Проблемы происхождения жизни

Сущность понятия "жизнь". Отличие живого от неживого. Мысль о возможности самозарождения жизни, работы Л. Пастера. Концепция стационарного состояния жизни. Цель концепции панспермии. Структурная основа "биоида" по Деккеру. Сущность гипотезы "генобиоза".

Рубрика Биология и естествознание
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 27.07.2009
Размер файла 36,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Реферат на тему:

«Проблемы происхождения жизни»

Введение

Часто утверждают, что в настоящее время имеются все условия для возникновения примитивных живых существ, которые имелись когда-то. Но если бы сейчас в каком-либо теплом маленьком водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфаты и доступным воздействию света и тепла, электричества и т.п., химически образовался белок, способный в дальнейшем все к более сложным превращениям, то этот белок немедленно был бы разрушен или поглощен, что было невозможно до возникновения живых существ.

1. Проблемы происхождения жизни

Проблема возникновения жизни приобрела сейчас очарование для всего человечества. Она не только привлекает к себе пристальное внимание ученых разных стран и специальностей, но интересует вообще всех людей мира. Данный вопрос волновал человека с той поры, как он начал осознавать себя человеком, стал познавать и окружающий мир. Первые попытки теоретического разрешения вопроса о происхождении жизни на Земле восходит к глубокой древности, и носят отпечаток тех общих воззрений на живую природу, которые свойственны каждой эпохе.

Сейчас считается общепризнанным, что возникновение жизни на Земле представляло собой закономерный процесс, вполне 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 ее коры, гидросферы и атмосферы.

Вопрос происхождения жизни труден в исследовании потому, что когда наука подходит к проблемам развития как создания качественного нового, она оказывается у предела своих возможностей как отрасли культуры, основной на доказательстве и экспериментальной проверке утверждений.

Ученые сегодня 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 появления живого на Земле. Трудность - в невозможности прямого проведения эксперимента по возникновению жизни (уникальность этого процесса препятствует использованию основного научного метода.)

Вопрос происхождения жизни интересен не только сам по себе, но и тесно связан с проблемой отличия живого от неживого. А также связан с проблемой эволюции жизни.

В данной работе я познакомлю читателя с современными представлениями о возникновении жизни, коротко освещу некоторые аспекты возникновения жизни и процесса эволюции. Вы так же узнаете, какие вопросы остаются неразрешенными до настоящего времени.

1.1 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. Для этого необходимо охарактеризовать живые существа с точки их некоторых особенностей и выделить основные уровни организации жизни.

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

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

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

3. 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 (1-ая аксиома Ч. Дарвин).

4. Многократно ученые изменяли генетические программы, которые подвергаются отбору условиями внешней среды (2-ая аксиома Ч. Дарвин).

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

Определение жизни пытались дать многие ученые (Аристотель, Кант, Кювье, Ламарк и др.), но их высказывания были или примитивны или непонятными. Наиболее точное определение жизни дал около 100 лет назад 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 еще не был определен вполне точно и его отнесли обычно к протоплазме в целом. Сознавая неполноту своего определения Энгельс писал: «Наша жизнь, разумеется весьма недостаточна, поскольку она далека от того, чтобы охватить все явления жизни и напротив, ограничивается самым общим и самым простым среди них…».

Кроме того, есть несколько фундаментальных отличий живого и 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 (ОНК и РНК). В структурном плане живое отличается от неживого 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. Не что-то воспроизводит их, а они сами. Это принципиально новый момент.

Такие живые тела отличаются от неживых наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, активной регуляцией своего состава и функцией, способностью к движению, раздражимостью, приспособленностью к среде и т.д. Неотъемлемым свойством живого является деятельность, активность. «Все живые существа должны или действовать, или погибнуть. Мышь должна находиться в постоянном движении, птица - летать, рыба - плавать, и даже растения должны расти».

Жизнь возможна лишь при определенных 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 на поврежденной структура, она при возвращении к нормальным условиям обеспечивает восстановление жизненных процессов.

Однако строгое научное разграничение живого и неживого встречают определенные 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 там, где ферменты есть, т.е. в клетках 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 там, где ферменты есть, т.е. в клетках организма - хозяина. В зависимости от того, какой признак мы считаем важным, мы относим вирусы к живым системам или нет.

