Эволюция теорий происхождения жизни

Содержание:

Введение……………………………………………………………………………….2

Концепции возникновения жизни……………………………………………………2

Проблема происхождения  жизни…………………………………………………….6

Эволюционная  теория Ч. Дарвина…………………………………………………...8

Теория  происхождения жизни на Земле  А. И. Опарина…………………………..11

Этапы химической и предбиологической  эволюции на пути к жизни…………...13

Современные теории биологической эволюции…………………………………...15

Заключение…………………………………………………………………………...16

Список литературы…………………………………………………………………..18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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.

   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.

   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.

Концепции возникновения жизни

Существует  пять концепций возникновения жизни:

1. Креационизм. Утверждает, что жизнь была сверхъестественным существом, то есть богом;
2. Абиогенез. Жизнь возникала неоднократно из неживого вещества;
3. Теория биогенеза. Все живое происходит только от живого;
4. Теория стационарного состояния. Жизнь существовала всегда, и будет существовать вечно;
5. Концепция панспермии - внеземное происхождение жизни;
6. Биохимическая эволюция. Жизнь возникла в результате процессов, подчинившихся биохимическим явлениям. Автор теории Опарин

       А. И.

   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.

   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 идеи самозарождения были объявлены еретическими, и долгое время о них 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.

   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.

   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 мыслили Кельвин, Гельмгольц и др. 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.

   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.

   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, формальдегит, цианогены. Формальдегид, в частности, обнаружен в 60% случаев в 22 исследованных областях, его облака с концентрацией примерно 1 тысяча молекул в см³ заполняют обширные пространства. В 1975 г. предшественники аминокислот найдены в лунном грунте и метеоритах. Сторонники гипотезы занесения жизни из космоса считают их «семенами», посеянными на Земле.

   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 тугоплавкие металлы и углерод конденсировались и образовывали земную кору, 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 100^оС.

   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.

   «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». Органический обмен веществ представляет единство двух процессов – ассимиляции и диссимиляции. Первый из них 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. Второй процесс 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.

Проблема происхождения жизни

   В начале в науке вообще не существовало проблемы возникновения жизни. Допускалась возможность постоянного зарождения живого из неживого.

   Изучение  истории христианской религии показывает, что библейское представление о внезапном возникновении жизни создалось в результате наивных наблюдений окружающей природы и невежественного истолкования этих наблюдений. Точно так же и многие философы древней Греции, и в том числе Аристотель, признавали внезапное самозарождение живых существ, допуская, что черви, моллюски и насекомые развиваются из гниющего мяса и навоза под воздействием особого нематериального начала – жизненной среды.

   Представление о самопроизвольном зарождении насекомых, червей и других многоклеточных живых  существ были опровергнуты в середине 17 века работами итальянского ученого Франческо Реди. Поставив опыт, в котором мясо в глубоком сосуде было покрытом кисеей (тканью), Реди показал, что личинки мух развиваются не из гниющего мяса, а из яиц, отложенных самками насекомых.

   С открытием микроскопа и изучением  микроскопических живых существ  гипотеза самопроизвольного зарождения приняла иную форму. В 1745 году Нидгеем первый высказал мысль, что в сенных настоях сами собой развиваются мелкие организмы, инфузории, которых создает особая находящаяся сила произрастания.

   Спор  между естествоиспытателями по вопросу  о самопроизвольном зарождении микроскопических живых существ продолжался до 1862 года, когда эта гипотеза была опровергнута опытами Луи Пастера. Пастер показал, что даже самые малые формы организмов, а именно бактерии рождаются из спор, имеющих столь незаметные размеры, что создается иллюзия самозарождения. Вскоре после того как стали известны эти работы Пастера, начали развиваться гипотезы, утверждающей вечность жизни. К ним относятся гипотеза космических зачатков (космозеев) и гипотеза панспермии (всеобщих зачатков).

   Идею  космических зачатков высказал в 1865 году немецкий врач Г. Рихтер, утверждавший, что жизнь вечна и зачатки  ее могут переноситься с одной  планеты на другую. Находясь высоко в воздухе, зачатки организмов могут прилипать к пролетающим мимо них метеоритам и так попадают в мировое пространство. Метеорит, несущий на себе такие «космические зачатки», упав на поверхность какой-нибудь планеты, может явиться источником жизни на ней. Таким путем по Рихтеру, жизнь была занесена и на Землю.

