Походження життя на Землі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсова робота

Походження життя на Землі

Вступ

Життя - одне з найскладніших явищ природи. З глибокої давнини воно сприймалося як щось таємниче і непізнане.

Сьогодні проблема походження життя на Землі набула неймовірної актуальності в усьому світі. Вона залучила до себе пильну увагу не тільки вчених різних країн та спеціальностей, але й поставила складне питання перед кожним з нас.

Адже всі ми постійно задаємось питанням звідки ми? як і звідки з'явився Всесвіт та зокрема наша планета Земля?

Багато хто вважає, що ця проблема не варта вивчення. Так думають, ті, хто вірить в божественні або надприродні сили і відповідно в створення життя. Але протягом останніх десятиліть багато вчених інтенсивно досліджували можливість мимовільного виникнення життя.

Так чи інакше, кожен з нас, якби він був прихильником тієї чи іншої ідеї повинен мати уявлення про сучасний стан цієї галузі знань. Це питання є цікавим не тільки для богословів, філософів і натуралістів, але і для кожної людини. Теорія походження життя на Землі ще різкіше, ніж популярна еволюційна теорія Дарвіна, ставить питання про те, як - або, якщо завгодно, чому - ми з'явилися в цьому світі.

Теорії, що стосуються виникнення Землі і життя на ній, та і всього Всесвіту загалом, різноманітні і далеко не достовірні. 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.

Всупереч існуючим уявленням, наука не може спростувати тезу про божественне створення Всесвіту, так само як теологічні погляди не обов'язково відкидають можливість того, що життя в процесі свого розвитку набуло певних меж, які пояснюються на основі законів природи.

У цій курсовій роботі ми зупинимось на розгляданні основних теорій щодо виникнення життя на Землі серед яких є такі:

- життя було створене надприродною істотою в певний час (креаціонізм)

- життя виникало неодноразово з неживої речовини (мимовільне зародження)

- життя існувало завжди (теорія стаціонарного стану)

- життя занесене на нашу планету ззовні (панспермія)

- життя виникло внаслідок процесів, що підкоряються хімічним і фізичним законам (біохімічна еволюція).

1. Існуючі теорії походження життя на Землі

1.1 Креаціонізм

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 (2Пет 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 кожного разу 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.

Неокреаціонізм

Існують також спроби відокремити креаціонізм від конкретної релігійної доктрини і тлумачення канонічних текстів, перетворивши його на «наукову теорію», яка могла б вивчатися у школах як альтернатива еволюційній теорії (так званий «неокреаціонізм», найбільш відомий у вигляді теорії «Розумного задуму»). Апелюючи до «неспрощуваної складності» систем, якими є живі істоти, прихильники цієї концепції прагнуть довести, що виникнення і розвиток життя неможливо пояснити без втручання надприродної сили, яка здійснювала певний «Розумний задум».

1.2 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 Арістотеля про спонтанне зародження, певні «частки» речовини містять деякий «активний зародок», який при відповідних умовах може утворити живий організм. Арістотель 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 Франческо 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. Питання про можливість самочинного зародження мікроорганізмів вдалося вирішити молодому українському вченому М.М. Тереховському (1775 p.). Він виявив, що якщо м'ясний бульйон прокип'ятити й посудину запаяти, то ніякі мікроби в ньому не заводяться. Цей досвід цілком однозначно свідчив проти самочинного зародження мікроорганізмів. Однак тогочасні вчені не вважали дані Тереховського переконливими, тому що припускали, що для зародження життя необхідне свіже повітря.

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 шовкопряддству 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?

1.3 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.

1.4 Теорія панспермії

Серед гіпотез біогенетичного виникнення життя (біогенезу) слід назвати ідею космічного посіву (гіпотеза панспермії), висловлена ще в V ст. до н.е. грецьким філософом Анаксагором. За його вченням, життя виникло з насіння, що існує «завжди і скрізь». Відродження цієї ідеї - природна реакція на кризу в питанні походження життя, у який потрапило природознавство в середині XIX ст. Тоді це питання виглядало принципово нерозв'язним. І знову вихід шукають у самозародженні або привнесенні зародків життя з інших космічних тел.

Після багатовікового сну ідея Анаксагора про «вічне насіння» була пробуджена X. Ріхтером у 1865 році. Відповідно до останнього, зародки життя занесені на Землю метеоритами або космічним пилом. У розвиненому і видозміненому вигляді гіпотеза про космічний посів (панспермії) розроблена шведським фізико-хіміком С. Авенаріусом у 1884 році, яку в свою чергу пізніше розвинув український вчений В.І. Вернадський.

