1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Юридический факультет

Отделение социальной работы

Кафедра теории и методики социальной работы

ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

Контрольная работа по курсу

“Концепции современного естествознания ”

Выполнил: студент 1 курса отделения социальной работы

Е.С. Ненашева

Проверил: кандидат ФМН, доцент

О.А. Золотов

Красноярск 2005

Содержание

Введение

Глава 1. Различные теории и гипотезы происхождения жизни на земле

Глава 2. Нетрадиционные теории

Введение

Наверное, каждый человек когда-либо задавался вопросами, на которые не мог ответить сразу: что такое жизнь? как все произошло? где? откуда? когда? Одним из наиболее трудных и в тоже время интересных в современном естествознании является вопрос о происхождении жизни. Он не только привлекает к себе пристальное внимание ученых разных стран и специальностей, но интересует вообще всех людей в мире. Рассматривалось множество гипотез и предположений о зарождении жизни: религиозная теория, теория самозарождения, теория панспермии, теория вечного существования жизни… Человечество до сих пор не может до конца разгадать эту загадку. И сколько еще будет открытий в этой области, остается только догадываться! Рассмотрим самые основные, классические и новейшие, набирающие обороты теории, которые имеют как сторонников, так и противников.

Глава 1. Различные теории и гипотезы происхождения жизни на Земле

В течение тысячелетий человечество пыталось ответить на вопрос о том, как появилась на свет жизнь. В разные времена давались различные объяснения этого феномена. Мы обратимся к наиболее значимым из этих теорий, которые правильнее было бы называть гипотезами.

Теория стационарного состояния

Если следовать этой гипотезе, то Земля существовала вечно, никогда не возникая, всегда была способна поддерживать жизнь, и любые изменения на ней являлись совершенно незначительными. Николов Т. Г. Долгий путь жизни. - М.: Мир, 1986. С. 28 Виды живых организмов также существовали всегда, и у любого вида было всего две возможности - изменение численности либо вымирание. Примитивные одноклеточные организмы могли возникнуть не 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 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). Понятно, что эта “теория” в настоящее время просто не выдерживает никакой критики.

Теория спонтанного зарождения

Эта теория очень древняя, распространенная еще в Китае, Египте и Вавилоне. В Греции она нашла проявление в учении Эмпедокла об органической эволюции. Ее же придерживался и Аристотель. Согласно ей, определенные частицы вещества несут в себе “активное начало”, способное в подходящих условиях создать живой организм. Это “начало” по мнению Аристотеля можно обнаружить в оплодотворенном яйце, гниющем мясе, тине и солнечном свете. Таковы факты - живое может возникать не только в результате спаривания животных, но и разложения почвы... Некоторые растения развиваются из семян, а другие самозарождаются под действием сил природы из разлагающейся земли или определенных частей растений...

Однако, с приходом Христианства, особенно в средние века, теория спонтанного зарождения оказалась под гнетом Церкви. Ее считали атрибутом колдовства и проявлением дьявольщины. Тем не менее, она продолжала существовать. На рубеже XVI-XVII веков Ван Гельмонт описал эксперимент, в котором ему удалось из грязного белья и пшеницы, помещенных в темный шкаф, получить мышей. Активным началом зарождения мыши Ван Гельмонт считал человеческий пот. В конце XVII века итальянцем Франческо Реди был проведен более строгий эксперимент: в сосуды было помещено мясо, рыба, змеи, часть сосудов была запечатана, часть оставалась открытой. Выяснилось, что в запечатанных сосудах никакого зарождения не произошло, в открытых же завелись личинки мух. Из этого Реди был сделан вывод о возникновении живого только из предсуществующей жизни.

В 1765 году Ладзардо Спалланцани подвергнул мясные и овощные отвары кипячению и сразу же запечатал их. Через несколько дней он исследовал отвары и не обнаружил никаких признаков жизни. Из этого он заключил, что высокая температура уничтожила все живое и ничего нового уже не могло возникнуть. Окончательно теория самозарождения была повержена в опытах Луи Пастера, доказавшего справедливость теории биогенеза, то есть происхождения жизни из предшествующей жизни. Правда, это вызвало затруднительный вопрос о происхождении самого первого живого организма.

Теория креацинизма

Согласно этой теории, жизнь возникла в результате некоего сверхъестественного события в прошлом, что чаще всего означает божественное творение. В 1650 году ирландский епископ Ашер рассчитал, что Земля возникла в октябре 4004 года до нашей эры. Существует множество других подобных "вычислений".

