Проблема происхождения жизни на Земле

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Проблема происхождения жизни на Земле - сложный вопрос биологии, который интересует человечество с давних времен. Она не только привлекает к себе пристальное внимание ученых разных стран и специальностей, но интересует вообще всех людей мира.

Сейчас считается общепризнанным, что возникновение жизни на Земле представляло собой закономерный процесс, поддающийся научному исследованию. В основе этого процесса лежала эволюция соединений углерода, которая происходила во Вселенной задолго до возникновения нашей Солнечной системы и лишь продолжалась во время образования планеты Земля - при формировании её коры, гидросферы и атмосферы. С момента возникновения жизни природа находится в непрерывном развитии. Процесс эволюции длится уже сотни миллионов лет, и его результатом является то разнообразие форм живого, которое во многом до конца ещё не описано и не классифицировано.

Вопрос о происхождении жизни труден в исследовании потому, что когда наука подходит к проблемам развития как создания качественно нового, она оказывается у предела своих возможностей как отрасли культуры, основанной на доказательстве и экспериментальной проверки утверждений.

Ученые сегодня не в состоянии воспроизвести процесс возникновения жизни с такой же точностью, как это было несколько миллиардов лет назад. Даже наиболее тщательно поставленный опыт будет лишь модельным экспериментом, лишенным ряда факторов, сопровождавших появление живого на земле. Трудность - в невозможности проведения прямого эксперимента по возникновению жизни (уникальность этого процесса препятствует использованию основного научного метода).

Вопрос происхождения жизни интересен не только сам по себе, но и тесной связью с проблемой отличия живого от не живого, а также связью с проблемой эволюции жизни. Жизнь на Земле представлена громадным многообразием форм, которым присуща возрастающая сложность строения и функций.

Живым организмам свойственны 2 признака: целостность и самовоспроизведение. В ходе индивидуального изменения (онтогенеза) организмы приспосабливаются к внешним условиям, а смена поколений приобретает эволюционно - исторический характер (филогенез), выработали способность к относительной независимости от среды (автономность). Одно из главных свойств всякого живого - обмен веществ. Наряду с ним существенными признаками являются раздражимость, рост, размножение, изменчивость, наследственность. Всякий живой организм стремится к главному - воспроизведению себе подобных.



1. Что такое жизнь? Отличие живого от неживого

Для понимания закономерностей эволюции органического мира на Земле необходимо иметь общие представления об эволюции и основных свойствах живого.

Когда - то считалось, что живое можно отличить от не живого по таким свойствам, как обмен веществ, подвижность, раздражимость, рост, размножение, приспособляемость. Но анализ показал, что порознь все эти свойства встречаются и среди неживой природы, и по этому не могут рассматриваться как специфические свойства живого. В одной из последних и удачных попыток живое характеризуется следующими особенностями, сформулированными Б.М. Медниковым в виде аксиом теоретической биологии:

Все живые организмы оказываются единством фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающейся по наследству из поколения в поколение (аксиома А. Вейсмана).

Генетическая программа образуется матричным путём. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения используется ген предшествующего поколения (аксиома Н.К. Кольцова).

В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате различных причин изменяются случайно и не направленно, и лишь случайно такие изменения могут оказаться удачными в данной среде (первая аксиома Ч. Дарвина).

Случайные изменения генетических программ при становлении фенотипа многократно усиливаются (аксиома Н.В. Тимофеева - Ресовского).

Многократно усиленные изменения генетических программ подвергаются отбору условиями внешней среды (вторая аксиома Ч. Дарвина).

«Дискретность и целостность - два фундаментальных свойства организации жизни на Земле. Живые объекты в природе относительно обособлены друг от друга (особи, популяции, виды).

Любая особь многоклеточного животного состоит из клеток, а любая клетка и одноклеточные существа - из определенных органелл. Органеллы состоят из дискретных высокомолекулярных органических веществ, которые состоят из дискретных атомов и элементарных частиц. В то же время сложная организация немыслима без элементарных частиц. Сложная организация немыслима без взаимодействия её частей и структур - без целостности».

Целостность биологических систем качественно отличается от целостности неживого тем, что целостность живого поддерживается в процессе развития. Живые системы - открытые системы. Они постоянно обмениваются веществами и энергией со средой. Для них характерна отрицательная энтропия (увеличение упорядоченности, увеличивающаяся в процессе органической эволюции). Вероятно, что в живом проявляется способность к саморегуляции материи.

