Реферат: Происхождение жизни на Земле

СОДЕРЖАНИЕ:

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

1. Основные подходы к проблемепроисхождения жизни. Гипотеза А.И. Опарина о коацерватной стадии в процессевозникновения жизни…………5

2. Этапы химической ипредбиологической эволюции на пути к жизни…8

3. Новая гипотеза об особойроли малых молекул в первичном

зарождении белково-нуклеиновых систем…………………………………...10

Заключение……………………………………………………………………….11

Литература…………………………………………………………………….…13

Приложение………………………………………………………………………14

ВВЕДЕНИЕ:

Чтобысоздать полную теорию эволюции, надо в первую очередь определить ее отправнуюточку.

Насегодня есть ряд концепций зарождения жизни на Земле: от божественного происхождения,зарождение через эволюцию неживого вещества до информации в гене Вселенной,которая реализуется в уникальных условиях: сочетание антропоцентристскогопринципа и внешних условий космического объекта Вселенной.

Для тогочтобы установить начало жизни, нужно определить границу, отделяющую живое отнеживого, и есть ли она? К сожалению, однозначно дать определение живому неудается, но принципиальные отличительные характеристики указать можно.

Считается,что первые убедительные научные факты представил Л. Пастер в 1860 г., проведя пастеризацию мяса. Однако из его опытов не следует, что жизнь не может зарождатьсяиз неживого, так как нет сведений о длительности такого процесса. Им былисозданы закритические условия для ее существования и зарождения, то есть Средабыла умерщвлена и изолирована.

Суть опытаПастера, основателя микробиологии заключается в том, что он прокипятил мяснойбульон и герметично закрыл его. Будучи специалистом по кристаллографии, онотметил, что вещества небиологического происхождения имеют симметричнуюструктуру, а микроорганизмы — асимметричную. Но и это не убедительно, ибо и укристалла можно нарушить симметрию, но он не оживет и не разрушится, а живоеможет быть симметричным.

Приверженцамигена Вселенной, несущего информацию о жизни, были Аррениус, лорд У. Кельвин(1824-1907), Г. Гельмгольц, С. Либих, К. А. Тимирязев (1843-1905) и др. И есликолебательно-волновое и вращательное движения наиболее характерны для Природы,то «дыхание» Вселенной (расширение — сжатие) должно восприниматьсяестественно, и ее ген должен нести зачатки жизни. Иначе нарушается вся логикаразвития Природы.

Кромелогики и философии, существуют и физические предпосылки, объясняющиезарождение жизни. В 1975 г. обнаружены в лунном грунте и в метеоритахсоставляющие аминокислот. Правда и эти части Вселенной могли быть порожденыЗемлей.

В 1999 г. жизнь обнаружена на расстояниях до 11 км в верхних слоях атмосферы и на таких же глубинах вгидросфере и земной коры.

Длясоздания углеводородов нужны существенные затраты энергии. И жизнь присоответствующих внешних условиях может возникнуть из неживой материи скачкомпри появлении необходимой энергии (Менделеев, Опарин, Джине и др.) — отсложных органических веществ перейти к простым живым организмам. ЛауреатНобелевской премии американский генетик -Г. Миллер заявил, что жизнь возникла вформе гена — элемента наследственксстх — путем случайного сочетанияатомных-групп и молекул.

Российскийакадемик А. И. Опарин (1894-1980)в 1936 г. дал описание коллоидной фазы развития жизни и возникновения способности к фотосинтезу у предшественниковрастительных организмов. Коацерваты уже могут увеличиваться в размерах,делиться на части и подвергаться химическим изменениям на границе, которыеносят зачатки метаболизма, а переход к живому происходит, когда на смену«соревнованию в скорости роста приходит борьба за существование». Сним созвучен и Д. С. Холдейн (1860-1936), а сама гипотеза носит название Холдейна-Опарина.

В 60-е-70гг.ХХстолетия опыты и расчеты Г.С. Юри, Б. С. Соколова, X. Оро, К. Миллера, К.Сагана показали, что солнечное излучение способно обеспечить ход мощныхпроцессов синтеза и неорганического фотосинтеза, что могло привести к «выживанию»более сложных молекул вместо простых. Итак, теория Опарина получилапризнание, но переход от сложных органических веществ к простым живыморганизмам остается тайной.