Теория панспермии

Данная теория не предлагает никакого механизма возникновения жизни, просто выдвигая постулат о внеземном ее происхождении. 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 г. выдвинул известный шведский естествоиспытатель С. Аррениус, предположив, что во Вселенной вечно существуют зародыши жизни. Он описывал, как с населенных другими существами планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счет светового давления. Попадая на планету с подходящими условиями для жизни, они начинают новую жизнь на этой планете. Эту гипотезу поддерживали многие, в том числе русские ученые С.П. Костычев и П.П. Лазарев.

При изучении метеоритных материалов действительно были обнаружены некоторые вещества - предшественники живого, а также структуры, похожие на простейшие микроорганизмы. Вероятно, они могли сыграть свою роль в зарождении или разнообразии земной жизни.

Теория биохимической эволюции

Исторически эта теория связывается с именем замечательного русского ученого А.И. Опарина, высказавшего мнение, что в условиях первичной атмосферы Земли, значительно отличающейся от нынешней, мог происходить синтез всех необходимых для зарождения жизни веществ-предшественников. Считается, что первичная атмосфера состояла преимущественно из аммиака, воды, метана, окиси и двуокиси углерода, отсутствовал кислород. В таких условиях органические вещества могли создаваться гораздо проще и могли сохраняться, не претерпевая распада длительное время. Необходимая для реакций энергия приносилась солнечной радиацией, так как защитного озонового экрана еще не существовало. Разнообразие находившихся в океане простых соединений и большие масштабы времени позволяют предположить возможность накопления в океане большого количества органики, образовавшей “первичный бульон”, в котором могла зародиться жизнь. Блестящее подтверждение эта теория нашла в экспериментах Стэнли Миллера, проведенных в 1953 году: через смесь газов, моделирующую первичную атмосферу, пропускались мощные электроразряды. В результате удалось синтезировать ряд аминокислот, аденин, рибозу. В схожем опыте Орджелом были получены короткие олигонуклеотиды. В результате этих исследований стало понятно, что основные органические вещества-мономеры, необходимые для возникновения полимерных молекул нуклеотидов и белков, действительно могли быть химически получены в условиях пребиотического мира, т.е. мира, еще лишенного жизни. Но главный вопрос - механизм перехода от неживого к живому - теория Опарина все же оставляет открытым. Предполагается, это выглядело следующим образом. Главная роль принадлежала белкам - они образовывали коллоидные гидрофильные комплексы с молекулами окружающей их воды. Эти комплексы формировали своеобразные мицеллы. Слияние таких комплексов друг с другом приводило к их отделению от водной среды, что получило название коацервации. Капли-коацерваты обменивались веществами с окружающей средой и накапливали различные соединения. Различие состава коацерватов открывало возможности для биохимического естественного отбора. В самих каплях происходили дальнейшие химические превращения попавших туда веществ. На границе капель с внешней средой выстраивались молекулы жиров, образуя примитивную мембрану. При включении в коацерват или при образовании внутри него первой молекулы, способной к самовоспроизведению тем или иным путем, появлялась первая клеткоподобная структура. Рост размеров коацерватов, их деление, приводило к образованию идентичных копий коацерватов. Они также поглощали компоненты окружающей среды и процесс продолжался. Таким путем мог возникнуть первый гетеротрофный организм, использовавший для питания органические вещества “первичного бульона”.^{Опарин А.И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. - М.: Наука, 1968. С. 69}

Теория “РНК - мира”

В последние годы все больше сторонников находит эта теория возникновения жизни, становясь господствующей в решении этого вопроса. Суть ее состоит в том, что основоположниками жизни являлись не белки, а молекулы РНК. Образование компонентов мономерных звеньев РНК - углеводных циклов рибозы и гетероциклических оснований не представляло принципиальных затруднений. Значительно труднее представить себе процесс образования из них непосредственно нуклеозидов, а затем и соединение последних в нуклеотиды. Действительно, в условиях гомофазного процесса в газовой или жидкой среде такой синтез мог оказаться крайне затруднительным. Однако он относительно легко осуществляется в условиях гетерофазного катализа на твердой подложке. В качестве последней выступают многие минералы земной коры: карбонат кальция, каолинит, монтмориллонит, соединения алюминия, цеолиты. При этом они способствуют не только ускорению синтеза, но и правильной ориентации реагирующих компонентов. Такой синтез мог проходить в первичных каплях-коацерватах. Это приводило к накоплению четко очерченного набора биомолекул в каждой из них, однако разнообразие самих капель и условий, в которых они существовали, давало большие возможности для отбора наиболее устойчивых капель, что являлось уже протоэволюцией. Самовоспроизводящиеся делением капли все увеличивались в размерах и постоянно усложнялись, вовлекая в себя новые и новые вещества. Таким путем могла возникнуть первая клетка.

