Почему повторное возникновение жизни невозможно. Концепции зарождения жизни на земле. В чем основной принцип научного метода
Гипотеза исследования
Если жизнь возникла абиогенным путем , то повторное возникновение жизни на земле невозможно.Цели исследования
Выяснить, возможно, ли возникновение жизни на Земле сейчас?Ход работы
1. Обзор литературы и использование сети Интернет по проблеме исследования ;2. Ответ на вопрос: Возможно ли возникновение жизни на Земле сейчас?
Результаты исследования
В ходе проведенного исследования учащиеся предположили, что, если сейчас на Земле где-нибудь в районах интенсивной вулканической деятельности и могут возникнуть достаточно сложные органические соединения , то вероятность сколько-нибудь продолжительного существования этих соединений ничтожна. Они немедленно будут окислены или использованы гетеротрофными организмами.Предположение было подтверждено словами Ч. Дарвина: в 1871 г. он писал: «Но если бы сейчас... в каком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света , тепла, электричества и т.п., химически образовался белок, способный к дальнейшим , все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено или поглощено , что было невозможно в период до возникновения живых существ». Учащиеся пришли к выводу: повторное возникновение жизни на Земле невозможно.
Вывод
Жизнь возникла на земле абиогенным путем. В настоящее время живые существа возникают только биогенным путем, т.е. путем размножения родительских организмов. Следовательно, возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.Введение.
1. Концепции зарождения жизни на Земле.
2.Происхождение жизни.
3. Возникновение простейших форм живого.
Заключение.
Список использованной литературы
Введение
Вопросы о происхождении природы и сущности жизни издавна стали предметом интереса человека в его стремлении разобраться в окружающем мире, понять самого себя и определить свое место в природе. Происхождение жизни – одна из трех важнейших мировоззренческих проблем наряду с проблемой происхождения нашей Вселенной и проблемой происхождения человека.
Многовековые исследования и попытки решения этих вопросов породили разные концепции возникновения жизни.
1. Концепции зарождения жизни на Земле
Креационизм – божественное сотворение живого.
Согласно креационизму, возникновение жизни на Земле не могло осуществиться естественным, объективным, закономерным образом; жизнь является следствием божественного творческого акта. Возникновение жизни относится к определенному событию в прошлом, которое можно вычислить. В 1650 г. архиепископ Ашер из Ирландии вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н.э., а в 9 часов утра 23 октября и человека. Это число он получил из анализа возрастов и родственных связей всех упоминаемых в Библии лиц. Однако к тому времени на ближнем Востоке уже была развитая цивилизация, что доказано археологическими изысканиями. Впрочем, вопрос сотворения мира и человека не закрыт, поскольку толковать тексты Библии можно по-разному.
Концепция многократного самопроизвольного (спонтанного) зарождения жизни из неживого вещества (ее придерживался еще Аристотель, который считал, что живое может возникать и в результате разложения почвы). Теория спонтанного зарождения жизни возникла в Вавилоне, Египте и Китае как альтернатива креационизму. В ее основе лежит понятие о том, что под влиянием естественных факторов живое может возникнуть из неживого, органическое из неорганического. Она восходит к Аристотелю: определенные «частицы» вещества содержат некое «альтернативное начало», которое при определенных условиях может создать живой организм. Аристотель считал, что активное начало есть в оплодотворенном яйце, солнечном свете, гниющем мясе. У Демокрита начало жизни было в иле, у Фалеса – в воде, у Анаксагора – в воздухе. Аристотель на основе сведений о животных, которые поступали от воинов Александра Македонского и купцов-путешественников, сформировал идею постепенного и непрерывного развития живого из неживого и создал представление о «лестнице природы» применительно к животному миру. Он несомневался в самозарождении лягушек, мышей и других мелких животных. Платон говорил о самозарождении живых существ из земли в процессе гниения.
Идея самозарождения получила широкое распространение в средневековье и эпоху Возрождения, когда допускалась возможность самозарождения не только простых, но и довольно высокоорганизованных существ, даже млекопитающих
(например, мышей из тряпок). Известны попытки Парацельса разработать рецепты искусственного человека (гомункулуса).
Гельмонт придумал рецепт получения мышей из пшеницы и грязного белья. Бэкон тоже считал, что гниение – зачаток нового рождения. Идеи самозарождения жизни поддерживали Галилей, Декарт, Гарвей, Гегель.
Против теории самозарождения в XVII в. выступил флорентийский врач Франческо Реди. Положив мясо в закрытый горшок, Ф. Реди показал, что в гнилом мясе личинки мясной мухи не самозарождаются. Сторонники теории самозарождения не сдавались, они утверждали, что самозарождение личинок не произошло по той лишь причине, что в закрытый горшок не поступал воздух. Тогда Ф. Реди поместил кусочки мяса в несколько глубоких сосудов. Часть из них он оставил открытыми, а часть прикрыл кисеей. Через некоторое время в открытых сосудах мясо кишело личинками мух, тогда как в сосудах, прикрытых кисеей, в гнилом мясе никаких личинок не было.
В XVIII в. теорию самозарождения жизни продолжал защищать немецкий математик и философ Лейбниц. Он и его сторонники утверждали, что в живых организмах существует особая «жизненная сила». По мнению виталистов (от лат. «вита» - жизнь), «жизненная сила» присутствует всюду. Достаточно лишь вдохнуть ее, и неживое станет живым ».
Микроскоп открыл людям микромир. Наблюдения показывали, что в плотно закрытой колбе с мясным бульоном или сенным настоем через некоторое время обнаруживаются микроорганизмы. Но стоило прокипятить мясной бульон в течение часа и запаять горлышко, как в запаянной колбе ничего не возникало. Виталисты выдвинули предположение» что длительное кипячение убивает «жизненную силу», которая не может проникнуть в запаянную колбу.
В XIX в. Даже Ламарк в 1809 г. писал о возможности самозарождения грибков.
