Теорії виникнення життя на Землі

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Реферат

на тему: Теорії виникнення життя на Землі

Виконав:

Голодрига Іван

Виникнення життя на Землі - теоретичні дослідження про

ймовірну історію виникнення усього живого на планеті Земля

Згідно з астрономічними та геологічними даними вік Землі становить приблизно 4,5-5 млрд. років. Вважається, що в минулому стан нашої планети був мало схожий на сьогоднішній. Ймовірно, температура на поверхні була дуже високою (4000-8000°C), по мірі того, як Земля остигала, тугоплавкі метали конденсувалися і утворили земну кору; поверхня планети була, напевно, голою і нерівною, оскільки на ній внаслідок вулканічної активності, переміщень і стиснень кори, викликаної охолодженням, відбувалося утворення складок і розривів.

Вважається, що гравітаційне поле ще недостатньо щільної планети не могло утримувати легкі гази: водень, кисень, азот, гелій і аргон - внаслідок чого вони йшли з атмосфери. Але прості сполуки, що містять серед інших ці елементи (вода, аміак, CO₂, метан) виявились достатньо важкими і залишились на планеті. Поки температура Землі не впала нижче за 100°C, вся вода знаходилася в пароподібному стані. Відсутність кисню, скоріш за все, була необхідною умовою для виникнення життя. Лабораторні досліди свідчать про те, що органічні речовини (основа життя) набагато легше утворюються в бідній киснем атмосфері.

Згідно з теорією стаціонарного стану, Всесвіт існував вічно. Згідно з іншими гіпотезами, Всесвіт міг виникнути із згустку нейтронів внаслідок «Великого вибуху», народився в одній з чорних дір або ж був створений Творцем. З виключно філософської точки зору, наука не може спростувати тезу про божественне створення Всесвіту, тому що саме поняття «доказу» може трактуватися дуже відмінно від прийнятого у сучасній науці.

Серед безлічі ненаукових уявлень про виникнення життя на Землі основні такі:

1. Життя було створене надприродною істотою в певний час (креаціонізм)

2. Життя виникало неодноразово з неживої речовини (мимовільне зародження)

3. Життя існувало завжди (теорія стаціонарного стану)

4. Життя занесене на нашу планету ззовні (панспермія)

5. Життя виникло з неживої природи в результаті біохімічних процесів (еволюція).

Теорія Опаріна

1-й етап. Формування вуглеводних сполук та їхніх похідних: атоми Карбону з'єднувалися між собою та утворювали ланцюги різної довжини. Це початкові ланки в еволюційній низці більш складних органічних сполук, до якої входять жири, прості вуглеводи та амінокислоти. Найпростіший представник вуглеводнів - метан. Первинна літосфера, гідросфера та атмосфера були буквально насичені вуглеводнями. Умови, які існували на Землі в той час: сильні теплові та радіоактивні процеси, ультрафіолетові випромінювання та інші,- сприяли їх ускладненню.

2-й етап. Первинну атмосферу, яка складалась, головним чином, з аміаку, метану., водню, вуглекислого газу та водяної пари (у ній не було кисню), пронизували велетенські блискавки. Під дією цих сильних електричних розрядів із суміші газів стали утворюватись амінокислоти. Дослідами багатьох учених доведено: якщо через суміш аміаку, вуглекислого газу, водяної пари за температури 80°С та тиску в декілька атмосфер пропускати сильні електричні розряди, утворюються гліцин та інші амінокислоти. Разом із зливними потоками амінокислоти потрапляли на Землю до первородного океану, яким була покрита майже вся молода планета.

3-й етап. Виникнення преклітинних структур із поліпептидів і полінуклеотидів. Важливу роль у цьому процесі відігравали коагуляти (згустки в колоїдних розчинах). Вони здатні поглинати з навколишнього середовища та накопичувати хімічні сполуки. Усередині них може здійснюватися синтез нових сполук. Під час двигтіння Землі вони роздроблюються. Все це могло слугувати «прообразом» процесів обміну речовин, росту, розмножування. Різноманітні сполучення білків та нуклеїнових кислот є причиною різноманітності життєвих форм на Землі.