«Среди живых систем нет двух одинаковых особей, популяций и видов. Эта уникальность проявления дискретности и целостности живого, основана на замечательном явлении ковариантной редупликации. Ковариантная редупликация (самовоспроизведение с изменениями), осуществляемая на основе матричного принципа (сумма трёх первых аксиом), - это, видимо, единственное специфическое для жизни (в известной нам форме существования на Земле) свойство. В основе его лежит уникальная способность к самовоспроизведению основных управляющих систем (ДНК, хромосом и генов).

«Жизнь - одна из форм существования материи, закономерно возникающая при определенных условиях в процессе её развития».

Итак, что такое живое и чем оно отличается от не живого.

Наиболее точное определение жизни дал Ф. Энгельс: «Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел».

Термин «белок» тогда ещё не был определён вполне точно, и егоотносили к протоплазме в целом. Сознавая неполноту своего определения, Энгельс писал: «Наша дефиниция жизни, разумеется, весьма недостаточна, поскольку она далека от того, чтобы охватить все явления жизни, а, напротив, ограничивается самыми общими и самыми простыми среди них…. Чтобы получить действительно исчерпывающее представление о жизни, нам пришлось бы проследить все формы её проявления, от самой низшей до наивысшей».

Кроме того, есть несколько фундаментальных отличий живого от неживого в вещественном, структурном и функциональном планах.

В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, - белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК).

В структурном плане живое отличается от не живого клеточным строением.

В функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя. Устойчивость и воспроизведение есть и в неживых системах, но в живых телах имеет место процесс самовоспроизведения. Это принципиально новый момент.

Такие живые тела отличаются от неживых наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, активной регуляцией своего состава и функций, способностью к движению, раздражимостью, приспособленностью к среде и т.д.

Свойством живого является деятельность, активность.

«Все живые существа должны или действовать, или погибнуть. Мышь должна находиться в постоянном движении, птица летать, рыба - плавать, а растение расти».

Жизнь возможна при определённых физических и химических условиях (температура, присутствие воды, ряда солей и т. д.).

Однако прекращение жизненных процессов, например, при высушивании семян или глубоком замораживании мелких организмов, не ведет к потере жизнеспособности. Если сохраняется не поврежденной структура, она при возвращении к нормальным условиям обеспечивает восстановление жизненных процессов.

Однако строго научное разграничение живого и неживого встречает определённые трудности. Так, например, вирусы вне клеток другого организма не обладают ни одним из атрибутов живого. У них есть наследственный аппарат, но отсутствуют основные необходимые для обмена веществ ферменты, и поэтому они могут расти и размножаться, лишь проникая в клетки организма - хозяина и используя его ферментные системы в зависимости от того, какой признак мы считаем важным, мы относим вирусы к живым системам или нет.

Итак, «Жизнь - процесс существования биологических систем (например, клетка, организм растения, животного), основу которых составляют сложные органические вещества и способные самовоспроизводиться, поддерживать своё существование в результате обмена энергией, веществом и информацией со средой».

жизнь биологический дискретность

2. История развития представлений о возникновении жизни

В разное время относительно возникновения жизни на Земле выдвигались следующие гипотезы:

- Гипотеза стационарного состояния жизни

- Гипотеза самозарождения

- Гипотеза «первичного бульона»

Самозарождение жизни

Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Древнем Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель (384--322 гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения жизни. Согласно этой гипотезе, определённые «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.

С распространением христианства теория спонтанного зарождения жизни оказалась не в чести, но эта идея все продолжала существовать где-то на заднем плане в течение ещё многих веков.

Известный учёный Ван Гельмонт описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, тёмный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван Гельмонт считал человеческий пот.

В 1668 году итальянский биолог и врач Франческо Реди подошёл 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).

Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеи самозарождения, и хотя эта идея несколько отошла на задний план, она продолжала оставаться главной версией зарождения жизни.

В то время как эксперименты Реди, казалось бы, опровергли спонтанное зарождение мух, первые микроскопические исследования Антони ван Левенгука усилили эту теорию применительно к микроорганизмам. Сам Левенгук не вступал в споры между сторонниками биогенеза и спонтанного зарождения, однако его наблюдения под микроскопом давали пищу обеим теориям.

