охарактеризуйте основные концепции происхождения жизни

Основные концепции происхождения жизни

В настоящее время существует несколько концепций возникновения жизни на Земле.

1) Концепция креационизма, утверждающая, что жизнь создана сверхъестественным существом в результате акта творения, то есть Богом. Она утверждает, что жизнь такова, какова она есть, потому что таковой ее сотворил Бог. Эта концепция возникла в рамках религиозного мировоззрения.

2) Концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь никогда не возникала, как и Земля, а существовала вечно. С изменением условий жизни на Земле происходило и изменение видов: одни исчезали, другие появлялись. Вопрос о происхождении жизни эта концепция принципиально не затрагивает.

3) Концепция самозарождения, или самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества. Ее придерживались Аристотель и его последователи Средневековья, которые допускали, что живое может возникать в результате разложения почвы, из грязи, ила и т.д.

Одним из первых эту точку зрения подверг сомнению итальянский врач и естествоиспытатель Ф. Реди (XVII в.), сформулировавший свой принцип «все живое от живого». Он стал основоположником концепции биогенеза, утверждавшей, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни. Однако впервые этот постулат был выведен французским микробиологом Л. Пастером (1822-1895) на основании опытов с вирусами, но вопрос о возникновении жизни не был решен.

4) Концепция панспермии – о неземном происхождении жизни путем занесения «зародышей жизни» из космоса на Землю – впервые была высказана немецким биологом и врачом Г. Рихтером в конце XIX в. Эта концепция допускает возможность происхождения жизни в разное время в разных частях Вселенной и переноса ее на Землю тем или иным способом (вместе с метеоритами, астероидами, космической пылью). Эту концепцию разделяли крупнейшие ученые конца XIX – начала XX в.: немецкий химик и агроном Ю. Либих, английский физик У. Томсон, немецкий естествоиспытатель Г. Гельмгольц, шведский ученый С.А. Аррениус, русские ученые П. Лазарев, Л. Берг, С. Костычев. Тем не менее серьезных аргументов в пользу этой концепции нет. Дело в том, что, хотя спектр возможных условий для существования живых организмов достаточно широк, все же считается, что они должны погибнуть в космосе под действием ультрафиолетовых и космических лучей. Кроме того, концепция панспермии не решает проблемы происхождения жизни. Она лишь выносит ее за пределы Земли, не раскрывая самого механизма ее образования.

5) Наиболее доказательно с точки зрения современной науки выглядит гипотеза происхождения жизни в историческом прошлом в результате биохимической эволюции. Ее авторами являются российский биохимик академик А. Опарин (1923 г) и английский физиолог С. Холдейн(1929 г.). Эти представления заключаются в признании абиогенного, т. е. небиологического, возникновения органических веществ из химических элементов и неорганических молекул, составлявших атмосферу Земли в древности, путем длительной молекулярной эволюции. Иначе говоря, возникновение жизни явилось результатом естественных процессов, протекавших сначала миллиарды лет во Вселенной, а затем многие миллионы лет на Земле. От неорганических соединений к органическим, от органических к биологическим – таковы последовательные этапы процесса зарождения жизни.

Возраст Земли исчисляется примерно 4,6 млрд лет. Жизнь существует на Земле, видимо, около 3,8 млрд лет.Признаки деятельности живых организмов обнаружены в докембрийских породах, рассеянных по всему земному шару.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Концепции происхождения и сущности жизни

Вы будете перенаправлены на Автор24

Основные концепции происхождения и сущности жизни. Концепция креационизма

Вопрос о том, как зародилась жизнь, волнует человечество с древнейших времен, взгляды на эту проблемы неоднократно менялись на протяжении веков, было выдвинуто огромное количество гипотез и предположений. Некоторые из таких концепций получили большое распространение и являлись популярными в разные периоды развития естествознания.

Такое большое количество теорий, разнообразие взглядов и концепций объясняется тем, что процесс зарождения жизни невозможно воспроизвести или подтвердить путем экспериментов. Поэтому теории происхождения и сущности жизни опираются исключительно на умозрительные представления как исследователей научного направления, так и теологического.

Основными концепциями происхождения жизни являются следующие:

Почти во всех религиях возникновение жизни представляется как результат Божественного творения, поэтому история концепции креационизма является самой длинной. Согласно этой концепции, во всех живых организмах существует особая сила, управляющая всеми протекающими биологическими процессами, и это является свидетельством Божественного сотворения мира. этот процесс недоступен для наблюдения так же, как недоступен для понимания человеком и божественный замысел.