С появлением книги Дарвина «Происхождение видов» вновь встал вопрос о том, как же все-таки возникла жизнь на Земле. Французская Академия наук в 1859 г. назначила специальную премию за попытку осветить по новому вопрос о самопроизвольном зарождении. Эту премию в 1862 г. Получил знаменитый французский ученый Луи Пастер. Который провел эксперимент, соперничавший по простоте со знаменитым опытом Реди. Он кипятил в колбе различные питательные среды, в которых могли развиваться микроорганизмы. При длительном кипячении в колбе погибали не только микроорганизмы, но и их споры. Помня об утверждении виталистов, что мифическая «жизненная сила» не может проникнуть в запаянную колбу, Пастер присоединил к ней S-образную трубку со свободным концом. Споры микроорганизмов оседали на поверхности тонкой изогнутой трубки и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипяченная питательная среда оставалась стерильной, в ней не наблюдалось самозарождения микроорганизмов, хотя доступ воздуха (а с ним и пресловутой «жизненной силы») был обеспечен.
Так было доказано то, что в наше время какой бы то ни было организм может появиться только из другого живого организма.
Концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда. Сторонники теории вечного существования жизни считают, что на вечносуществующей Земле некоторые виды вынуждены были вымереть или резко изменить численность в тех или иных местах планеты из-за изменения внешних условий. Четкой концепции на этом пути не выработано, Поскольку в палеонтологической летописи Земли есть некоторые разрывы и неясности. С идеей вечного существования жизни во Вселенной связана и следующая группа гипотез.
Концепция панспермии – внеземного происхождения жизни. Теория панспермии (гипотеза о возможности переноса Жизни во Вселенной с одного космического тела на другие) не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни и переносит проблему в другое место Вселенной. Либих считал, что «атмосферы небесных тел, а также вращающихся космических туманностей можно считать как вековечные хранилища оживленной формы, как вечные плантации органических зародышей», откуда жизнь рассеивается в виде этих зародышей во Вселенной.
В 1865 г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Эта гипотеза была поддержана многими выдающимися учеными. Подобным образом мыслили Кельвин, Гельмгольц и др. в начале нашего века с идеей радиопанспермии выступил Аррениус. Он описывал, как с населенных другими существами планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счет светового давления. Попадая на планету с подходящими условиями для жизни, они начинают новую жизнь на этой планете.
Для обоснования панспермии обычно используют наскальные рисунки с изображением предметов, похожих на ракеты или космонавтов, или появления НЛО. Полеты космических аппаратов разрушили веру в существование разумной жизни на планетах солнечной системы, которая появилась после открытия Скиапарелли каналов на Марсе.
Концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам.
В настоящее время наиболее, широкое признание получила гипотеза о происхождении жизни на Земле, сформулированная советским ученым акад. А. И. Опариным и английским ученым Дж. Холдейном. Эта гипотеза исходит из предположения о постепенном возникновении жизни на Земле из не органических веществ путем длительной абиогенной (небиологической) молекулярной эволюции. Теория А. И. Опарина представляет собой обобщение убедительных доказательств возникновения жизни на Земле в результате закономерного процесса перехода химической формы движения материи в биологическую.
2 . Происхождение жизни
Криптозой
Это геологическое время началось с момента происхождения Земли 4,6 млрд.лет назад, включает период формирования земной коры и протоокеана и заканчивается с широким распространением высокоорганизованных организмов с хорошо развитым наружным скелетом. Криптозой принято подразделять на архей, или археозой, длившийся приблизительно 2 млрд. лет, и протерозой, продолжительность которого также близка к 2 млрд. лет. Когда-то в криптозое, не позже чем 3,5 млрд. лет назад, появилась на Земле жизнь. Жизнь могла появиться только тогда, когда в архее сложились для этого благоприятные условия и, в первую очередь, благоприятная температура.
Живая материя, помимо других веществ, построена из белков. Поэтому к моменту происхождения жизни температура на земной поверхности должна была упасть настолько, чтобы белки не разрушались. Известно, что ныне температурная граница существования живой материи лежит у 90 С, в горячих источниках при этой температуре живут некоторые бактерии. При этой высокой температуре уже могут образовываться определенные органические соединения, необходимые для образования живой материи, прежде всего белки. Трудно сказать, сколько времени понадобилось для того, чтобы земная поверхность остыла для соответствующей температуры.
Многие исследователи, изучающие проблему происхождения жизни на Земле, полагают, что жизнь зародилась на морском мелководье в результате обычных физико-химических процессов, присущих неорганической материи. Определенные химические соединения образуются в определенных условиях и химические элементы соединяются друг с другом в определенных весовых соотношениях.
Вероятность возникновения сложных органических соединений особенно высока для атомов углерода вследствие их специфических особенностей. Именно поэтому углерод стал тем строительным материалом, из которого по законам физики и химии относительно легко и быстро возникли самые сложные органические соединения.
Молекулы отнюдь не сразу достигли той степени сложности, которая необходима для построения «живой материи. Мы можем говорить о химической эволюции, предшествовавшей биологической и завершившейся появлением живых существ. Процесс химической эволюции был довольно медленным. Начало этого процесса удалено от современности на 4,5 млрд. лет и практически совпадает со временем формирования самой Земли.
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.
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. Вполне логично предположить, что Земля уже на начальных этапах своего существования обладала определенным количеством углеводородов. Второй этап биогенеза характеризовался возникновением более сложных органических соединений, в частности белковых веществ в водах первичного океана. Благодаря высокой температуре, грозовым разрядам, усиленному ультрафиолетовому излучению относительно простые молекулы органических соединений при взаимодействии с другими веществами усложнялись и образовывались углеводы, жиры, аминокислоты, белки и нуклеиновые кислоты.
С определенного этапа в процессе химической эволюции на Земле активное участие стал принимать кислород. Он мог накапливаться в атмосфере Земли в результате разложения воды и водяного пара под действием ультрафиолетовых лучей Солнца. (Для превращения восстановленной атмосферы первичной Земли в окисленную потребовалось не менее 1-1,2 млрд. лет.) С накоплением в атмосфере кислорода восстановленные соединения начали окисляться. Так, при окислении метана образовались метиловый спирт, формальдегид, муравьиная кислота и т.д. Образующиеся соединения не разрушались вследствие их летучести. Покидая верхние слои земной коры, они попадали во влажную холодную атмосферу, что предохраняло их от разрушения. В дальнейшем эти вещества вместе с дождем выпадали в моря, океаны и другие водные бассейны. Накапливаясь здесь, они вновь вступали в реакции, в результате чего возникали более сложные вещества (аминокислоты и соединения типа аденита). Для того чтобы те или иные растворенные вещества вступали между собой во взаимодействие, нужна достаточная концентрация их в растворе. В таком «бульоне» мог вполне успешно развиваться процесс образования более сложных органических молекул. Таким образом, воды первичного океана постепенно насыщались разнообразными органическими веществами, образуя «первичный бульон». Насыщению такого «органического бульона» в немалой степени способствовала и деятельность подземных вулканов.
