Происхождение жизни на Земле

Содержание

Введение…………………………………………………………………………3

1. Концепции возникновения жизни…………………………………………..4

2. Современные представления возникновения жизни……………………...8

Заключение…………………………………………………………………….17

Список литературы…………………………………………………………...18

Введение

     Происхождение жизни — одна из трех важнейших  мировоззренческих проблем наряду с проблемой происхождения нашей Вселенной и проблемой происхождения человека.

     Попытки понять, как возникла и развивалась  жизнь на Земле, были предприняты  еще в глубокой древности, но до сих  пор ученые ведут споры о том, как и где, зародилась жизнь. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Концепции возникновения жизни

Существует  несколько концепций происхождения  жизни: А — концепция самопроизвольного  зарождения жизни на Земле; Б —  панспермия — жизнь занесена на нашу планету из глубокого космоса; В — концепция стационарного состояния (жизнь всегда существовала на Земле); Г — концепция биохимической эволюции; Д — креационизм (жизнь была создана Богом в определенное время, и ее эволюция определяется Божественным всеобщим законом).

     А. Концепция самопроизвольного зарождения жизни на Земле. В основе ее лежит гипотеза, получившая название абиогенеза, в которой утверждается возможность возникновения жизни из неживого вещества. Противоположной абиогенезу является гипотеза биогенеза, категорически отрицающая возможность возникновения живого из неживого. Основной тезис этой гипотезы: живое только от живого. Согласно Аристотелю существует некое активное начало (энтелехия), которое присутствует в зародыше животных, семян растений, в солнечном свете и даже в безжизненных телах. Наличие этого активного начала мира объясняет возможность самозарождения жизни. В эпоху Средневековья Фома Аквинский (1225—1274) был сторонником этого учения Аристотеля. Он считал, что самозарождение осуществляется ангелами, использующими для этого солнечные лучи, созданные Богом Солнца. Гипотеза самозарождения жизни интересовала исследователей эпохи Возрождения и Нового времени. Ряд из них пытался экспериментально доказать справедливость возможности возникновения живого из неживого. В 1860 г. выдающийся французский микробиолог Луи Пастер (1822—1895) провел ряд точных экспериментов и доказал, что, несмотря на вездесущность и способность бактерий всюду проникать, заражать живое, тем не менее живое зарождается только из живого.

     Б. Панспермия. Создание концепции панспермии было осуществлено в 1908 г. шведским химиком С. Аррениусом (1859—1927). Он допустил, что споры бактерий и вирусов могут уноситься, в том числе и с нашей планеты, под действием электромагнитных сил и перемещаться в космосе под давлением света звезд. В частности, согласно взглядам этого ученого споры могут оседать на частицы пыли и тем самым путешествовать в космосе. Созданную С. Аррениусом концепцию панспермии называют классической формой изложения концепции панспермии. В качестве новой формы этой концепции сегодня рассматривается гипотеза о существовании внеземных цивилизаций. Согласно этой концепции жизнь на Землю «доставлена» некоей более развитой цивилизацией из другой галактики целенаправленным образом. В качестве доказательства этой гипотезы ее авторы ссылаются на неоднократные посещения в прошлом и настоящем нашей планеты неопознанными летающими объектами (НЛО) [2, с. 141].

     В. Концепция стационарного  состояния. Согласно этой концепции Земля никогда не возникала и существует вечно и всегда способна поддержать жизнь. Если и происходили изменения Земли, то очень незначительные. В качестве главного аргумента сторонники этой концепции выдвигают существующие неопределенности в физических, химических, геологических теориях при определении возраста Земли и Вселенной в целом. Виды, согласно этой концепции, существовали всегда и для всех них есть только две возможности: выживать за счет численности либо вымирать.

     Г. Концепция биохимической  эволюции. Концепция биохимической эволюции — это современное развитие гипотезы абиогенеза. Основателями этой концепции являются два автора, которые независимо друг от друга развили сходные идеи: академик А. Опарин (1894-1980) и англичанин Дж. Холдейн (1892-1964). В 1924 г. А. Опарин, а затем в 1929 г. Дж. Холдейн сформулировали концепцию, согласно которой живое вещество на Земле возникло в результате химической эволюции неорганического вещества при наличии соответствующих условий.