Наиболеелаконичное и нетрадиционное для биологов-натуралистов определение жизни далфизик Ф. Типлер (амер.): жизнь — это закодированная информация, котораясохраняется естественным отбором, не привязанная к нуклеиновым кислотамобязательным образом. То есть к белково-нуклеиновой основе жизни можно прийтитолько через какой-то или какие-то промежуточные переходные этапы. Прямойсинтез, возможно, и не реализуем.

Другойподход: обнаружение в метеоритах органических веществ позволило предположить,что жизнь была занесена на Землю из космоса. Как могли на Земле в ходехимической эволюции сложиться из неживого вещества такие высокоупорядоченныесистемы обмена веществ и воспроизведения? Появление и эволюция человеканеразрывно связывают биологию с философией, как биологическая эволюция привелак появлению разума, ведь принципиальных различий в строении мозга человека ишимпанзе нет?

Выяснилось,что простейшей структурной единицей мозга служит не отдельная нервная клетка, аих ансамбль со сложными, но фиксированными взаимосвязями. Эволюция мозга, егоусложнение идет за счет роста организованности, упорядоченности

Переходот приматов к человеку связан с переходом от биологических регуляторов внутрисообщества к регуляторам социальным. Этого требовала организация трудовогопроцесса.

Строениеансамблей нервных клеток, их связи в мозге программируются генетическимаппаратом. Развитость речевых и двигательно-трудовых структурных ансамблеймозга человека наследуется от родителей. Но наследуются не речь и не трудовыенавыки, а лишь потенциальная возможность их последующего приобретения.

1.Основные подходы к проблеме происхождения жизни. Гипотеза А.И. Опарина окоацерватной стадии в процессе возникновения жизни.

Вначалев науке вообще не существовало проблемы возникновения жизни. Допускаласьвозможность постоянного зарождения живого из неживого.

ВеликийАристотель (IV в. до н.э.) не сомневался в самозарождении лягушек,мышей. В III в. н.э. философ Плотин (ярко выраженный идеалист)говорил о самозарождении живых существ из земли в процессе гниения. В XVII в.голландский ученый Я.Б. Ван-Гельмонт составлял рецепты получения мышей изпшеницы и загрязненного потом белья. В. Гарвей, Р. Декарт, Г. Галилей, Ж.Б.Ламарк, Г. Гегель тоже придерживались мысли о постоянно осуществляющемсясамопроизвольном зарождении живого из неживого.

Но с XVII в.стали накапливаться данные против такого понимания. В 1668 г. тосканский врач Франческо Реди доказал, что белые черви в гниющем мясе есть не что иное, какличинки мух. Через 100 лет итальянец Л. Спаллацани и русский М. Тереховскийпоставили под сомнение представления о самозарождении микроорганизмов.

Окончательноже ученые отказались от подобных представлений лишь во второй половине XIX в. В 1862 г. Луи Пастер убедительными опытами доказал невозможность самопроизвольного зарожденияпростейших организмов в современных условиях и утвердил принцип «все живоеиз живого».

Послеэтого одни ученые поставили вопрос об историческом возникновении жизни впервобытных условиях Земли, другие же склонились к тому, что жизнь на нашейпланете никогда не зарождалась, а была занесена на нее из Космоса, где онасуществует вечно. Однако такой подход просто снимает проблему возникновенияжизни.

Существуеттакже точка зрения, что жизнь возникла чисто случайно и совершенно внезапно.Американский генетик Г. Меллер (лауреат Нобелевской премии) допускает, чтоживая молекула, способная размножаться, могла возникнуть вдруг, случайно врезультате взаимодействия простейших веществ.

Онсчитает, что элементарная единица наследственности — ген — является и основойжизни. И жизнь в форме гена, по его мнению, возникла путем случайногосочетания атомных группировок и молекул, существовавших в водах первичногоокеана. Но подсчеты показывают невероятность такого события. Труднорассчитывать получить одну молекулу РНК вируса табачной мозаики за 109лет даже в том случае, если бы весь Космос представлял собой реагирующую смесьнуклеотидов, входящих в РНК.