В водах первичного океана концентрация органических веществ увеличивалась, происходили их смешивание, взаимодействие и объединение в мелкие обособленные структуры раствора. Такие структуры можно легко получить искусственно, смешивая растворы разных белков, например желатина и альбумина. Эти обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры выдающийся русский ученый А.И. Опарин назвал коацерватными каплями или коацерватами. Коацерваты - мельчайшие коллоидальные частицы -капли, обладающие осмотическими свойствами. Исследования показали, что коацерваты имеют достаточно сложную организацию и обладают рядом свойств, которые сближают их с простейшими живыми системами. Например, они способны поглощать из окружающей среды разные вещества, которые вступают во взаимодействие с соединениями самой капли, и увеличиваться в размере. Эти процессы в какой-то мере напоминают первичную форму ассимиляции. Вместе с тем в коацерватах могут происходить процессы распада и выделения продуктов распада. Соотношение между этими процессами у разных коацерватов неодинаково. Выделяются отдельные динамически более стойкие структуры с преобладанием синтетической деятельности. Однако все это еще не дает основания для отнесения коацерватов к живым системам, потому что они лишены способности к самовоспроизведению и саморегуляции синтеза органических веществ. Но предпосылки возникновения живого в них уже содержались.
Повышенная концентрация органических веществ в коацерватах увеличивала возможность взаимодействия между молекулами и усложнения органических соединений. Коацерваты образовывались в воде при соприкосновении двух слабо взаимодействующих полимеров.
Кроме коацерватов в «первичном бульоне» накапливались полинуклеотиды, полипептиды и различные катализаторы, без которых невозможно образование способности к самовоспроизведению и обмену веществ. Катализаторами могли быть и неорганические вещества. Так, Дж. Берналом в свое время была выдвинута гипотеза о том, что наиболее удачные условия для возникновения жизни складывались в небольших спокойных теплых лагунах с большим количеством ила, глинистой мути. В такой среде очень быстро протекает полимеризация аминокислот; здесь процесс полимеризации не нуждается в нагревании, так как частицы ила выступают в качестве своеобразных катализаторов.
Так постепенно на поверхности молодой планеты Земля накапливались органические соединения и их полимеры, оказавшиеся предшественниками первичных живых систем - эобионтов.
3 . Возникновение простейших форм живого.
Эобионты появились не менее 3,5 млрд. лет назад.
Первые живые организмы отличались, естественно, предельной простотой строения. Однако естественный отбор, в ходе которого выживали мутанты, лучше приспособленные к условиям среды, и вымирали их менее адаптированные конкуренты, вел к неуклонному усложнению форм жизни. Первичные организмы, появившиеся где-то в раннем архее, еще не подразделялись на животных и растения. Обособление этих двух систематических групп было закончено только в конце раннего архея. Древнейшие организмы жили и умирали в первичном океане, и скопления их мертвых тел уже могли оставить в породах отчетливые отпечатки. Первые живые организмы могли питаться исключительно органическими веществами, т. е., они были гетеротрофными. Но исчерпав запасы органического вещества в своем ближайшем окружении, они оказались поставленными перед выбором: погибнуть или выработать способность синтезировать органические вещества из материалов неживой природы, прежде всего из углекислого газа и воды. И действительно, в ходе эволюции некоторые организмы (растения) приобрели способность поглощать энергию солнечных лучей и с ее помощью расщеплять воду на составляющие элементы. Используя водород для восстановительной реакции, они смогли перерабатывать углекислый газ в углеводы и строить из него другие органические вещества в своем теле. Эти процессы известны под названием фотосинтеза. Организмы, способные превращать неорганические вещества в органические путем внутренних химических процессов, называются автотрофными.
Появление фотосинтезирующих автотрофных организмов явилось переломным моментом в истории жизни на Земле. С этого времени началось накопление свободного кислорода в атмосфере и стало резко увеличиваться общее количество существующего на Земле органического вещества. Без фотосинтеза дальнейший прогресс в истории жизни на Земле был невозможен. Следы фотосинтезирующих организмов мы находим в самых древних слоях земной коры.
Первые животные и растения были микроскопическими одноклеточными существами. Определенным шагом вперед было объединение однородных клеток в колонии; однако по-настоящему серьезный прогресс стал возможен только после появления многоклеточных организмов. Их тела состояли из отдельных клеток или групп клеток различной формы и назначения. Это дало толчок бурному развитию жизни, организмы становились все более сложными и разнообразными. В начале протерозойского
периода быстро прогрессировала флора и фауна планеты. В морях процветали уже несколько более прогрессивные формы водорослей, появились первые многоклеточные организмы: губки, кишечно-полостные, моллюски и черви. Последующие этапы биологического развития сравнительно легко прослеживаются по окаменелым остаткам скелетов, встречающимся в различных слоях земной коры. Эти остатки, которые благодаря случаю и благоприятной среде сохранились в отложениях вплоть до наших дней, мы называем окаменелостями, или ископаемыми.
Древнейшие остатки организмов на Земле обнаружены в докембрийских
отложениях Южной Африки. Это бактериеподобные организмы, возраст которых оценивается учеными в 3,5 млрд. лет. Они столь малы (0,25 Х 0,60 мм), что разглядеть их можно только с помощью электронного микроскопа. Органические части этих микроорганизмов хорошо сохранились и позволяют сделать заключение о сходстве с современными бактериями. Химический анализ выявил их биологический характер. Другие доказательства докембрийской жизни были найдены в древних образованиях Миннесоты (27 млрд. лет), Родезии (2,7 млрд.лет), вдоль границы Канады и США (2 млрд. лет), на севере штата Мичиган (1 млрд.лет) и в других местах.