В 1860 году проблемой происхождения жизни занялся французский химик Луи Пастер. Своими опытами он доказал, что бактерии вездесущи, и что неживые материалы легко могут быть заражены живыми существами, если их не стерилизовать должным образом. Учёный кипятил в воде различные среды, в которых могли бы образоваться микроорганизмы. При дополнительном кипячении микроорганизмы и их споры погибали. Пастер присоединил к S-образной трубке запаянную колбу со свободным концом. Споры микроорганизмов оседали на изогнутой трубке и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипячённая питательная среда оставалась стерильной, в ней не обнаруживалось зарождения жизни, несмотря на то, что доступ воздуха был обеспечен.

В результате ряда экспериментов Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения.

Гипотеза стационарного состояния

Согласно теории стационарного состояния, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности -- либо изменение численности, либо вымирание.

Однако гипотеза стационарного состояния в корне противоречит данным современной астрономии, которые указывают на конечное время существования любых звёзд и, соответственно, планетных систем вокруг звёзд. По современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возраст Земли, Солнца и Солнечной системы исчисляется ~4,6 млрд лет. Поэтому эта гипотеза обычно не рассматривается академической наукой.

Сторонники этой гипотезы не признают, что наличие или отсутствие определённых ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводит в качестве примера представителя кистепёрых 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. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, её сторонники интерпретируют появление ископаемых останков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определённом пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков. Теории самозарождения и стационарного состояния представляют собой только исторический или философский интерес, так как результаты научных исследований противоречат выводам этих теорий.

Гипотеза Опарина -- Холдейна

В 1924 году будущий академик Опарин опубликовал статью «Происхождение жизни», которая в 1938 году была переведена на английский и возродила интерес к теории самозарождения. Опарин предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней. Он назвал их Коацерватные капли, или просто коацерваты.

Согласно его теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа:

- Возникновение органических веществ;

- Возникновение белков;

- Возникновение белковых тел;

Астрономические исследования показывают, что как звёзды, так и планетные системы возникли из газопылевого вещества. Наряду сметаллами и их оксидами в нём содержались водород, аммиак, вода и простейший углеводород -- метан.

Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента появления первичного океана (бульона). В водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.

Наука доказала, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно синтезировать не только аминокислоты, но и другие органические вещества. Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло явиться образование коацерватных капель. При определённых условиях водная оболочка органических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающего раствора. Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуя многомолекулярные комплексы -- коацерваты.

Коацерватные капли также могли возникать при простом смешивании разнообразных полимеров. При этом происходила самосборка полимерных молекул в многомолекулярные образования -- видимые под оптическим микроскопом капли.

Капли были способны поглощать извне вещества по типу открытых систем. При включении в коацерватные капли различных катализаторов (в том числе и ферментов) в них происходили различные реакции, в частности полимеризация поступающих из внешней среды мономеров. За счёт этого капли могли увеличиваться в объёме и весе, а затем дробиться на дочерние образования. Таким образом, коацерваты могли расти, размножаться, осуществлять обмен веществ.

Далее коацерватные капли подвергались естественному отбору, что обеспечило их эволюцию.

Подобные взгляды также высказывал британский биолог Джон Холдейн.

Проверил теорию Стэнли Миллер в 1953 году в эксперименте Миллера -- Юри. Он поместил смесь H2O, NH3, CH4, CO2, CO в замкнутый сосуд и стал пропускать через неё электрические разряды (при температуре 80°С). Оказалось, что образуются аминокислоты. Позднее в разных условиях были получены другие сахара и нуклеотиды. Он сделал вывод, что эволюция может произойти при фазовообособленном состоянии из раствора (коацерватов). Однако, такая система не может сама себя воспроизводить.

Теория была обоснована, кроме одной проблемы, на которую долго закрывали глаза почти все специалисты в области происхождения жизни. Если спонтанно, путём случайных безматричных синтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкции белковых молекул (например, эффективные катализаторы, обеспечивающие 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. Однако, было показано, что первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных абиогенным путем, и они могли вступить в симбиоз с «живыми растворами» -- колониями самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липидов, а такое сообщество уже можно назватьорганизмом.

