несмотря на единство, живая материя качественно своеобразна. Энгельс это своеобразие видел в том, что живые тела по химической природе являются белковыми телами, которым присущ обмен веществ с окружающей их природой. Отсюда вытекает определение жизни,  формулированное Фридрихом Энгельсом в работе «Диалектическая природа»: «Жизнь – есть способ существования белковых тел, существенным моментом, которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».¹

    Органический  обмен веществ представляет единство двух процессов:

1. ассимиляции  - ведет ко всему новому и новому синтезу органической материи – построению самого живого тела и связанному с этим накоплению потенциальной энергии, заключенной в сложных органических веществах

б) диссимиляции - ведет к разрушению органических веществ, при котором освобождается скрытая в них потенциальная энергия,  а продукты распада выводятся из организма и выделяются в окружающую среду.

    Из  органического обмена веществ вытекают все основные свойства живых тел: раздражимость, подвижность, рост, развитие, размножение, а также наследственность и изменчивость.

    2. Основные концепции происхождения жизни 

    «Вопрос о происхождение жизни на Земле принадлежит к числу наиболее сложных вопросов науки. Вокруг этого вопроса на протяжение многих веков развертывалась борьба религии и науки, идеализма и материализма. Идеалисты утверждают, что возникновение жизни на Земле нельзя объяснить материальными причинами. По их представлениям, в основе жизни лежат не материальные процессы, а не доступное разуму человека сверхъестественное высшее духовное начало - «божественный разум», «мировой дух», «высшие силы » и т.д.

    Существует  много гипотез, объясняющие возникновение жизни на Земле, но основными являются следующие:

    1. Креационизм– божественное сотворение  живого

    2. Самопроизвольное зарождение. Жизнь  возникала неоднократно из неживого  вещества.

    3. Теория стационарного состояния.  Жизнь существовала всегда и будет существовать вечно.

    4. Жизнь занесена из вне (панспермия)

    5. Биохимическая эволюция. Жизнь возникла  в результате процессов, подчинившихся  биохимическим явлениям. Теория  Опарина А. И.

    Происхождение жизни одна из центральных проблем  естествознания. Теологи и философы-идеалисты (финалисты, холисты, органицисты и др.) утверждают, что возникновение жизни есть результат творческого акта духовного начала, "высшего интеллекта", Бога. В противоположность этому материалисты считают, что жизнь по своему происхождению материальна и возникла естественным путём на основе общих законов природы. Однако господствовавший в естествознании в конце 19 - начале 20 вв. механистический материализм, пытавшийся познать жизнь на основе уподобления организма машине (Механицизм), оказался бессильным рационально разрешить проблему происхождения жизни. Только диалектико-материалистический подход к этой проблеме открыл путь к её разрешению, на что указывал Ф. Энгельс в "Диалектике природы".

    Относительно 4-й гипотезы, то, что она несостоятельна, доказано Франческо Реди. На счет занесения жизни из вне, то ее несостоятельность доказывается тем, что через озоновый экран не может проникнуть ничего живое. Наиболее состоятельна теория биохимической эволюции. Ее поддерживают многие передовые исследователи: Миллер, Юри.

    По  мнению ученых, занимающихся в области  астрономии Земля и другие планеты  солнечной системы образовались примерно 4,5 миллиардов лет назад  из особой газопылевой материи. Такая  материя и до сих пор в межзвездном  пространстве и преобладающим элементом этой материи является водород. Путем реакции ядерного синтеза водород превращается в углерод. В последствии в результате этой реакции возникали кислород и другие элементы. Под воздействием высоких температур и гравитационного сжатия, которые возникали в результате вращения облака вокруг своей оси, формировались химические вещества, которые составили основу планет и звезд, а также их атмосферу.

    Для дальнейшего развития на пути к возникновению  жизни необходимы были планетарные и космические условия. Прежде всего к ним относятся: размеры планет, масса планет не должна быть особенно большой, и не слишком маленькой. Движение планет вокруг звезд должно быть или по круговой, или близко к нему; так как именно такое движение обеспечивает равномерное нагревание планеты. Планета должна, также, постоянно излучать энергию.

    Особое  значение имеет это представление  для понимания перехода химической эволюции в биологическую. Такой  переход обязательно должен был  быть связан с возникновением многомолекулярных фазовообособленных открытых систем, способных взаимодействовать с внешней средой, т.е. расти и развиваться, используя её вещества, энергию и тем самым, преодолевая нарастание энтропии.