Большинствоученых отказалось от такого предположения.

Ф.Энгельс одним из первых высказал мысль, что жизнь возникла не внезапно, асформировалась в ходе длительной эволюции материи. Эволюционная идеяположена в основу гипотезы сложного,многоступенчатого пути развития материи, предшествовавшего зарождению жизни наЗемле, выдвинутой А.И. Опариным в 1924 г. и английским исследователем Дж. Холдейном в 1929 г.

ГипотезаА.И. Опарина о коацерватной стадии в процессе возникновения жизни.

Коацерваты— это комплексы коллоидных частиц. Онимогут возникать, например, из комплексных солей кобальта, кремнекислого натрияи нашатырного спирта, в растворе ацетилцеллюлозы, в хлороформе или бензоле, присмешивании растворов различных белков. Такой раствор, как правило, разделяетсяна два слоя — слой, богатый коллоидными частицами, и жидкость, почти свободнуюот них.

Внекоторых случаях коацерваты образуются в виде отдельных капель, видимых подмикроскопом. Для их образования необходимо присутствие в растворе нескольких(хотя бы двух) разноименно заряженных высокомолекулярных веществ. Поскольку вводах первичного океана это условие было соблюдено, образование в нем коацерватовмогло быть реальным.

А.И.Опарин предположил, что в массе коацерватных капель должен был идти отборнаиболее устойчивых в существовавших условиях. Многие миллионы лет шел процессестественного отбора коацерватных капель. Сохранялась лишь ничтожная ихчасть.

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

Подостижении этой стадии коацерватная капля превратилась в простейший живойорганизм. Коацерватные капли были местом встречи и взаимодействия до этогонезависимо возникавших простых белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов илипидов.

Отдельнаямолекула, даже очень сложная, не может быть живой. Ученые считают, чтопервоначально на молекулярном уровне могли возникать лишь белково- инуклеино-подобные полимеры, лишенные какой-либо биологической целесообразностисвоего строения. Только при объединенииэтих полимеров в многомолекулярные фазовообособленные системы могло возникнутьвзаимосогласование их структур и биологическое функционирование новых целостныхсистем.

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

Где-тона той же стадии возникает и естественный отбор, способствующий сохранениюнаиболее совершенных и целесообразных структур. Здесь много неясного, но втрудах ведущих синергетиков И. Пригожина и М. Эйгена и многих других ученыхдается все более обосновываемая картина действия отбора на высокомолекулярном инадмолекулярном уровнях.

2.Этапы химической и предбиологической эволюции на пути к жизни

ГипотезаА.И. Опарина способствовала конкретному изучению происхождения простейших формжизни. Она положила начало физико-химическому моделированию процессов образованиямолекул аминокислот, нуклеиновых оснований, углеводородов в условияхпредполагаемой первичной атмосферы Земли.

Послеработ немецкого исследователя С. Мюллера и других стало известно, что подвоздействием физических излучений эти биоорганические молекулы могутобразовываться в самых различных смесях, содержащих водород, азот, аммиак,воду, углекислый газ, метан, синильную кислоту и т.п.

Имеетсяли этот исходный материал в реальном космическом пространстве? Сейчасустановлено наличие в межзвездной среде облаков пыли и газа, в которыхобнаружены многие неорганические молекулы Н2О, NH3, SO, SiO, H2S и т.д. Особенно показательно присутствие в космосетаких органических соединений, как формальдегид, цианацетилен, ацетальдегид,формамид, метилформиат.

Сенсациейявилось открытие космических облаков этилового спирта с температурой 200 К и сконцентрацией молекул 1012-1013 в 1 см3. Подобные соединения близки к биоорганическим молекуламили легко могут превратиться в них. Таким образом, достоверно установлено,что в космосе имеются необходимые компоненты для синтеза более сложныхсоединений, важных для формирования белков, углеводов, нуклеиновых полимеров илипидов.

