рефераты бесплатно

МЕНЮ


Возникновение жизни на земле

астрофизика В. Г. Фесенкова, во Вселенной 1% планет имеет подходящую

массу.

Особенно важной предпосылкой возникновения и развития жизни является

относительно постоянная и оптимальная радиация, получаемая планетой от

центральной звезды. Обычно оптимальную радиацию получают планеты имеющие

орбиту, близкую к круговой, и подвергающиеся поэтому относительно

постоянному облучению.

Обязательным условием возникновения жизни является наличие воды.

Парадоксально, что, хотя вода — чуть ли не самая распространенная молекула

во Вселенной, поразительно мало планет имеют гидросферу: в нашей Солнечной

системе только Земля имеет гидросферу, а на Марсе имеется лишь

незначительное количество воды.

Значение воды для жизни исключительно. Это обусловлено ее

специфическими термическими особенностями: огромной теплоемкостью, слабой

теплопроводностью, расширением при замерзании, хорошими свойствами как

растворителя и др. Эти особенности обусловливают круговорот воды в

природе, который играет исключительную роль в геологической истории Земли.

Из сказанного выше можно сделать следующий вывод: возникновение жизни

на Земле есть часть общей эволюции материи во Вселенной, а не некий

сверхъестественный акт. Налицо были исходные органические соединения,

оптимальная масса Земли, оптимальная солнечная радиация, наличие

гидросферы. В этих условиях эволюция материи с высокой степенью

вероятности осуществляется по пути возникновения жизни.

За последние 20 лет были получены интересные сведения о наличии

органических соединений во Вселенной. Источники этих сведений

естественные посланцы космоса на Землю, метеориты.

Все ранее рождавшиеся теории идеалистов, сторонников религиозных

течений и даже материалистов были несостоятельными и до конца

необоснованными из-за нехватки знаний тогдашних ученых.

И только с наступлением капитализма, который отличался прогрессом в

науке и технике, когда был накоплен большой научный потенциал, стали

зарождаться научно обоснованные теории о происхождении жизни на земле.

2.2. Зарождение и развитие эволюционной идеи.

Первые проблески эволюционной мысли зарождаются в недрах

диалектической натурфилософии античного времени, рассматривавшей мир в

бесконечном движении, постоянном самообновлении на основе всеобщей связи и

взаимодействия явлений и борьбы противоположностей.

Выразителем стихийного диалектического взгляда на природу был

Гераклид, эфесский мыслитель (около 530-470 гг. до н. э.) его высказывания

о том, что в природе все течет все изменяется в результате

взаимопревращений первоэлементов космоса — огня, воды, воздуха, земли,

содержали в зародыше идею всеобщего, не имеющего начала и конца развития

материи.

Взгляды крупнейших представителей ионийской школы философов: 1) Фалес

из Милета считал, что все возникло из первичного материала — воды в ходе

естественного развития. 2) Анаксимандр исходил из того, что жизнь возникла

из воды и земли под действием тепла. 3) Согласно Анаксимену основным

элементом является воздух, способный разрежаться и уплотняться, и этим

процессом Анаксимен объяснял причину различий веществ. Он утверждал, что

человек и животное произошли из земной слизи.

Представителями механистического материализма были философы более

позднего периода (460-370 гг. до н. э.). По Демокриту мир состоял из

бесчисленного множества неделимых атомов, расположенных в бесконечном

пространстве. Атомы находятся в постоянном процессе случайного соединения

и разъединения. Атомы находятся в случайном движении и различны по

величине, массе и форме, то тела, появившиеся вследствие скопления атомов,

могут быть также различными. Более легкие из них поднялись вверх и

образовали огонь и небо, более тяжелые, опустившись, образовали воду и

землю, в которых и зародились различные живые существа: рыбы, наземные

животные, птицы.

Механизм происхождения живых существ первым пытался истолковать

древнегреческий философ Эмпедокл (490-430 гг. до н. э.). Развивая мысль

Гераклида о первичных элементах, он утверждал, что их смешение создает

множество комбинаций, одни из которых — наименее удачные — разрушаются, а

другие — гармонирующие сочетания — сохраняются. Комбинации этих элементов

и создают органы животных. Соединение органов друг с другом порождает

целостные организмы. Примечательной была мысль, что сохранились в природе

только жизнеспособные варианты из множества неудачных комбинаций.