Зарождение жизни в горячей воде

Научные исследования показывают, что зарождение жизни в минеральной воде и, в особенности, гейзерах наиболее вероятно. В 2005 г. академик Юрий Викторович Наточин высказал предположение, отличное от общепринятой концепции возникновения жизни в море, и аргументировал гипотезу, согласно которой средой возникновения протоклеток были водоемы с преобладанием ионов К+, а не морская вода с доминированием ионов Na+. В 2009 г. Армен Мулкиджанян и Михаил Гальперин на основе анализа содержания элементов в клетке также пришли к выводу, что, вероятно, жизнь зародилась не в океане. Дейвид Уард доказал, что в горячей минеральной воде появились и сейчас образуются строматолиты. Самые древние строматолиты были обнаружены в Гренландии. Их возраст насчитывает 3,5 миллиардов лет. В 2011 г. Тадаси Сугавара создал протоклетку в горячей воде. Исследования Мари-Лор Пон минерала серпентина в геологической формации Исуа, Гренландия, в 2011 г. показали, что жизнь могла зародиться и в грязевых вулканах. Лауреат Нобелевской премии биолог Джек Шостак отметил, что мы можем легче представить себе накопление органических соединений в первичных озёрах, чем в океане. Такого же мнения группа учёных под руководством Евгения Кунина

Современные научные представления

Химическая эволюция или пребиотическая эволюция -- первый этап эволюции жизни, в ходе которого органические, пребиотические вещества возникли из неорганическихмолекул под влиянием внешних энергетических и селекционных факторов и в силу развертывания процессов самоорганизации, свойственных всем относительно сложным системам, которыми бесспорно являются все углерод-содержащие молекулы.

Также этими терминами обозначается теория возникновения и развития тех молекул, которые имеют принципиальное значение для возникновения и развития живого вещества.

Генобиоз и голобиоз

В зависимости от того, что считается первичным, различают два методологических подхода к вопросу возникновения жизни:

Генобиоз -- методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода.

Голобиоз -- методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности структур, наделённых способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма.

Мир РНК как предшественник современной жизни

К XXI веку теория Опарина--Холдейна, предполагающая изначальное возникновение белков, практически уступила место более современной. Толчком к её разработке послужило открытие рибозимов -- молекул РНК, обладающих ферментативной активностью и поэтому способных соединять в себе функции, которые в настоящих клетках в основном выполняют по отдельности белки и ДНК, то есть катализирование биохимических реакций и хранение наследственной информации. Таким образом, предполагается, что первые живые существа были РНК-организмами без белков и ДНК, а прообразом их мог стать автокаталитический цикл, образованный теми самыми рибозимами, способными катализировать синтез своих собственных копий.

Мир полиароматических углеводородов как предшественник мира РНК

Гипотеза мира полиароматических углеводородов пытается ответить на вопрос, как возникли первые РНК, предлагая вариант химической эволюции от полициклических ароматических углеводородов до РНК-подобных цепочек.

Альтернативные концепции

Панспермия

Согласно теории Панспермии, предложенной в 1865 г. немецким ученым Г. Рихтером и окончательно сформулированной шведским ученым Аррениусом в 1895 г., жизнь могла быть занесена на Землю из космоса. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью. Это предположение основывается на данных о высокой устойчивости некоторых организмов и их спор к радиации, глубокому вакууму, низким температурам и другим воздействиям. Однако до сих пор нет достоверных фактов, подтверждающих внеземное происхождение микроорганизмов, найденных в метеоритах. Но если бы даже они попали на Землю и дали начало жизни на нашей планете, вопрос об изначальном возникновении жизни оставался бы без ответа.

Фрэнсис Крик и Лесли Оргел предложили в 1973 г. другой вариант -- управляемую панспермию, то есть намеренное «заражение» Земли (наряду с другими планетными системами) микроорганизмами, доставленными на непилотируемых космических аппаратах развитой инопланетной цивилизацией, которая, возможно, находилась перед глобальной катастрофой или же просто надеялась произвести терраформирование других планет для будущей колонизации. В пользу своей теории они привели два основных довода -- универсальность генетического кода (известные другие вариации кода используются в биосфере гораздо реже и мало отличаются от универсального) и значительную роль молибдена в некоторых ферментах. Молибден -- очень редкий элемент для всей Солнечной системы. По словам авторов, первоначальная цивилизация, возможно, обитала возле звезды, обогащённой молибденом.

Против возражения о том, что теория панспермии (в том числе управляемой) не решает вопрос о зарождении жизни, они выдвинули следующий аргумент: на планетах другого неизвестного нам типа вероятность зарождения жизни изначально может быть намного выше, чем на Земле, например, из-за наличия особенных минералов с высокой каталитической активностью.