Следующие,более сложные звенья эволюционной цепочки обнаружены при изучении вещественногосостава метеоритов и лунных пород, доставленных космическим аппаратом. В нихобнаружены аминокислоты, алифатические и ароматические углеводороды, предшественникинуклеиновых кислот -аденин и гуанин, порфирин — простейший химический предшественникхлорофилла. И на земле, в древних отложениях с возрастом порядка сотенмиллионов и нескольких миллиардов лет, обнаружено множество органическихсоединений, которые подсказывают возможные пути возникновения жизни (аминокислоты,углеводороды, порфирины и др.).

Обращаетна себя внимание следующий факт. В нашей галактике наиболее распространеныводород, 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 характернамолекулярная форма существования и склонность к флюидному, текучему состоянию(жидкость, газ). Для планетарной группы элементов типично твердое агрегатноесостояние в виде бесконечных кристаллических структур, в которых невозможновыделить отдельные молекулы.

Мертвые,застывшие, окаменевшие пространства Луны, Меркурия, Марса — результат утратыими подвижных флюидных элементов, осуществляющих транспортировку вещества иэнергии.

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

Химическаяэволюция на поверхности планет реализуется тогда, когда энергия звездногоизлучения может превратиться в энергию возбуждения молекулярных структур. Поэтомурешающим условием зарождения жизни на Земле явился фотосинтез.

Возрастнашей Земли более 4 млрд. лет, а следы остатков древних организмов насчитывают3,2—3,8 млрд. лет.

Если сейчасв атмосфере Земли 78% азота и 21% кислорода, то более 3 млрд. лет назад ватмосфере Земли свободного кислорода практически не было. Тогда температураповерхности Земли была намного выше современной, а атмосфера состояла из паровводы и примеси вулканических газов (азота, углекислого газа, аммиака, метана идр.) Единственным источником ничтожных количеств кислорода были реакциифотодиссоциации молекул воды в верхних частях атмосферы под воздействием солнечнойрадиации.

Около 3 млрд.лет назад на Земле пошли энергичные процессы окисления за счет кислорода,источником которого явились фотосинтсзирующие живые организмы. Активность биосферы,в конечном счете, и определила современный состав атмосферы Земли.

Первыедостоверные следы жизни обнаружены в отложениях, возраст которых около 3 млрд.лет. К ним относятся следы, оставшиеся от сине-зеленых водорослей визвестняках Южной Африки, остатки организмов в песчаниках Канады. Но импредшествовали более древние и примитивные формы жизни, а еще ранее — стадии предбиологическойи химической эволюции.

3.Новая гипотеза об особой роли малых молекулв первичном зарождении белково-нуклеиновых систем

Наочередном совещании по философским вопросам современной медицины в ПрезидиумеРоссийской академии медицинских наук исследователи А.В. Олескин, И.В. Ботвинкои Т.А. Кировская сообщили следующее:

«Впоследние десятилетия накапливаются данные о том, что не белок и не ДНК/РНК,вероятно, положили начало доклеточным предшественникам современной жизни —гипотетическим пробионтам. Жизнь, что представляетсявсе более правдоподобным в свете современных данных, эволюционировала на базе динамичнойигры малых молекул(органических и неорганических). Это былиионы металлов (Fe2t, Zn2t, AP% N\\ Cu2\ Co2+, Mg2+, Са2+),соединения серы (дисульфиды, полисульфиды), фосфора (ортофосфат, нитрофосфат,полифосфаты), азота (особенно NO и N2O), а также небольшие органические молекулы типа аминов(этаноламин, холин, гисталины и др.), аминокислот (особенно глицин, гдуатамат,аслартат), углеводородов (например, этилен).…

Имеетсяпредположение, что даже функция наследственной передачи признаков, ныневыполняемая нуклеиновыми кислотами, первоначально зависела от неорганическихгенов" — матриц для синтеза молекул (вначале даже небелковой природы),построенных на основе алюмосиликатов глины. Первые биополимеры могли бытьрезультатом автокаталитических реакций малых молекул…

Имеетсяобщий сценарий «возникновения жизни в облаках», где мельчайшие дождевыекапли, озаренные ультрафиолетом первобытного Солнца и поглощающие частицысоединений металлов и неметаллов в ходе пыльных бурь, обеспечивали достаточнуюсуммарную поверхность для фотоиндуцированного гетерогенного катализа ипоследующего синтеза более сложных, органических молекул, поступавших сдождевыми потоками в океан, где жизнь «дозревала» уже в соответствиис опаринским сценарием «первичного бульона» и «коацерватныхкапель»»1.

