РЕФЕРАТ ПО БИОЛОГИИ. Реферат современные представления о зарождении жизни. Рассмотрение и оценка различных гипотез происхождения
 Скачать 47.51 Kb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВО «ВГУ») Фармацевтический факультет Реферат СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ЗАРОЖДЕНИИ ЖИЗНИ. РАССМОТРЕНИЕ И ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ ГИПОТЕЗ ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Воронеж 2022 ОглавлениеВведение 3 I.Что такое жизнь? Отличие живого от неживого 5 II.Гипотезы и теории происхождения жизни на Земле 7 III.Донаучные представления о зарождении жизни 11 IV.Дальнейшее развитие жизни 23 Заключение 25 Список использованной литературы 27 ВведениеПроблема возникновения жизни на Земле издавна не дает покоя многим ученым. С тех пор, как человек начал задаваться вопросом, откуда произошло все живое прошло много лет, и за все это время рассматривалось множество гипотез и предположений о зарождении жизни. Религиозная теория, теория самозарождения, теория панспермии, теория вечного существования жизни... Человечество до сих пор не может до конца разгадать эту загадку. За основную теорию возникновения жизни, тем не менее, принимается теория, предложенная А. И. Опариным в первой половине ХХ века. Она основана на предположении о химической эволюции, которая постепенно переходит к биохимической, а затем - к биологической эволюции. Образование клетки явилось сложнейшим явлением. Но оно и положило начало развитию жизни и всему ее многообразию. Итак, с чего же все начиналось? Океаны, моря, озера, реки, горы, равнины, пустыни, даже воздух населены живыми существами. Миллиарды лет жизнь шествует на Земле как уникальная самоорганизующаяся система. Она знала периоды расцвета, исторических испытаний и тяжелых кризисов, прежде чем достигла в наши дни своего великолепного богатства. Сегодня науке известно около 4,5 млн. видов животных и растений. Предполагается, что за всю историю жизни на Земле существовало около 4,5 млрд. видов животных и растений. Как же появились эти виды? Во все ли эпохи истории Земли растительный и животный мир был таким, как сейчас? Для науки очевидно, что современный животный и растительный мир представляет собой лишь обложку той великой книги, которую изучает палеонтология. Окаменевшие останки живших некогда существ, которые содержатся в земных пластах, записали историю своей эволюции и ее связь с изменениями окружающей среды. С незапамятных времен происхождение жизни было загадкой для человечества. С момента своего появления благодаря труду человек начинает выделяться среди остальных живых существ. Но способность задавать себе вопрос «откуда мы?» человек получает сравнительно недавно — 7-8 тыс. лет назад, в начале нового каменного века (неолита). Первые примитивные формы веры в нереальные, сверхъестественные или божественные силы, существовавшие уже 35-40 тыс. лет назад, расширяются и укрепляются. Человек понимает, что он смертен, что одни рождаются, а другие умирают, что он создает орудия труда, обрабатывает землю и получает ее плоды. А что же лежит в основе всего, кто первосоздатель, кто создал землю и небо, животных и растения, воздух и воду, день и ночь, и, наконец, самого человека? Что такое жизнь? Отличие живого от неживогоДля понимания закономерностей эволюции органического мира на Земле необходимо иметь общие представления об эволюции и основных свойствах живого. Когда – то считалось, что живое можно отличить от неживого по таким свойствам, как обмен веществ, подвижность, раздражимость, рост, размножение, приспособляемость. Но анализ показал, что порознь все эти свойства встречаются и среди неживой природы, и поэтому не могут рассматриваться как специфические свойства живого. Итак, что такое живое и чем оно отличается от не живого. Наиболее точное определение жизни дал Ф. Энгельс: «Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел». Термин «белок» тогда ещё не был определён вполне точно, и его относили к протоплазме в целом. Сознавая неполноту своего определения, Энгельс писал: «Наша дефиниция жизни, разумеется, весьма недостаточна, поскольку она далека от того, чтобы охватить все явления жизни, а, напротив, ограничивается самыми общими и самыми простыми среди них…. Чтобы