Зарождение биологии как науки связано с деятельностью великого

мыслителя из Греции Аристотеля (387-322 гг. до н. э.). В своих

капитальных трудах он изложил принципы классификации животных, провел

сравнение различных животных по их строению, заложил основы античной

эмбриологии.

В работе «О частях животных» приводится мысль о взаимосвязи

(корреляции) органов, о том, что изменение одного органа влечет за собой

изменение другого, связанного с ним функциональными отношениями.

В труде «Возникновение животных» Аристотель разработал сравнительно

анатомический метод и применил его в эмбриологических исследованиях. Он

обратил внимание на то, что у разных организмов эмбриогенез (развитие

эмбриона) проходит через последовательный ряд: в начале закладываются

наиболее общие признаки, затем видовые и, наконец, индивидуальные.

Обнаружив большое сходство начальных стадий в эмбриогенезе представителей

разных групп животных, Аристотель пришел к мысли о возможности единства их

происхождения. Этим выводом Аристотель предвосхитил идеи зародышевого

сходства и эпигенеза (эмбриональных новообразований), выдвинутые и

экспериментально обоснованные в середине XVIII в.

Таким образом, воззрения античных философов содержали ряд важных

элементов эволюционизма: во-первых, мысль о естественном возникновении

живых существ и их изменении в результате борьбы противоположностей и

выживании удачных вариантов, во-вторых, идею ступенчатого усложнения

организации живой природы; в-третьих, представление о целостности

организма (принцип корреляции) и об эмбриогенезе как процессе

новообразования. Отмечая значение античных мыслителей в развитии

философии, Ф. Энгельс писал: «…в многообразных формах греческой философии

уже имеются в зародыше, и процессе возникновения почти все позднейшие

типы мировоззрений».

Последующий период, вплоть до XVI в., для развития эволюционной мысли

почти ничего не дал. В эпоху Возрождения резко усиливается интерес к

античной науке и начинается накопление знаний, сыгравших значительную роль

в становлении эволюционной идеи.

Исключительной заслугой учения Дарвина явилось то, что оно дало

научное, материалистическое объяснение возникновению высших животных и

растений путем последовательного развития живого мира, что оно привлекло

для разрешения биологических проблем исторический метод исследования.

Однако к самой проблеме происхождения жизни у многих естествоиспытателей и

после Дарвина сохранился прежний метафизический подход. Широко

распространенный в научных кругах Америки и Западной Европы менделизм-

морганизм выдвинул положение, согласно которому наследственностью и всеми

другими свойствами жизни обладают частицы особенного генного вещества,

сконцентрированного в хромосомах клеточного ядра. Эти частицы будто бы

когда-то внезапно возникли на Земле и сохранили свое жизнеопределяющее

строение в основном неизменным в течение всего развития жизни. Таким

образом, проблема происхождения жизни, с точки зрения менделистов-

морганистов, сводится к вопросу, как могла сразу внезапно возникнуть

наделенная всеми свойствами жизни частица генного вещества.

Большинство высказывающихся по этому вопросу зарубежных авторов

(например, Девилье во Франции или Александер в Америке) подходит к нему

весьма упрощенно. По их мнению, генная молекула возникает чисто случайно,

благодаря «счастливому» сочетанию атомов углерода, водорода, кислорода,

азота и фосфора, которые «сами собой» сложились в чрезвычайно сложно

построенную молекулу генного вещества, сразу же получившую все атрибуты

жизни.

Но такого рода «счастливый случай» настолько исключителен и необычен,

что он мог якобы осуществиться всего лишь раз за время существования

Земли. В дальнейшем шло только постоянное размножение этой единожды

возникшей, вечной и неизменной генной субстанции.

Это «объяснение», конечно, ничего по существу не объясняет.