    Модельные опыты с фазовообособленными  системами, или пробионтами, проводимые, в частности, А. И. Опариным и сотрудниками с коацерватными каплями (Коацервация), выделяющимися из водного раствора разнообразных органических полимеров, показали, что эти системы обладают способностью поглощать из окружающего их раствора разнообразные богатые энергией вещества и за их счёт расти, увеличиваясь в размерах и массе. При этом скорость указанного процесса определяется свойственной каждой индивидуальной капле химической и пространственной организацией, так что две разновидности капель, находящиеся в одинаковом растворе, ведут себя различно. Одни растут быстро, тогда, как рост других замедлен и может даже происходить их полный распад.

    Описанные модельные опыты показывают возможность  примитивного "отбора" капель в  зависимости от характера их взаимодействия с внешней средой. С. Фокс с сотрудниками (с 1964) исследует микросферы - шаровидные образования, возникающие при растворении и последующей конденсации полученных им абиогенно белковоподобных веществ. Показано, что в процессе синтеза этих веществ из аминокислот образуются Гуанин и жирные кислоты. Это даёт основание считать микросферы интересным объектом для изучения одного из путей появления клеток.

    Возможным путём возникновения фазовообособленных систем органических веществ могло быть и спонтанное образование поверхностных плёнок и элементарных мембран (англ. учёный Р. Голдэйкр, 1963).

3. Аргументы концепции  происхождения жизни

а) креационистской  концепции;

    Креационизм - концепция, объясняющая происхождение  многообразия форм органического мира как акт божественного творения. Название учения происходит от латинского слова creatio, creations - “создание”, “сотворение”. Креационизм исходит из того, что, несмотря на присущее человеку стремление разрешить вопрос о происхождении мира, он сам по себе не может добиться этого без помощи Бога, которому мир обязан своим существованием.

    Наиболее  последовательно это учение представлено в монотеистических религиях – иудаизме, христианстве, исламе.

    Креационизм утверждает постоянство, неизменность видов живых организмов, сотворенных богом в результате единовременного акта.

    Так, в Библии акт творения, изображен  следующим образом:

    1-й  день – Бог создал небо и  землю, а так же свет и  воду, т.е. материал, который стал  началом единой Вселенной.

    2-й день – Бог создал небо, которое разделило воды верхние и нижние.

    3-й  день – Бог указал воде место,  куда течь, чтобы обнажилась суша. Затем он покрыл сушу травами  и деревьями.

    4-й  день – Бог создал солнце, луну  и звезды.

    5-й  день – Бог создал «пресмыкающихся, душу живую» в воле.

    6-й  день – Бог создал и «зверей  земных по роду их», и человека  «по образу Своему, по образу  Божию».

    Таким образом, согласно библейскому тексту, для создания всего живого Богу хватило  нескольких дней.

    Креационистские представления о происхождении жизни и ее развитии господствовали в науке до возникновения эволюционного учения. Они являлись не только догмами официальной религии, их придерживалось подавляющее большинство естествоиспытателей. Отправляясь от факта многообразия форм органического мира, сторонники креационизма рассматривали это многообразие как результат Божественного творения. Они защищали идею неизменности видов и отрицали эволюцию.

б) эволюционистской концепции;

     
      Эволюция утверждает. Что разрыва между живой и  не живой природой не существует и что жизнь возникла на земле, когда сложилась благоприятная совокупность физических и химических условий, сделавших возможным образование органических веществ из неорганических.

    Идеи  эволюционизма впервые были сформулированы французским биологом Ж.-Б.Ламарком(1744-1829). В работе «Философия зоологии», опубликованной в 1809 году, он разработал основы естественной классификации животных и обосновал идею постепенного развития во времени живой природы под воздействием естественных причин. Развитие организмов обусловлено внутренне присущим им стремлением к совершенству и вынужденной необходимостью приспосабливаться к меняющимся условиям внешней среды. Ламарк придерживался мнения, что изменчивость ничем не ограничена, она постоянно и непрерывно размывает межвидовые границы, приводя к возможности перехода одного вида в другой.

    Суть  эволюционного учения Ламарка отражают два закона, сформулированные им.

    Первый  закон утверждает, что постоянное употребление органа ведет к его  усилению, а неупотребление – к ослаблению и исчезновению.

    Второй  закон гласит, что под действием  постоянных упражнений или не упражнений органы изменяются и возникшие изменения  наследуются.

    Положение об эволюции органического мира Ламарк распространил и на объяснение происхождения человека от высших «четвероруких обезьян».

    Большой вклад в развитие эволюционных представлений  так же внес Эр. Дарвин. Накопленный  длительным развитием биологической  науки фактический и теоретический  материал требовал своего объяснения в рамках общей концепции, диалектически отражающей противоречивые процессы развития в живой природе. Такое объяснение было дано Ч. Дарвином, который вскрыл и объяснил источники и движущие силы этой эволюции. В основу теории эволюции им были положены следующие материальные факторы: наследственность, изменчивость и естественный отбор. Его учение о естественном отборе стало ключевым в решении многих проблем эволюции органического мира. В 1859 г. был выпущен главный труд всей жизни Ч. Дарвина – «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь».  