Вопрос о продолжительности времени, в течение которого происходило сотворение мира, в креационизме не получает однозначного ответа. В Библии значится, что мир был сотворен в течение шести дней. Существует мнение, что это были обычные дни, в которых 24 часа. Другие теологи считали, что библейские тексты – это аллегории, и соответственно, каждый день творения был равен тысяче лет. Объединяет все взгляды одно – происхождение жизни основывается на библейских откровениях, которые ни в коем случае нельзя подвергать сомнению. Научные же факты, напротив, вызывают недоверие и подозрение в фальсификации.

Готовые работы на аналогичную тему

Креационизм не является научной концепцией ввиду того, что она появилась в рамках религиозного мировоззрения. Креационизм предполагает, что мир и жизнь являются такими, как есть, потому что так их задумал Бог, и этим самым отпадает вопрос о научном происхождении жизни, ведь в религии принято это положение принимать без доказательств.

Концепция стационарного состояния, концепция самопроизвольного зарождения жизни

Согласно концепции стационарного состояния, Земля существовала вечно, а вместе с ней существовали и различные формы жизни. Однако в процессе изменения жизненных условий некоторые виды не сумели к ним приспособиться и вымерли, какие-то оказались на грани вымирания или наоборот, увеличили свою численность, а часть приспособилась и переместилась в новые биологические ниши.

Концепция зарождения, как и концепция креационизма, имеет древнюю историю. Она появилась давно и на протяжении длительного времени являлась единственной альтернативой креационизму.

Согласно этой теории, все низшие организмы появляются путем самозарождения. Этот вывод был сделан на основании наблюдений за тем, как в гниющем мусоре постоянно появляются черви, мухи, личинки. В эпоху Средневековья ученые предполагали, что рыбы зарождаются из ила, мыши – из грязи, а мухи – из мяса. Эта концепция существовала на протяжении длительного времени благодаря тому, что ей придерживались авторитетные ученые, такие как Парацельс, Коперник, Галилей, Аристотель, Декарт и др.

Однако позже Ф. Реди, врач и естествоиспытатель, в ходе опытов доказал, что черви в гниющем мясе – это личинки мух и сформулировал принцип «Все живое – от живого». Таким образом, Реди стал основоположником теории биогенеза. А в 19 веке Луи Пастер окончательно доказал, что самозарождение простых организмов невозможно, тем самым подтвердив принцип Реди и показав несостоятельность теории самозарождения. Однако, другой идеи о том, как возникла жизнь, предложить он не смог.

Концепция панспермии, концепция случайного происхождения жизни

В одно время с опытами Пастера появилось предположение, что живые существа могли быть занесены на Землю из космоса. Такую гипотезу выдвинул Г. Рихтер, позднее эта концепция получила название панспермии. По мнению Г. Рихтера, в космосе распространена жизнь в форме семян, которые попали на Землю вместе с космической пылью и метеоритами и дали начало эволюции.

Эта концепция обрела поддержку многих ученых и получила довольно широкое распространение. Американскими астрономами в ходе изучения газовой туманности были найдены следы аминокислот и других органических соединений. А в 1980 г. Исследователи обнаружили в Антарктиде на осколке породы, выбитой с Марса, останки микроорганизмов, схожих с бактериями. Из этого следует, что примитивная жизнь на Марсе существовала.

Однако, более убедительных аргументов, подтверждающих теорию панспермии, не существует, в то время как доводов против достаточно. Главным из них является то, что живые организмы не способны выжить под действием ультрафиолетовых и космических лучей. Помимо этого, в концепции панспермии нет четкого ответа на вопрос о происхождении жизни.

Несостоятельность других концепций привела к возникновению новой. Г. Меллер выдвинул идею о том, что возникновение первичной молекулы живого вещества было случайным. То есть, элементарной основой жизни является ген, и жизнь в этой форме возникла в результате случайного сочетания атомов и молекул, которые существовали в водах первичного океана. Данная гипотеза обрела широкую популярность после открытия роли ДНК.

Однако, несмотря на то, что эта концепция имеет научный характер, доказательства этой теории не являются достаточно серьезными и убедительными. Поэтому в современной науке эта теория особой популярностью не пользуется.

Концепция биохимической эволюции. Теория А. И. Опарина

До середины 20 века ученые считали, что органические соединения способны возникнуть исключительно в живом организме. Однако в результате опытов, когда из химических элементов удалось синтезировать органическое соединение, теория о разных сущностях органического и неорганического оказалась несостоятельной. Таким образом появилась органическая химия и биохимия.

Это новое открытие привело к возникновению концепции биохимической эволюции, которая предполагала, что жизнь на Земле зародилась в ходе физических и химических процессов. Основой этой концепции являются данные о сходстве веществ, которые входят в состав животных и растений. Также исходной основой концепции биохимической эволюции является возможность синтеза органического вещества. Все эти открытия стали фундаментальной основой концепции А. И. Опарина. В книге «Происхождение жизни» Опарин выделяет три этапа перехода от неживой материи к живой:

Данная концепция пользуется большой популярностью. Сильной стороной этой концепции является возможность проверки ее основных положений при помощи экспериментов.