Космическое зарождение и космический транспорт

С развитием спектральных методов исследования космического пространства, были получены новые интересные факты, говорящие в пользу возможности возникновения жизни вне Земли и занесения ее в дальнейшем на нашу планету метеоритным или иным транспортом.

Ранее было обнаружено, что многие метеориты содержат в себе самые разнообразные химические вещества, служащие предшественниками жизни. Особое внимание в этой связи привлекали углистые хондриты, в составе которых находили структуры, похожие на первичные простейшие организмы. Несмотря на то, что биологическое прошлое этих включений пока не подтвердилось, теория их биологического происхождения бурно развивается, продолжают поступать все новые данные об обнаружении подобных образований в метеоритах, найденных, в частности, в нижних слоях материкового ледника Антарктиды.

Известно, что космическая пыль постоянно захватывается Землей (десятки тонн в сутки). Этот процесс, безусловно, имевший место и в условиях первичной Земли, мог послужить делу занесения органических веществ на поверхность планеты, где они могли претерпевать дальнейшие превращения в более мягких условиях, например, в океанической воде.

Возникновение и развитие жизни вне Земли могло происходить по нескольким путям. Во-первых, возможен "землеподобный" путь, то есть возникновение биологических молекул, похожих на земные нуклеотиды и белки, наличие генов, хранение и передача генетической информации по механизму, аналогичному земному. Во-вторых, можно предположить существование “зеркального мира”, то есть мира, состоящего из D-аминокислот и L-нуклеозидов. Тем более, что эти соединения не являются абсолюной экзотикой даже на Земле. Мэтьюс Р. Что было до нашей эры. - Волгоград: Книга, 1994. С.10

Глава 2 Нетрадиционные теории

Происхождение жизни на Земле -- вполне серьезная междисциплинарная научная проблема, которой занимаются сотни экспериментаторов и теоретиков из самых разных областей науки. Существуют по меньшей мере три, а то и четыре серьезные научные гипотезы, каждая из которых на свой лад объясняет, каким именно образом могла возникнуть жизнь на нашей планете и каким именно образом она может (или не может) возникнуть на других планетах Солнечной системы (и других звездных систем тоже). Но кроме всего перечисленного, к той же проблеме адресуются гипотезы совершенно иного толка, и именно о них и пойдет здесь речь, так как их с полным основанием можно назвать “безумными”. “Безумными” не потому, что эти идеи глупы или вздорны, а скорее из-за их экстравагантности и выхода за общепринятые рамки.

Для начала сведем вместе несколько научно доказанных фактов. Установлено, что Земля в ее раннем прошлом (4,5 -- 4 миллиарда лет назад) подвергалась интенсивной бомбардировке довольно крупными небесными телами -- астероидами и даже целыми протопланетами. Платонов И.А. Наша планета / И.А. Платонов // Знание-Сила. -2001, №5 С. 21 То было время формирования всех планет Солнечной системы из первичного газопылевого облака, окружавшего только что родившееся Солнце, и материала для бомбардировки в системе было даже больше, чем нужно. ”Больше, чем нужно”, потому что такая интенсивная бомбардировка то и дело вызывала на молодой Земле чудовищные катаклизмы, что, понятно, препятствовало возникновению жизни. Установлено далее, что первые живые организмы на Земле появились примерно 3,8 миллиарда лет назад, то есть “почти сразу”(через 200 миллионов лет) после того, как космические окрестности Земли очистились от беспорядочно носившихся вокруг обломков и небесная бомбардировка изрядно стихла. Установлено также, что молодое Солнце в ту пору было намного тусклее, чем сейчас, то есть излучало меньше энергии, и это как-то трудно увязать с возникновением жизни на Земле, потому что оно требует достаточного тепла. В антарктических условиях жизнь вряд ли возникла бы, а между тем установлено, что еще 800 миллионов лет назад и вплоть до 540 миллионов лет назад ледники существовали даже на земном экваторе.