И так суммируя все выше сказанное, дадим определение жизни:

«Жизнь - есть процесс существования биологических веществ (например, клетка, организм растения, живого), основу которых составляют сложные органические вещества и способные самопроизводиться, поддерживать свое существование в результате обмена энергии, веществом и информацией со средой».

1.2 Гипотезы возникновения жизни

Многотысячелетняя история Homo Sapiens знала не одну гипотезу о путях возникновения жизни и о месте человека в системе живых существ.

В этом вопросе с древности существуют две противоположные точки зрения. Одна из которых утверждает возможность происхождения живого из неживого - теория абиогенеза; другая теория биогенеза - отрицает самопроизвольное зарождение жизни, она утверждает «Все новое из живого»; последние воззрение при дальнейшем развитии приводит к выводу, что жизнь столь же стара, как и неживая материя. Вокруг этих двух направлений и происходила борьба в вопросе о возникновении жизни на всем протяжении истории науки.

Современные воззрения позволяют только поставить этот спор на строго научную почву и тем самым обосновать правильность теории абиогенеза. Они дают возможность наметить те факторы, которые привели к превращению материи в живую, и те пути эволюции веществ, которые могли привести к возникновению живого.

В данной работе мы рассмотрим следующие гипотезы возникновения жизни:

1. Креацмонизм - божественное сотворение живого;

2. Самопроизвольное зарождение - живые организмы возникают самопроизвольно из неживого вещества;

3. Концепция стационарного состояния жизни - жизнь существовала всегда, начало жизни не существует;

4. Концепция - внеземное происхождение жизни, жизнь была занесена на Землю извне (из Космоса);

5. Гипотеза «Голобиоза» - концепция протобионта или биоида, некоего одноклеточного предка, начальных «жизнеспособных «структур;

6. Гипотеза «генобиоза» - поиск генома как реликтового предка всех живых клеточных структур, считая, что именно РНК сыграла первостепенную роль в зарождении жизни;

7. Гипотеза биохимической эволюции - жизнь возникла в результате процессов. Подчиняющимися химическим и физическим законам.

Каждый из гипотез мы увидели особое внимание, выявим их сильные и слабые стороны, узнаем, в какой мере та или иная из гипотез доказана.

2. Креационизм

От латинского creatio - сотворение. Креационизм рассматривает возникновении жизни как правление воли Бога; об этом говорится в Библии других священных книгах. В настоящее время в США и других странах существуют центры «научного креационизма», пытающиеся обосновать эту гипотезу. Против «научного креационизма» выступают даже многие священники, считая его не научным и не религиозным, а скорее идеологическим течением.

Священники полагают, что верующие постигают истину через божественное откровение и веру, а поэтому им не нужны доказательства Божественного сотворения, возникновения жизни.

Главный принцип научного метода - «ничего не принимай на веру». Следовательно, логически, не может быть противоречия между научным и религиозным объяснением возникновения жизни, так как эти две сферы мышления взаимно исключают одна другую.

Процесс Божественного сотворения мира, мыслится как имевший место лишь единожды и поэтому недоступный для исследования. Наука занимается только теми явлениями, которые поддаются наблюдению и экспериментальному исследованию. Следовательно, с научной точки зрения гипотезу Божественного возникновения живого нельзя ни доказать, ни опровергнуть. Я и не буду этим заниматься.

2.1 Самопроизвольное зарождение

Проблема происхождения жизни решалась довольно просто, пока ученные находились в счастливом неведении относительно сущности живого, как, впрочем, и относительно того, что представлена собой Земля в младенчестве.

Мысль о возможности самозарождения жизни родилась более двух тысячелетий назад. Первым ее высказал древнегреческий философ - идеалист Платон (427-347г до н.э.), за ним его ученик - великий Аристотель. По мнению Аристотеля, особая сила души («энтелехия тела») одухотворяет материю, делая ее живой. Аристотель писал, что из морского ила могут возникать не только простые животные, как губки, но такие черви, моллюски и рыбы. Даже организмы, которые рождаются из яиц или живыми, иногда могут появляться самопроизвольно. Растения не рождаются «при гниении почвы или разлагающихся частей других растений». Предполагалось также, что одни формы могут порождать другие, например из плодов могут образовываться птицы и животные (рис.1).