Останки животных со скелетными частями обнаружены в докембрийских отложениях лишь в последние годы. Однако уже давно в докембрийских отложениях находили остатки различных «бесскелетных» животных. Эти примитивные существа еще не имели ни известкового скелета, ни твердых опорных структур, однако изредка находились отпечатки тел многоклеточных организмов, а как исключение и их окаменевшие остатки. В качестве примера можно привести открытие в канадских известняках любопытных шишковидных образований - Atikokania, - которых многие ученые считают родителями морских губок. На жизнедеятельность более крупных живых существ, по всей вероятности червей, показывают четкие зигзагообразные отпечатки, - следы ползания, а также остатки «норок», обнаруженные в тонкослоистых осадках морского дна. Мягкие тела животных разложились в незапамятные времена, но палеонтологи смогли по следам определить образ жизни животных и установить существование различных их родов, напр., Planolithes, Russophycus и др. Чрезвычайно интересная фауна была открыта в 1947 г. австралийским ученым Р.К. Сприггсом в холмах Эдиакары, приблизительно в 450 км к северу от Аделаиды (Южная Австралия). Эта фауна была изучена профессором Аделаидского университета, австрийцем по происхождению, Н. Ф. Глесснером, который констатировал, что большинство видов животных из Эдиакары относится к неизвестным ранее группам бесскелетных организмов. Одни из них принадлежат к древним медузам, другие напоминают сегментированных червей - аннелид. В Эдиакаре и близких по возрасту местонахождениях Южной Африки и других регионов обнаружены также остатки организмов, принадлежащих к совершенно неизвестным науке группам. Так, профессор X. Д. Пфлуг установил на основе некоторых остатков новый тип примитивных многоклеточных животных Petalonamae. Эти организмы обладают листовидным телом и происходят, по-видимому, от примитивнейших колониальных организмов. Родственные связи петалонамий с другими типами животных не вполне ясны. С эволюционной точки зрения, однако, очень важно что в эдиакарское
время сходная по составу фауна населяла моря различных регионов
Земли.
Совсем недавно многие сомневались в том, что эдиакарские находки имеют протерозойское происхождение. Новые радиометрические методы показали, что слои с эдиакарской фауной насчитывают возраст около 700 млн.лет. Иными словами, они принадлежат позднему протерозою
. Еще более широкое распространение имели в протерозое микроскопические одноклеточные растения.
Следы жизнедеятельности сине-зеленых водорослей так называемые строматолиты, построенные из концентрических слоев извести, известны в отложениях, возраст которых насчитывает до 3 млрд. лет. Сине-зеленые водоросли не обладали скелетом и строматолиты образованы материалом, выпавшим в осадок в результате биохимических процессов жизнедеятельности этих водорослей. Сине-зеленые водоросли, наряду с бактериями, принадлежат к наиболее примитивным организмам - прокариотам, в клетках которых еще отсутствовало оформленное ядро.
Итак, в докембрийских морях появилась жизнь, а появившись, разделилась на две главные формы: на животных и растения. Первые простейшие организмы развились в многоклеточные организмы, относительно сложные живые системы, ставшие родоначальниками растений и животных, которые в последующие геологические эпохи расселились по всей планете. Жизнь множила свои проявления на морском мелководье, проникая и в пресноводные бассейны; многие формы уже готовились к новому революционному этапу эволюции - к выходу на сушу.
Заключение.
Возникнув, жизнь стала развиваться быстрыми темпами (ускорение эволюции во времени). Так, развитие от первичных протобионтов до аэробных форм потребовало около 3 млрд лет, тогда как с момента возникновения на земных растений и животных прошло около 500 млн лет; птицы и млекопитающие развились от первых на земных позвоночных за 100 млн лет,приматы выделились за 12-15 млн лет, для становления человека потребовалось около 3 млн лет.
Возможно ли возникновение жизни на Земле сейчас?
Из того, что мы знаем о происхождении жизни на Земле, ясно, что процесс возникновения живых организмов из простых органических соединений был крайне длительным. Чтобы на Земле зародилась жизнь, понадобился длившийся много миллионов лет эволюционный процесс, в течение которого сложные молекулярные структуры, прежде всего нуклеиновые кислоты и белки, прошли отбор на устойчивость, на способность к воспроизведению себе подобных.
Если сейчас на Земле где-нибудь в районах интенсивной вулканической деятельности и могут возникнуть достаточно сложные органические соединения, то вероятность сколько-нибудь продолжительного существования этих соединений ничтожна. Они немедленно будут окислены или использованы гетеротрофными организмами. Это прекрасно понимал еще Ч. Дарвин: в 1871 г. он писал: «Но если бы сейчас в каком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т.п., химически образовался белок, способный к дальнейшим, все более сложным превращениям. То это вещество немедленно было бы разрушено или поглощено, что было невозможно в период до возникновения живых существ».
Жизнь возникла на земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения.
Список используемой литературы:
1. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. – М.: Гардарики,
1999. – 476 с.
2. Слюсарев А.А. Биология с общей генетикой. - М.: Медицина, 1978. –
3. Биология/ Семенов Э.В., Мамонтов С.Г., Коган В.Л. – М.: Высшая школа, 1984. – 352 с.
4. Общая биология/ Беляев Д.К., Рувинский А.О. – М.: Просвещение, 1993.
Репетиторство
Нужна помощь по изучению какой-либы темы?
Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку
с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.
а также зависимость ранних стадий развития многих организмов от водной среды, значительное разнообразие и богатство морской фауны по сравнению с сухопутной.
Широко распространена точка зрения, согласно которой наибо-лее благоприятной средой для возникновения жизни были при-брежные районы морей и океанов. Здесь, на стыке моря, суши, воздуха, создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений, необходимых для возникнове-ния жизни.
В последние годы внимание ученых привлекают вулканические области Земли как один из возможных источников зарождения жизни. При извержении вулканов выделяется огромное количество газов, состав которых во многом совпадает с составом газов, обра-зовавших первичную атмосферу Земли. Кроме того, высокая тем-пература способствует протеканию реакций.