Как совместить все эти противоречивые факты? Ситуация так и просится быть объясненной “одним ударом”. Одним ударом ее и объясняет безумная идея, выдвинутая американским метеорологом Грегори Дженкинсом. Удар, который играет центральную роль в его теории происхождения жизни, произошел, по мнению Дженкинса, примерно 4,5 миллиарда лет назад и был так силен, что повернул Землю “на бок”. Иными словами, ось ее вращения, которая раньше была почти вертикальна, то есть перпендикулярна плоскости орбиты, легла почти горизонтально, под углом 70 градусов к вертикали. Естественно, экваториальные области при этом стали “приполярными”, а, учитывая еще и тусклость тогдашнего солнца, понятно, почему там появились ледники. Зато в бывших полярных областях установился теплый климат. Но главное, что благодаря новому положению Земли, вращавшейся теперь “на боку”, этот теплый климат практически никогда не менялся: из года в год, из века в век, из миллионолетия в миллионолетие он оставался таким же теплым и благоприятным для возникновения жизни. Сафин Г. Д. От мечты к открытию. - М.: Наука, 1997. С. 32 Солнце, конечно, было тусклым, но это компенсировалось постоянно ровным потоком его энергии, падавшим на “полярные” области Земли. В этих климатически устойчивых условиях органическая эволюция получила достаточно времени для первых “проб и ошибок”, которыми сопровождались ее “эксперименты” по созданию простейших живых организмов.

Заключение этой теории сводится к тому, что примерно 540 миллионов лет назад постепенное скопление материков вблизи южного полюса Земли вынудило планету совершить “кувырок”, вернувший земную ось к ее нынешнему положению (наклон в 23 градуса относительно вертикали). При таком положении оси начались сезонные изменения климата на всех географических широтах, и это привело к бурному, взрывоподобному развитию новых живых форм на всей планете. Сафин Г. Д. От мечты к открытию. - М.: Наука, 1997. С. 33

² Там же

Что, собственно, побуждает назвать гипотезу Дженкинса “безумной идеей”? Почему не отнестись к ней как к обычной научной гипотезе, которые то и дело высказываются в науке и составляют главную форму ее развития? Бомбардировка молодой Земли протопланетами происходила на самом деле, стало быть, мог произойти и такой удар, который уложил бы планету на бок.

Кувырок Земли под воздействием специфического расположения континентальных плит тоже, скорее всего, имел место, поэтому Земля вполне могла в результате и вернуться к ее нынешнему положению.

Видимо, дело в том, что в этой гипотезе явно ощущается некая “подогнанность”. Этот сценарий происхождения жизни предусматривает слишком уж удачное стечение обстоятельств. Именно в нужный момент (4,5 миллиарда лет назад) удар астероида или протопланеты укладывает Землю “на бок”, дабы она так лежала до следующего нужного момента. Именно в следующий нужный момент (540 миллионов лет назад) материки собираются так, чтобы повернуть Землю обратно и произвести Кембрийский взрыв. Бомбардировка молодой Земли продолжалась еще полмиллиарда лет, так что за это время она могла еще десятки раз менять свой наклон. А что до кувырка, вызванного движением тектонических плит, то наука пока еще не знает, был ли он вообще.

Вторая безумная гипотеза

Теперь о второй новейшей гипотезе касательно происхождения жизни на Земле. Она принадлежит американскому физику, профессору Ричарду Мюллеру. Группа исследователей из Геохронологического центра Калифорнийского университета под его руководством изучала 155 зерен оплавленного базальта, обнаруженных ими в одном грамме лунной почвы. Такие зерна образуются при сильном локальном повышении температуры, вызванном ударом метеорита, кометы или астероида о лунную поверхность. Измерив концентрацию радиоактивного изотопа аргона в этих зернах и зная скорость радиоактивного распада аргона, исследователи определили возраст каждого зерна. Это позволило им оценить, сколько таких зерен появилось в те или иные периоды истории Луны, иными словами - какова была частота бомбардировок Луны в те или иные эпохи.

