Происхождение жизни

 

 

 

 

РЕФЕРАТ ПО БИОЛОГИИ НА ТЕМУ «ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ» СТУДЕНТА 812 ГРУУПЫ ЕМЕЛЬЯНЕНКО ИВАНА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

• Введение
• Самозарождение жизни
• Теория стационарного состояния
• Теория панспермии
• Белково-коацерватная теория Опарина
• Теория креоционизма
• Заключение
• Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Происхождение жизни на Земле  явилось  третьим  значительным этапом  в ряду  происхождения нашей вселенной и происхождения Земли.

 

Существовало масса теорий и гипотез о возникновении  жизни  на  Земле.

 

Среди них миф  о  «творческом  акте  сотворения  мира  Богом»,  описанный  в Библии, гипотезы Аристотеля, Эпикура и Демокрита. Исследования  Луи  Пастера  в  19-м  веке   окончательно   подтвердили ошибочность   представлений   происхождения   жизни   как    о    спонтанном самозарождении. Правда, они не дали окончательных  выводов  о  происхождении жизни.

 

И только 3 мая 1924 г. на  собрании  Русского  ботанического  общества ученый А. И. Опарин с новой точки зрения рассмотрел  проблему  возникновения жизни. Его доклад  «О  возникновении  жизни»  стал  исходной  точкой  нового взгляда  на  вечную  проблему  нашего   появления   на   Земле.   Необходимо подчеркнуть, что независимо от Опарина к таким же выводам пришел  английский ученый Дж. Холдейн.

 

Общим во взглядах Опарина  и  Холдейна  было  объяснение  возникновения жизни в результате химической эволюции. Оба они подчеркивали  огромную  роль первичного  океана  как   огромной   химической   лаборатории,   в   которой образовался «первичный бульон».

 

 

 

 

 

 

 

Самозарождение  жизни

Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Древнем  Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель (384—322 гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем  биологии, придерживался теории спонтанного  зарождения жизни. Согласно этой гипотезе, определенные «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое  при подходящих условиях может создать  живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.

С распространением христианства теория спонтанного зарождения жизни  оказалась не в чести: ее признали лишь те, кто верил в колдовство и поклонялся нечистой силе, но эта  идея все продолжала существовать где-то на заднем плане в течение еще  многих веков.

Известный ученый Ван Гельмот описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, тёмный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван Гельмот считал человеческий пот.

В 1688 году итальянский биолог и врач Франческо Реди подошел к проблеме возникновения жизни более строго и подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Реди установил, что маленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе, — это личинки мух. Проведя ряд экспериментов, он получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).

Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеи самозарождения, и хотя эта идея несколько отошла на задний план, она продолжала оставаться главной версией зарождения жизни.

В то время как эксперименты Реди, казалось бы, опровергли спонтанное зарождение мух, первые микроскопические исследования Антони ван Левенгука усилили эту теорию применительно к микроорганизмам. Сам Левенгук не вступал в споры между сторонниками биогенеза и спонтанного зарождения, однако его наблюдения под микроскопом давали пищу обеим теориям.

В 1860 году проблемой происхождения  жизни занялся французский химик  Луи Пастер. Своими опытами он доказал, что бактерии вездесущи и что  неживые материалы легко могут  быть заражены живыми существами, если их не стерилизовать должным образом. Учёный кипятил в воде различные  среды, в которых могли бы образоваться микроорганизмы. При дополнительном кипячении микроорганизмы и их споры  погибали. Пастер присоединил к S-образной трубке запаянную колбу со свободным  концом. Споры микроорганизмов оседали  на изогнутой трубке и не могли  проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипяченная питательная  среда оставалась стерильной, в ней  не обнаруживалось зарождения жизни, несмотря на то, что доступ воздуха был  обеспечен.

В результате ряда экспериментов  Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения.

 

Теория стационарного  состояния

Согласно этой теории, Земля  никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень  незначительно. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого  вида есть лишь две возможности —  либо изменение численности, либо вымирание.

Однако гипотеза стационарного  состояния в корне противоречит данным современной астрономии, которые  указывают на конечное время существования  любых звёзд и, соответственно, планетных  систем вокруг звёзд. По современным  оценкам, основанным на учете скоростей  радиоактивного распада, возраст Земли, Солнца и Солнечной системы исчисляется  ~4,6 млрд лет. Поэтому эта гипотеза обычно не рассматривается академической наукой.

Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может  указывать на время появления  или вымирания того или иного  вида, и приводит в качестве примера  представителя кистеперых рыб —  латимерию (целаканта). По палеонтологическим данным кистеперые вымерли в конце мелового периода. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, ее сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков.

 

Теория панспермии

Согласно теории Панспермии, предложенной в 1865 году немецким ученым Г. Рихтером и окончательно сформулированной шведским ученым Аррениусом в 1895 году, жизнь могла быть занесена на Землю из космоса. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью. Это предположение основывается на данных о высокой устойчивости некоторых организмов и их спор к радиации, глубокому вакууму, низким температурам и другим воздействиям. Однако до сих пор нет достоверных фактов, подтверждающих внеземное происхождение микроорганизмов, найденных в метеоритах. Но если бы даже они попали на Землю и дали начало жизни на нашей планете, вопрос об изначальном возникновении жизни оставался бы без ответа.