получить действительно исчерпывающее представление о жизни, нам пришлось бы проследить все формы её проявления, от самой низшей до «наивысшей». Кроме того, есть несколько фундаментальных отличий живого от неживого в вещественном, структурном и функциональном плана. В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, - белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). В структурном плане живое отличается от не живого клеточным строением. В функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя. Устойчивость и воспроизведение есть и в неживых системах, но в живых телах имеет место процесс самовоспроизведения. Это принципиально новый момент. Такие живые тела отличаются от неживых наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, активной регуляцией своего состава и функций, способностью к движению, раздражимостью, приспособленностью к среде и тд. Свойством живого является деятельность, активность. «Все живые существа должны или действовать, или погибнуть. Мышь должна находиться в постоянном движении, птица летать, рыба - плавать, а растение расти». Жизнь возможна при определённых физических и химических условиях (температура, присутствие воды, ряда солей и т. д.). Итак, «Жизнь – процесс существования биологических систем (например, клетка, организм растения, животного), основу которых составляют сложные органические вещества и способные самовоспроизводиться, поддерживать своё существование в результате обмена энергией, веществом и информацией со средой». Гипотезы и теории происхождения жизни на ЗемлеС глубокой древности и до нашего времени было высказано бессчетное количество гипотез о происхождении жизни на Земле. В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория, утверждающая, что всё живое происходит только от живого – теория биогенеза. В 1688 г. итальянский биолог Ф. Реди серией опытов с открытыми и закрытыми сосудами доказал, что появляющиеся в мясе белые маленькие черви – это личинки мух и сформулировал принцип: всё живое – из живого. В 1860 г. Пастер показал, что бактерии могут быть везде и заражать неживые вещества. Для избавления от них необходимо стерилизация, получившая название пастеризации. Однако как теория происхождения жизни биогенез несостоятелен, поскольку противопоставляет живое не живому, утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни. Абиотическая концепция. Абиогенез – идея о происхождении живого из неживого – исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. В 1924 г. известный биохимик А. И. Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4 - 4,5 млрд. лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Предсказания академика Опарина оправдались. В 1955 г. американский исследователь С. Миллер, пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот. Таким образом, в середине ХХ века был экспериментально осуществлен абиогенетический синтез белковоподобных и других органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли. Гипотеза Опарина о возникновении жизни на Земле опирается на представление о постепенном усложнении химической структуры и морфологического облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живым организмам. На стыке моря, суши и воздуха создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки подобно водным растворам желатина. А. И. Опарин назвал эти сгустки коацерватными каплями или коацерватами. Коацерваты – это обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры. Это еще не живые существа. Их возникновение рассматривают как стадию развития преджизни. Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений. Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению, стали контролировать синтез белков, определяя в них порядок аминокислот. А белки – ферменты осуществляли процесс создания новых копий нуклеиновых кислот. Так возникло главное свойство, характерное для жизни – способность к воспроизведению подобных себе молекул. Сильная сторона абиогенетической гипотезы – её эволюционный характер, жизнь – закономерный этап эволюции материи. Возможность экспериментальной проверки основных положений гипотезы. На коацерватных каплях можно сымитировать доклеточные фазы зарождения жизни. Слабая сторона гипотезы Опарина допускала воспроизводство протоживых