Однако объяснения момента самого скачка от неживого к живому в этой концепции нет, то есть на сегодняшний момент считается, что решение этой проблемы без использования каталитических систем, кибернетики и молекулярной биологии не представляется возможным.

Источник

Лекция №6. Основные концепции происхождения жизни:

Основные концепции происхождения жизни:

1. Концепция креационизма;

2. Концепция стационарного состояния;

3. Концепция самопроизвольного зарождения жизни;

4. Концепция случайного однократного появления жизни;

5. Теория биохимической эволюции. Концепция А.И. Опарина.

Загадка появления жизни на Земле с незапамятных времен волнует людей. На протяжении веков менялись взгляды на эту проблему, высказывались разнообразные гипотезы и концепции. Некоторые из них получили широкое распространение и до­минировали в те или иные периоды развития естествознания. К такого рода концепциям происхождения жизни относят:

• концепцию креационизма, утверждающую, что жизнь создана сверхъестественным существом в результате акта творения;

• концепцию стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда;

• концепцию самопроизвольного зарождения жизни, осно­вывающуюся на идее многократного возникновения жиз­ни из неживого вещества;

• концепцию панспермии, утверждающую, что жизнь зане­сена на Землю из космоса;

• концепцию случайного однократного происхождения жизни;

• концепцию закономерного происхождения жизни путем биохимической эволюции.

Такое разнообразие взглядов вызвано тем обстоятельством, что точно воспроизвести или экспериментально подтвердить процесс зарождения жизни сегодня невозможно. Отмеченные теории преимущественно опираются на умозрительные пред­ставления исследователей.

Концепция креационизма имеет самую длинную историю, так как практически во всех религиях возникновение жизни рас­сматривается как акт Божественного творения, свидетельством чего является наличие в живых организмах особой силы, кото­рая управляет всеми биологическими процессами.

Концепция креационизма, по существу, научной не является, ведь она возникла в рамках религиозного мировоззрения. Она утверждает, что жизнь такова, какова она есть, потому что такой ее сотворил Бог. Тем самым практически снимается вопрос о науч­ном решении проблемы происхождения жизни, так как все рели­гии требует принимать это положение на веру, без доказательств.

Концепция стационарного состояния

Сторонники теории вечного существования жизни считают, что Земля никогда не возникала, а существовала вечно, и вместе с ней всегда суще­ствовали различные виды живого. При этом одни из них при изменении условий окружающей среды вымерли, другие пере­местились в новые биологические ниши, а третьи резко измени­ли численность. Большая часть аргументов в пользу этой теории основана на исследованиях палеонтологов, выявивших исчезно­вение некоторых видов животных в процессе эволюции, отсутст­вие следов переходных звеньев между разными видами живого и все более высокими оценками возраста Земли. В разные геоло­гические эпохи менялись лишь формы жизни. Также сторонни­ки данной теории считают, что и виды животных никогда не воз­никали, а существовали всегда. Строго говоря, эту теорию нельзя относить к концепциям происхождения жизни, поскольку воп­рос о происхождении жизни в ней принципиально не стоит.

Концепция самопроизвольного зарождения жизни

Концепция самопроизвольного зарождения жизни долгое вре­мя была единственной альтернативой креационизму. Считалось, что все низшие организмы появляются путем самозарождения. Ученые Средневековья, например, допускали, что рыбы могли зародиться из ила, мыши — из грязи, мухи — из мяса и т. д.

Однако начиная с XVII в. стали накапливаться данные про­тив такого понимания происхождения жизни. В 1668 г. итальян­ский естествоиспытатель и врач Ф. Реди сформулировал знаме­нитый принцип: «все живое — от живого». Поэтому он стал ос­новоположником концепции биогенеза, утверждавшей, что жизнь возникает только из предшествующей жизни.

В середине XIX в. французский ученый Л. Пастер своими опытами окончательно доказал научную несостоятельность кон­цепции спонтанного самозарождения организмов. Но, опро­вергнув эту концепцию, ученый не предложил никакой другой идеи. Поэтому в середине XIX в. наука не могла ничего сказать о том, как возникла жизнь на Земле.

Концепция самозарождения жизни, несмотря на свою оши­бочность, сыграла позитивную роль в развитии естествознания, поскольку опыты, призванные подтвердить ее, помогли полу­чить богатый эмпирический материал для развивающейся био­логической науки.

Практически одновременно с опы­тами Пастера немецким ученым Г. Рихтером была высказана ги­потеза о занесении живых существ на Землю из космоса, полу­чившая позднее название концепции панспермии (от греч.рап — весь, зрегта — семя). Эта теория допускала возможность возник­новения жизни в разное время в разных частях Галактики и пе­ренесения ее на Землю тем или иным способом (например, вме­сте с метеоритами или космической пылью).