В 1977 г. в океанических желобах обнаружены так называемые «черные курильщики». На глубине в несколько тысяч метров при давлении в сотни атмосфер из «трубок» выходит вода с температу-рой +200. . .+300°С, обогащенная газами, свойственными вул-каническим областям. Вокруг трубок «черных курильщиков» от-крыты многие десятки новых родов, семейств и даже классов животных. Крайне разнообразно представлены здесь и микроор-ганизмы, среди которых преобладают серобактерии. Быть может, жизнь зародилась в глубинах океана в резко контрастных условиях перепада температур (от +200 до +4°С)? Какая жизнь была первичной - водная или сухопутная? Ответы на эти вопросы пред-стоит дать науке будущего.
Возможно ли возникновение жизни на Земле сейчас? Процесс возникновения живых организмов из простых органических соеди-нений был чрезвычайно длительным. Чтобы на Земле вспыхнула жизнь, понадобился длившийся много миллионов лет эволюцион-ный процесс, в течение которого пробионты испытали длительный отбор на устойчивость, на способность к воспроизведению себе подобных, на образование ферментов, контролирующих все хими-ческие процессы в живом. Стадия преджизни была, по-видимому, длительной. Если сейчас на Земле где-нибудь в районах интенсив-ной вулканической деятельности и могут возникнуть достаточно сложные органические соединения, то вероятность сколько-нибудь длительного существования этих соединений ничтожна. Они сейчас же будут использованы гетеротрофными организмами. Это пони-мал еще Ч. Дарвин, который в 1871 г. писал: «Но если бы сейчас (ах какое большое если!) в каком-либо теплом водоеме, содержа-щем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т. п., химически обра-зовался белок, способный к дальнейшим все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено или поглощено, что было невозможно в период до возникновения живых существ».
Таким образом, современные знания о происхождении жизни на Земле приводят к следующим выводам:
Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. Биологичес-кой эволюции предшествовала длительная химическая эволюция.
Возникновение жизни - это этап эволюции материи во Вселенной.
Закономерность основных этапов возникновения жизни может быть проверена экспериментально в лаборатории и выраже-на в виде следующей схемы: атомы ----*- простые молеку-лы --^ макромолекулы --> ультрамолекулярные системы (пробионты) --> одноклеточные организмы.
Первичная атмосфера Земли имела восстановительный ха-рактер. В силу этого первые организмы были гетеротрофами.
Дарвиновские принципы естественного отбора и выживания наиболее приспособленных можно перенести на предбиологические системы.
В настоящее время живое происходит только от живого (биогенно). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.
ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ
\ . На основании сравнительной характеристики коацерватных капель и живых организмов докажите, что жизнь на Земле могла возникнуть абиогенным путем.
2. Почему повторное возникновение жизни на Земле невозможно?
3. Среди ныне существующих организмов примитивнейшими являются микоплазмы. По размерам они меньше некоторых вирусов. Однако в такой крошечной клетке имеется полный набор жизненно важных молекул: ДНК, РНК, белки, фермецты, АТФ, углеводы, липиды и др. Микоплазмы не имеют никаких органоидов, кроме внешней мембраны и рибосом. О чем говорит факт существования таких организмов?
ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ И МЕТОДЫ ЕЕ ИЗУЧЕНИЯ
Картину эволюционного процесса от его начала до наших дней воссоздает наука о древней жизни - палеонтология. Ученые-палеонтологи прослеживают отдаленные во времени эпохи по окаменевшим остаткам организмов прошлого, сохранившимся в земных пластах. Геологические пласты поэтому можно образно назвать страницами и главами каменной летописи истории Земли. Но можно ли точно определить их возраст, а вместе с тем и возраст ископаемых организмов, заключенных в этих пластах?
Методы геохронологии. Существуют разнообразные методы определения возраста ископаемых остатков и слоев горных пород. Все они делятся на относительные и абсолютные. Методы относи-тельной геохронологии исходят из представления о том, что более
поверхностный пласт всегда моложе лежащего под ним. Учитыва-ется и тот факт, что для каждой геологической эпохи характерен свой определенный облик - специфический набор животных и растений. На основании изучения последовательности напласто-вания слоев геологического разреза составляется схема располо-жения слоев (стратиграфическая схема) данного района. Палеон-тологические данные позволяют выявить одинаковые или близкие виды в слоях различных геологических разрезов разных стран и континентов. На основании сходства ископаемых форм делается вывод о синхронности слоев, содержащих так называемые руково-дящие ископаемые, т. е. об их принадлежности к одному и тому же времени.
Методы абсолютной геохронологии основываются на естествен-ной радиоактивности некоторых химических элементов. Впервые предложил использовать это явление как эталон времени Пьер Кюри (1859-1906). Строгое постоянство скорости радиоактивно-го распада привело к мысли о разработке единой точной хроноло-гической шкалы истории Земли. Позже этот вопрос разрабатывали Э. Резерфорд (1871-1937) и другие ученые-
Для определения абсолютного возраста используют «долгожи-вущие» радиоактивные изотопы, пригодные для изучения возраста древнейших слоев Земли. Скорость распада радиоактивного изо-топа выражается периодом полураспада. Это время, в течение ко-торого любое исходное количество атомов уменьшается вдвое, Зная период полураспада соответствующего изотопа и измерив соотношение количества радиоактивного изотопа и продуктов его распада, можно определить возраст той^или иной породы. Напри-мер, период полураспада урана-238 равен 4,498 млрд. лет. Кило-грамм урана, в каких бы горных породах он ни залегал, через 100 млн. лет дает 13 г свинца и 2 г гелия. Следовательно, чем больше в горной породе уранового свинца, тем она и пласт, ее включающий, древнее. Таков принцип действия «радиоактивных часов». Рассмотренный пример иллюстрирует старейший метод изотопной геохронологии -- свинцовый. Он назван так потому, что возраст пород определяется по накоплению свинца при распаде урана и тория. В результате радиоактивного распада урана-238 возникает свинец-206, уран-235, свинец-207 и при распаде то-рия-232 - свинсц-208.
В зависимости от конечного продукта радиоактивного распада разработаны и другие методы изотопной геохронологии: гелиевый, углеродный, калий-ар гонпвы и.