структур в отсутствии молекулярных структур генетического кода. Гипотеза Опарина предъявляет особые требования к экспериментальному воспроизведению коацерватных структур: «первичный бульон» с химически сложной структурой, элементы биогенного происхождения (ферменты и коферменты). Абиогенная гипотеза включает решительный отпор ученых – сторонников идеи вечности и безначальности биологической жизни. Русский биохимик С. П. Костычев в своей брошюре «О появление жизни на Земле» замечает, что простейшие организмы посложнее всех фабрик и заводов, и случайное возникновение жизни маловероятно, жизнь никогда не создаётся на мёртвой материи». В отношении самозарождения организмов необходимо отметить, что Французская Академия наук, ещё в 1859 году, назначила специальную премию за попытку осветить по – новому вопрос о самопроизвольном зарождении жизни. Эту премию в 1862 г. получил знаменитый французский ученый Луи Пастер, который своими опытами доказал невозможность самозарождения микроорганизмов. В настоящее время жизнь на Земле не может возникнуть абиогенным путём. Ещё Дарвин в 1871 году писал: «Но если бы сейчас… в каком – либо тёплом водоёме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества, химически образовался белок, способны к дальнейшим всё более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено и поглощено, что было невозможно в период возникновения живых существ». Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена. В настоящее время существует 5 научных концепций возникновения жизни: 1. Креационизм – жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время; 2. Самопроизвольное зарождение – жизнь возникала неоднократно из неживого вещества; 3. Теория стационарного состояния – жизнь существовала всегда; 4.Теория панспермии – жизнь занесена на нашу планету извне; 5.Теория биохимической эволюции – жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам. Донаучные представления о зарождении жизниКреационизм Согласно этой теории жизнь возникла на Земле в результате какого-то сверхъестественного события в прошлом. Ее придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений. В 1650 году архиепископ Ашер из города Арма (Ирландия) вычислил, что бог сотворил мир в октябре 4004 года до н.э. Ашер получил эту дату, сложив возрасты всех людей, упоминающихся в библейской генеалогии, - от Адама до Христа («кто кого родил»). С точки зрения арифметики это разумно, однако при этом получается, что Адам жил в то время, когда на Ближнем Востоке уже существовала хорошо развитая городская цивилизация. Традиционное иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в книге Бытия, вызывало и продолжает вызывать споры. Христиане признают, что Библия – это завет господа людям, а вот из-за длины «дня» существуют разногласия: некоторые считают, что мир и все населяющие его организмы были созданы за шесть дней продолжительностью по 24 часа, другие считают, что «день» был гораздо длиннее. Они отвергают любые другие точки зрения и целиком полагаются на вдохновение, созерцание и божественное откровение. Первый день творения. Вначале сотворил Бог небо и землю. Земля была безвидна и пуста, и тьма над бездною, и Дух Божий носился над водой. И сказал Бог: да будет свет. И стал свет. И увидел Бог, что он хорош, и отделил Бог свет от тьмы. И назвал Бог свет днем, а тьму ночью. И был вечер, и было утро: день один. Второй день творения. И сказал Бог: да будет твердь посреди воды, и да отделяет она воду от воды. И стало так. И назвал Бог твердь небом. И сказал Бог: да соберется вода, которая под небом, в одно место, и да явится суша. И стало так. И назвал Бог сушу землёю, а собрание вод назвал морями. И увидел Бог, что это хорошо. Третий день творения. И сказал Бог: да и произрастит земля зелень, траву, сеющую семя ( по роду и подобию ее), и дерево плодовитое, приносящее по роду своему плод, в котором семя его на земле. И стало так. И произвела земля зелень, траву, сеющую семя по роду, и дерево, приносящее плод, в котором семя его по роду его. И увидел Бог, что это хорошо. И был вечер, и было утро: день третий. Четвертый день творения. И сказал Бог: да будут светила на тверди небесной (для освещения земли) и для отделения дня от ночи, и для знамений, и времён, и дней, и годов; и