Концепция панспермии была поддержана многими известны­ми учеными, что способствовало ее широкому распространению.

Тем не менее серьезных аргументов в нее нет. Есть даже серьезные доводы против данной концепции. Дело в том, что, хотя спектр возможных условий для существования живых орга­низмов достаточно широк, все же считается, что они должны по­гибнуть в космосе под действием ультрафиолетовых и космиче­ских лучей.

Кроме того, концепция панспермии не решает проблемы происхождения жизни. Она лишь выносит ее за пределы Земли: если жизнь была занесена на Землю из космоса, то где и как она возникла там?

Концепция случайного однократного появления жизни

Не­способность рассмотренных теорий и концепций дать убедитель­ное и аргументированное объяснение происхождения жизни привели в начале

XX в. к дальнейшим поискам решения этой проблемы. Американский генетик Г. Меллер выдвинул гипотезу о случайном возникновении первичной молекулы живого веще­ства, согласно которой живая молекула, способная размножать­ся, могла возникнуть случайно в результате взаимодействия про­стейших веществ. Он считает, что элементарная единица наслед­ственности — ген — является основой жизни, поэтому и жизнь в форме гена возникла путем случайного сочетания атомных группировок и молекул.

Тем не менее, идея случайного возникновения ДНК при всей своей внешней наукообразности, по степени доказательности не отличается от концепции креационизма.

Теория биохимической эволюции. Концепция А.И. Опарина

Одним из главных препятствий, стоявших в начале XX в. на пути решения проблемы возникновения жизни, было господствовав­шее тогда в науке и основанное на повседневном опыте убежде­ние, что между органическими и неорганическими соединения­ми не существует никакой взаимосвязи. Считалось, что природа неорганических веществ совершенно иная, поэтому возникнове­ние даже простейших организмов из неорганических веществ совершенно невозможно. Однако после того, как из обычных хи­мических элементов было синтезировано первое органическое со­единение, представление об отсутствии связи между органичес­кими и неорганическими веществами оказалось несостоятельным. В результате этого открытия возникли органическая химия и био­химия, изучающие химические процессы в живых организмах.

Кроме того, данное научное открытие позволило создать кон­цепцию биохимической эволюции, согласно которой жизнь на Земле возникла в результате спонтанных физических и химиче­ских процессов. Исходную основу этой гипотезы составил и дан­ные о сходстве веществ, входящих в состав растений, животных, о возможности в лабораторных условиях синтезировать органи­ческие вещества, составляющие белок.

Эти открытия легли в основу концепции А. И. Опарина, опуб­ликованной в 1924 г. в книге «Происхождение жизни», в кото­рой была изложена принципиально новая гипотеза о происхож­дении жизни, суть которой сводилась к следующему: зарож­дение жизни на Земле — длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой. И произошло это путем химической эволюции, в результате которой простейшие органические вещества образовались из неорганических под вли­янием сильнодействующих физико-химических факторов.

Рассматривая проблему возникновения жизни путем биохи­мической эволюции, Опарин выделяет три этапа перехода от неживой материи к живой:

1) синтеза исходных органических соединений из неорга­нических веществ в условиях первичной атмосферы ранней Земли;

2) формирования в первичных водоемах Земли из накопив­шихся органических соединений биополимеров, липидов, угле­водородов;

3) самоорганизации сложных органических соединений, воз­никновение на их основе и эволюционное совершенствование процессов обмена веществом и воспроизводства органических структур, завершающееся образованием простейшей клетки.

Несмотря на всю экспериментальную обоснованность и тео­ретическую убедительность, концепция Опарина имеет как силь­ные, так и слабые стороны.

Сильной стороной концепции является достаточно точное соответствие ее химической эволюции, согласно которой зарож­дение жизни является закономерным результатом добиологической эволюции материи. Убедительным аргументом в пользу этой концепции является также возможность экспериментальной проверки ее основных положений.

Слабой стороной концепции является невозможность объяс­нения самого момента скачка от сложных органических соеди­нений к живым организмам, ведь ни в одном из поставленных экспериментов получить жизнь так и не удалось.

Источник

Гусейханов М., Раджабов О. Концепции современного естествознания: Учебник

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 14. КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ

Гармоничное взаимодействие всего сущего не предопределено предписанием некоего отчужденного от него высшего начала, но проистекает из того, что все живые существа являются частями иерархии родственных единств, составляющих космическую систему, и повинуются они лишь внутренним велениям собственной природы.
Чжуан-цзы (III в. до н. э.)