   Гипотеза  панспермии была предложена в 1907 году шведским ученым Сванте Аррениусом. Он считал невозможным занос зачатков жизни на Земле с метеоритами, предполагая, что поверхность метеорита вследствие трения об атмосферу настолько раскаляется, что любые зародыши, находящиеся  на ней, должны потерять всхожесть.

   Обе гипотезы признают вечность жизни и  закрывают путь к материалистическому  решению проблемы ее возникновения  на Земле. Объяснить существование жизни на Земле с заносом зародышей с других планет – это значит отказаться от объяснения процесса, в результате которых возникла жизнь.

   Существует  также точка зрения, что жизнь  возникла чисто случайно и совершенно внезапно. Американский генетик Г. Меллер (лауреат Нобелевской премии) допускает, что живая молекула, способная размножаться, могла возникнуть вдруг, случайно в результате взаимодействия простейших веществ.

   Он  считает, что элементарная единица наследственности — ген — является и основой жизни. И жизнь в форме гена, по его мнению, возникла путем случайного сочетания атомных группировок и молекул, существовавших в водах первичного океана.

   Диалектическая  точка зрения на происхождение жизни  была сформулирована Энгельсом в «Диалектике природы». Она исходит из основного положения, что жизнь представляет особую форму движения материи.

   Материя никогда не остается в покое, она  постоянно движется, развивается. В своем развитии она переходит во все новые и новые, более сложные формы. Такой особо сложной формой движения материи является жизнь. Живое вещество возникло как определенный этап в историческом развитии материи. Процесс возникновения живого из неживого был историческим процессом, прошедшим ряд этапов.

Эволюционная  теория Ч. Дарвина

   Эволюционная  теория Дарвина представляет собой  целостное учение об историческом развитии органического мира. Она охватывает широкий круг проблем, важнейшими из которых являются доказательства эволюции, выявление движущих сил эволюции, определение путей и закономерностей эволюционного процесса и др.

   Сущность  эволюционного учения заключается в следующих основных положениях:

   1. Все виды живых существ, населяющих  Землю, никогда не были кем-то  созданы;

   2. Возникнув естественным путем,  органические формы медленно  и постепенно преобразовывались  и совершенствовались в соответствии  с окружающими условиями;

   3. В основе преобразования видов  в природе лежат такие свойства  организмов, как изменчивость и  наследственность, а также постоянно  происходящий в природе естественный  отбор. Естественный отбор осуществляется  через сложное взаимодействие  организмов друг с другом и с факторами неживой природы; эти взаимоотношения Дарвин назвал борьбой за существование;

   4. Результатом эволюции является  приспособленность организмов к  условиям их обитания и многообразие  видов в природе.

   Движущими силами эволюции, по Дарвину, являются наследственная изменчивость и естественный отбор. Изменчивость служит основой образования новых признаков в строении и функциях организмов, а наследственность закрепляет эти признаки. В результате борьбы за существование происходит преимущественно выживание и участие в размножении наиболее приспособленных особей, т. е. естественный отбор, следствием которого является возникновение новых видов. При этом существенно, что приспособленность организмов к окружающей среде носит относительный характер.

   Главным результатом эволюции является совершенствование  приспособленности организмов к  условиям обитания, что влечет за собой  совершенствование их организации. В результате действия естественного  отбора сохраняются особи с полезными  для их процветания признаками.

   Дарвин  приводит множество доказательств  повышения приспособленности организмов, обусловленной естественным отбором. Это, например, широкое распространение  среди животных покровной окраски (под цвет местности, в которой  обитают животные, или под цвет отдельных предметов). Многие животные, имеющие специальные защитные приспособления от поедания их другими животными, имеют, кроме того, предупреждающую окраску (например, ядовитые или несъедобные животные). У некоторых животных распространена угрожающая окраска в виде ярких отпугивающих пятен. Многие животные, не имеющие специальных средств защиты, по форме тела и окраске подражают защищенным (мимикрия). У многих из животных имеются иглы, колючки, хитиновый покров, панцирь, раковина, чешуя и т. п. Все эти приспособления могли появиться лишь в результате естественного отбора, обеспечивая существование вида в определенных условиях. Среди растений широко распространены самые разнообразные приспособления к перекрестному опылению, распространению плодов и семян. У животных большую роль в качестве приспособлений играют различного рода инстинкты (инстинкт заботы о потомстве, инстинкты, связанные с добыванием пищи, и т. д.).

