Гипотезы и теории происхождения жизни

Государственное учреждение образования

«Средняя школа №10 г. Бреста»

 

 

 

Гипотезы и теории происхождения жизни

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила Сель Екатерина

11 Б класс

 

 

 

 

Брест, 2014

С глубокой древности и до нашего времени было высказано бессчетное количество гипотез о происхождении жизни на Земле.

 В настоящее время существует 5 научных концепций возникновения жизни:

Возникновение живого из неживого, подчиняясь определенным физическим и химическим закономерностям (абиотическая концепция);

Гипотеза «голобиоза» - концепция протобионта или биода, некого доклеточного предка, начальных «жизнеспособных» структур;

Гипотеза «генобиоза», т. е. поиска генома как реликтового предка всех живых клеточных структур, считая, что именно РНК сыграло первостепенную роль в её зарождении жизни;

Концепция стационарного состояния жизни - жизнь существовала всегда, начала жизни не существует;

 Внеземное происхождение жизни  – жизнь была занесена на  Землю из Космоса (концепция панспермии ).

 В развитии учений о происхождении  жизни существенное место занимает  теория, утверждающая, что всё живое  происходит только от живого  – теория биогенеза.

 В 1688 г. итальянский биолог Ф. Реди серией опытов с открытыми и закрытыми сосудами доказал, что появляющиеся в мясе белые маленькие черви – это личинки мух и сформулировал принцип: всё живое – из живого.

 В 1860 г. Пастер показал, что бактерии могут быть везде и заражать неживые вещества. Для избавления от них необходимо стерилизация, получившая название пастеризации.

 Однако как теория происхождения  жизни биогенез несостоятелен, поскольку  противопоставляет живое не живому, утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни.

Абиотическая концепция.

Абиогенез – идея о происхождении живого из неживого – исходная гипотеза современной теории происхождения жизни.

 В 1924 г. известный биохимик А. И. Опарин высказал предположение, что при мощных электрических  разрядах в земной атмосфере, которая 4 - 4,5 млрд. лет назад состояла  из аммиака, метана, углекислого  газа и паров воды, могли возникнуть  простейшие органические соединения, необходимые для возникновения  жизни.

 Предсказания академика Опарина  оправдались. В 1955 г. американский исследователь  С. Миллер, пропуская электрические  заряды через смесь газов и  паров, получил простейшие жирные  кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную  кислоты и несколько аминокислот.

 Таким образом, в середине  ХХ века был экспериментально  осуществлен абиогенетический синтез  белковоподобных и других органических  веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли.

 Гипотеза Опарина о возникновении жизни на Земле опирается на представление о постепенном усложнении химической структуры и морфологического облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живым организмам. На стыке моря, суши и воздуха создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки подобно водным растворам желатина. А. И. Опарин назвал эти сгустки коацерватными каплями или коацерватами.

 Коацерваты – это обособленные  в растворе органические многомолекулярные  структуры. Это еще не живые  существа. Их возникновение рассматривают  как стадию развития преджизни. 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.

 Сильная сторона абиогенетической гипотезы – её эволюционный характер, жизнь – закономерный этап эволюции материи. Возможность экспериментальной проверки основных положений гипотезы.

 На коацерватных каплях можно симетировать доклеточные фазы зарождения жизни.

 Слабая сторона гипотезы Опарина допускала воспроизводство протоживых структур в отсутствии молекулярных структур генетического кода. Гипотеза Опарина предъявляет особые требования к экспериментальному воспроизведению коацерватных структур: «первичный бульон» с химически сложной структурой, элементы биогенного происхождения (ферменты и коферменты).

 Абиогенная гипотеза включает решительный отпор ученых – сторонников идеи вечности и безначальности биологической жизни.

 Русский биохимик С. П. Костычев в своей брошюре «О появление жизни на Земле» замечает, что простейшие организмы посложнее всех фабрик и заводов, и случайное возникновение жизни маловероятно, жизнь никогда не создаётся на мёртвой материи».

 

 В отношении самозарождения  организмов необходимо отметить, что Французская Академия наук, ещё в 1859 году, назначила специальную  премию за попытку осветить  по – новому вопрос о самопроизвольном  зарождении жизни. Эту премию  в 1862 г. получил знаменитый французский ученый Луи Пастер, который своими опытами доказал невозможность самозарождения микроорганизмов.

 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.

Литература

 А. В. Яблоков, Юсуфов А. Г. Эволюционное  учение (Дарвинизм). М, «Высшая школа», 1989

А. Б. Георгиевский . Дарвинизм. М., «Просвещение», 1985г.

Е. А. Веселов. Дарвинизм. Государственное учебно–педагогическое издательство министерства просвещения; М, 1965 г.

О. В. Агапова, В. И. Агапов Лекции по концепциям современного естествознания. Вузовский курс. Рязань, 2000 г.

А. А. Горелов Концепции современного естествознания М., Мысль, 1997 г.

 Н. Н. Иорданский Эволюция органического мира. М., Владос, 2002 г.