В очерке об истории суеверий напечатанном в 1860г. в книге «Этюды» знаменитый немецкий ботаник Меттиас Иоганн Маркузен, один из создателей клеточной теории знакомит нас с интересными наблюдениями средневековых ученых. Так, некий Ланге предостерегал охотников до меда не есть со ржаным хлебом, так как от этого зарождаются дождевые черви. по мнению другого ученного (Шатта), утка положенная между двух блюд и зарытая в навоз, на третий день превращается в жабу. И все в то время действительно называлось естествознанием.

Мне кажется, взгляды на происхождение жизни в средние века следует также расценивать как следствие невежества, которое по мере накопления положительного знания уступало место более правильным представлениям. Но поскольку авторитет Аристотеля поддерживался средневековой церковью, идея самопроизвольного зарождения господствовала в умах длительное время и направляла средневековых алхимиков на поиск рецепта искусственного превращения неживого вещества в живую материю. Сюда относятся рецепты приготовления мышей из пшеницы при помощи «фермента», исходящего от грязной рубашки; приготовление маленького человека - из известной человеческой жидкости (моча, кровь), помещенный в лошадиный желудок, а так же многие другие первые опыты по доказательству невозможности самозарождения были проведены итальянским ученным Франческо Реди (1626-1698) в середине XVIII в. Он накрыл мясо кисеей, не ограничивающей доступ воздуха, показал, что при этом на мясе не появляется личинок мясной мухи, которая обычно откладывает оплодотворенные яйца на гниющем мясе. Таким образом, и для этих насекомых оказался справедливый принцип «все живое из живого». Чрезвычайно важны в этом отношении взгляды английского ученного В. Гарвея (XVII в) В результате изучения размножения организмов он провозгласил принцип «все живое из яйца. Правда и Гарвей отдал дань представителям своей эпохи, допуская возможность самозарождения для таких животных, как насекомые или черви.

Среди работ этого направления следует отметить первые по времени экспериментальные исследования ирландского священника Д. Нифема (1748), который закупоривал колбы, наполненные питательным раствором и подвергал их нагреванию тлеющих углях. Высокая температура по мнению автора, должна была убить все зародыши, которые могли бы проникнуть в колбу извне. Тем не менее спустя несколько дней в колбах в изобилии появлялись микроорганизмы, что служило для Нифема неопровержимым доказательством зарождения их неживой материи.

Взгляды и исследования Нифема нашли широкий отклик среди ученых того времени и долго еще служили опорой теории самозарождения. Многие ученные повторили опыт и модифицировали (изменили) опыты ирландского священника, но не всегда получали одинаковые результаты.

Работы Л. Пастера

Окончательное поражение воззрениям о самозарождении нанесли блестящие исследования французского микробиолога Луи Пастера (1822 - 1895), проведенные в семидесятых годах XIX столетиях.

Пастер придал своим выводам исключительную убедительность благодаря прекрасно задуманным и осуществленным им экспериментам. Опыты должны были не только доказать правильность положений теории автора, но и выявить ошибки и вскрыть причины отдельных неудач его предшественников.

Пастер заполнял баллон питательной средой, а шейке колбы придавал S - образную форму. Кипячение из баллона выгонялся воздух, который при остывании жидкости возвращался обратно. Микроорганизмы из воздуха при этом оседали на изгибе шейки, и жидкость в баллоне оставалась стерильной неопределенно долго. Стоило только отрезать шейку колб, как через несколько дней в колбе появлялись бактерии. Появление их можно было также добиться, наклоняя баллон и смывая микроорганизмы, осевшие в изгибе трубки.

Работы Пастера являлись переломным моментом в истории учения о происхождении жизни. Вопрос о самозарождении в том виде, в каком он был поставлен разрешился в отрицательном смысле принцип «се живое - из неживого» для всех известных существ мог по праву считаться справедливым и не знающим ни одного исключения.

