Особенности биологического уровня организации материи. Концепции о происхождении жизни на земле.

1ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ.

КОНЦЕПЦИИ О ПРОИСХОЖДЕНИИ ЖИЗНИ  НА ЗЕМЛЕ.

Камень преткновения в наших  попытках понять происхождение жизни  – невозможность представить  себе те процессы, которые являются промежуточными между химической эволюцией  и возникновением первой самовоспроизводящей  и метаболи-зирующей единицы, которая  назы-вается клеткой

.2. Происхождение жизни одна из центральных проблем естествознания. Теологи и философы-идеалисты утвер-ждают, что возникновение жизни есть результат творческого акта духовного начала, «высшего интеллекта», бога. В противоположность этому материалисты считают, что жизнь по своему происхождению материальна и возникла естественным путём на основе общих законов природы.

3. Живыми системами называются такие системы, которые обладают нуклеиновыми кислотами и белками и способны сами синтезировать эти вещества.

Живыми системами называются такие  системы, которые способны самостоятельно поддерживать и увеличивать свою очень высокую степень упорядоченности  в среде с меньшей степенью упорядоченности.

Жизнь − есть форма существования  сложных, открытых систем, способных  к самоорганизации и самовоспроизведению.

Фундаментальной основой живого мира, является клетка. Ее исследование помогает уяснить специфику всего живого.

4

Живые организмы обладают следующими свойствами:

1) сложной упорядоченной  структурой;

2) использованием для поддержания  жизни энергии из окружающей  среды; 

3) способностью реагировать  на внешние раздражители;

4) изменчивостью и усложнением; 

5) способностью к размножению; 

6) наследственностью; 

7) приспосабливаемостью к  среде обитания

5. Структурные уровни живого:

- Биосферный - включающий всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой.

- Уровень биогеоценозов – уровень участков Земли с определенным составом живых и неживых компонентов, представляющих единый природный комплекс, экосистему.

- Популяционио-видовой уровень образуется свободно скрещива-ющимися между собой особями одного и того же вида.

- Организменный и органно-тканевый уровни отражают признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых существ.

- Клеточный и субклеточный уровни отражают процессы специализации клеток, а также различные внутриклеточные включения.

- Молекулярный уровень, на котором функционируют механизмы передачи генной информации

6Существует много теорий возникновения жизни.

Наиболее распространенными  являются следующие теории и группы теорий:

1. Креационизм.

2. Теория самопроизвольного 

     зарождения.

3. Теория стационарного 

     состояния.

4. Панспермия.

5. Биохимическая эволюция.

7. Креационизм – система взглядов, согласно которой жизнь возникла в результате сверхъестественного события в прошлом, и потому всем существам свойственна особая, не зависимая от материального мира «жизненная сила», которая направляет все процессы жизни. Этой теории придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений.

 Процесс божественного  сотворения мира мыслится как  имевший место лишь единожды  и поэтому недоступный для  наблюдения. Этого достаточно, чтобы  вынести всю концепцию божественного  сотворения за рамки научного  исследования.

8 В 1650 г. архиепископ Ашер из г. Арма (Ирландия) вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н. э. и закончил свой труд 23 октября в 9 часов утра, создав человека. Ашер получил эту дату, сложив возраст всех людей, упоминающихся в библейской генеалогии, от Адама до Христа («кто кого родил»). При этом получается, что Адам жил в то время, когда, как показывают археологические находки, на Ближнем Востоке существовала хорошо развитая городская цивилизация.

9 Идея с амопроизвольного зарождения организмов допускает возможность самозарождения не только простых, но и довольно высокоорганизованных существ из различных материальных образований. Данная идея получила широкое распространение среди мыслителей античной эпохи и эпохи Возрождения.

 

Голландский ученый Ван-Гельмонт (1577—1644гг.), известный  своими количественными исследованиями питания растений, был и автором  рецепта получения мышей из пшеницы  и загрязненного потом белья. Английский философ Ф. Бэкон, основоположник экспериментальной науки, писал  о самозарождении мелких животных в  гниющем субстрате.

 

Идея самопроизвольного  зарождения живого из неживого не вызывала возражений и у таких выдающихся мыслителей как            В. Гарней, Р. Декарт, Г. Галилей, Ж. Б. Ламарк, Г. Гегель

10 В 1688 г. итальянский биолог и врач Франческо Реди, живший во Флоренции, подошел к проблеме возникновения жизни более строго и подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Реди установил, что маленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе, - это личинки мух. Проведя ряд экспериментов, он получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).