Фрэнсис Крик и Лесли Оргел предложили в 1973 году другой вариант — управляемую панспермию, то есть намеренное «заражение» Земли (наряду с другими планетными системами) микроорганизмами, доставленными на непилотируемых космических аппаратах развитой инопланетной цивилизацией, которая, возможно, находилась перед глобальной катастрофой или же просто надеялась произвести терраформирование других планет для будущей колонизации. В пользу своей теории они привели два основных довода — универсальность генетического кода (известные другие вариации кода используются в биосфере гораздо реже и мало отличаются от универсального) и значительную роль молибдена в некоторых ферментах. Молибден — очень редкий элемент для всей Солнечной системы. По словам авторов, первоначальная цивилизация, возможно, обитала возле звезды, обогащённой молибденом.

Против возражения о том, что теория панспермии (в том числе  управляемой) не решает вопрос о зарождении жизни, они выдвинули следующий  аргумент: на планетах другого неизвестного нам типа вероятность зарождения жизни изначально может быть намного  выше, чем на Земле, например, из-за наличия  особенных минералов с высокой  каталитической активностью.

 

Белково-коацерватная теория Опарина

Согласно этой теории процесс, приведший к возникновению жизни  на Земле, может быть разделён на три  этапа:

• Возникновение органических веществ
• Возникновение белков
• Возникновение белковых тел

Астрономические исследования показывают, что как звёзды, так  и планетные системы возникли из газопылевого вещества. Наряду с  металлами и их окислами в нём  содержались водород, аммиак, вода и  простейший углеводород — метан.

Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента появления первичного океана. В водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.

Наука доказала, что в  результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно синтезировать  не только аминокислоты, но и другие биохимические вещества. Большой  победой современной биохимии является первый полный синтез молекулы белков: синтезирован гормон инсулин, управляющий  углеводным обменом.

Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению  белковых тел могло явиться образование коацерватных капель. При определённых условиях водная оболочка органических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающего раствора. Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуя многомолекулярные комплексы — коацерваты.

Коацерватные капли также могли возникать при простом смешивании разнообразных полимеров. При этом происходила самосборка полимерных молекул в многомолекулярные образования — видимые под оптическим микроскопом капли.

Капли были способны поглощать  извне вещества по типу открытых систем. При включении в коацерватные капли различных катализаторов (в том числе и ферментов) в них происходили различные реакции, в частности полимеризация поступающих из внешней среды мономеров. За счёт этого капли могли увеличиваться в объёме и весе, а затем дробиться на дочерние образования. Таким образом, коацерваты могли расти, размножаться, осуществлять обмен веществ.

Далее коацерватные капли подвергались естественному отбору, что обеспечило их эволюцию.

Подобные взгляды также  высказывал британский биолог Джон Холдейн.

Проверил теорию Стэнли Миллер в 1953 году в эксперименте Миллера — Юри. Он поместил смесь H₂O, NH₃, CH₄, CO₂, CO в замкнутый сосуд и стал пропускать через неё электрические разряды (при температуре 80°С). Оказалось, что образуются аминокислоты. Позднее в разных условиях были получены также сахара и нуклеотиды. Он сделал вывод, что эволюция может произойти при фазовообособленном состоянии из раствора (коацерватов). Однако, такая система не может сама себя воспроизводить.

Теория была обоснована, кроме одной проблемы, на которую  долго закрывали глаза почти  все специалисты в области  происхождения жизни. Если спонтанно, путем случайных безматричных синтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкции белковых молекул (например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимущество данному коацервату в росте и размножении), то как они могли копироваться для распространения внутри коацервата, а тем более для передачи коацерватам-потомкам? Теория оказалась неспособной предложить решение проблемы точного воспроизведения — внутри коацервата и в поколениях — единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Однако, было показано, что первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных абиогенным путем, и они могли вступить в симбиоз с "живыми растворами" – колониями самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липидов, а такое сообщество уже можно назвать организмом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теория креационизма

Креационизм - религиозная и метафизическая концепция, в рамках которой основные формы органического мира (жизнь), человечество, планета Земля, а также мир в целом, рассматриваются как намеренно созданные Богом. Последователи креационизма разрабатывают совокупность идей - от сугубо богословских и философских до претендующих на научность, хотя в целом современное научное сообщество относится к таким идеям критически.

Особенностью многих религий, в том числе монотеистических (христианства, иудаизма, ислама), является наличие кодифицированных священных  текстов (соответственно Библия, Тора и Коран), содержащих в том или  ином варианте фрагменты, описывающие  сотворение мира и человека. Накопление данных различных наук, в особенности  появление в XIX веке теории эволюции, привело к возникновению противоречия между буквальным прочтением этих текстов  и научными данными и теориями. Результатом этого противоречия стал креационизм как совокупность телеологических (телеология - философское  учение, приписывающее процессам  и явлениям природы цели, которые  или устанавливаются Богом, или  являются внутренними причинами  природы) концепций, являющихся религиозной  реакцией на научные представления  об эволюции живой и неживой природы. В рамках таких концепций фундаменталистские течения настаивали на буквальной интерпретации священных текстов, объявляя воззрения науки на происхождение мира и человека неверными, в то время как более либеральные течения пытались найти компромисс между ними.