Вопрос о происхождении жизни однако не был разрешен опытами Пастера - он был только заново поставлен, но на этот раз вполне научно. Если для возникновения живого организма необходим другой живой организм, то откуда взялся первый организм? Более того, проблема получает более конкретную формулировку, ибо ставится вопрос не только о происхождении клетки, но и о возможности ее искусственного создания из неорганических веществ.

Наряду с этим вновь появились старые представления о непрерывности и вечности жизни, также вооруженные новейшими достижениями в области биологии, астрономы и физики.

2.2 Концепция стационарного состояния жизни

Теория вечности жизни была выдвинута немецким ученным В. Прейером в 1880г. и нашедшая отклик со стороны академика В.И. Вернадского, автора учения о биосфере.

По Прейеру, проблемы происхождения жизни вообще нет. Он рассматривает жизнь как существующую вечно. Более того, он ставит вопрос о происхождении неживого из живого, ему предшествующего во времени. Соответственно этому ученный рассматривал раскаленные массы формировавшегося земного шара, как гигантские живые организмы со своим особым обменом веществ. По мере остывания Земли эти массы распадались на части, которые не могли вновь слиться и поэтому выпадали из жизненного круговорота. Они то и составляли неорганическую природу.

По мнению В.И. Вернадского, нужно говорить об извечности жизни и проявлений ее организмов, как мы говорили об извечности материального ** небесных тел, их Теловых, электрических, магнитных свойств и их проявлений. Далее от научных искажений вопрос о начале жизни, как и вопрос о начале материи, теплоты, электричества, магнетизма, движения. Все живое произошло от живого (принцип Реди). Примитивные одноклеточные организмы могли возникнуть только в биосфере Земли, а шире, в биосфере Вселенной. По мнению Вернадского, естественные науки построены на предположении, что жизнь с ее особыми качествами не принимает ни какого участия в жизни вселенной (ее существовании). Но биосферу нужно брать как целое в жизни единой живой космический организм (тогда и отпадает вопрос о начале живого, о скачке от неживого к живому).

Безусловно, эта концепция, как гипотеза, имеет место быть, однако, она довольно легко решает вопрос о происхождении жизни. Для теории вечности проблема происхождения жизни не существует, по моему мнению, по той простой причине, что эта теория уничтожает различия между живым и неживым. Поскольку эта теория исходит из единства комплекса живое - неживое, для них не существует и вопроса происхождения одного от другого.

2.3 Концепция панспермии

Это еще одна очень интересная теория происхождения жизни на Земле, тесным образом связанная с теорией вечности жизни. Толчок к появлению гипотез панспермии дали опыты Л. Пастера, отрицающие самозарождение (из неживого) организмов.

В 1749 году во Франции была издана книга «Теллиамед или Беседы индийского философа с французским миссионером о понижении уровня мор, образовании суши, происхождении жизни, человека и т.д.» Ее написал бывший французский консул - Де Малье.

Последние главы книги посвящены проблеме происхождения жизни. Де Малье писал, что в начале Земля была покрыта водой, а в атмосфере, окружавшей Землю, носились «семена жизни», попавшие из межзвездных пространств. Эта мысль не была новой. Еще в древности об этом говорил выдающейся мыслитель античной эпохи Анаксагор.

В 1865 году немецкий врач и общественный деятель Г.Э. Рихтер высказал мысль, что жизнь в то время когда ее не было на Земле, существовала в Космосе в условиях сходных с земными. По мнению Рихтера зародыши жизни в состоянии анабиоза носятся в межзвездном пространстве и могут попадать на планеты, давая начало жизни. Он считал эти микроорганизмы проявлениями вечной жизни во Вселенной. Доводы в пользу возможности такого хода событий черпались в области физики, и не удивительно поэтому, что защитниками этой теории явились в первую очередь представители этой науки, выдающиеся ученые П. Лазарев, Г. Гельмгольц, Г. Темсон, С. Аррениус.

Вопрос сводился к двум основным пунктам: при помощи каких сил может происходить перенос зародышей жизни с одной планеты на другую и могут ли эти зародыши сохранять жизнеспособность во время путешествия по космическому пространству.