14.1. Концепции происхождения жизни но Земле

Одним из наиболее трудных и в то же время актуальных и интересных в современном естествознании является вопрос о происхождении жизни. Жизнь — одно из сложнейших, если не самое сложное явление природы. Для нее особенно характерны обмен веществ и самовоспроизведение, а особенности более высоких уровней ее организации обусловлены строением более низких уровней. Живые существа — это естественные информационные системы, т. е. системы, существующие сами по себе, а не в результате построения или составленной кем-то программы.
Отличие живого от неживого заключается в нескольких фундаментальных направлениях: вещественном, структурном и функциональном планах его изучения. В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядоченные
343

макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, — белки, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). В структурном плане живое отличается от неживого клеточным строением. В функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя, вернее самовоспроизводство.
Живые тела отличаются от неживых также наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, активной регуляцией своего состава и функций, способностью к движению, раздражимостью, приспособленностью к среде и т. д. Однако имеются переходные формы от нежизни к жизни. Например, вирусы вне клеток другого организма не обладают ни одним из атрибутов живого, хотя у них есть наследственный аппарат. Они могут расти и размножаться лишь в клетке организма-хозяина, используя его ферментные системы.
В современном естествознании существует пять основных концепций возникновения жизни: 1) креационизм — божественное сотворение живого; 2) концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества; 3) концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда; 4) концепция панспермии — внеземного происхождения жизни; 5) концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся естественно-научным законам.
Первая концепция является религиозной и к науке прямого отношения не имеет. Хотя к нему близка концепция, согласно которой жизнь создана высшим разумом, находящимся вне Вселенной. Основывается она на отрицании возможности объяснить генезис жизни естественными причинами и направлена против концепции химической, предбиологической эволюции. В качестве основополагающего тезиса в данных концепциях рассматривается положение о том, что жизнь как на Земле, так и вообще где-либо во Вселенной не может возникнуть случайно. Жизнь представляет собой акт преднамеренного творения, что приводит к отождествлению современных космологических представлений с религиозными истинами, и для вечной, безграничной Вселенной характерно неизменное постоянство картин
344

жизни. Изложенная в ней временная и иерархическая последовательность событий содержит исходное представление об эволюции: первый день — появление света, второй день — звезд, третий день — создание Земли, четвертый день — Солнца и Луны, пятый день — рыб в море и птиц в небе, шестой день — создание человека и, наконец, седьмой день—день отдыха. В пользу данной концепции авторы приводят следующие аргументы: 1) белки, нуклеиновые кислоты и другие биологические соединения с их весьма сложной структурой могут быть созданы только живым существом, поскольку системы такой сложности не могут возникнуть в результате взаимодействия простых веществ в первичном океане; 2) в естественно-научном объяснении происхождения жизни необходимо исходить из положения, что жизнь уже была закодирована в структуре атомов.
В конце прошлого века были распространены «теории», согласно которым жизнь возникает в болотах, гниющей массе и тому подобных местах. Именно там из неживой материи возникают живые организмы — личинки мухи и даже мыши. Вторую концепцию опроверг изучавший деятельность бактерий французский микробиолог XIX в. — Луи Пастер. Третья концепция из-за своей оригинальности и умозаключительности всегда имела немного сторонников.
К началу XX в. в науке господствовали две последние концепции. Концепция панспермии, согласно которой жизнь была занесена на Землю извне, опиралась на обнаружение при изучении метеоритов и комет «предшественников живого» — органических соединений, которые, возможно, сыграли роль «семян». Во второй половине прошлого века шведский ученый Сванте Ар-рениус выдвинул оригинальную гипотезу. По его мнению, жизнь возникла не на Земле, а была занесена на нее из космоса. Наша планета была «заражена» микроорганизмами, прибывшими из глубин Вселенной. Этот процесс Аррениус назвал панспермией. Гипотеза шведского ученого не получила поддержки его коллег. Никто не видел возможности для микроорганизмов длительно путешествовать в космическом пространстве, не погибая от губительных излучений. В свое время эту гипотезу обсуждали
345

очень бурно. Его сторонниками были выдающиеся умы своего времени. Но были противники. Так, А. И. Опарин показал, что эта теория, строго говоря, ничего не дает. Во всяком случае, она не имеет никакого отношения к происхождению жизни, ибо даже если удастся доказать, что жизнь была занесена на нашу планету извне, то это не освобождает нас от необходимости объяснить, как же она возникла изначально. Теория панспермии позволяет разрешить лишь проблему происхождения земной жизни, одновременно увеличивая сложность основной проблемы во много раз.
В настоящее время возрождается старая идея панспермии. На международном симпозиуме «Поиски внеземной жизни», состоявшемся в Бостоне (США) в 1984 г., голландский ученый М. Гринберг сообщил, что в его экспериментах было показано, что в условиях вакуума и чрезвычайно низкой температуры, характерной для межзвездной среды, бактериальные споры могут противостоять радиации в течение нескольких тысяч лет. Этого, конечно, недостаточно, чтобы перенестись от звезды к звезде, но если «материнская» звезда проходит через пылевое облако, некоторые споры получают от его частиц дополнительную защиту и могут путешествовать миллионы лет.
У концепции появления жизни на Земле в историческом прошлом два варианта. Согласно одному, происхождение жизни — результат случайного образования единичной «живой молекулы», в строении которой был заложен весь план дальнейшего развития живого. Согласно другой точке зрения, происхождение жизни — результат закономерной эволюции материи.
Эта последняя концепция представляется наиболее научной, рассмотрим ее детально. Широко распространенной и экспериментально обоснованной является модель, получившая за рубежом название гипотезы Опарина-Холдейна — по имени ученых, выдвинувших сходные гипотезы скорее всего независимо друг от друга. Общность развиваемых учеными взглядов состоит в принятии за исходные тезисы утверждения о том, что все необходимые для возникновения жизни биологически значимые органические соединения могут образоваться в
346