Для определения геологического вочрасга до 50 тыс. лет широ-ко применяется радиоуглсродный мегод. Он основан на том, что под действием космической ради.ш.ин и атмосфере Земли азот превращается н радиоактивный я:ютоп углерода " С, с периодом полураспада 5750 лет, В живых организмах вследствие постоян-ного обмена со средой концентрация радиоактивного изотопа угле-рода постоянна, тогда как после смерти и прекращения обмена
веществ радиоактивный изотоп ""*С начинает разлагаться. Зная период полураспада, можно весьма точно определить возраст ор-ганических остатков: угля, веток, торфа, костей. Этим методом да-тируются эпохи оледенения, этапы древней человеческой цивили-зации и т- д.
В последние годы успешно разрабатывается дендрохронологи-ческий метод. Изучив влияние погодных условий на прирост годичных колец на древесине, биологи выяснили, что чередование колец низкого и высокого прироста дает неповторимую картину. Составив усредненную кривую приростов древесины для каждого района, можно с точностью до года датировать любой кусок древесины. Таким образом, например, советские археологи точно датируют возраст древесины, использовавшейся на строительство древнего Новгорода.
Подобно годичным кольцам деревьев, отражают суточные, сезонные и годовые циклы линии роста кораллов. У этих морских беспозвоночных внешняя часть скелета покрыта тонким известко-вым слоем, называемым эпитекой. При хорошей сохранности на эпнтеке видны четкие кольца - результат периодического измене-ния скорости отложения карбоната кальция. Эти образования группируются в пояса. Американский палеонтолог Дж. Уэлс дока-зал (1963), что кольцевые линии и пояса на эпитеке кораллов представляют собой суточные и годовые образования. Исследуя современные виды рифообразующих кораллов, он насчитал в их годовом поясе около 360 линий, т. е- каждая линия соответствовала приросту за один день. Интересно, что у кораллов, живших при-мерно 370 млн. лет назад, в годовом поясе насчитывается от 385 до 399 линий. На основании этого Дж. Уэлс пришел к заключению, что количество дней в году в то далекое геологическое время было больше, чем в нашу эпоху. Действительно, как показывают астро-номические вычисления и палеонтологические данные, Земля вра-щалась быстрее и продолжительность суток поэтому составляла примерно 22 часа. Зная последовательность появления тех или иных организмов и возраст различных слоев земной коры, ученые в общих чертах составили хронологию истории нашей планеты и описали развитие жизни на ней.
Календарь истории Земли. История Земли разделяется на дли-тельные промежутки времени - эры. Эры подразделяются на пр риоды, периоды - на эпохи, эпохи - на века. (Календарь истории Земли представлен на таблице.)
Разделение на эры и периоды не случайно. Окончание одной эры и начало другой знаменовалось существенными преобразова-ниями лика Земли, изменением соотношений суши и моря, интен-сивными горообразовательными процессами-
Названин ур греческого происхождения: китархсй - ниже древнейшего, архей - древнейший,протерозой - первичная жизнь, палеозой - древняя жизнь, мезозой - средняя жизнь. кайнозой- новая жизнь (рис. 40).
j 55
Расцвет млекопитающих
Расцвет рептилий
Расцвет амфибий
Завоевание суши
Древние позвоночные
Появления озонового экрана
Губки, черви
Археоциты
Образование курских железных руд
Гидроидные полипы-много-клеточные. Зеленые водорос-ли-эукариоты. Появление почв Сине-зеленые во- 1 прока-доросли.Бактерии J рноты
Возникновение жизни
Вулканизм, конденсация паров воды, накопление вторичной атмосферы
Образование земной коры
Формирование планеты
Рис- 40. Исторчя развития жизни на Земле
Геохронологическая таблица
Продолжи-тельность (в млн. лет) | начала до наших дней (в млн. лет) |
|||
Кайнозой | Четвертичный Голоцен 0,02 0,02 Плейстоцен 1.5 1,5 |
|||
Третичный Плиоцен 11 неоген |
||||
Продолжение
палеоген | Олиго цен Эоцен Палеоцен | ||
Поздний Ранний | |||
Поздняя Ранняя | |||
Мезозой Палеозой | Поздний Средний Ранний | ||
Поздняя Ранняя | |||
Средний Ранний | |||
Поздний Средний Ранний | |||
Поздний Ранний | |||
Поздний Средний Ранний | |||
Поздний Средний | |||
Протерозой | Поздний протеро-зой Рифей | ||
Поздний Средний Ранний | |||
протерозой | |||
Ранний протерозой | |||
1100--1400 3500-3800 |
|||
Катархей |
ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ
1. В чем сущность основных методов датирования горных пород и ископаемых остатков организмов?
2. Каков принцип действия «радиоактивных часов»?
3. Что представляет собой календарь истории Земли?
РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ В ДОКЕМБРИИ
Еще недавно палеонтологи могли углубиться в историю жизни лишь на 500-570 млн. лет и счет палеонтологической летописи начинался с кембрийского периода. В докембрийских отложениях долгие время не удавалось обнаружить остатки организмов. Но если иметь в виду, что 7/8 геологической истории Земли занимает докембрий, то понятно быстрое развитие в последние годы пале-онтологии.
Архей. Палеонтологические данные древнейших осадочных пластов свидетельствуют, что доорганизменный этап эволюции продолжался 1,5-!,6 млрд. лет после образования Земли как планеты. Катархей был «спектаклем без зрителей». Жизнь возник-ла на грани катархея и архея. Об этом свидетельствуют находки остатков микроорганизмов в ранних архейских породах возрастом 3,5-3,8 млрд. лет. О жизни в архее известно немного. Горные породы архея содержат большое количество графита. Считается, что графит происходит из остатков органических соединений, вхо-дивших в состав живых организмов. Это были клеточные про" кариоты - бактерии и сине-зеленые. Продуктами жизнедеятель-ности этих примитивных микроорганизмов являются и древнейшие осадочные породы (строматолиты) - известковые образования в виде столбов, обнаруженные в Канаде, Австралии, Африке, на Урале и в Сибири. Бактериальную основу имеют осадочные породы железа, никеля, марганца. До 90% мировых запасов серы возник-ли в результате жизнедеятельности серобактерий. Многие микро-организмы - активные участники формирования колоссальных, пока еще мало разведанных ресурсов полезных ископаемых-на дне Мирового океана. Там обнаружены залежи железа, марганца, меди, никеля, кобальта. Велика роль микроорганизмов и в обра-зовании горючих сланцев, нефти и газа.