Согласно представлениям Томсона и Гельмгольца, споры бактерий и других микроорганизмов могли быть занесены на Землю с метеоритами. Современные же сторонники теории панспермии полагают, что основная масса органических веществ, явившихся материалом, из которого возникли живые существа, доставлена на нашу планету с метеоритами.

Лабораторные исследования вскоре продемонстрировали высокую устойчивость живых организмов к неблагоприятным воздействиям. Например, длительное выдерживание спор и семян растений в жидком кислороде или азоте удавалось без нарушения их жизнеспособности.

Данная гипотеза, однако, не предполагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни и лишь переносит проблему в другое место Вселенной. Либих считал, что «атмосферы небесных те, 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. Подобным образом мыслили Кельвин, Гельмгольц.

Для обоснования панспермии обычно используют наскальные рисунки с изображениями предметов, похожие на ракеты или космонавтов, или появления НЛО. Полеты космических аппаратов разрешили веру в существование разумной жизни на планетах солнечной системы, которая вновь появилась после открытия каналов Скипарелли на Марсе в 1877г.

Ловелл насчитал на Марсе 700 каналов. Сеть каналов охватывала все материки. В 1924г. были сфотографированы эти каналы и большинство ученных увидели в них доказательство существование 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 водяного пара с примесью минеральной пыли и из твердой двуокиси углерода (сухого льда). Но пока следов жизни на Марсе не найдено.

Изучение поверхности из борта искусственных спутников позволило предположить, что каналы и реки Марса могли возникнуть в результате растапливания поверхностного водяного льда в зонах повышенной активности или внутреннего тепла планеты, или при периодических изменениях климата.

В конце 60-х годов вновь возрос интерес к гипотезам панспермии. При изучении вещества метеоритов и комет были обнаружены многие «предшественники живого» - органические соединения, синильная кислота, вода, формальдегид, циалогены. Формальдегид, в частности, обнаружен в 60% случаев в 22 исследованных областях, его облака с концентрацией примерно 1000 молекул на 1 см3 заполняют обширные пространства. В 1975 году предшественники аминокислот были найдены в лунном грунте и метеоритах.

Но все это пока тоже не доказывает возможность занесения жизни из Космоса на Землю. И хотя в настоящее время гипотезу о панспермии уже не считают ошибочной, достаточно веских оснований в ее пользу пока нет.

2.4 Гипотеза «голобиоза»

Гипотеза «голобиоза» касается прообраза доклеточного предка и его способностей. Есть различные формы доклеточного предка - «бионид», «биомонада», «микросфера». Согласно биохимику П. Деккера структурную основу «биоида» составляют жизнеподобные «неравновесные» диссипативные (от лат disspate) структуры, т.е. открытые микросистемы с фермитивным аппаратом катализирующим метаболизм биоида. Эта гипотеза трактует активность доклеточного предка в обменно-метаболическом духе. Именно 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.

2.5 Гипотеза «генобиоза»

Американский ученный Хадейн считал, что первичной была не структура, способная к обмену веществ окружающей средой, а макромолекулярная система, подобная гену и способная к репродукции, а потому и названная им «голым геном». Общее признание гипотез «генобиоза» получили после открытия РНК и ДНК и их феноменальных свойств.. В начале 80-х гг была установлена способность РНК к самопродукции в отсутствии белковых ферментов. Второй момент - открытие у РНК автокаталических функций именно двух функций - католической и информационно-гинетической - привело к тому, что молекулярная система стала способна к саморепродукции. Древняя РНК совмещала в себе черты фенотипа и генотип, была подвержена как генетическим преобразованиям, так и естественному отбору, т.е. она эволюционировала.

Итак РНК сыграла первостепенную роль в зарождении жизни. Но мы не знаем, что современный ген биосферы - именно ДНК, а не РН. Но как это объяснить матричный синтез с ДНК и РНК и еще некоторые условия явились некоторыми компонентами единого для всего живого доклеточного предка. Но эволюция последнего шла в сторону современного ДНК и утраты им самостоятельных каталитических функций.

РНК является той первой информационной молекулой, которая стояла у истоков жизни. Вот так решает современная наука вопрос о прообразе доклеточного предка живой материи.