     Эта концепция основывается на следующих положениях:

1. Отсутствие  жизни на Земле до ее возникновения. 

2. Единство  химической основы живого и  неживого.

3. Уникальность  физических условий. Определенная  масса Земли (1/20 массы Солнца), расстояние от Солнца и других  планет и другие физические  параметры, которые позволяли удержать атмосферу.

4. Наличие  в ранней атмосфере химических  элементов в восстановительной  форме, без существования кислорода  в газообразном, химически несвязанном  состоянии. 

5. Образование  воды на Земле, играющей огромную  роль в жизни живого.

6. Целая  совокупность физических, химических  и геологических факторов, возможность  возникновения мощных электрических  разрядов в ранней ее атмосфере,  отсутствие озонного слоя, препятствующего  губительному воздействию ультрафиолетового  излучения на живые организмы.

     Предположение о том, что первоначальная атмосфера  Земли не содержала свободного кислорода, позволило А. Опарину в книге  «Происхождение жизни» (1923) сформулировать следующие положения его концепции:

     1. Химические и физические условия на Земле привели к образованию в океанах органических соединений, их накоплению в виде «первичного бульона». Из органической химии того периода было уже известно, что синтез органических веществ лучше проходит в бескислородной, чем кислородной (окислительной) среде, поскольку кислород чрезвычайно активен с другими химическими элементами. Кроме того, из геологических исследований было известно, что, например, металлы в окислительной форме встречаются в молодых породах Земли, а не в древних.

     2. В «первичном бульоне» в его одинаковой (гомогенной) массе путем процесса фрагментации образовались капли — коацерванты, обладающие способностью избирательно накапливать различные соединения.

     3. Химический состав коацервантов  определялся в основном физико-химическими свойствами среды. Различия в химическом составе и величине коацервантов, по мнению А. Опарина, стали основой для действия предбиологического отбора.

     4. Взаимодействие коацервантов с  внешней для них средой привело  к образованию мембранных структур, обеспечивающих стабильность существования комплексов коацервантов.

     5. Развитие мембранных структур, регулировавших  взаимодействие коацервантов с  внешней средой, могло привести, по мнению А. Опарина, к образованию  клеток. Главнейшей ступенью предбиологической эволюции живого в концепции А. Опарина считается объединение способных к самовоспроизведению комплексов нуклеотидов (структуры, составляющие ДНК и РНК) с каталитической активностью белков (полипептидов).

     На  современном уровне идеи концепции  биохимической эволюции живого с учетом информации о двух факторах эволюционного процесса (естественный отбор и наследственная изменчивость) успешно развиваются симбиотической теорией образования эукариотической клетки и эволюции одноклеточных и многоклеточных эукариотов (современного царства живых организмов). Эта теория учитывает способы питания первых организмов, уровень структурности их генетического материала, способы воспроизводства и другие факторы. Согласно этой теории свободный кислород в атмосфере Земли появился в результате фотосинтетической деятельности зеленых растений. Представители этой концепции полагают, что первые организмы (пробионты) уже имели главные атрибуты жизни: ДНК, РНК, мембранные структуры, деление и некоторые другие. Действительно, все существующие сегодня живые организмы осуществляют обмен веществ или брожением, или фотосинтезом, или дыханием.

     Во  временном масштабе считается, что  первые фотосинтезирующие прокариотические бактерии возникли 3,5—3 млрд. лет тому назад. 2—1,5 млрд. лет назад возникли организмы-эукариоты. У этих организмов механизм обмена веществ эффективнее механизма обмена веществ у организмов-анаэробов в 18 раз. 2 млрд. лет назад в атмосфере возник кислород.

     Таким образом, согласно этой теории эволюция привела к возникновению анаэробов-прокариотов, затем деятельность анаэробов создала возможность возникновения аэробов-эукариотов, для которых необходима определенная норма свободного кислорода.