абиогенных условиях, т. е. без участия живого, лишь на основе физико-химических закономерностей превращения веществ. Большинство современных специалистов также убеждено, что возникновение жизни в условиях первичной Земли есть результат естественной эволюции материи. Для изучения научной проблемы происхождения жизни необходимы прежде всего сведения о физико-химических условиях на ранней Земле. Такие данные связаны как с геологической эволюцией планеты, так и с эволюцией химических элементов Солнечной системы и солнечной активностью. Из большого числа химических элементов для жизни необходимы только 16, а водород, углерод, кислород и азот составляют почти 99% живой материи. В вещественном плане для становления жизни нужен прежде всего углерод. Жизнь на Земле основана на этом элементе, хотя в принципе можно предположить существование жизни и на кремниевой основе.
Уникальными свойствами обладает углерод, и наша жизнь называется углеродной или органической. Четырехвалентность углерода приводит к огромному числу его соединений, которыми занимается органическая химия. Углерод образует сложные молекулы, представляющие собой кольца и цепи, обеспечивающие разнообразие органических соединений. Аминокислоты — важный для жизни класс органических соединений. В живых организмах они используются для синтеза белков, растения могут синтезировать их из простых веществ, а в животные организмы часть их должна поступать с пищей, поэтому их называют незаменимыми. Из четырех нуклеотидов построены и другие крупные молекулы — нуклеиновые кислоты, тоже входящие в состав живой клетки. Кислород, водород и азот наряду с углеродом можно отнести к основам живого. Клетка состоит на 70% из кислорода, 17% углерода, 10% водорода, 3% азота. Все они принадлежат к наиболее устойчивым и распространенным на Земле химическим элементам. Они легко соединяются между собой, вступают в реакции и обладают малым атомным весом. Их соединения легко растворяются в воде. Органические вещества присутствовали на Земле при ее образовании. Они могли синтезироваться и на поверхности пылинок.
347

Современная теория происхождения жизни основана на идее о том, что биологические молекулы могли возникнуть в далеком геологическом прошлом неорганическим путем. Для возникновения жизни нужны определенные температуры, влажность, давление, уровень радиации, определенная направленность развития Вселенной и время. Земля подходила для зарождения жизни. Ее возраст 4,6 млрд лет. Температура поверхности в начальный период была 4000-8000 °С и по мере остывания Земли углерод и более тугоплавкие металлы конденсировались и образовали земную кору. Первичная атмосфера Земли на протяжении 2 млрд лет состояла, вероятно, главным образом из водяных паров, N2, C02, с небольшой примесью других газов (NH3, CH4, H2S) при почти полном отсутствии 02 (практически весь кислород, содержащийся в атмосфере в настоящее время, является продуктом фотосинтеза). Отсутствие в первоначальной атмосфере кислорода было необходимым условием возникновения жизни, так как органические вещества легче создаются в восстановительной среде. В отсутствие кислорода, который мог бы их разрушить, а также живых организмов, которые использовали бы их в качестве пищи, абиогенно образовавшиеся органические вещества накапливались в Мировом океане, возникшем по мере охлаждения поверхности Земли вследствие конденсации водяных паров и выпадения осадков. В 1953 г. Г. Меллер экспериментально установил, что при подводе энергии (например, в форме электрических зарядов, ультрафиолетового излучения, радиоактивного излучения и тепла) к газовой смеси, содержащей углерод, водород, кислород и азот, в восстановительной среде образуются все важные детали для построения биовеществ: аминокислот, гидроокисей, Сахаров, пуриновых и пиримидиновых оснований. С инициацией химических процессов на планете Земля началась фаза химической эволюции около 4-4,5 млрд лет назад. Основным результатом первой стадии химической эволюции стала интеграция простых атомов Н, С, N, Р. в относительно сложные органические молекулы. Результатом химической эволюции стала интеграция атомов химических элементов во многие сложные органические молекулы,
348