З цього моменту на Землі зародилося життя, а геологічна та геохімічна історія Землі стає невіддільною від біологічних процесів. Ця теза становить сутність учення про біосферу.

Більшу частину геологічного часу, з моменту появи перших водоймищ на планеті, розвиток життя проходив у воді, і тільки близько 600 млн. років тому перші організми виходять на земну поверхню. Перші форми життя були представлені простими прокаріотами з одноклітинною структурою та гетеротрофним способом живлення. Першими автотрофними організмами (фото синтезуючими) були ціанобактерії та синьо-зелені водорості.

Поява еукорітинних одноклітинних організмів 2-1,5 млрд. років тому мала велике значення в еволюції органічного світу на Землі.

У ранньому палеозої - силурійському періоді - живі організми виходять на поверхню континентів. Американський геолог Д. Шухерт цей період еволюції планети назвав фанерозоєм («фанерос» - наочний, «зое» - життя). Він охоплює геологічний проміжок часу в 570 млн. років.

На межі палеозою та мезозою (близько 200-185 млн. років тому) помітно змінюється газовий склад атмосфери за рахунок бурхливого розвитку деревних спорових рослин, що привело до інтенсивного процесу фотосинтезу, зменшення ролі вуглекислого газу та проникнення до земної поверхні значно більшої кількості ультрафіолетових променів.

На межі тріасового і юрського періодів (близько 150 млн. років тому) відбувається зміна вищих спорових голонасінних рослин покритонасінними (квітковими), що сприяло бурхливому розвитку комах, обпилювачів і переносників насіння.

У крейдяному періоді (близько 70 млн. років тому) відбувається диференціація клімату на Землі і настає холодний період, унаслідок чого птахи і ссавці замінюють гігантських рептилій.

Поки немає доказів тому, що життя розвивалося по іншому шляху. Але є багато прогалин у знаннях тонкощів цього процесу. Одним із складних моментів є перехід від неживих біомолекул до найпростіших живих організмів. З точки зору хіміка, навіть одноклітинна водорість побудована настільки складно, що важко уявити, як вона могла утворитися.

У 1953 р. американський хімік С. Міллер провів експеримент, котрий, як уважалось тоді, вирішував питання про те, яким чином виникло життя на Землі. У герметичному скляному приладі вчений відтворив умови, які були характерні для первісної планети. Через газову суміш, яка вміщувала метан, аміак і водень, Міллер пропускав електричні розряди, а воду на дні приладу нагрівав, імітуючи стародавній океан. Через кілька днів дослідник виявив у колбі наявність амінокислот. Експерименти Міллера довели можливість абіогенного (небіологічного) синтезу важливих для життя молекул. Цей факт став також підтвердженням гіпотези російського вченого О.І. Опаріна про «білковий початок» розвитку життя на планеті.

Але дослідження деяких учених поставили під сумнів вихідну ідею, від якої відштовхувався у своїх експериментах С. Міллер: який був склад первісної атмосфери Землі? У результаті складних дослідів та комп'ютерного моделювання стародавньої земної атмосфери (Дж. Уокер (США) та ін.) було показано, що ультрафіолетове сонячне випромінювання, яке тоді ще не стримувалось озоновим екраном, повинно було руйнувати гідрогеновмісні молекули газів. Нині передбачається, що основними компонентами первинної атмосфери були вуглекислий газ і азот. При цьому частка вуглекислого газу в атмосфері була настільки велика, що працював «парниковий ефект», під впливом якого вода в океанах майже кипіла.

У подібних умовах синтез амінокислот був надто проблематичним.