да будут они светильниками на тверди небесной, чтобы светить на землю. И стало так. И создал Бог два светила великие: светило большее, для управления днём, и светило меньшее, для управления ночью, и звезды; и поставил их Бог на тверди небесной, чтобы светить на землю, и управлять днем и ночью, и отделять свет от тьмы. И увидел Бог, что это хорошо. И был вечер, и было утро: день четвертый. Пятый день творения. И сказал Бог: да и произведёт вода пресмыкающихся, душу живую; и птицы да полетят над землёю, по тверди небесной. И стало так. И соотворил Бог рыб больших и всякую душу животных пресмыкающихся, которых произвела вода, по роду их, и всякую птицу пернатую по роду её. И увидел Бог, что это хорошо. И благословил их Бог, говоря: плодитесь и размножайтесь, и наполняйте воды в морях, и птицы да размножаются на земле. И был вечер, и было утро: день пятый. Шестой день творения. И сказал Бог: да произведёт земля душу живую по роду её, скотов, и гадов, и зверей земных по роду их. И стало так. И создал Бог зверей земных по роду их, и скот по роду его, и всех гадов земных по роду их. И увидел Бог, что это хорошо. И сказал Бог: сотворим человека по образу Нашему, и да владычествуют они над рыбами морскими, и над птицами небесными, и над зверями, и над скотом, и над всею землёю, и над всеми гадами, пресмыкающимися по земле. И сотворил Бог человека по образу Своему, по образу Божию сотворил его; мужчину и женщину сотворил их. И благословил их Бог, и сказал им Бог: плодитесь и размножайтесь, и наполняйте землю и обладайте ею. И был вечер, и было утро: день шестой. Седьмой день – день покоя. Так совершены небо и земля и всё воинство их. И совершил Бог к седьмому дню дела Свои, которые он делал, и почил в день седьмой от всех дел своих, которые делал. И благословил Бог седьмой день, и освятил его, ибо в оный почил от всех дел Своих, которые Бог творил и созидал. Вера признает вещи, которым нет доказательств в научном смысле слова. Это означает, что не может быть противоречия между научным и богословским объяснением сотворения мира, так как эти две формы мышления взаимно исключают одна другую. Для ученого научная истина всегда содержит элемент гипотезы, а для верующего теологическая истина абсолютна. Гипотеза самозарождения жизни Эта теория была распространена в древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель (384 – 322 до н.э.), которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения. На основе собственных наблюдений он развивал эту теорию дальше, связывая все организмы в непрерывный ряд – «лестницу природы» (scalanaturae): «Ибо природа совершает переход от безжизненных объектов к животным с такой плавной последовательностью, поместив между ними существа, которые живут, не будучи при этом животными, что между соседними группами, благодаря их тесной близости, едва можно заметить различия» (Аристотель) «Таковы факты – живое может возникать в результате не только спаривания животных, но и разложения почвы…Также обстоит дело и у растений: некоторые развиваются из семян, а другие как бы самозарождаются под действием сил природы, возникая из разлагающейся земли или из определенных частей растений» (Аристотель). Ван Гельмонт (1577-1644), весьма знаменитый ученый (водная теория фотосинтеза), описал эксперимент, в котором он за три недели создал мышей. Для этого нужны были только грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши ванн Гельмонт считал человеческий пот. В 1688 году итальянский ученый Франческо Реди, живший во Флоренции, подошел к проблеме возникновения жизни более строго и поверг сомнению теорию спонтанного зарождения. «Убежденность была бы тщетной, если бы ее нельзя было подтвердить экспериментом. Поэтому в середине июля я взял четыре больших сосуда с широким горлом, поместил в один из них змею, в другой – немного рыбы, в третий – угрей из Арно, в четвертый – кусок молочной телятины, плотно закрыл их и запечатал. Затем я поместил то же самое в четыре других сосуда, оставив их открытыми. Вскоре мясо и рыба в незапечатанных сосудах зачервивели; можно было видеть, как мухи свободно залетают в сосуды и вылетают из них. Но в запечатанных сосудах я не видел ни одного червяка, хотя прошло много дней, после того как в них была положена дохлая