Характерной особенностью всех без исключения живых существ является то,

что их внутренняя организация чрезвычайно хорошо, совершенно приспособлена

к осуществлению определенных жизненных явлений: питания, дыхания, роста и

размножения в данных условиях существования. Как же в результате чистой

случайности могла возникнуть эта внутренняя приспособленность, которая так

характерна для всех, даже наипростейших живых форм?

Антинаучно отрицая закономерность процесса происхождения жизни,

рассматривая это важнейшее в жизни нашей планеты событие как случайное,

сторонники указанных взглядов ничего не могут ответить на этот вопрос и

неизбежно скатываются к самым идеалистическим, мистическим представлениям

о первичной творческой воле божества и об определенном плане создания

жизни.

Так в недавно вышедшей книжке Шредингера «Что такое жизнь с точки

зрения физики», в книге американского биолога Александера «Жизнь, ее

природа и происхождение» и в ряде других произведений буржуазных авторов

мы находим прямое утверждение того, что жизнь могла возникнуть только в

результате творческой воли божества. Менделизм-морганизм пытается

идеологически разоружить ученых биологов в их борьбе с идеализмом. Он

стремится доказать, что вопрос о происхождении жизни — эта важнейшая

мировоззренческая проблема — неразрешим с материалистических позиций.

Однако такого рода утверждение насквозь ложно. Оно легко опровергается,

если мы подойдем к интересующему нас вопросу с позиций единственно

правильной, подлинно научной философии — с позиций диалектического

материализма.

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. Наиболее широко признанные

гипотезы коацерватная и генетическая.

Коацерватная гипотеза. В 1924 г. А. И. Опарин впервые сформулировал

основные положения концепции предбиологической эволюции и затем, опираясь

на эксперименты Бунгенберга де Йонга, развил эти положения в коацерватной

гипотезе происхождения жизни. Основу гипотезы составляет утверждение, что

начальные этапы биогенеза были связаны с формированием белковых структур.

Первые белковые структуры (протобионты, по терминологии Опарина)

появились в период, когда молекулы белков отграничивались от окружающей

среды мембраной. Эти структуры могли возникнуть из первичного «бульона»

благодаря коацервации — самопроизвольному разделению водного раствора

полимеров на фазы с различной их концентрацией. Процесс коацервации

приводил к образованию микроскопических капелек с высокой концентрацией

полимеров. Часть этих капелек поглощали из среды низкомолекулярные

соединения: аминокислоты, глюкозу, примитивные катализаторы.

Взаимодействие молекулярного субстрата и катализаторов уже означало

возникновение простейшего метаболизма внутри протобионтов.

Обладавшие метаболизмом капельки включали в себя из окружающей среды

новые соединения и увеличивались в объеме. Когда коацерваты достигали

размера, максимально допустимого в данных физических условиях, они

распадались на более мелкие капельки, например, под действием волн, как

это происходит при встряхивании сосуда с эмульсией масла в воде. Мелкие

капельки вновь продолжали расти и затем образовывать новые поколения

коацерватов.

Постепенное усложнение протобионтов осуществлялось отбором таких

коацерватных капель, которые обладали преимуществом в лучшем использовании

вещества и энергии среды. Отбор как основная причина совершенствования

коацерватов до первичных живых существ — центральное положение в гипотезе

Опарина.

Генетическая гипотеза. Согласно этой гипотезе, вначале возникли

нуклеиновые кислоты как матричная основа синтеза белков. Впервые ее

выдвинул в 1929 г. Г. Мёллер.

Экспериментально доказано, что несложные нуклеиновые кислоты могут

реплицироваться и без ферментов. Синтез белков на рибосомах идет при

участии транспортной (т-РНК) и рибосомной РНК (р-РНК). Они способны

строить не просто случайные сочетания аминокислот, а упорядоченные

полимеры белков. Возможно, первичные рибосомы состояли только из РНК.

Такие безбелковые рибосомы могли синтезировать упорядоченные пептиды при

участии молекул т-РНК, которые связывались с р-РНК через спаривание

оснований.

На следующей стадии химической эволюции появились матрицы,

определявшие последовательность молекул т-РНК, а тем самым и

последовательность аминокислот, которые связываются молекулами т-РНК.