В 1981 г. Ф. Крик написал книгу «Life itself: its origin and nature», в которой он более подробно, чем в статье, и в популярной форме излагает гипотезу управляемой панспермии.

Академик РАН А. Ю. Розанов, глава комиссии по астробиологии в Российской академии наук, считает, что жизнь на Землю была занесена из космоса.

3. Современные представления о возникновении жизни на Земле

По современным упрощенным модельным представлениям Земля образовалась из рассеянного газопылевого облака в результате гравитационной конденсации отдельных частиц, которые притягивались друг к другу, укрупнялись и объединялись в небесное тело.

Под действием сил сжатия и теплоты распада радиоактивных элементов происходил разогрев ее глубоких слоев и разделение вещества Земли на несколько сфер образовались центральное ядро, мантия, земная кора. С помощью радиоизотопного анализа установлено, что наиболее древние породы земной коры возникли 3,4--3,8 млрд лет назад. Процесс формирования земной коры, по оценкам ученых, длился около 1 млрд лет, так что возраст Земли составляет примерно 4,5 млрд лет.

Определение абсолютного возраста горных пород, следов человеческой цивилизации и в целом Земли может осуществляться методом изотопной хронологии, учитывающей накопление в изучаемом объекте продуктов распада радионуклидов. Изотопная хронология учитывает, что радиоактивный распад каждого радионуклида идет с постоянной скоростью и приводит к накоплению стабильных нуклидов, содержание D которых связано с возрастом исследуемого объекта.

По мере остывания планеты тяжелые элементы перемещались к ее центру, а более легкие оставались на поверхности. Атмосфера состояла из свободного водорода и его соединений (Н2О, СН4, NH3, HCN) и поэтому носила восстановительный характер. Это обстоятельство послужило важной предпосылкой возникновения органических молекул небиологическим путем. Соединения, являющиеся восстановителями, легко вступают в химические реакции, отдавая водород, и при этом сами окисляются. Компоненты атмосферы подвергались воздействию различных видов энергии: радиоактивному, рентгеновскому, коротковолновому излучению Солнца, грозовым разрядам, действию высокой температуры и др.

В результате этих воздействий химически простые компоненты атмосферы вступали во взаимодействие, изменяясь и усложняясь. Возникли молекулы Сахаров, аминокислот, азотистые основания, органические кислоты и другие простые органические соединения.

Важное свойство образующихся органических молекул способность объединяться, создавая капельки более концентрированного раствора, чем окружающая среда. Такие концентрированные капельки коацерваты способны поглощать из окружающего раствора различные вещества, увеличиваясь при этом в размерах. Это уже отдаленно похоже на процессы питания и роста организмов. Опытным путем установлено, что коацерватные капли взаимодействуют между собой, вещества капель вступают в реакции, а некоторые продукты реакций выделяются из коацервата во внешнюю среду. Это напоминает известный биологический процесс обмена веществ.

В настоящее время определена основная совокупность характеристик, позволяющих отнести обьект к живому организму:

- общность биогенных химических элементов (Н, С, О, Р, N, S), из которых построены биоорганические соединения: белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты;

- поглощение из внешней среды необходимых для жизнедеятельности веществ, извлечение из них энергии и выделение продуктов распада;

- способность к самовоспроизведению (наследственность);

- изменчивость;

- способность к саморегуляции (поддержание постоянства химического состава);

- клеточное строение;

- раздражимость;

- системность и дискретность (живые системы состоят из отдельных (дискретных) взаимодействующих элементов);

- иерархичность структурной организации: менее сложные уровни являются необходимой основой для возникновения более сложных уровней организации живой материи.

Первые живые организмы в качестве источника энергии (пищи) использовали органические соединения, находящиеся в растворенном виде в водах первичного океана. Поскольку в атмосфере Земли свободного кислорода не было, организмы имели анаэробный (бескислородный) тип обмена, эффективность которого невелика. Энергию, необходимую для синтеза, они получали путем химических реакций окисления и восстановления (хемосинтез). Появление все большего количества анаэробных организмов приводило к истощению вод первичного океана, в нем все меньше оставалось готовых органических веществ, которые можно было использовать в пищу. В этих условиях в преимущественном положении оказались организмы, приобретшие способность использовать энергию света для синтеза органических веществ из неорганических, а именно из диоксида углерода СО2 и молекулярного азота N2 атмосферы. Но СО2 и N2 в атмосфере находятся в инертном окисленном состоянии, а для того, чтобы они были способны участвовать в химических реакциях, их надо восстановить, то есть передать им электроны от других соединений.