в) теории самозарождения (самоорганизации);

    Научному  мировоззрению по крайней мере с XIX века была присуща идея развития. Но после открытия Кельвином и Клаузиусом второго начала термодинамики господствовало достаточно пессимистическое представление, что базовым состоянием материи является состояние термодинамического равновесия (хаоса) - самого простого из всех возможных состоянии системы, не обменивающейся энергией и веществом с окружающей средой. Господствующей тенденцией материи считалось стремление к разрушению спонтанно возникшей упорядоченности (в результате случайной маловероятной флуктуации) и возвращению к исходному хаосу. Следовательно, упорядоченное состояние вещества, которое наблюдается в доступной части Вселенной, возникло случайно, жизнь, как самая высокая из всех известных науке форм упорядоченности, тем более случайна и противоестественна. Так возникла модель стационарной Вселенной.

    Что же заставило изменить этот, казалось бы, незыблемый взгляд на развитие, прийти к идее самоорганизации материи, которая внедрилась в научное  мировоззрение во второй половине нашего века и коренным образом изменила старые взгляды на процессы развития? Эта идея появилась в связи с заменой модели стационарной Вселенной моделью развивающейся Вселенной и связанной с ней новой естественнонаучной концепцией развития мира.

    Прежние представления о развитии сформировались под влиянием двух классических физических дисциплин - статистической механики и равновесной термодинамики. Обе научные дисциплины описывают поведение изолированных макросистем, не обменивающихся ни энергией, ни веществом с окружающей средой. Вселенная, как самая крупная из всех известных систем, также считалась замкнутой. Но сегодня наука считает все известные системы от самых малых до самых больших открытыми, обменивающимися энергией и (или) веществом с окружающей средой и находящимися, как правило, в состоянии, далеком от термодинамического равновесия. А развитие таких систем, как стало известно, протекает путем образования нарастающей упорядоченности. На такой основе возникло представление о самоорганизации вещественных систем.

    В широком плане понятие самоорганизации  отражает фундаментальный принцип  природы, лежащий в основе наблюдаемого развития от менее сложных к более  сложным и упорядоченным формам организации вещества. Но у этого  понятия есть и более узкое  значение, непосредственно характеризующее способ реализации перехода от простого к более сложному. В таком значении самоорганизацией называют природные скачкообразные процессы, переводящие открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния  в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности по сравнению с исходным. Критическое состояние – это состояние крайней неустойчивости, достигаемое открытой неравновесной системой в ходе предшествующего периода плавного, эволюционного развития.

    Прежде  чем привести примеры самоорганизации, необходимо уточнить, что же считать  усложнением элементов и систем, их переходом от более простых  к более сложным формам.

    Понятия «простой» и «сложный» всегда относительны, их смысл выявляется только при сопоставлении свойств родственных объектов. Так, протон сложен относительно кварков, но прост относительно атома водорода; атом сложен относительно протона и электрона, но прост относительно молекулы и т.д. При этом мы видим, что сложные объекты обладают новыми качествами, которых лишены исходные простые элементы, составляющие их. Таким образом. Природу можно представить как цепочку нарастающих по сложности элементов.

    Процессы  объединения «простых» элементов  с образованием «сложных» систем протекают лишь при выполнении определенных условий. Например, если температура (энергия) окружающей среды превышает энергию связи двух частиц, то они не смогут удерживаться вместе. При снижении температуры до значений, при которых энергия среды и энергия связи частиц окажутся равными, наступает критический момент, и дальнейшее снижение температуры делает возможным процесс фиксирования частиц (например, протона и электрона) в атоме водорода.

    Намного сложнее обстоит дело при соединении атомов в молекулы. Здесь также существуют пороговые значения параметров (температуры, плотности), называемые критическими значениями, которые отделяют область возможного образования от области, где этот процесс невозможен.

    Затем идут новые уровни сложности и  упорядоченности вещества. Наиболее высокий уровень упорядоченности, известный науке, демонстрирует феномен жизни и порождаемый им разум. Долгое время считалось, что феномен жизни противоречит господствовавшим физическим представлениям о стремлении материи к хаосу. Жизнь представлялась упорядоченным и закономерным поведением материи, основанным не только на тенденции переходить от упорядоченности к неупорядоченности, но частично и на существовании упорядоченности, которая поддерживается все время. Эта проблема впервые была четко сформулирована в книге известного физика-теоретика Э. Шредингера «Что такое жизнь?». Анализ, проделанный им, показывал, что феномен жизни разрушает постулат о единственной тенденции развития вещества – от случайно возникшей упорядоченности к неупорядоченности, рождённый классической термодинамикой. Живые системы оказались способны поддерживать упорядоченность вопреки «естественной» тенденции.