2.6 Гипотеза биохимической революции

Мы поговорили с вами о различных гипотезах сотворения жизни. Вы можете отдать предпочтение той или иной гипотезе. Одна сейчас мы поговорили об одной гипотезе - гипотезе биохимической революции.

В 20-е гг XX в. русский ученный А.И. Опарин и англичанин ДЖ. Халдин высказали гипотезу о возникновении жизни в процессе биохимической эволюции углеродных соединений. Эта гипотеза и легла в основу современных представлений. Она завоевала много сторонников, так как возможность абиогенного синтеза органических биополимеров получили экспериментальное подтверждение.

Слишком сильно углубляться в рассуждения по теме биохимической эволюции мы не будем, а затронем лишь основные моменты.

Эволюция химических элементов в космическом пространстве

Что представляет собой межзвездное пространство? Какие процессы протекают в нем? Ответ на эти многие другие вопросы лежат на стыке двух наук - химии и астрономии.

Первичная атмосфера Земли и химические предпосылки возникновения жизни.

Начальная атмосфера Земли могла изменяться в результате самых различных процессов, в первую очередь в результате диффузионного ускользания водорода и гелия, составляющих ее значительную часть. Большая часть начальной атмосферы Земли должна быть утеряна за очень короткое время, поэтому предполагается, что многие первичные газы земной атмосферы - это газы, которые были захоронены в недрах Земли и выделялись вновь в результате постепенного разогрева земных пород. Первичную атмосферу Земли, вероятно, сопоставляли те же вещества, что наблюдаются в клетках: молекулы связали углерод - водород, углерод - азот, азот - водород и кислород - водород. Помимо них появились также водород, метал, окись углерода, аммиак, вода и т.д. Таковы же вещества, с которыми проведено большинство экспериментов по моделированию первичной атмосферы.

Условия среды на древней Земле

Сегодня воссоздание условий, в которых возникли первые «зародыши жизни», имеет принципиальное значение для науки. Велика заслуга Опарина, предложившего первую концепцию химической эволюции, согласно которой в качестве отправной точки в лабораторных экспериментах по воспроизведению условий первичной Земли предлагалась бескислородная атмосфера.

В 1953г. американский ученный Г. Юрии и С. Миллер подвергли смесь метана, аммиака и воды действию эклектических разрядов. Впервые с помощью такого эксперимента были среди полученных продуктов идентифицированы аминокислоты.

Использование смесей газов, подобных газам первичной атмосферы, различных видов энергии и учет различных условий позволили во многих лабораториях найти доказательства путей абиотического возникновения различных органических молекул.

Основные условия среды на Первобытной Земле можно объединить следующим образом:

1. первичная атмосфера:

состав коры: Al, Ca, Fe, Mg, Na, K и др. Уровень геологических знаний не позволяет сделать убедительных выводов об изменении состава земной коры во времени;

2. первичная гидросфера:

на поверхности первичной Земли находилось меньше 0,1 объема воды сегодняшних океанов; среда первичного океана - слабощелочная;

3. первичная атмосфера:

первичная атмосфера Земли состояла из водорода, который «ушел» в космическое пространство; вторая (известная как первичная) образовалась из вулканических газов.

Было предложены три варианта состава первичной атмосферы:

· восстановительная: CH4; NH3; H2O; H2 (с высоким содержанием NH3);

· слабокислительная: CO2; CH4; NH3; N2; H2O (с низким содержанием NH3);

· нейтральная: CH4; N2; H2O

Возникновение протобиполимеров представляет собой более сложную проблему. Они ответственны за протоферментативные процессы (гидролиз, перекисное окисление и т.д.), за брожение, за более сложные реакции (фотохимические, фотосинтез).

Наличие воды обусловило барьер на пути возникновения следовательно, для их создания требуется привлечение специфических методов удаления воды.

Теории происхождения протобиополимеров.

Рассмотрим некоторые из важнейших теорий возникновения полимерных структур на нашей планете, лежащих у истоков образования биополимеров - основ жизни.

Термическая теория. Инициатором синтеза полипептидов термическим путем, является американский ученный С.Фокс. Если смесь аминокислот нагреть до 180 - 2000С, то при нормальных атмосферных условиях или в инертной среде образуется продукты полимеризации, небольшие, в которых мономеры соединенные пептидными связями, а также малые количества полиптидов. Вот суть термической теории. Однако в случае конденсации термическим путем нуклеотидов и моносахаридов, имеющих сложную структуру, образование в настоящее время нуклеиновых кислот и представляется маловероятным.