Способность нуклеиновых кислот служить матрицами при образовании

комплементарных цепей (например, синтез и-РНК на ДНК) — наиболее

убедительный аргумент в пользу представлений о ведущем значении в процессе

биогенеза наследственного аппарата и, следовательно, в пользу генетической

гипотезы происхождения жизни.

Основные этапы биогенеза. Процесс биогенеза включал три основных

этапа: возникновение органических веществ, появление сложных полимеров

(нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов), образование первичных живых

организмов.

Первый этап — возникновение органических веществ. Уже в период

формирования Земли образовался значительный запас абиогенных органических

соединений. Исходными для их синтеза были газообразные продукты

докислородной атмосферы и гидросферы (СН4, СО2, H2О, Н2, NH3, NО2). Именно

эти продукты используются и в искусственном синтезе органических

соединений, составляющих биохимическую основу жизни. Экспериментальный

синтез белковых компонентов — аминокислот в попытках создать живое «в

пробирке» начался с работ С. Миллера (1951-1957). С. Миллер провел серию

опытов по воздействию искровыми электрическими разрядами на смесь газов

СН4, NH3, H2 и паров воды, в результате чего обнаружил аминокислоты

аспарагин, глицин, глютамин. Полученные Миллером данные подтвердили

советские и зарубежные ученые.

Наряду с синтезом белковых компонентов экспериментально синтезированы

нуклеиновые компоненты — пуриновые и пиримидиновые основания и сахара. При

умеренном нагревании смеси цианистого водорода, аммиака и воды Д. Оро

получил аденин. Он же синтезировал урацил при взаимодействии аммиачного

раствора мочевины с соединениями, возникающими из простых газов под

влиянием электрических разрядов. Из смеси метана, аммиака и воды под

действием ионизирующей радиации образовывались углеводные компоненты

нуклеотидов — рибоза и дезоксирибоза. Опыты с применением

ультрафиолетового облучения показали возможность синтеза нуклеотидов из

смеси пуриновых оснований, рибозы или дезоксирибозы и полифосфатов.

Нуклеотиды, как известно, являются мономерами нуклеиновых кислот.

Второй этап — образование сложных полимеров. Этот этап возникновения

жизни характеризовался абиогенным синтезом полимеров, подобных нуклеиновым

кислотам и белкам.

С. Акабюри впервые синтезировал полимеры протобелков со случайным

расположением аминокислотных остатков. Затем на куске вулканической лавы

при нагревании смеси аминокислот до 100°С С. Фоке получил полимер с

молекулярной массой до 10000, содержащий все включенные в опыт типичные

для белков аминокислоты. Этот полимер Фоке назвал протеиноидом.

Искусственно созданным протеиноидам были характерны свойства,

присущие белкам современных организмов: повторяющаяся последовательность

аминокислотных остатков в первичной структуре и заметная ферментативная

активность.

Полимеры из нуклеотидов, подобные нуклеиновым кислотам организмов,

были синтезированы в лабораторных условиях, не воспроизводимых в природе.

Г. Корнберг показал возможность синтеза нуклеиновых кислот in vitro; для

этого требовались специфические ферменты, которые не могли присутствовать

в условиях примитивной Земли.

В начальных процессах биогенеза большое значение имеет химический

отбор, который является фактором синтеза простых и сложных соединений.

Одной из предпосылок химического синтеза выступает способность атомов и

молекул к избирательности при их взаимодействиях в реакциях. Например,

галоген хлор или неорганические кислоты предпочитают соединяться с легкими

металлами. Свойство избирательности определяет способность молекул к

самосборке, что было показано С. Фоксом в сложных макромолекул

характеризуется строгой упорядоченностью, как по числу мономеров, так и по

их пространственному расположению.

Способность макромолекул к самосборке А. И. Опарин рассматривал в

качестве доказательства выдвинутого им положения, что белковые молекулы

коацерватов могли синтезироваться и без матричного кода.

Третий этап — появление первичных живых организмов. От простых

углеродистых соединений химическая эволюция привела к высокополимерным

молекулам, которые составили основу формирования примитивных живых

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.