а молекул — во многие еще более сложные цепные молекулы. Важную роль в этих превращениях играли следующие химические элементарные процессы: гомогенный и гетерогенный катализ, автокатализ, бистабильность и колебания.
Следующим шагом было образование более крупных полимеров из малых органических мономеров, опять же без участия живых организмов. Видимо, на первичной Земле образование полимеров со случайной последовательностью аминокислот или нуклеотидов могло происходить при испарении воды в водоемах, оставшихся после отлива. Если полимер образовался, он способен влиять на образование других полимеров.
Сложную химическую эволюцию обычно выражают следующей обобщенной схемой: атомы —> простые соединения —> простые биоорганические соединения —> макромолекулы —> организованные системы. Следующим этапом после химической эволюции элементов является биохимическая эволюция.
Жизнь как особая форма существования материи характеризуется двумя отличительными свойствами—самовоспроизведением и обменом веществ с окружающей средой. На свойствах саморепродукции и обмена веществ строятся все современные гипотезы возникновения жизни. Наиболее широко признанные гипотезы — коацерватная и генетическая.
Коацерватная гипотеза (биохимическая эволюция). В 1924 г. русский ученый Александр Иванович Опарин впервые сформулировал основные положения концепции предбиологической эволюции и затем, опираясь на эксперименты Бунгенберга де Йонга, развил эти положения в коацерватной гипотезе происхождения жизни. Основу гипотезы составляет утверждение, что начальные этапы биогенеза были связаны с формированием белковых структур. Первые белковые структуры (протобионты, по терминологии Опарина) появились в период, когда молекулы белков отграничивались от окружающей среды мембраной. Эти структуры могли возникнуть из первичного «бульона» благодаря коацервации — самопроизвольному разделению водного раствора полимеров на фазы с различной их концентрацией. Процесс коацервации приводил к образованию микроскопических капе-
349

лек с высокой концентрацией полимеров. Часть этих капелек поглощали из среды низкомолекулярные соединения: аминокислоты, глюкозу, примитивные катализаторы. Взаимодействие молекулярного субстрата и катализаторов уже означало возникновение простейшего метаболизма внутри протобионтов.
Схема образования коацерватной капли следующая: молекула белка в растворе сближение молекул белка с потерей воды образование коацерватной капли.
Обладавшие метаболизмом капельки включали в себя из окружающей среды новые соединения и увеличивались в объеме. Когда коацерваты достигли размера, максимально допустимого в данных физических условиях, они распадались на более мелкие капельки, например, под действием волн, как это происходит при встряхивании сосуда с эмульсией масла в воде. Мелкие капельки вновь продолжали расти и затем образовывали новые поколения коацерватов. Постепенное усложнение протобионтов осуществлялось отбором таких коацерватных капель, которые обладали преимуществом в лучшем использовании вещества и энергии среды. Отбор как основная причина совершенствования коацерватов до первичных живых существ — центральное положение в гипотезе Опарина.
Генетическая гипотеза. Согласно этой гипотезе, вначале возникли нуклеиновые кислоты как матричная основа синтеза белков. Впервые ее выдвинул в 1929 г. Г. Меллер. Способность нуклеиновых кислот служить матрицами при образовании комплементарных цепей (например, синтез и-РНК на ДНК) — наиболее убедительный аргумент в пользу представлений о ведущем значении в процессе биогенеза наследственного аппарата и, следовательно, в пользу генетической гипотезы происхождения жизни. Гены наследственности располагаются в ДНК и передача информации идет в направлении ДНК-РНК-белок. Изменение пути передачи информации РНК-белок-ДНК произошло в результате эволюции РНК.
У английского ученого Дж. Холдейна «живыми или полуживыми объектами» назывались большие молекулы, способные к созданию своих копий. Живые тела, существующие на
350

Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот. Вещество обрело тем самым важнейшее свойство самовоспроизведения и вступило в новую фазу эволюции — фазу самоорганизации через самовоспроизведения. Здесь большое значение имело образование молекулярного языка биополимеров. Элементарный язык биологической системы — это химический язык. Он имеет алфавит, состоящий из различных сортов нуклеотидов и аминокислот. Он позволяет выстраивать последовательности символов различной длины — единицы мутации, кодирования и рекомбинации. Возникали все более сложные репликативные системы, конкурировавшие друг с другом.
Возникновение протоклеток положило начало биологической эволюции вещества. После того как углеродистые соединения образовали «первичный бульон», могли уже организоваться биополимеры — белки и нуклеиновые кислоты, обладающие свойством самопроизводства себе подобных. Механизм естественного отбора действовал на самых ранних стадиях зарождения органических веществ — из множества образующихся веществ сохранялись устойчивые к дальнейшему усложнению. Как показывает синергетика, энергия имела для возникновения жизни не меньшее значение, чем вещество. Некоторые из первых стадий эволюции к жизни были связаны с возникновением механизмов, способных поглощать и трансформировать химическую энергию, как бы выталкивая систему в сильно неравновесные условия.
Начало жизни на Земле положило появление нуклеиновых кислот, способных к воспроизводству белков. Однако до сих пор остаются неясными детали перехода от сложных органических веществ к простым живым организмам. Теория биохимической эволюции предлагает лишь общую схему. В соответствии с ней на границе между коацерватами — сгустками органических веществ — могли выстраиваться молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей коацерватам стабильность. В результате включения в коацерват молекулы, способной к
351