Дальнейшим и особенно крупным усовершенствованием жизни стал кислородный фотосинтез. В результате появился свободный кислород, сначала в воде, а потом и в атмосфере, что привело к ее качественному изменению, в частности к появлению озонового слоя.

Постепенное увеличение количества кислорода в воде, его диффузия в атмосферу начались около 2 млрд лет назад. Это сделало возможным быстрое развитие клеток структурных единиц всех живых организмов вне зависимости от уровня их организации. Появление клетки в свою очередь привело к эволюции более крупных и сложных живых организмов: растений, животных, человека.

Естественно, что рассмотренная «классическая» модель возникновения жизни на Земле не является безусловной, а тем более безальтернативной.

В частности, согласно современной теории космических катастроф, Земле пришлось пережить ряд столкновений с астероидами, при которых жизнь на ней уничтожалась в результате возникновения высоких температур (до 300 °С), несовместимых с биологической точки зрения с процессом жизнедеятельности. Однако при этих условиях могут выжить некоторые термостойкие микроорганизмы (например, бактерии в глубине грунта). После таких космических ударов Земля постепенно остывала и начинался новый эволюционный этап развития жизни.

С другой стороны, взрывы «близлежащих» к Земле сверхновых звезд способны уничтожить или сдуть большую часть озонового слоя, и тогда на все живое обрушится поток ионизирующего излучения, что также может привести к уничтожению жизни на Земле.

В начале 80х годов прошлого века в пробах высотных метеозондов на высоте около 20 км обнаружены микроорганизмы, не встречающиеся на Земле. Возможность жизнедеятельности этих микроорганизмов можно объяснить наличием защитной оболочки, оберегающей их от губительного действия ионизирующего солнечного излучения. В ходе последующих космических испытаний на станции «Мир» установлено, что наиболее устойчивыми из земных бактерий являются сенные палочки, которые в комочках грунта выживали при действии электромагнитного излучения в открытом космосе, а бактерии, лишенные этой защитной оболочки, погибали. Если «защищенные» споры способны перемещаться как минимум по Солнечной системе, то, следовательно, не исключен механизм космического начала жизни на Земле.



Заключение

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.

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.

Экспериментально удалось установить основные этапы, по которым могла возникнуть жизнь на Земле: синтез простых органических соединений, синтез полимеров, близких к нуклеиновым кислотам и белкам, образование первичных живых организмов (протобионтов).

Собственно биологическая эволюция начинается с образования клеточной организации и в дальнейшем идёт по пути совершенствования строения и функций клетки, образования многоклеточной организации, разделения живого на царства растений, животных, грибов, с последующей их дифференциацией на виды.

Теория эволюции даёт возможность понять стратегию взаимоотношения человека и окружающей живой природы, позволяет ставить вопрос о разработке принципов управляемой эволюции.

Отдельные элементы такой управляемой эволюции просматриваются уже сегодня, например, в попытках непростого промыслового использования, а хозяйственного управления эволюцией отдельных видов животных и растений.

Изучение процессов эволюции важно для охраны окружающей среды. Человек, вторгаясь в природу, ещё не научился предвидеть и предупреждать нежелательные последствия своего вмешательства.

Ещё В. И. Вернадский верил в силу человеческого разума, в то, что всё активнее вторгаясь в природные эволюционные процессы, он сумеет направить эволюцию живого таким образом, чтобы сделать планету ещё прекраснее и богаче.

Сегодня, эволюционная теория позволяет интегрировать достижения всех биологических дисциплин (определяя направления каждой из них), завтра - станет основой оптимальной стратегии взаимоотношения развивающегося человечества и Земли.



Литература

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

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

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

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

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

6. Концепции современного естествознания. Серия «Учебники и учебные пособия». Ростов н Д, 1997 г.

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

8. В.И. Вернадский Начало и вечность жизни. М., Республика, 1989 г.

9. А.И. Опарин Жизнь, её природа, происхождение и развитие. М., «Просвещение», 1962 г.

10. Советский Энциклопедический Словарь. М., Советская энциклопедия, 1982 г.

11. С.Х. Карпенков Концепция современного естествознания М., «Высшая школа», 2000г.

12. Т.Я. Дубнищева Концепция современного естествознания, М., «Высшая школа», 2000г.

Размещено на Allbest.ru