Изложенныйподход представляется весьма интересным развитием гипотезы А.И. Опарина. Главноетеперь — в окончательном экспериментальном подтверждении (или отрицании!) истарой, и новой гипотез.

_________________________________________________________________

1 Совещание по философским проблемам современной медицины.16 января 1997 г. — М., 1997. — С. 88-89.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

Естествознаниезатрагивает широкий спектр вопросов о многочисленных и всесторонних проявленияхсвойств Природы.

Прифизико-информационном подходе Вселенная — сверхсистема, способная ксамоорганизации, самоуправлению на всех этапах и уровнях существования, апотому к ней применимы основные идеи теории информации и семиотики, в том числепринцип знакового посредника, кибернетический и антропный принципы.

Исходяиз этого можно прийти к пониманию сущности эволюции Вселенной с точки зренияреализации единого космологического кода, изначально заданного и содержащегосяв ее электромагнитном спектре. При этом чисто теоретическая умозрительная реконструкцияфотонной фазы эволюции должна привести к иному пониманию существа не толькофизического пространства-времени и материи, но и всего разнообразияфизико-химических, биохимических, социобиологических, социотехнологических иноокосмических эволюционных процессов во Вселенной.

Поискновых теорий, которые могли бы заменить Общую Теорию Относительности, будутпродолжаться и впредь — такова логика развития науки.

А. А.Логунов утверждает, что «создание ОТО получено ценой отказа от законовсохранения вещества и гравитационного поля вместе взятых». Впостньютоновском изложении его полевая теория гравитации совпадает с ОТО, нопри рассмотрении вопроса о сильных полях могут быть существенные расхождения.

ОТО недает решений существования Вселенной, не прошедшей через сингулярную точку,однако ни описать, ни осознать ее современная наука не в состоянии, поэтому рядученых согласились с теологами в рассуждениях о сотворении Мира.

Заслуживаютвнимание слова Борна: «Атеистам, которым не нравится»начало", потому что его можно истолковать как сотворение, следуетсказать, что начало Вселенной в том виде, как оно нам известно, может бытьконцом другой формы развития материи, хотя практически было бы совершенноневозможно узнать что-нибудь относительно этого периода, поскольку все следы вхаосе разрушения и перестройки".

Один изстолпов церкви, идеолог католицизма, Фома Аквинский (1225 — 1274) по этомуповоду сказал: «В начало Мира можно не верить, но его невозможно нидоказать, ни осознать умом»

Понекоторым гипотезам в микромире пространство и время могут иметь иное, чем вмакромире, число измерений. Несомненно, что со временем связь микро- имегамиров, физики элементарных частиц и космологии будет проявляться все теснееи в самых неожиданных ракурсах.

Внастоящее время известен генетический код и установлена передачанаследственной информации при помощи языка белковых молекул. Существованиеязыка электромагнитных волн, который объединяет Мир в единое целое, будет иметьуниверсальное значение для системы световещества. Это должно привести кпониманию единой информационной Природы всего сущего.

Знаниеконцепций современного естествознания поможет людям вне зависимости от ихпрофессии понять и представить уровень материальных и интеллектуальных затрат современныхисследований, позволяющих проникнуть в суть явлений Мира и осознатьчрезвычайную важность проблем сохранения окружающей Среды.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Горохов В. Г. Концепции современногоестествознания. — М: Инфра-М, 2000.

2.Горелов А. А. Концепции современногоестествознания.— М.: Центр, 1997.

3.Дубнищева Т. Я. Концепции современногоестествознания. -Новосибирск. ЮКЭА, 1997.

4. КокинА. В. Концепции современного естествознания.— М.: 1998.

5.Лавриенко В. Н.идр. Концепции современногоестествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.

6.Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания: Учеб. Пособие. – М.:ВЛАДОС, 2001

ПРИЛОЖЕНИЕ:

Этапыразвития жизни на Земле

Абсолютный возраст, миллионы лет назад

Эра

Период (система)