рыба» (Реди) Эти эксперименты не привели к отказу от идеи спонтанного зарождения, так как многие ученые утверждали, что жизненная (виталистическая) сила, которая есть в воздухе не могла проникнуть в запечатанные сосуды. Нужно было поставить такой опыт. Луи Пастер (1822-1895) – французский ученый провел эксперимент, соперничавший по простоте со знаменитым опытом Реди. Он кипятил в колбе различные питательные среды, в которых могли развиваться микроорганизмы. При длительном кипячении в колбе погибали не только микроорганизмы, но их споры. Помня об утверждении виталистов, что «жизненная сила» не может проникнуть в запаянную колбу, Пастер присоединил к ней S – образную трубку. Споры микроорганизмов оседали на поверхности изогнутой трубки и не могли проникнуть в питательную среду. Пастер своими опытами доказал невозможность самопроизвольного зарождения жизни. Представлениям о «жизненной силе» - витализму был нанесен сокрушительный удар. Но и в настоящее время есть люди, которые продолжают верить в самозарождение жизни. Гипотеза стационарного состояния Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды также существовали всегда. Оценки возраста Земли очень варьируют: от 6000 тысяч лет по расчетам архиепископа Ашера до 5 млрд. лет по современным оценкам, основанным на скорости радиоактивного распада. Более совершенные методы дают все более высокие оценки возраста Земли, что позволяет сторонникам теории стационарного состояния полагать, что Земля существовала всегда. Согласно этой теории, виды также никогда не возникали, они существовали всегда и у каждого вида есть лишь две возможности – либо изменение численности, либо вымирание. Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводят в качестве примера представителя кистеперых рыб – латимерию. По палеонтологическим данным кистеперые вымерли в конце мелового периода, 70 млн. лет назад. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Внезапное появление какого-нибудь ископаемого вида в определенном пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков. Большая часть доводов в пользу этой теории связана с такими неясными аспектами эволюции, как значение разрывов в палеонтологической летописи. Гипотеза панспермии Эта теория не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни, а выдвигает идею о ее внеземном происхождении. Теория панспермии утверждает, что жизнь могла возникнуть один или несколько раз в разное время и в разных частях Галактики или Вселенной. Для обоснования этой теории используются многократные появления НЛО, наскальные изображения предметов, похожих на ракеты и «космонавтов», а также сообщения о якобы встречах с инопланетянами. Панспермия - гипотеза о возможности переноса жизни в космическом пространстве с одного тела на другое. В более узком смысле – гипотеза занесения жизни на Землю из космоса, предложенная Рихтером в 1865 году и окончательно сформулированная Аррениусом в 1895 году. Согласно этой гипотезе, наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения на нашу планету с метеоритами и космической пылью. Это предположение опирается на данные о высокой устойчивости некоторых микроорганизмов и их спор к радиации, вакууму и другим воздействиям. Однако до сих пор нет достоверных фактов, подтверждающих внеземное происхождение микроорганизмов, найденных на метеоритах. Исследования в космосе позволяют считать, что вероятность обнаружить жизнь в пределах Солнечной системы ничтожна, - однако они не дают никаких сведений о возможности жизни вне этой системы. При изучении материалов метеоритов и комет в них были обнаружены многие «предшественники живого» - такие вещества, как цианогены, синильная кислота и органические соединения, которые, возможно, сыграли роль семян, падающих на Землю. Появился ряд сообщений о нахождении в метеоритах объектов, напоминающих примитивные формы жизни, однако доводы в пользу их биологической природы пока не кажутся ученым убедительными. «Ученые, отстаивающие теорию «панспермии» (проникновения на Землю живых организмов из космоса), получили в руки новый козырь. Специалисты НАСА обнаружили на метеорите, упавшем неподалеку от города Мельбурна, следы внеземной жизни. Агенство «ЭФЕ» передает, что речь идет об ископаемых микроорганизмах, чей возраст более 4,6 млрд.