Оказалось, что Луна претерпела в прошлом два периода особенно интенсивной метеорной бомбардировки. Одно повышение этой активности пришлось на период с 4 до 3 миллиардов лет назад, а второй период бомбардировок, причем той же интенсивности начался около 500 миллионов лет назад и тянется до сих пор. Первый период примерно совпадает с тем временем, к которому современная наука относит возникновение жизни на Земле, а второй (тоже весьма примерно) -- ко времени Кембрийского взрыва. Поскольку Луна находится в достаточно тесной (по космическим масштабам) близости к Земле, можно думать, что и Земля испытывала усиление метеорной бомбардировки в те же периоды. Отсюда следует заключение, что оба ключевых события биологической эволюции - возникновение жизни как таковой и самое бурное в истории возникновение ее новых форм происходили как раз тогда, когда бомбардировка Земли небесными телами была особенно сильной. Странно это выглядит по той причине, что с точки зрения здравого смысла, такая бомбардировка должна была приводить к прямо противоположному результату - уничтожению появляющихся или уже появившихся форм жизни. Как же объясняют свой результат профессор Мюллер и его коллеги? По их мнению, катастрофы, вызванные на Земле ударами падавших на нее небесных тел, играли не отрицательную, а благотворную роль в становлении и развитии жизни. Простейшие живые формы могли появляться в промежутках между такими катастрофами, а сами эти катастрофы служили своего рода “фильтром”, пропускавшим только самые приспособленные из этих форм. Усиленная бомбардировка Земли небесными обломками была благотворной еще и потому, что эти обломки приносили на поверхность планеты новые вещества и тем самым возможности для более быстрого развития жизни

Нельзя сказать, что эти рассуждения так уж убедительны, но это еще не конец. По убеждению Мюллера, эти периодические всплески метеорной активности вызваны одной общей причиной. Вот уже много лет он проповедует теорию, согласно которой наше Солнце имеет невидимого спутника, тоже звезду, но слабую и очень далеко расположенную, которая совершает один оборот вокруг нашего светила каждые 26 миллионов лет. Мюллер назвал эту звезду Немезидой, по имени греческой богини мести, так как считает, что каждое ее приближение к Солнцу приводит к возмущению кометных и астероидных орбит и в результате - к увеличению частоты катастрофических соударений планет с этими небесными обломками. Каждое такое крупное соударение, по Мюллеру, может вызвать изменение наклона земной оси с последующим изменением земного климата (который поэтому многократно менялся на протяжении земной истории), а особенно сильные воздействия Немезиды на Солнечную систему приводят к обнаруженным сейчас группой Мюллера длительным всплескам метеорной активности, влияющим на развитие жизни на Земле. Теория эта пока остается качественной “на пальцах” и законченное сейчас исследование лунного грунта было и предпринято, собственно, для того, чтобы доказать существование 26-миллионолетнего цикла метеорной активности, вызванного гипотетической Немезидой.

Заключение

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 еще не описано и не классифицировано. Жизнь заполняет все уголки нашей планеты. Океаны, моря, озера, реки, горы, равнины, пустыни, даже воздух - наполнены живыми существами. Миллиарды лет жизнь существует на Земле как уникальная самоорганизующаяся система. Она знала периоды расцвета, исторических испытаний и тяжелых кризисов, прежде чем достигла в наши дни своего великолепного богатства. Сегодня науке известно около 4,5 миллиардов видов животных и растений, которые существовали за всю историю жизни! Человек живет сейчас в среде, в которой за десятилетия происходят изменения, в прошлом происходившие за миллионы лет. Вряд ли человек за последнее тысячелетие существенно изменился в биологическом отношении, но он за это время приобрел невиданную доселе власть над окружающей его природой.

Вопрос о происхождении жизни до сих пор остается открытым. Наука гигантскими темпами движется вперед. Ученые узнают все больше полезной информации и делают потрясающие открытия, позволяющие выдвигать новые гипотезы, доказывать или опровергать их. И теперь, уже зная, как все было, еще более интересно, что будет дальше, и к чему мы придем?!

Список литературы

Опарин А.И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. - М.: Наука, 1968, 173 с

Николов Т. Г. Долгий путь жизни. - М.: Мир, 1986. - 167 с

Крик Ф. Жизнь как она есть: ее зарождение и сущность. - М.: Институт компьютерных исследований, 2002. - 160 с

Мэтьюс Р. Что было до нашей эры. - Волгоград: Книга, 1994. - 192 с

Платонов И.А. Наша планета / И.А. Платонов // Знание-Сила. -2001, №5 43 с.

Горелов А.А. Концепции современного естествознания. - М.: Мысль, 1997, 336 с.

Сафин Г.Д. От мечты к открытию. - М.: Наука, 1997. 283 с.