Передбачається, що перші живі організми Землі могли бути гетеротрофами, тому що їм доступні були готові органічні молекули, які утворюються шляхом хімічного синтезу в первинному середовищі їхнього існування. З появою хемо- і фотосинтезу в атмосфері Землі з'явився і став накопичуватися кисень, після чого почав формуватись «озоновий екран».

Яка молекула була першою - білок чи нуклеїнова кислота?

Суперечка біохіміків, еволюціоністів та інших учених навколо цієї проблеми нагадує знайому дискусію: «Що було раніше - курка чи яйце?» Як відомо, білок не може бути синтезований у живій клітині з амінокислот без контролю з боку нуклеїнових кислот, які несуть інформацію про структуру всіх білків даного виду. Разом з тим, нуклеїнові кислоти можуть реплікуватися («розмножуватися») лише за наявності білків-ферментів (полімераз, лігаз).

Згідно з теорією О.І. Опаріна та працями американських учених С. Фокса і С. Поннамперумі першими біомолекулами були білки (коагуляти-протиноїди). Однак критики відхиляють цю ідею, наводячи головний аргумент: білки та протеноїди не можуть самостійно ні самовідтворюватися, ні еволюціонувати.

У 1989 р. американські біохіміки Т. Чек і С. Альтман знайшли певний клас РНК, здатних до самокаталізу своєї реплікації (аутосплайсинг). Таким чином, певні види РНК можуть виконувати подвійну функцію - генну (точніше, його копії) та каталізатора подвоєння цього гена, тобто виступати як «яйце» і як «курка» одночасно. Згідно з цими фактами виникли гіпотези, наприклад У. Гілберта (США), що перші земні організми складались із простих молекул РНК, які самовідтворювались. Поступово такі організми набули здатності синтезувати білки (поява яких забезпечила швидкий та ефективний рух реплікації) і ліпіди (жири), що формують разом із білками мембрану, допомогли виникнути клітинним структурам.

Завершуючи розгляд питання про виникнення життя на Землі, необхідно підкреслити, що життя розвивалося та розвивається за єдиними законами. Глибоке розуміння цих законів можливо лише під час розгляду їх фундаментальних основ - атомно-молекулярних процесів. Основні колообіги важливих хімічних елементів є головною умовою стабільності біосфери взагалі. Вони були сформовані ще в кембрії, близько 600 млн. років тому. Надзвичайне явище стаціонарного стану живих систем - від бактерії до біосфери забезпечується динамічними процесами: диханням, виділенням, обміном речовин та іншим. Таким чином, стабільність та динамічність водночас виступають головними специфічними рисами життя.

Еволюція життя та середовища, яке оточує це життя, відповідають девізу «Mobiles in mobile» («Рухливий у рухливому»). Екологічні проблеми, які виникали в результаті катаклізмів у житті планети, розв'язувалися природним шляхом і впливали на процес еволюції. Один з екологічних законів американського вченого Б. Коммонера говорить: «Природа знає краще». Тому сьогодні перед людством постає завдання вивчати закони природи, осягати розумом її мудрість та навчитися не суперечити їм.

Теорія панспермії

земля життя панспермія еволюція креаціонізм

Панспермія (від грец. рЬт/рЬн - весь, всякий і грец. урЭсмб - насіння) - космогонічна гіпотеза про появу життя на Землі в результаті перенесення з інших планет якихось «зародків життя».

Ця гіпотеза була висунута німецьким ученим Германом Ріхтером в 1865 році і підтримана Германом Гельмгольцем і Сванте Арреніусом.

За гіпотезою панспермії, розсіяні в космосі зародки життя (наприклад, спори мікроорганізмів) переносяться з одного небесного тіла на інше з метеоритами або під дією тиску світла. За допомогою панспермії пояснювали і появу життя на Землі. Після відкриття космічних променів і з'ясування дії радіації на біологічні об'єкти позиція гіпотези вельми слабшала.