   Вместе  с тем Дарвин отмечает, что приспособленность  организмов к среде обитания (их целесообразность), наряду с совершенством, носит относительный характер. При резком изменении условий полезные признаки могут оказаться бесполезными или даже вредными. Например, у водных растений, поглощающих воду и растворенные в ней вещества, всей поверхностью тела, слабо развита корневая система, но хорошо развиты поверхность побега и воздухоносная ткань – аэренхима, образованная системой межклетников, пронизывающих все тело растения. Это увеличивает поверхность соприкосновения с окружающей средой, обеспечивая лучший газообмен, и позволяет растениям полнее использовать свет и поглощать углекислый газ. Но при пересыхании водоема такие растения очень быстро погибнут. Все их приспособительные признаки, обеспечивающие их процветание в водной среде, оказываются бесполезными вне ее.

   Другой  важный результат эволюции – нарастание многообразия видов естественных групп, т. е. систематическая дифференцировка  видов. Общее нарастание многообразия органических форм весьма усложняет  те взаимоотношения, которые возникают  между организмами в природе. Поэтому в ходе исторического развития наибольшее преимущество получают, как правило, наиболее высокоорганизованные формы. Тем самым осуществляется поступательное развитие органического мира на Земле от низших к высшим. Вместе с тем, констатируя факт прогрессивной эволюции, Дарвин не отрицает морфофизиологического регресса (т. е. эволюции форм, приспособления которых к условиям среды идут через упрощение организации), а также такого направления эволюции, которое не приводит ни к усложнению, ни к упрощению организации живых форм. Сочетание различных направлений эволюции приводит к одновременному существованию форм, различающихся по уровню организации.

   Дарвин  вскрыл движущие силы эволюции живой  природы. Он попытался понять и объяснить  действительную природу внутренних противоречий органического мира. Его теория не только объясняет характер этих противоречий, но и указывает пути, по которым они разрешаются в мире животных и растений.

Теория  происхождения жизни  на Земле А. И. Опарина

   Среди современных теорий происхождения жизни на Земле, наиболее обоснованной является теория академика А. И. Опарина. Согласно этой теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделен на три этапа:

1. Возникновение органических веществ;
2. Возникновение белков;
3. Возникновение белковых тел.

   Астрономические исследования показывают, что как  звезды, так и планетные системы  возникли из газопылевого вещества. В  некоторых случаях эта газопылевая материя объединяется в плотный, которые можно видеть невооруженным глазом. Химические исследования находящегося в галактике газопылевого вещества показали, что в нем наряду с металлами и их окислами обнаружено:  водород, аммиак, вода и простейший углеводород – метан.

   Второй  этап – возникновение белков. Условия  для начала процесса формирования белковых структур создались с момента создания первичного океана. Прежде всего в водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.

   Известно, что белковая молекула состоит из отдельных звеньев – аминокислот, которые соединены между собой  при помощи полипептидных связей. Показано, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно синтезировать не только аминокислоты, но и другие биохимические вещества.

   Согласно  теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло явиться образование коацерватных капель, т. е. капель микроскопического размера, выпадающих при смешении двух белковых растворов. Отсюда возникла новая закономерность уже биологического характера – естественный отбор коацерватных капель. Под влиянием естественного отбора качество организации белкового вещества все время менялось. В результате возникла та согласованность процессов синтеза и распада, которая привела к возникновению первых живых организмов.

   Коацерваты — это комплексы коллоидных частиц. Они могут возникать, например, из комплексных солей кобальта, кремнекислого натрия и нашатырного спирта, в растворе ацетилцеллюлозы, в хлороформе или бензоле, при смешивании растворов различных белков. Такой раствор, как правило, разделяется на два слоя — слой, богатый коллоидными частицами, и жидкость, почти свободную от них.