лет. Примерно тогда на нашей планете появились первые микроскопические существа. В ходе научной конференции, прошедшей в Университете Мельбурна (2000 год), автор этого открытия, глава Департамента НАСА Ричард Хувер заявил, что сходство между земными и «метеоритными» бактериями можно объяснить двумя гипотезами. Первая состоит в том, что жизнь зародилась за пределами Земли и была доставлена на нашу планету вместе с метеоритами. Согласно второму предположению, бактерии попали на метеорит уже после удара о планету. Однако Хувер таинственно утверждает, что жизнь пришла на Землю из космоса, и собирается в скором времени их обнародовать». Теория биохимической революции Возникновение и эволюция земной атмосферы По мнению многих биологов, в далеком прошлом состояние нашей планеты было мало похоже на нынешнее: по всей вероятности, температура ее поверхности была очень высокой (от 4000 до 8000 градусов), и по мере того, как Земля остывала, углерод и более тугоплавкие металлы конденсировались и образовывали земную кору; поверхность планеты была, вероятно, голой и неровной, так как на ней в результате вулканической деятельности происходило образование складок и разрывов. Ученые полагают, что атмосфера в те времена была совершенно не такая, как теперь. Легкие газы – водород, гелий, азот, кислород и аргон – уходили из атмосферы, так как гравитационное поле нашей планеты еще не могло их удержать. Однако простые соединения, такие как вода, аммиак, двуокись углерода и метан, должны были удерживаться. До тех пор пока температура Земли не упала до 100 градусов, вся вода, вероятно, находилась в парообразном состоянии. Атмосфера была, по-видимому, «восстановительной», о чем свидетельствует наличие в самых древних горных породах Земли металлов в восстановленной форме, таких как двухвалентное железо. Более молодые горные породы содержат металлы в окисленной форме, например, трехвалентное железо. Отсутствие в атмосфере кислорода было, вероятно, необходимым условием для возникновения жизни; лабораторные опыты показывают, что, как это ни пародоксально, органические вещества легче создаются в восстановительной среде, чем в атмосфере, богатой кислородом. Атмосферы самых больших планет Солнечной системы, Юпитера и Сатурна, состоят главным образом из газообразного водорода, воды и аммиака. Первичная земная атмосфера могла иметь такой же состав. В 1923 году А.И.Опарин высказал мнение, что атмосфера первичной Земли была не такой, как сейчас, а состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды. Из них под действием электрических разрядов могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. В океанах постепенно накопилось органическое вещество и образовался «первичный бульон», в котором и могла возникнуть жизнь. Подобную сходную мысль высказывал еще Чарлз Дарвин в 1871 году. «Часто говорят, что все необходимые для создания живого организма условия, которые когда-то могли существовать, имеются и в настоящее время. Но если (ох, какое это большое «если») представить себе, что в каком-то небольшом теплом пруду, содержащем всевозможные аммонийные и фосфорные соли, при наличии света, тепла и электричества и т.п. образовался бы химическим путем белок, готовый претерпеть еще более сложные превращения, то в наши дни такой материал непрерывно пожирался бы или поглощался, чего не могло случиться до того, как появились живые существа» (Дарвин). Химическая эволюция. «Протобионт» - термин, принятый для обозначения промежуточного звена в процессе возникновения жизни между химическими соединениями и живыми организмами. В 1924 году Александр Опарин с сотрудниками предложил в качестве модели протоклетоккоацерватные капли. Коацерватные капли способны обмениваться с окружающей средой веществами и избирательно накапливать различные соединения. Предполагается, что коацерватами происходило поглощение ионов металлов и образование ферментов. На границе между коацерватами и внешней среды выстраивались молекулы липидов, углеводов, белков, что привело к появлению клеточной мембраны. Включение нуклеиновых кислот привело к самовоспроизведению. Постепенно мог возникнуть примитивный самовоспроизводящийся гетеротрофный организм, питающийся органическими веществами «первичного бульона». Предсказание академика Опарина оправдалось. В 1955 году американский исследователь С.