Проте після того, як місією Аполлон-12 були знайдені живі земні мікроорганізми на зонді Сервейер-3, що примісячився на Місяці, про неї стали говорити частіше. Останнім часом особливо часто ідеї панспермії згадуються в контексті обміну речовиною між Землею і Марсом, коли на його поверхні ще було багато води.

Одержані в 2006 році результати місії Deep Impact по дослідженню кометної речовини неспростовно доводять наявність в кометній речовині води і простих органічних сполук. Це указує на комети як на одного з можливих переносників життя у Всесвіті.

Теорія креаціонізму

Креаціонізм вважає, що життя виникло внаслідок акту творіння, здійсненого вищою силою. Однак уяви про час цього акту творіння, а також про можливість і характер біологічної еволюції для різних напрямків креаціонізму є суттєво відмінними. Одні напрямки визнають біологічну еволюцію, інші вважають її можливою тільки у вузьких межах або повністю заперечують; одні визнають дані сучасної науки про вік Землі, небесних тіл і живих істот, інші наполягають на буквальному тлумаченні біблійної хронології або дотримуються компромісних поглядів.

Креаціонізм «молодої Землі»

«Буквалістські» напрямки християнського креаціонізму наполягають, що опис акту творіння світу, Землі і життя у біблійній Книзі Буття треба розуміти буквально, і світ дійсно було створено протягом шести днів. Момент створення світу також вираховується через буквальне тлумачення священних текстів (наприклад, у 1650 р. англіканський архієпископ Джеймс Ашер підрахував, що Бог створив світ у жовтні 4004 р. до Р.Х.). Популярна також цифра 6 тисяч років, яка виводиться зі слів Апостола Петра (2 Пет 3:8) «Нехай же одне це не буде заховане від вас, улюблені, що в Господа один день немов тисяча років, а тисяча років немов один день!». Інші методики підрахунків дають дещо інші цифри, але загалом проміжок часу від створення світу до сьогодення, описаний Біблією, не виходить за межі десяти тисяч років. Такі погляди називають креаціонізмом «молодої Землі».

Креаціонізм «молодої Землі» заперечує біологічну макроеволюцію, або визнає її тільки у вузьких межах: наприклад, деякі близько споріднені види можуть розвинутися від спільних предків, але предки більш віддалених видів були створені окремо, і загальне різноманіття живих форм на Землі закладено на етапах творіння та «Ноєвого ковчегу». Людину також було створено окремо від усіх інших живих істот. Дані сучасної науки щодо датування геологічних структур та викопних біологічних об'єктів, знайдених на Землі, заперечуються. Викопні рештки вимерлих біологічних видів, сліди динозаврів тощо можуть інтерпретуватися як залишки від тварин, знищених кілька тисяч років тому Всесвітнім Потопом. Таким чином, під час історичного періоду від створення світу до Потопу динозаври та інші вимерлі тварини мали співіснувати з людством.

Для критики наукових свідчень про вік Землі часто використовуються аргументи про деякі процеси, що відбуваються на Землі і в космосі (зокрема, накопичення гелію в атмосфері Землі, зменшення рівня магнітного поля Землі, накопичення пилу на Місяці, накопичення металів у океані, ерозія материків припливами і відпливами тощо). Оскільки екстраполяція нинішньої швидкості цих процесів на мільйони чи мільярди років у минуле дає абсурдні результати, це, на думку креаціоністів, свідчить на користь моделі «молодої Землі». (З точки зору наукових критиків креаціонізму, такі аргументи є некоректними, оскільки не враховують дію усіх чинників і екстраполюють у минуле процеси, які є нерівномірними - зокрема, не враховується можливість витоку гелію з атмосфери, нерівномірність і навіть не монотонність зміни магнітного поля Землі у часі та ін.).