«Убежденность была бы тщетной, если бы ее нельзя было подтвердить экспериментом. Поэтому  в середине июля я взял четыре больших  сосуда с широким горлом, поместил в один из них змею, в другой - немного  рыбы, в третий - угрей из Арно, в  четвертый – кусок молочной телятины, плотно закрыл их и запечатал. Затем  я поместил то же самое в четыре других сосуда, оставив их открытыми… Вскоре мясо и рыба в незапечатанных сосудах зачервивели; можно было видеть, как мухи свободно залетают в сосуды и вылетают из них. Но в  запечатанных сосудах я не видел  ни одного червяка, хотя прошло много  дней, после того как в них была положена дохлая рыба» (Ф. Реди).

11. В 1862 году, французский ученый Луи Пастер окончательно опроверг догму самопроизволь-ного зарождения, утвердив положение, «все живое из живого».

12. Согласно теории стационарного состояния, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, все виды живых организмов существовали на Земле всегда, а если и изменялась, то несущественно; при этом у каждого вида есть лишь две возможности − либо изменение, либо вымирание.

Сторонники  этой теории не признают, что наличие  или отсутствие определенных ископаемых остатков может указывать на время  появления или вымирания того или иного вида, и приводят в  качестве примера представителя  кистеперых рыб - латимерию. По палеонтологическим данным кистеперые вымерли в конце  мелового периода. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые  представители кистеперых.

Внезапное появление  какого-либо ископаемого вида в определенном пласте сторонники данной теории объясняют  увеличением численности его  популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения останков.

13. Теория панспермии утверждает, что жизнь зародилась не на Земле, а возникла в другой точке Вселенной.

Эта теория переносит  проблему возникновения жизни в  какое-то другое место Вселенной.

Сторонники  данной теории в качестве аргументов в ее пользу приводят результаты астрономических  исследований. С помощью радиоастрономических методов в межзвездной и межпланетной среде удалось обнаружить более  сотни различных органических соединений: монооксид углерода, формальдегид, муравьиная кислота, этиловый спирт  и многие другие. Наблюдаемое широкое  распространение органического  вещества в космосе свидетельствует  о возможности его естественного  появления на Земле на более поздних  этапах эволюции.

14. Основоположник теории панспермии - немецкий ученый Г. Рихтер (1865 г.) выдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), в соответствии с которой, жизнь является вечной, и зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Так, на Землю космозои могли попасть с метеоритами и космической пылью и положить начало эволюции живого, которая породила все многообразие земной жизни.

Сходную гипотезу, которая, собственно, и получила название панспермии, в 1907 г. выдвинул С. Аррениус: во Вселенной  вечно существуют зародыши жизни, которые  движутся в космическом пространстве под давлением световых лучей; попадая  в сферу притяжения планеты, они  оседают на ее поверхности и закладывают  на этой планете начало живого

15. Биохимическая эволюция - теория, согласно которой жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам в процессе развития химической эволюции в биологическую. Химические превращения привели к образованию сложных органических веществ - протобионтов, а затем и простейших клеток - протоклеток, обладающих свойствами живого.

Одним из основоположников этой теории стал биохимик Александр Опарин (1894-1980 гг.). Он изложил свои идеи в книге  «Происхождение жизни», опубликованной в СССР в 1924 г. Теорию Опарина горячо поддержал кембриджский профессор  Хэлдейн (J.B.S. Haldane), который открыл полемику по проблеме происхождения жизни  в статье, опубликованной в Rationalist Annual в 1929 году.

Хэлден выдвинул гипотезу о том, что на первобытной Земле скопились  огромные количества органических соединений, образовав то, что он назвал «горячим разбавленным бульоном» (hot dilute soup; впоследствии прижилось название «первичный бульон» - primeval soup).

16.

17. Основные постулаты теории биохимической эволюции:

1. Первобытная Земля имела лишенную  кислорода атмосферу. 
2. Когда на эту атмосферу стали воздействовать различные естественные источники энергии - например, грозы и извержения вулканов - то при этом начали самопроизвольно формироваться основные химические соединения, необходимые для органической жизни. 
3. С течением времени молекулы органических веществ накапливались в океанах, пока не достигли консистенции горячего разбавленного бульона. Однако в некоторых районах концентрация молекул, необходимых для зарождения жизни, была особо высокой, и там образовались нуклеиновые кислоты и протеины.

