11733 (Происхождение жизни на Земле)

9

СОДЕРЖАНИЕ:

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

1. Основные подходы к проблеме происхождения жизни. Гипотеза А.И. Опарина о коацерватной стадии в процессе возникновения жизни…………5

2. Этапы химической и предбиологической эволюции на пути к жизни…8

3. Новая гипотеза об особой роли малых молекул в первичном

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

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

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

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

ВВЕДЕНИЕ:

Чтобы создать полную теорию эволюции, надо в первую оче­редь определить ее отправную точку.

На сегодня 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 антропоцентристского принципа и вне­шних условий космического объекта Вселенной.

Для того что­бы установить начало жизни, нужно определить границу, отде­ляющую живое от неживого, и есть ли она? К сожалению, од­нозначно дать определение живому не удается, 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 зарождаться из неживого, так как нет сведений о длительности такого процес­са. Им были созданы закритические условия для ее существо­вания и зарождения, то есть Среда была умерщвлена и изоли­рована.

Суть опыта Пастера, основателя микробиологии заключает­ся в том, что он прокипятил мясной бульон и герметично зак­рыл его. Будучи специалистом по кристаллографии, он отме­тил, что вещества небиологического происхождения имеют сим­метричную структуру, а микроорганизмы — асимметричную. Но и это не убедительно, ибо и у кристалла можно нарушить симметрию, но он не оживет и не разрушится, а живое может быть симметричным.

Приверженцами гена Вселенной, несущего информацию о жизни, были Аррениус, лорд У. Кельвин (1824-1907), Г. Гельмгольц, С. Либих, К. А. Тимирязев (1843-1905) и др. И если колебательно-волновое и вращательное движения наибо­лее характерны для Природы, то "дыхание" Вселенной (расши­рение — сжатие) должно восприниматься естественно, и ее ген должен нести зачатки жизни. Иначе нарушается вся логика раз­вития Природы.

Кроме логики и философии, существуют и физические пред­посылки, объясняющие зарождение жизни. В 1975 г. обнару­жены в лунном грунте и в метеоритах составляющие аминокис­лот. Правда и эти части Вселенной могли быть порождены Зем­лей.

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

Для создания углеводородов нужны существенные затраты энергии. И жизнь при соответствующих внешних условиях мо­жет возникнуть из неживой материи скачком при появлении не­обходимой энергии (Менделеев, Опарин, Джине и др.) — от сложных органических веществ перейти к простым живым организмам. Лауреат Нобелевской премии американский генетик -Г. Миллер заявил, что жизнь возникла в форме гена — элемен­та наследственксстх — путем случайного сочетания атомных-групп и молекул.

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

В 60-е-70гг.ХХ столетия опыты и расчеты Г.С. Юри, Б. С. Со­колова, X. Оро, К. Миллера, К. Сагана показали, что солнечное излучение способно обеспечить ход мощных процессов синте­за и неорганического фотосинтеза, что могло привести к "вы­живанию" более сложных молекул вместо простых. Итак, тео­рия Опарина получила признание, но переход от сложных орга­нических веществ к простым живым организмам остается тай­ной.

Наиболее лаконичное и нетрадиционное для биологов-нату­ралистов определение жизни дал физик Ф. Типлер (амер.): жизнь — это закодированная информация, которая сохраняет­ся естественным отбором, не привязанная к нуклеиновым кис­лотам обязательным образом. То есть к белково-нуклеиновой основе жизни можно прийти только через какой-то или какие-то промежуточные переходные этапы. Прямой синтез, возмож­но, и не реализуем.

Другой подход: обнаружение в метеоритах органических ве­ществ позволило предположить, что жизнь была занесена на Землю из космоса. Как могли на Земле в ходе химической эво­люции сложиться из неживого вещества такие высокоупорядоченные системы обмена веществ и воспроизведения? Появление и эволюция человека неразрывно связывают биологию с философией, как биологическая эволюция привела к появле­нию разума, ведь принципиальных различий в строении мозга человека и шимпанзе нет?

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

Переход от приматов к человеку связан с переходом от био­логических регуляторов внутри сообщества к регуляторам со­циальным. Этого требовала организация трудового процесса.

Строение ансамблей нервных клеток, их связи в мозге про­граммируются генетическим аппаратом. Развитость речевых и двигательно-трудовых структурных ансамблей мозга человека наследуется от родителей. Но наследуются не речь и не трудо­вые навыки, а лишь потенциальная возможность их последую­щего приобретения.

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

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

Великий Аристотель (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 из пшеницы и загрязненного потом белья. В. Гарвей, Р. Декарт, Г. Галилей, Ж.Б. Ламарк, Г. Ге­гель тоже придерживались мысли о постоянно осуществляю­щемся самопроизвольном 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, как личинки мух. Через 100 лет итальянец Л. Спаллацани и рус­ский М. Тереховский поставили под сомнение представления о самозарождении микроорганизмов.

Окончательно же ученые отказались от подобных представлений лишь во второй полови­не XIX в. В 1862 г. Луи Пастер убедительными опытами дока­зал невозможность самопроизвольного зарождения простейших организмов в современных условиях и утвердил принцип «все живое из живого».

После этого одни ученые поставили вопрос об историчес­ком возникновении жизни в первобытных условиях Земли, дру­гие же склонились к тому, что жизнь на нашей планете никог­да не зарождалась, а была занесена на нее из Космоса, где она существует вечно. Однако такой подход просто снимает про­блему возникновения жизни.

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

Он считает, что элементарная еди­ница наследственности — ген — является и основой жизни. И жизнь в форме гена, по его мнению, возникла путем слу­чайного сочетания атомных группировок и молекул, существо­вавших в водах первичного океана. Но подсчеты показывают невероятность такого события. Трудно рассчитывать получить одну молекулу РНК вируса табачной мозаики за 10⁹ лет даже в том случае, если бы весь Космос представлял собой реагирующую смесь нуклеотидов, входящих в РНК.

Большинство уче­ных отказалось от такого предположения.

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

Гипотеза А.И. Опарина о коацерватной стадии в процессе возникновения жизни.

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

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

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

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

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

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

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

Где-то на той же стадии возникает и естественный отбор, способствующий сохранению наиболее совершенных и целесообразных структур. Здесь много неясно­го, но в трудах ведущих синергетиков И. Пригожина и М. Эйгена и многих других ученых дается все более обосновываемая картина действия отбора на высокомолекулярном и надмолеку­лярном уровнях.

2. Этапы химической и предбиологической эволюции на пути к жизни

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

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

Имеется ли этот исходный материал в реальном космическом пространстве? Сейчас установлено наличие в межзвездной среде облаков пыли и газа, в которых обнаружены многие неорганические молекулы Н₂О, NH₃, SO, SiO, H₂S и т.д. Осо­бенно показательно присутствие в космосе таких органических соединений, как формальдегид, цианацетилен, ацетальдегид, формамид, метилформиат.

Сенсацией явилось открытие кос­мических облаков этилового спирта с температурой 200 К и с концентрацией молекул 10¹²-10¹³ в 1 см³. Подобные соедине­ния близки к биоорганическим молекулам или легко могут пре­вратиться в них. Таким образом, достоверно установлено, что в космосе имеются необходимые компоненты для синтеза бо­лее сложных соединений, важных для формирования белков, углеводов, нуклеиновых полимеров и липидов.