Креаціонізм «старої Землі»

Інші напрямки (креаціонізм «старої Землі») вважають, що Книгу Буття можна трактувати у метафоричному сенсі - наприклад, кожен «день» Божого творіння може відповідати мільйонам чи мільярдам людських років (цілим геологічним чи біологічним «добам»), і тоді Земля виявляється «старою», як і з точки зору сучасної геології.

Один з напрямків креаціонізму «старої Землі» тлумачить Книгу Буття таким чином, що між моментом, коли «На початку Бог створив Небо та землю» (Буття 1:1) і коли «земля була пуста та порожня, і темрява була над безоднею» (Буття 1:2) існував значний проміжок часу. За цей період Земля зазнала спустошення і занепаду, і потім була переформована актом творіння. Таким чином теж можна пояснити дані сучасної геології, за якими вік Землі становить не кілька тисяч, а кілька мільярдів років, але сучасні види живих істот вважаються «молодими».

Інший напрямок креаціонізму «старої Землі» вважає, що виникнення нових видів рослин та тварин у ході земної історії не було природним процесом, а щоразу спричинялося втручанням божественної сили (так званий «прогресивний креаціонізм»). Прихильники ідеї «теїстичної еволюції» (або «еволюційного креаціонізму») визнають природну біологічну макроеволюцію, розглядаючи її як інструмент, за допомогою якого Бог здійснює свій задум і творить нові види живих істот.

Захисники креаціонізму «молодої Землі» критикують креаціонізм «старої Землі» за надто вільне тлумачення Біблії, яке може спричинити богословські проблеми: зокрема, якщо б вік викопних решток живих істот справді становив мільйони років, як це припускають «прогресивні креаціоністи», то це б значило, що смерть та страждання існували раніше за біблійне Гріхопадіння; на думку «молодоземельних» креаціоністів, це суперечить основам християнського вчення.

Теорія спонтанного зародження

Ця теорія була поширена в древньому Китаї, Вавилоні і Єгипті як альтернатива креаціонізму, з яким вона співіснувала. Арістотель (384-322 до н.е.), якого часто називають засновником біології, дотримувався теорії спонтанного зародження. На основі власних спостережень він розвивав цю теорію далі, пов'язуючи всі організми в безперервний ряд - «сходи природи» (scala naturae).

Цим твердженням Аристотель підтримав більш раннє висловлювання Емпедокла про органічну еволюцію. Згідно з гіпотезою Аристотеля про спонтанне зародження, певні «частки» речовини містять деякий «активний зародок», який при відповідних умовах може утворити живий організм. Аристотель мав рацію, вважаючи, що цей зародок міститься в заплідненому яйці, але помилково вважав, що він є в сонячному світлі, твані і гнилому м'ясі. З поширенням християнства теорія самозародження була не в пошані; її визнавали ті, хто вірив в чаклунство тощо Але ця ідея продовжувала існувати десь на задньому плані протягом ще багатьох віків. Ван Гельмонт (1577-1644), вельми знаменитий і вдалий вчений, описав експеримент, в якому він нібито створив за два тижні мишей. Для цього потрібні були брудна сорочка, темна шафа і жменя пшениці. Активним зародком він вважав людський піт.

У 1688 р. італійський біолог і лікар Франчесько Реді, що жив у Флоренції, підійшов до проблеми виникнення життя більш суворо і піддав сумніву теорію спонтанного зародження. Реді встановив, що білі черв'ячки, що з'являються на гниючому м'ясі - личинки мух. Провівши ряд експериментів, він отримав дані, які підтверджували думку про те, що життя може виникнути тільки з попереднього життя (концепція біогенезу). Ці експерименти, однак, не призвели до відмови від ідеї самозародження, і хоч вона дещо відійшла на задній план, вона продовжувала залишатися головною теорією в неклерикальному середовищі. У той час як експерименти Реді, здавалося б, спростували теорію спонтанного зародження, перші мікроскопічні дослідження Антоні ван Левенгука посилили цю теорію стосовно мікроорганізмів. Сам Левенгук не вступав в суперечки між прихильниками біогенезу і спонтанного зародження, однак його спостереження під мікроскопом залишали спадок обом теоріям і, зрештою, спонукали інших вчених поставити експерименти для розв'язування питання про виникнення життя шляхом спонтанного зародження. У 1765 р. Ладзаро Спаланцані провів наступний досвід: піддавши м'ясні і овочеві відвари тривалому кипінню, він відразу ж їх запечатав, а потім зняв з вогню. Досліджуючи рідину через декілька днів, Спаланцані не виявив ніяких ознак життя. З цього він зробив висновок, що висока температура вбила всі форми живих істот, і без них ніщо живе вже не могло виникнути.