    После выхода книги Шредингера создалась  любопытная ситуация: за живым веществом  признавалась способность проявлять как тенденцию к разрушению упорядоченности, так и тенденцию к её сохранению. А за неживой природой по-прежнему признавалась только одна тенденция – неизбежно разрушать любую упорядоченность, возникшую в результате случайных отклонений от равновесия. И лишь сравнительно недавно стало ясно, что тенденция к созиданию, к переходу от менее упорядоченного состояния к более упорядоченному, то есть самоорганизация, присуща неживой природе в той же мере, что и живой. Нужны лишь подходящие условия для её проявления.

    Выяснилось, что все разномасштабные самоорганизующиеся системы, независимо от того, каким  разделом науки они изучаются, будь то физика, химия, биология или социальные науки, имеют единый алгоритм перехода от мене сложных и менее упорядоченных  к более сложным и более упорядоченным состояниям. Тем самым открывается возможность единого теоретического описания подобных процессов во времени и пространстве..

г) концепции 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.² 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 Вселенной.

    Основателем этой теории является Г. Э. Рихтер. Исходя из представления, что в мировом пространстве везде носятся маленькие частицы твердого вещества (космозои), отделившиеся от небесных тел одновременно с этими частицами, может быть прилепившись к ним, носятся жизнеспособные зародыши микроорганизмов. Таким, образом эти зародыши могут переноситься с одного, заселенного организмами небесного тела на другое, где жизни еще нет. Если на этом последнем уже создались благоприятные жизненные условия, в смысле подходящей температуры и влажности, то зародыши начинают прорастать, развиваться и являются впоследствии родоначальниками всего органического мира данной планеты.

    Эта теория приобрела в научном мире много сторонников, между которыми были даже такие выдающиеся умы, как  Гельмгольц и В.Томсон. Ее защитники  стремились главным образом научно обосновать возможность такого переноса зародышей с одного небесного тела на другое, при котором сохранялась бы жизнеспособность этих зародышей. Главный вопрос заключается именно в том, может ли спора совершить такое длительное и полное опасностей путешествие, как перелет из одного мира в другой, не погибнув, сохранив способность прорасти и развиться в новый организм. Разберем подробно, какие опасности встречаются на пути зародыша.

    Прежде  всего, это холод межпланетного  пространства (220° ниже нуля). Отделившись  от родной планеты, зародыш обречен долгие годы, столетия и даже тысячелетия носиться при такой ужасающей температуре, прежде чем представиться случай опуститься на новую. А способен ли зародыш выдержать такое испытание? Для решения этого вопроса обращались к исследованию устойчивости по отношению к холоду современных нам спор. Опыты, произведенные в этом направлении, показали, что холод зародыши микроорганизмов выносят превосходно. Они сохраняют свою жизнеспособность даже после шестимесячного пребывания при 200° ниже нуля. Конечно, 6 месяцев не 1000 лет, но все же опыт дает нам право предполагать, что по крайней мере некоторые из зародышей могут перенести страшный холод межпланетного пространства.

    Гораздо большую опасность для зародышей  представляет их полная незащищенность от световых лучей. Их путь меж планетами пронизан лучами солнца, губительными для большинства микробов. Некоторые бактерии погибают от действия прямых солнечных лучей уже в течение нескольких часов, другие более устойчивы, но на всех без исключения микробов очень сильное освещение действует неблагоприятно. Однако это неблагоприятное действие в значительной степени ослабляется в отсутствие кислорода воздуха, а мы знаем, что в межпланетном пространстве воздуха нет, и потому можем не без основания предполагать, что зародыши жизни выдержат и это испытание.

    Но  вот счастливый случай дает возможность  зародышу попасть в сферу притяжения какой-либо планеты с благоприятными для развития жизни условиями  температуры и влажности. Скитальцу  осталось, только, подчиняясь силе тяжести, упасть на его новую Землю. Но как раз тут и ждет его грозная опасность. Ранее зародыш носился в безвоздушном пространстве, но теперь, прежде чем упасть на поверхность планеты, он должен пролететь через довольно толстый слой воздуха, окутывающий со всех сторон эту планету.

    Всем, конечно, хорошо известно явление «падающих  звезд»— метеоров. Современная наука объясняет это явление следующим образом. В межпланетном пространстве носятся твердые тела и частицы различных размеров, возможно, осколки планет или комет, залетевшие в нашу солнечную систему из отдаленнейших мест Вселенной. Пролетая поблизости от земного шара, они притягиваются этим последним, но, прежде чем упасть на его поверхность, они должны пролететь через воздушную атмосферу. Вследствие трения о воздух быстро падающий метеорит нагревается до белого каления и становится видимым на темном небесном своде. Только немногие из метеоритов достигают земли, большинство сгорает от сильного жара еще далеко от ее поверхности.