Миллер, пропуская электрические разряды над водой через смесь газов: аммиака, метана, водорода и паров воды получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот – аланин, глицин и другие. Экспериментальное доказательство возможности образования аминокислот из неорганических соединений – чрезвычайно важное указание на то, что первым шагомна пути возникновения жизни на Земле был абиогенный синтез органических веществ (небиологический). Большое количество данных говорит о том, что средой возникновения жизни могли быть прибрежные районы морей и океанов. Именно здесь создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. В концентрированных растворах органических веществ возникли коацерватные капли, которые способны адсорбировать различные вещества. Они способны « питаться, выводить ненужные вещества, делиться». Но коацерваты – это еще не живые существа, это только капли живой материи, им еще предстояло пройти сложный путь эволюции. Возникновение метаболизма Совокупность всех химических реакций в живой клетке объединяют понятием «метаболизм»; сюда входит дыхание, высвобождающее энергию из питательных веществ; использование энергии для движения, для синтеза полимеров и для накопления веществ, поступающих в клетку из среды; превращение одних веществ в другие. Изучение коацерватов позволяет предположить, как могли возникнуть сложные пути метаболизма. Для того, чтобы коацерваты превратились в живые организмы, потребовались многие миллионы лет химической эволюции, на протяжении которой шел отбор химических комбинаций, способных дольше всего просуществовать, не разрушаясь. Биологам уже давно известно, что энергию для химических реакций в живых клетках поставляет АТФ. Вначале было высказано предположение, что первые организмы получали энергию, поглощая АТФ из «первичного бульона». Первые организмы были гетеротрофами, получающими энергию путем бескислородного расщепления органических соединений. Появление организмов, способных к фотосинтезу, привело к выделению в атмосферу и воду кислорода. В его присутствии стало возможным кислородное расщепление органических веществ. Возникновение размножения Хотя образовавшиеся путем самосборки коацерваты и имеют кое-что общее с нынешними клетками, их все же нельзя назвать «живыми», поскольку они не имеют генетической информации, которая позволяла бы им точно воспроизводить самих себя. У современных организмов большая часть генетической информации закодирована в последовательности нуклеотидных мономеров ДНК. ДНК содержит инструкции по изготовлению своих копий; поэтому при клеточном делении две дочерние клетки получают совершенно идентичную генетическую информацию. Когда мы задаем себе вопрос: «Как эволюция могла породить эту сложную систему?» - мы сразу сталкиваемся с одной весьма непростой проблемой. Дело в том, что почти на всех биохимических этапах на пути от ДНК к белковому синтезу нуклеотиды должны связываться друг с другом, а связывание осуществляют ферменты. Между тем эти ферменты должны вначале образоваться в соответствии с инструкциями, содержащимися в уже имеющихся нуклеиновых кислотах. Таким образом, это, по сути дела, не что иное, как новый вариант проблемы курицы и яйца: что появилось раньше – ферменты или нуклеиновые кислоты? Ученые пока не могут дать полный ответ на этот вопрос, но кое-какие обнадеживающие сведения уже получены. Сейчас представляется вероятным, что первым носителем информации была РНК, а не ДНК. Но постепенно в процессе эволюции, так как ДНК стабильнее РНК и может копироваться с большей точностью, она стала отвечать за генетическую информацию, а РНК перешла на роль «посредника», теперь она переносит инструкции от ДНК к белку. В конечном итоге сформировалась существующая ныне система, со специфической функцией у каждого вида молекул и с точным распознаванием молекул, которые должны взаимодействовать, чтобы воспроизводить ДНК и синтезировать белки в соответствии с генетическими инструкциями. Дальнейшее развитие жизниС появлением надежного механизма воспроизведения генетической информации процесс возникновения жизни завершился. Эра химической эволюции закончилась, наступила эра естественного отбора. Теперь уже недостаточно было