18. Некоторые из этих молекул оказались способны к самовоспроиз-водству.

5. Взаимодействие между  возникшими нуклеиновыми кислотами  и протеинами в конце концов  привело к возникновению генетического  кода.

6. В дальнейшем эти молекулы  объединились, и появилась первая  живая клетка.

7. Первые клетки были  гетеротрофами, они не могли  воспроизводить свои компоненты  самостоятельно и получали их  из бульона. Но со временем  многие соединения стали исчезать  из бульона, и клетки были  вынуждены воспроизводить их  самостоятельно. Так клетки развивали  собственный обмен веществ для  самостоятельного воспроизводства.

 
8. Благодаря процессу естественного отбора из этих первых клеток появились все живые организмы, существующие на Земле

21. Наибольшим успехом теории Опарина стал широко разрекламированный эксперимент, проведенный в 1953 году американским аспирантом Стэнли Миллером.

Эксперимент Миллера

Эксперимент Миллера был  предельно прост. Аппарат состоял  из двух стеклянных колб, соединенных  в замкнутую цепь. В одну из колб помещено устройство, имитирующее грозовые эффекты - два электрода, между которыми происходит разряд при напряжении около 60 тысяч вольт; в другой колбе  постоянно кипит вода. Затем аппарат  заполняется атмосферой, предположительно существовавшей на древней Земле: метаном, водородом и аммиаком. Аппарат  проработал неделю, после чего были исследованы продукты реакции. В  основном получилась вязкое месиво случайных  соединений; в растворе также было обнаружено некоторое количество органических веществ, в том числе и простейшие аминокислоты - глицин (NH₂CH₂COOH) и аланин (NH₂CH(CH₃)COOH).

23. Публикация данных эксперимента Миллера вызвала беспрецедентный интерес, и вскоре многие другие ученые стали повторять этот эксперимент.

Советские ученые А. Г. Пасынский и Т. Е. Павловская (1956 г.) показали возможность образования  аминокислот при ультрафиолетовом облучении газовой смеси формальдегида  и солей аммония. Американские учёные абиогенно синтезировали аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ) - основную форму накопления энергии в живых организмах (С. Поннамперума,1970), а также аминокислоты, полипептиды (С. Фокс, 1969). Этими экспериментами было доказано, что абиогенное образование  органических соединений во Вселенной  могло происходить в результате воздействия тепловой энергии, ионизирующего  и ультрафиолетового излучений, электрических разрядов.

Однако в  ходе экспериментов ни разу не были получены нуклеиновые кислоты, протеин, липид и полисахарид - более 90% веществ, составляющих живую клетку.

24В теории Опарина существует проблема, на которую долго закрывали глаза почти все специалисты в области происхождения жизни:

Если спонтанно, путем  случайных безматричных синтезов в  коацервате возникали единичные  удачные конструкции белковых молекул (например, эффективные катализаторы, обеспечива-ющие преимущество данному  коацервату в росте и размножении), то как они могли копироваться для распространения внутри коацервата, а тем более для передачи коацерватам-потомкам?

Теория оказалась неспособной  предложить решение проблемы точного  воспроизведения - внутри коацервата и  в поколениях - единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур

25 Еще одной проблемой теории Опарина является гипотеза о том, что белковые структуры возникли в результате случайных химических реакций.

Мысль о возникновении  живого в результате случайных взаимодействий молекул «столь же нелепа и неправдоподобна, как утверждение, что ураган, пронесшийся  над местной свалкой, может привести к сборке Боинга-747».      Ф. Хойл.

Теория Опарина допускает самовоспроизведение  коацерватных структур в отсутствии молекулярных систем с функциями  генетического кода и тем самым  не объясняет, как произошел качественный скачок от неживого к живому.

26. Проблематика в современной науке

о возникновении жизни

На современном  этапе ученые-биологи, занимающиеся решением вопроса о происхождении  жизни, самым сложным считают  характеристику структурных и функциональных особенностей протобиологической системы. Трудность решения данной проблемы объясняется тем, что для саморепродукции  нуклеиновых кислот (основы генетического  кода) необходимы белки, а для синтеза  белков - нуклеиновые кислоты.