     Г. Креационизм. Креационизм — это концепция, представители которой считают, что жизнь возникла в результате деятельности некоего сверхъестественного события в прошлом. Например, в христианстве таким событием является Бог, создавший все, что мы называем Вселенной. В 1650 г. ирландский архиепископ Ашер из города Арма вычислил дату, когда Бог сотворил мир: 23 октября в 9 часов утра 4004 г. до нашей эры. Эту дату Ашер получил путем сложения возрастов всех людей, упоминающихся в Библии от Адама до Христа (библейская генеалогия). Среди креационистов в духе христианства бытует общее мнение о том, что Божественное творение мира было единожды, без всяких дополнений и коррекции, и в этом творении человек занимает исключительное место: «мир природы, твари созданы для владения им человеком, ходящим под Богом». Кроме того, сам акт и процесс Божественного творения, как утверждают креационисты, недоступен рациональному научному объяснению, о чем свидетельствуют, по мнению креационистов, результаты самой науки [1, с. 208; 5, с. 308].

2. Современные представления возникновения жизни

     С позиций современной науки жизнь  возникла из неживого вещества в результате эволюции материи, является результатом  естественных процессов, происходивших  во Вселенной. Жизнь — это свойство материи, которое ранее не существовало и появилось в особый момент истории нашей планеты Земля. Возникновение жизни явилось результатом 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 стадии, по которым осуществлялся процесс зарождения жизни.

     Возраст Земли исчисляется примерно 5 млрд. лет. Жизнь существует на Земле, видимо, более 3,5 млрд. лет. Признаки деятельности живых организмов обнаружены в докембрийских породах, рассеянных по всему земному шару.

     В сложном процессе возникновения  жизни на Земле можно выделить несколько основных этапов. Первый из них связан с образованием простейших органических соединений из неорганических.

     Образование простых органических соединений. Происхождение жизни связано с протеканием определенных химических реакций на поверхности первичной планеты. На начальных этапах своей истории Земля представляла собой раскаленную планету. Вследствие вращения при постепенном снижении температуры атомы тяжелых элементов перемещались к центру, а в поверхностных слоях концентрировались атомы легких элементов (водорода, углерода, кислорода, азота), из которых и состоят тела живых организмов. При дальнейшем охлаждении Земли появились химические соединения: вода, метан, углекислый газ, аммиак, цианистый водород, а также молекулярный водород, кислород, азот. Физические и химические свойства воды (высокий дипольный момент, вязкость, теплоемкость и т. д.) и углерода (трудность образования окислов, способность к восстановлению и образованию линейных соединений) определили то, что именно они оказались у колыбели жизни [3, с. 204].

     На  этих начальных этапах сложилась  первичная атмосфера Земли, которая носила не окислительный, как сейчас, а восстановительный характер. Кроме того, она была богата инертными газами (гелием, неоном, аргоном). Эта первичная атмосфера уже утрачена. На ее месте образовалась вторая атмосфера Земли, состоящая на 20% из кислорода — одного из наиболее химически активных газов. Эта вторая атмосфера — продукт развития жизни на Земле, одно из его глобальных следствий.

     Дальнейшее  снижение температуры обусловило переход  ряда газообразных соединений в жидкое и твердое состояние, а также образование земной коры. Когда температура поверхности Земли опустилась ниже 100°С произошло сгущение водяных паров. Длительные ливни с частыми грозами привели к образованию больших водоемов. В результате активной вулканической деятельности из внутренних слоев Земли на поверхность выносилось много раскаленной массы, в том числе карбидов — соединений металлов с углеродом. При взаимодействии карбидов с водой выделялись углеводородные соединения. Горячая дождевая вода как хороший растворитель имела в своем составе растворенные углеводороды, а также газы (аммиак, углекислый газ, цианистый водород), соли и другие соединения, которые могли вступать в химические реакции. С особым успехом, видимо, протекали процессы роста молекул при наличии группы – N = С = N -. У этой группы большие химические возможности к росту за счет как присоединения к атому углерода атома кислорода, так и реагирования с азотистым основанием. Так постепенно на поверхности молодой планеты Земля накапливались простейшие органические соединения. Причем накапливались в больших количествах. Подсчеты показывают, что только посредством вулканической деятельности на поверхности Земли могло образоваться около 10¹⁶ кг органических молекул. Это всего на 2—3 порядка меньше массы современной биосферы!