Сине-зеленые, бактерии быстро распространяются в архее и становятся хозяевами планеты. Эти организмы не имели обособ-ленного ядра, но обладали развитой системой обмена веществ, способностью к размножению. Сине-зеленые, кроме того, облада-ли аппаратом фотосинтеза. Появление последнего было крупней-шим аромирфозом в эволюции живой природы и открыло один из путей (вероятно, специфически земной) образования свободного кислорода.
К концу архея (2,8-3 млрд- лет назад) появляются первые
колониальные водоросли, окаменевшие остатки которых най-дены в Австралии, Африке, Советском Союзе.
Палеонтологические исследования будут постепенно допол нять картину жизни на ранних этапах ее эволюции. Пока же хронология того далекого времени очерчена лишь схематично. Каменная летопись уже началась, но следы «письменности» е.це очень редки-
Гипотеза озонового экрана. Важнейший этап развития жизни на Земле тесно связан с изменением концентрации кислорода я атмосфере, становлением озонового экрана. Это предположение высказывали американские ученые Г. Беркнер и Л. Маршалл в конце 60-х годов нашего века. Ныне оно подтверждается данными биогеохимии и палеонтологии. Благодаря жизнедеятельности сине-зеленых содержание свободного кислорода в атмосфере ^".метно возросло. Достижение так называемой «пастеровской точки» кон-центрации кислорода- 1% от его концентрации в современной атмосфере - создало предпосылки для проявления аэробного механизма диссимиляции-дыхания. До этого господствовали анаэробные (бескислородные) процессы. Возникновение дыхания было крупным ароморфозом, в результате которого во много раз увеличилось освобождение энергии для процессов жизнедеятель-ности.
Накопление кислорода привело к возникновению первичного озонового экрана в верхних слоях биосферы, который открыл необъятные горизонты для расцвета жизни, так как препятствовал проникновению на Землю губительных ультрафиолетовых лучей.
Появление озонового экрана и переход от анаэробных про-цессов к дыханию совершается в венде - наиболее позднем этапе протерозоя и приводит к развитию фотосинтезирующих организ-мов - автотрофов в богатых солнечной энергией верхних слоях океана. В свою очередь, накопление автотрофными организмами в результате фотосинтеза органических соединений создало усло-вия для эволюции их потребителей - гетеротрофных организмов.
В палеозое, на грани силура и девона, содержание кислорода в атмосфере достигло 10% от его современной концентрации. К этому времени мощность озонового экрана выросла настолько, что сделала возможным выход живых организмов на сушу.
ДокументФакультативный курс -семинар БОРХЕС И НАБОКОВ В ПОИСКАХ... результаты предполагается обсудить в этом курсе -семинаре, показало, что подобный... и культурно-историческому контексту. Настоящий курс -семинар адресован всем интересующимся компаративными...
В настоящее время жизнь на Земле не может возникнуть абиогенным путём. Ещё Дарвин в 1871 году писал: «Но если бы сейчас… в каком – либо тёплом водоёме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества, химически образовался белок, способны к дальнейшим всё более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено и поглощено, что было невозможно в период возникновения живых существ». Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.
Теория панспермии.
В 1865 г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу космозоев
(космических зачатков) в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую.
Сходную гипотезу в 1907 году выдвинул шведский естествоиспытатель С. Аррениус, предположив, что во Вселенной вечно существуют зародыши жизни – гипотезу панспермии. Он описывал, как с населённых другими существами планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счёт светового давления. Попадая на планету с подходящими условиями для жизни, они начинают новую жизнь на этой планете. Эту гипотезу поддерживали многие, в том числе русские ученые С. П. Костычев, Л. С. Берг и П. П. Лазарев.
Данная гипотеза не предполагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни и переносит проблему в другое место Вселенной. Либих считал, что «атмосферы небесных тел, а также вращающихся космических туманностей можно считать, как вековечные хранилища оживленной формы, как вечные плантации органических зародышей», откуда жизнь рассеивается в виде этих зародышей во Вселенной.
Для обоснования панспермии используют наскальные рисунки с изображением предметов, похожих на ракеты или космонавтов, или появления НЛО. Полёты космических аппаратов разрушили веру в существование разумной жизни на планетах Солнечной системы, которая появилась после открытия Скипарелли каналов на Марсе в 1877 году.
Ловелл насчитал на Марсе 700 каналов. Сеть каналов охватывала все материки. В 1924 году каналы были сфотографированы, и большинство учёных увидели в них доказательство существования разумной жизни. Фотоснимки 500 каналов зафиксировали и сезонные изменения цвета, которые подтвердили идеи советского астронома Г. А. Тихова о растительности на Марсе, поскольку озера и каналы имели зеленый цвет.
Ценная информация о физических условиях на Марсе была получена советским космическим аппаратом «Марс» и американскими посадочными станциями «Викинг – 1» и «Викинг – 2». Так, полярные шапки, испытывающие сезонные изменения, оказались состоящими из водного пара с примесью минеральной пыли и из твёрдой двуокиси углерода сухого льда). Но пока следов жизни на Марсе не найдено.
Изучение поверхности с борта искусственных спутников позволило предположить, что каналы и реки Марса могли возникнуть в результате растапливания под поверхностного водяного льда в зонах повышенной активности или внутреннего тепла планеты, или при периодических изменениях климата.
В конце шестидесятых годов ХХ века вновь возрос интерес к гипотезам панспермии. При изучении вещества метеоритов и комет были обнаружены «предшественники живого» - органические соединения, синильная кислота, вода, формальдегид, цианогены.
Формальдегид обнаружен в 60 % случаев в 22 исследованных областях, его облака с концентрацией примерно 1000 молекул/см. куб. заполняют обширные пространства.
В 1975 году предшественники аминокислот найдены в лунном грунте и метеоритах.
Концепция стационарного состояния жизни.
По мнению В. И. Вернадского, нужно говорить об извечности жизни и проявлений её организмов, как мы говорим об извечности материального субстрата небесных тел, их тепловых электрических, магнитных свойств и их проявлений. Всё живое произошло от живого (принцип Реди).