Теория адсорбции. Основным контраргументом в спорах об абиогенном возникновении полимерных структур является малая концентрация молекул и недостаток энергии для конденсации мономеров в разбавленных растворах неспособное обеспечить столь быстрого образования протобиополимеров, как это имело место на Земле по оценкам некоторых ученых. Одно из решений этого вопроса было предложено английским физиком Д. Берналом считавшим, что концентрирование разбавленных растворов происходит путем «адсорбции в пресноводных и морских отложениях очень тонких глин». В результате взаимодействия веществ в процессе адсорбции некоторые связи ослабляются, что приводит к разрушению одних и образованию других химических соединений.

Низкотемпературная теория. Авторы донной теории, румынский ученый К. Симонеску и Ф. Денли, исходили из несколько иных представлений об условиях абиогенного возникновения простейших органических соединений и их конденсации в полимерные структуры. Ведущее значение авторы придают энергии холодной плазмы.

Холодная плазма широко распространена в природе. Ученные полагают, что 99% Вселенной в состояние плазмы. Вне зависимости от характера энергии на абиотической Земле любой ее вид преобразует химические соединения в активные частицы, однако, их дальнейшая эволюция зависит от плотности энергетического потока. В результате проведения кропотливых и сложных экспериментов с холодной в качестве источника энергии для абиогенного синтеза протобиопалимеров исследователям удалось получить как отдельные полимеры, так и полимерные структуры петидного типа и липиды.

Коацерватная теория.

Автором этой теории является известный отечественный биохимик академик А.И. Опарин (1924). Позже, независимо от него, к аналогичным выводам пришел английский ученый Дж. Холдейн.

Опарин считал, что возникновение фазово-обособленных систем, способных взаимодействовать с окружающей внешней средой, используя ее вещества и энергию, и на этой основе способных расти, множиться и подвергаться естественному отбору. Для примера можно назвать некоторые из них: «пузырьки» Гальдейкра, «микросферы» Фокса, Бахадура, «пробионты» Эгами и др. Наиболее перспективными в этом отношении моделями могут служить капли.

Каждая молекула имеет определенную структурную организацию, т.е. атомы входящие в ее состав, закономерно расположены в пространстве. В случае такой особенности химической организации молекул вокруг в них в воде организуются водные «рубашки» из определенным образом ориентированных молекул воды.

Органические молекулы имеют большую молекулярную массу и сложную пространственную конфигурацию, поэтому тоже окружены водной оболочкой. При определенных условиях водная оболочка приобретает четкие границы и отделяет молекулу от окружающего раствора. Молекулы, окруженные водной оболочкой могут объединяться, образуя многомолекулярные комплексы - коацерваты.

Коацерватные капли возникают также при простом смешивании разнообразных полимеров как естественных так и искусственно полученных. При этом образуют видимые под микроскопом капли (рис.5). Капли отделены от окружающей среды резкой границей раздела, но они способны поглощать извне вещества по типу открытых систем.

Путем включения в коацервотные капли различных катализаторов (в том числе и ферментов) можно вызывать ряд реакций, в частности поступающих из внешней среды мономеров.

Таким образом возникает простейший метаболизм.

Вещество входит в каплю, полимеризуется, обуславливая рост системы, а при его распаде продукты этого распада выходят во внешнюю среду, где их раннее не было.

Эволюция протобионов.

Главным направлением эволюции приведшей к возникновению биологических систем, следует считать ряд событий, среди которых: эволюция протобионов, возникновение каталитической активности белков, появление генетического кода и способов преобразования энергии.

Возникновение энергетических систем. Основной организм, с помощью которого малые органические молекулы можно сделать реакционно-способными в водном растворе, заключается в соединении этих молекул с различными формами фосфата. В настоящее время высокоэнергетические связи образуемые между фосфатами и органическим соединениями обеспечивают протекание всех биологических реакций. В начале такие реакции соединения протекали в присутствии большого количества воды, затем появились реакции с переносом фосфата. Замена реакцией конденсации с отщеплением воды на реакции с переносом фосфата составляющие основу биохимических процессов у всех ныне существующих организмов, началась с первой протоклетки.