просто выжить; отбор среди клеток велся на способность получать энергию более эффективным путем и обращать ее на создание потомства. В течение долгого времени все организмы были гетеротрофами, так как пищей им служили либо органические молекулы из «первичного бульона», либо их собственные менее удачные собратья. Следующим важным событием в эволюции жизни было развитие автотрофности, то есть способности организмов синтезировать питательные вещества из неорганических соединений. После появления автотрофности живой мир перестал зависеть от органических веществ; теперь Земля могла прокормить во много раз больше живых существ. Самые обычные автотрофы наших дней – это зеленые растения. Есть бактерии, живущие за счет хемосинтеза, то есть добывающие энергию за счет окисления различных неорганических соединений. Большая часть кислорода в нашей атмосфере представляет собой продукт фотосинтеза. Появление кислорода в атмосфере привело к серьезному кризису, коренным образом изменившему условия среды: кислород разрушает флавины, а флавины необходимы в качестве коферментов для многих биохимических путей, так что без них организмы не могут существовать. Это разрушительное действие кислорода породило, вероятно, давление отбора, которое и обусловило следующий важный шаг к эволюции живого – возникновение дыхания. Подобно всем прочим метаболическим процессам, дыхание, конечно, эволюционировало постепенно. Эту эволюцию можно проследить, изучая метаболизм современных бактерий. В настоящее время анаэробные организмы обитают лишь там, где недостаточно кислорода для поддержания аэробной жизни ЗаключениеИз того, что мы знаем о происхождении жизни на Земле ясно, что процесс возникновения живых организмов из простых органических соединений был крайне длительным. Чтобы на Земле зародилась жизнь, понадобился длившийся много миллионов лет эволюционный процесс, в течение которого сложные молекулярные структуры, прежде всего, нуклеиновые кислоты и белки, прошли отбор на устойчивость, на способность к воспроизведению себе подобных. 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. Экспериментально удалось установить основные этапы, по которым могла возникнуть жизнь на Земле: синтез простых органических соединений, синтез полимеров, близких к нуклеиновым кислотам и белкам, образование первичных живых организмов (протобионтов). Собственно биологическая эволюция начинается с образования клеточной организации и в дальнейшем идёт по пути совершенствования строения и функций клетки, образования многоклеточной организации, разделения живого на царства растений, животных, грибов, с последующей их дифференциацией на виды. Теория эволюции даёт возможность понять стратегию взаимоотношения человека и окружающей живой природы, позволяет ставить вопрос о разработке принципов управляемой эволюции. Отдельные элементы такой управляемой эволюции просматриваются уже сегодня, например, в попытках непростого промыслового использования, а хозяйственного управления эволюцией отдельных видов животных и растений. Изучение процессов эволюции важно для охраны окружающей среды. Человек, вторгаясь в природу, ещё не научился предвидеть и предупреждать нежелательные последствия своего вмешательства. Ещё В. И. Вернадский верил в силу человеческого разума, в то, что всё активнее вторгаясь в природные эволюционные процессы, он сумеет направить эволюцию живого таким образом, чтобы сделать планету ещё прекраснее и богаче. Сегодня, эволюционная теория позволяет интегрировать достижения всех биологических дисциплин (определяя направления каждой из них), завтра – станет основой оптимальной стратегии взаимоотношения развивающегося человечества и Земли. Список использованной литературыАллен Р.Д. Наука о жизни – М.: Просвещение, 1981. Воронцов Н.Н. Теория эволюции: Истоки, постулаты и проблемы. – М.: Знание, 1984. Ганты Т. Жизнь и ее происхождение. – М.: Просвещение, 1984. Захаров В.Б. Общая биология: Учеб. Для 10-11 кл. общеобразоват. учреждений/ В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин. – М.: Дрофа, 2003 Мамонтов С.Г. и др. Основы биологии: Курс для самообразования / С.Г. Мамонтов, В.Б. Захаров, Т.А. Козлова. – М.: Просвещение, 1992. Симонеску К., Денеш Ф. Происхождение жизни (химические теории). – М.: Мир, 1986. |