У 1860 р. проблемою походження життя зайнявся Луї Пастер. До цього часу він встиг вже багато чого досягти в мікробіології, зумів вирішити проблеми, що загрожували шовкопрядінню і виноробству. Він показав також, що бактерії існують всюди і що неживі матеріали легко можуть бути заражені ними, якщо їх належно не простерилізувати.

Внаслідок ряду експериментів, в основі яких лежали методи Спаланцані, Пастер довів справедливість теорії біогенезу і остаточно спростував теорію самозародження.

Однак підтвердження теорії біогенезу породило іншу проблему. Якщо для виникнення живого організму необхідний інший живий організм, то звідки ж узявся самий перший живий організм? Чи було це первинним самозародженням?

Теорія стаціонарного стану

Згідно з цією теорією, Земля ніколи не виникала, а існувала вічно, вона завжди здатна підтримувати життя, а якщо і змінювалася, то дуже мало. Види також існували завжди. Оцінки віку землі сильно варіювали - від приблизно 6000 років за розрахунками архієпископа Ашера до 5 млрд. років за сучасними оцінками, заснованими на обліку швидкостей радіоактивного розпаду. Більш довершені методи датування дають все більш високі оцінки віку Землі, що дозволяє прихильникам теорії стаціонарного стану вважати, що Земля існувала вічно. Згідно з цією теорією, види також ніколи не виникали, вони існували завжди і у кожного виду є лише дві альтернативи - або зміна чисельності, або вимирання. Прихильники цієї теорії не визнають, що наявність або відсутність певних викопних залишків може вказувати на час появи або вимирання того або іншого виду, і приводять як приклад представника хордових риб - латимерію. Прихильники теорії стаціонарного стану стверджують, що тільки вивчаючи тепер існуючі види і порівнюючи їх з викопними залишками, можна робити висновок про вимирання, так і в цьому випадку певно, що він виявиться невірним. Використовуючи палеонтологічні дані для підтвердження теорії стаціонарного стану, її нечисленні прихильники інтерпретують появу викопних залишків в екологічному аспекті (збільшення чисельності, міграції в місця сприятливі для збереження залишків і т.д.). Велика частина доказів на користь цієї теорії пов'язана з такими незрозумілими аспектами еволюції, як значення розривів в палеонтологічному літописі, і вона найбільш детально розроблена саме в цьому напрямку.

Висновок

В розвитку вчення про походження життя важливе місце займає гіпотеза яка затверджує що все живе походить тільки від живого - теорія біогенезу. Цю теорію в середині 19 ст. протиставляли ненауковим уявам про самонародження організмів. Однак як теорія походження життя біогенез неупорядкований оскільки принципово протиставляється живе неживому підтверджує відкинуту наукою ідею вічності життя.

Абіогенез - ідея про походження живого з неживого - вихідна гіпотеза сучасної теорії походження життя. Важливо підкреслити що зараз життя на Землі не може виникнути абіогенним шляхом. Життя виникло на Землі абіогенним шляхом. В теперішній час живе походить тільки від живого(біогенне походження). Можливість повторного виникнення життя на Землі вилучене.

Размещено на Allbest.ru