Образование полимеров. Данные протоклетки весьма далеки от того, что мы называли бы клеткой, поскольку они не имеют ни генетического, ни синтезирующего белок аппарата. Протобионы, обладающие разнообразными пептидами, оказывались в более благоприятном положении. Причем, чем более активна оказывалась молекула белка как катализатор, тем больше пользы она приносит. В это же время становление генетического кода, т.е. такой организации ДНК и РН, при которой последовательность нуклеотидов в цепях нуклеиновых кислот стала нести информацию о наиболее удачных молекула белка (в смысле каталитической активности).

Эволюция метаболизма. С появлением примитивного генетического аппарата обладавшие им протоклетки смогли передавать всем своим потомкам способность синтезировать специфические полипептиды. Образующеюся из них, подвергавшиеся естественному отбору.

Обладающие наследственным материалом протоклетки быстро развили способность к синтезу крупных белков. После этого можно было говорить о биологической природе протоклетки.


Подобные документы

  • Сущность жизни и попытки ее определения основными теориями и гипотезами последних десятилетий. Отличительные черты живого и неживого. Появление, этапы развития жизни на Земле. Концепция креационизма, самозарождения жизни из неживого вещества, панспермии.

    реферат [30,0 K], добавлен 07.10.2010

  • Проблема происхождения жизни на Земле. Возможности существования жизни в других областях Вселенной. Креационизм. Теория стационарного состояния, самопроизвольного самозарождения, панспермии. Современные возрения на происхождение жизни на Земле.

    реферат [2,5 M], добавлен 04.10.2008

  • Сущность гипотезы биохимической эволюции, предположений внеземного происхождения жизни (Панспермии), теории стационарного состояния жизни. Их основатели и сторонники. Источники и течения философско-теистической концепции креационизма христианских ученых.

    презентация [1,4 M], добавлен 27.02.2011

  • Содержание и отличительные признаки теорий возникновения и развития жизни на Земле: самозарождения, биохимической эволюции, панспермии, стационарного состояния жизни, креационизма. Преимущества и недостатки каждой теории, история их становления.

    презентация [224,2 K], добавлен 17.12.2013

  • Вопрос о возникновении жизни на Земле - борьба религии и науки, идеализма и материализма. Проблема отличия живого от неживого. Современное двуединое понятие первобытного бульона и самозарождения жизни - теория Опарина-Холдейна о происхождении жизни.

    реферат [32,0 K], добавлен 09.05.2009

  • Общее понятие про креационизм. Характеристика концепций: божественное сотворение всего живого; многократное самозарождение жизни. История возникновения панспермии как концепции. Вариант возникновения жизни на Земле как следствия химических процессов.

    контрольная работа [192,5 K], добавлен 02.05.2009

  • Содержание креационизма - философско-методологической концепции возникновения жизни. Основные идеи гипотез стационарного состояния, самопроизвольного зарождения и панспермии. Этапы появление живых организмов по концепции биохимической эволюции Опарина.

    реферат [26,0 K], добавлен 19.11.2010

  • Теории эволюции — система естественнонаучных идей и концепций о прогрессивном развитии биосферы Земли, составляющих её биогеоценозов, отдельных таксонов и видов. Гипотезы биохимической эволюции, панспермии, стационарного состояния жизни, самозарождения.

    презентация [1,4 M], добавлен 08.03.2012

  • Библейские представления и развитие естествознания. Взаимоотношение времени и вечности в теории сотворения. Концепции возникновения жизни, их разновидности и особенности. Основные положения естественнонаучной теории, этапы зарождения жизни на Земле.

    курсовая работа [48,9 K], добавлен 11.11.2010

  • Сравнение основных определений понятия "жизнь". Анализ проблемы происхождения и эволюции жизни на Земле. Общая характеристика современных теорий возникновения жизни, а также процесса эволюции ее форм. Сущность основных законов биологической эволюции.

    курсовая работа [302,9 K], добавлен 04.10.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.