   В некоторых случаях коацерваты образуются в виде отдельных капель, видимых под микроскопом. Для их образования необходимо присутствие в растворе нескольких (хотя бы двух) разноименно заряженных высокомолекулярных веществ. Поскольку в водах первичного океана это условие было соблюдено, образование в нем коацерватов могло быть реальным.

   А.И. Опарин предположил, что в массе  коацерватных капель должен был идти отбор наиболее устойчивых в существовавших условиях. Многие миллионы лет шел процесс естественного отбора коацерватных капель. Сохранялась лишь ничтожная их часть.

   Способность к избирательной адсорбции постепенно преобразовалась в устойчивый обмен веществ. Вместе с этим в процессе отбора оставались лишь те капли, которые при распаде на дочерние сохраняли особенности своей структуры, т.е. приобретали свойство самовоспроизведения — важнейшего признака жизни.

   По  достижении этой стадии коацерватная капля превратилась в простейший живой организм.    Коацерватные капли были местом встречи и взаимодействия до этого независимо возникавших простых белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и липидов.

   Отдельная молекула, даже очень сложная, не может  быть живой. Ученые считают, что первоначально  на молекулярном уровне могли возникать  лишь белково- и нуклеино-подобные полимеры, лишенные какой-либо биологической целесообразности своего строения. Только при объединении этих полимеров в многомолекулярные фазовообособленные системы могло возникнуть взаимосогласование их структур и биологическое функционирование новых целостных систем.

   Это значит, что не разрозненные части  определяют собой организацию целого, а целое, продолжая эволюционировать, обусловливает целесообразность строения частей.

Этапы химической и предбиологической  эволюции на пути к  жизни

   Гипотеза  А.И. Опарина способствовала конкретному  изучению происхождения простейших форм жизни. Она положила начало физико-химическому моделированию процессов образования молекул аминокислот, нуклеиновых оснований, углеводородов в условиях предполагаемой первичной атмосферы Земли.

   После работ немецкого исследователя  С. Мюллера и других стало известно, что под воздействием физических излучений эти биоорганические молекулы могут образовываться в самых различных смесях, содержащих водород, азот, аммиак, воду, углекислый газ, метан, синильную кислоту и т.п.

   Сенсацией явилось открытие космических облаков этилового спирта с температурой 200 К  и с концентрацией молекул 10¹² в 1 см³. Подобные соединения близки к биоорганическим молекулам или легко могут превратиться в них. Таким образом, достоверно установлено, что в космосе имеются необходимые компоненты для синтеза более сложных соединений, важных для формирования белков, углеводов, нуклеиновых полимеров и липидов.

   Следующие, более сложные звенья эволюционной цепочки обнаружены при изучении вещественного состава метеоритов и лунных пород, доставленных космическим аппаратом. В них обнаружены аминокислоты, алифатические и ароматические углеводороды, предшественники нуклеиновых кислот -аденин и гуанин, порфирин — простейший химический предшественник хлорофилла. И на земле, в древних отложениях с возрастом порядка сотен миллионов и нескольких миллиардов лет, обнаружено множество органических соединений, которые подсказывают возможные пути возникновения жизни.

   Обращает  на себя внимание следующий факт. В  нашей галактике наиболее распространены водород, углерод, азот, кислород, составляющие основу живого. В земной же коре, в лунных породах и метеоритах их очень мало, а преобладают здесь кремний, алюминий, железо. Для первой, космической группы элементов характерна молекулярная форма существования и склонность к флюидному, текучему состоянию (жидкость, газ). Для планетарной группы элементов типично твердое агрегатное состояние в виде бесконечных кристаллических структур, в которых невозможно выделить отдельные молекулы.

   Мертвые, застывшие, окаменевшие пространства Луны, Меркурия, Марса — результат  утраты ими подвижных флюидных элементов, осуществляющих транспортировку вещества и энергии.

   На  Земле же до сих пор продолжаются более активные химические процессы. И это благодаря остаткам флюидной группы элементов: наличию значительного количества воды, метана, аммиака, других газов и жидкостей в атмосфере, гидросфере, в твердой коре и глубинных породах, откуда легкие соединения выделяются в форме вулканических газов или в виде общего газового обмена планеты и окружающей части космоса.