самовоспроизведению, могла возникнуть примитивная клетка, способная к росту. Следующим шагом в организации живого должно было стать образование мембран, которые отграничивали смеси органических веществ от окружающей среды. С их появлением и получается клетка — «единица жизни», главное структурное отличие живого от неживого.
Основные этапы биогенеза. Процесс биогенеза включал три основных этапа: возникновение органических веществ, появление сложных полимеров (нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов), образование первичных живых организмов. Клетка — основная элементарная единица жизни, способная к размножению, в ней протекают все главные обменные процессы (биосинтез, энергетический обмен и др.). Поэтому возникновение клеточной организации означало появление подлинной жизни и начало биологической эволюции.
Все основные процессы, определяющие поведение живого организма, протекают в клетках. Тысячи химических реакций происходят одновременно, для того чтобы клетка могла получить необходимые питательные вещества, синтезировать специальные биомолекулы и удалить отходы. Огромное значение для биологических процессов в клетке имеют ферменты. Синтез белка осуществляется в клетке. Величина клеток — от микрометра до более одного метра. Клетки могут быть дифференцированными (нервные, мышечные и т. д.). Большинство из них обладают способностью восстанавливаться, но некоторые, например, нервные — нет или почти нет.
На рис. 14.1 изображено «дерево» эволюции жизни на нашей планете.
Рассмотрим подробнее особенности эволюции на клеточном уровне организации жизни. Наибольшее различие существует не между растениями, грибами и животными, а между организмами, обладающими ядром (эукариоты) и не имеющими его (прокариоты). Последние представлены низшими организмами —бактериями и сине-зелеными водорослями (цианобактерии, или цианеи), все остальные организмы — эукариоты, которые сходны между собой по внутриклеточной организации, генетике,
352

биохимии и метаболизму. Различие между прокариотами и эу-кариотами заключается еще и в том, что первые могут жить как в бескислородной (облигатные анаэробы), так и в среде с разным содержанием кислорода (факультативные анаэробы и аэробы), в то время как для эукариотов, за немногим исключением, обязателен кислород. Все эти различия имели существенное значение для понимания ранних стадий биологической эволюции. Сравнение прокариот и эукариот по потребности в кислороде приводит к заключению, что прокариоты возникли в период, когда содержание кислорода в среде изменялось. Ко времени же появления эукариот концентрация кислорода была высокой и относительно постоянной. Первые фотосинтезирующие организмы появились около 3 млрд лет назад, а значительное количество данных об ископаемых эукариотах позволяет сказать, что их возраст составляет около 1,5 млрд лет. Можно предположить, что первая микрофлора и первая микрофауна появились
353

3,3-4 млрд лет назад. Первыми микроорганизмами могли быть бактерии или примитивные водоросли. В дальнейшем важную роль начали играть трофические связи. Основанием возникшей трофической цепи служили автотрофные растения, которые производили молекулярные структурные единицы из воды и молекул газа под действием солнечного света. Они медленно изменяли состав атмосферы. Из неассимилирующих организмов шанс на выживание имели лишь паразиты на протофлоре. Так появился принцип гетеротрофии, под которым понимают любой организм (травоядный, плотоядный или всеядный), который питается другими организмами.
Возникновение содержащей кислород атмосферы, начавшееся 2 млрд лет назад, глубоко изменило условия существования жизни. Для живых существ той далекой эпохи кислород был высокотоксичным газом, который в результате процесса окисления мог привести к разрушению органических молекул. Мутация и отбор помогли преодолеть и эту смертельную угрозу: возникли живые организмы, снабженные сначала примитивными органами, а впоследствии жабрами и легкими, которые развили высокоэффективные механизмы обмена веществ для атмосферы, содержащей кислород.
Собственно биологическая эволюция начинается с возникновения клеточной организации и в дальнейшем идет по пути совершенствования строения и функций клетки, образования многоклеточной организации, разделения живого на царства растений, животных, грибов с последующей их дифференциацией на виды.
Основные положения естественно-научной теории происхождения жизни следующие.

6. Из гетеротрофных организмов развились автотрофные.
Основные этапы развития жизни на Земле представлены
в табл. 14.1.
Таблица 14.1 Основные этапы развития жизни на Земле

Источник