Примитивные одноклеточные организмы могли возникнуть только в биосфере Земли, а также в биосфере Вселенной. По мнению Вернадского, естественные науки построены на предположении, что жизнь с её особыми качествами не принимает никакого участия в жизни Вселенной. Но биосферу нужно брать как целое, как единый живой космический организм (тогда и отпадает вопрос о начале живого, о скачке от неживого к живому).
Гипотеза «голобиоза».
Она касается прообраза доклеточного предка и его способностей.
Есть различные формы доклеточного предка – «биоид», «биомонада», «микросфера».
Согласно биохимику П. Деккеру, структурную основу «биоида» составляют жизнеспособные неравновесные диссипативные структуры, то есть открытие микросистемы с ферментативным аппаратом, катализирующим метаболизм «биоида».
Эта гипотеза трактует активность до клеточного предка в обменно–метаболическом духе.
В рамках гипотезы «голобиоза» моделировали биохимики С. Фокс и К. Дозе свои биополимеры, способные к метаболизму – комплексному белковому синтезу.
Главный недостаток этой гипотезы – отсутствие генетической системы при таком синтезе. Отсюда предпочтение «молекулярного прародителя» всякого живого, а не первичной протоклеточной структуры.
Гипотеза генобиоза.
Американский учёный Холдейн считал, что первичной была не структура, способная к обмену веществ с окружающей средой, а мокромолекулярная система, подобная гену и способная к репродукции, а потому и названным им «голым геном». Общее признание данная гипотеза получила после открытия РНК и ДНК и их феноменальных свойств.
Согласно этой генетической гипотезе, в начале возникли нуклеиновые кислоты как матричная основа синтеза белков. Впервые её выдвинул в 1929 г. Г. Мёллер.
Экспериментально доказано, что несложные нуклеиновые кислоты могут реплицироваться и без ферментов. Синтез белков на рибосомах идет при участии т - РНК и р – РНК. Они способны строить не просто случайные сочетания аминокислот, а упорядоченные полимеры белком. 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 комплиментарных 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.
3. Как появилась жизнь на Земле
Современная концепция возникновения жизни на Земле является результатом широкого синтеза естественных наук, многих теорий и гипотез, выдвинутых исследователями разных специальностей.
Гипотеза А. И. Опарина. Наиболее существенная черта гипотезы А. И. Опарина - постепенное усложнение химической структуры и морфологического облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живым организмам.
Большое количество данных говорит о том, что средой возникновения жизни могли быть прибрежные районы морей и океанов. Здесь, на стыке моря, суши и воздуха, создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. Например, растворы некоторых органических веществ (сахаров, спиртов) обладают большой устойчивостью и могут существовать неограниченно долгое время. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки, подобные сгусткам желатина в водных растворах. Такие сгустки называют коацерватными каплями или коацерватами (рис. 70). Коацерваты способны адсорбировать различные вещества. Из раствора в них поступают химические соединения, которые преобразуются в результате реакций, происходящих в коацерватных каплях, и выделяются в окружающую среду.
Коацерваты - это еще не живые существа. Они проявляют лишь внешнее сходство с такими признаками живых организмов, как рост и обмен веществ с окружающей средой. Поэтому возникновение коацерватов рассматривают как стадию развития преджизни.
Рис. 70. Образование коацерватной капли
Коацерваты претерпели очень длительный отбор на устойчивость структуры. Устойчивость была достигнута вследствие создания ферментов, контролирующих синтез тех или иных соединений. Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений. Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению, стали контролировать синтез белков, определяя в них порядок аминокислот. А белки-ферменты осуществляли процесс создания новых копий нуклеиновых кислот. Так возникло главное свойство, характерное для жизни, - способность к воспроизведению подобных себе молекул.
Живые существа представляют собой так называемые открытые системы, т. е. системы, в которые энергия поступает извне. Без поступления энергии жизнь существовать не может. Как вы знаете, по способам потребления энергии (см. гл. III) организмы делятся на две большие группы: автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные организмы прямо используют солнечную энергию в процессе фотосинтеза (зеленые растения), гетеротрофные используют энергию, которая выделяется при распаде органических веществ.
Очевидно, первые организмы были гетеротрофами, получающими энергию путем бескислородного расщепления органических соединений. На заре жизни в атмосфере Земли не было свободного кислорода. Возникновение атмосферы современного химического состава теснейшим образом связано с развитием жизни. Появление организмов, способных к фотосинтезу, привело к выделению в атмосферу и воду кислорода. В его присутствии стало возможным кислородное расщепление органических веществ, при котором получается во много раз больше энергии, чем при бескислородном.
С момента своего возникновения жизнь образует единую биологическую систему - биосферу (см. главу XVI). Другими словами, жизнь возникла не в виде отдельных изолированных организмов, а сразу в форме сообществ. Для эволюции биосферы как единого целого характерно постоянное усложнение, т. е. возникновение все более и более сложных структур.
Возможно ли возникновение жизни на Земле сейчас? Из того, что мы знаем о происхождении жизни на Земли, ясно, что процесс возникновения живых организмов из простых органических соединений был крайне длительным. Чтобы на Земле зародилась жизнь, понадобился длившийся много миллионов лет эволюционный процесс, в течение которого сложные молекулярные структуры, прежде всего нуклеиновые кислоты и белки, прошли отбор на устойчивость, на способность к воспроизведению себе подобных.
Если сейчас на Земле где-нибудь в районах интенсивной вулканической деятельности и могут возникнуть достаточно сложные органические соединения, то вероятность сколько-нибудь продолжительного существования этих соединений ничтожна. Они немедленно будут окислены или использованы гетеротрофными организмами. Это прекрасно понимал еще Ч. Дарвин. В 1871 г. он писал: «Но если бы сейчас... в каком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т. п., химически образовался белок, способный к дальнейшим, все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено или поглощено, что было невозможно в период до возникновения живых существ».
Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.
- Назовите основные этапы, из которых мог бы слагаться процесс возникновения жизни на Земле.
- Как, на ваш взгляд, повлияло на дальнейшую эволюцию истощение запасов питательных веществ в водах первичного океана?
- Раскройте эволюционное значение фотосинтеза.
- Как вы думаете, почему человек пытается ответить на вопрос о возникновении жизни на Земле?
- Почему повторное возникновение жизни на Земле невозможно?
- Дайте определение понятия «жизнь».