Ця теорія не пропонує ніякого механізму для пояснення первинного виникнення життя, а висуває ідею про її неземне походження. Тому її не можна вважати теорією виникнення життя як такою; вона просто переносить проблему в якесь інше місце Всесвіту.

Суть цієї гіпотези грунтуеться на припущенні, що організми позаземного походження занесені на Землю з космосу з метеоритами та космічним пилом. Для обґрунтування цієї теорії використовувались дані про багаторазові випадки появи НЛО, наскельні зображення предметів, схожих на ракети і космонавтів, а також повідомлення про нібито зустрічі з інопланетянами. Радянські і американські дослідження в космосі дозволяють вважати, що імовірність виявлення життя в межах Сонячної системи нікчемна, однак вони не подають ніяких відомостей про можливе життя поза цією системою. При вивченні матеріалів метеоритів і комет в них були виявлено різноманітні «попередники живого» - такі речовини, як ціаногени, синильна кислота і органічні сполуки, що можливо зіграли роль «насіння», що падало на голу Землю. З'явився ряд повідомлень про знаходження в метеоритах об'єктів, що нагадують примітивні форми життя, однак докази на користь їх біологічної природи поки не здаються вченим переконливими. Також деякі прихильникі теорії панспермії вважають, що життя занесене інопланетянами заради експерименту. І що зараз іноземні істоти спостерігають за життям і розвитком людства.

Зовсім нещодавно ми отримали в руки зовсім неоцінимий матеріал: вдалось виявити надзвичайно давні з'єднання, які містять Вуглець, при чому ці з'єднання були виявлені не на Землі, де б вони зазнали за її багатовікову історію надто великі зміни, а в занесених до нас із космосу метеоритах. В метеоритах були виявлені складні з'єднання Вуглецю. Деякі з них можна розглядати як попередники складних біологічних молекул, але утворились вони щонайменше 4,5 млрд. років назад і не на Землі, а на якійсь іншій планеті. Виявлення цих з'єднань свідчить про те, що Земля зовсім не є єдиним місцем, з котрим пов'язані процеси виникнення життя: ці процеси можуть проходити і в інших ділянках Всесвіту, хоча подальша еволюція могла проходити зовсім різними шляхами. Ці знаходки слугують матеріальним підтвердженням повсюдності процесів зародження життя: ми зараз можемо говорити не тільки про виникнення життя на Землі, але про виникнення життя взагалі. Ми починаємо усвідомлювати, що процес еволюції життя є процес всезагальний і необхідний.

2. Теорія походження життя на Землі за акад. О.І Опаріним

2.1 Теорія О.І Опаріна про походження життя на Землі - одна з найпоширеніших в науці

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. Атмосфера була, очевидно, «відновною», про що свідчить наявність в древніх породах металів у відновленій формі (наприклад, двовалентного заліза). Більш молоді породи містять метали в окисненій формі (Fe³+). 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.

Найбільш аргументована теорія походження життя на Землі розроблена російським вченим О. І. Опаріним та англійським вченим - Д. Холдейном.

Першою спробою в цьому роді стала книга Опаріна «Виникнення життя», видана ним в 1924 р. Ідеї, представлені в цій невеликій за об'ємом книзі, лягли в основу майже всіх сучасних теорій виникнення життя. Опарін висказав припущення, що при міцних електричних розрядах в земній атмосфері, яка 4-4,5 млрд. років назад складалась із аміаку, метану, вуглекислого газу і пари води, могли виникнути найпростіші органічні з'єднання, необхідні для виникнення життя.

Коли температура поверхні Землі стала нижчою за 100°С, пішли зливи.

Вода заповнювала западини поверхні землі, утворювались моря й океани, в яких розчинялися різні речовини атмосфери. Досить висока температура води первісного океану і значна концентрація перелічених вище сполук були сприятливими для синтезу складних високомолекулярних органічних речовин. У синтезі цих речовин важливу роль відігравали енергія електричних розрядів, ультрафіолетове випромінювання та розпечені вулканічні викиди.

П'ять років пізніше ті ж самі в сутності положення, але незалежно від Опаріна, були в значно коротшій формі висказані Холдейном. Обидві роботи представляють собою спробу використати нові знання відносно циклів біохімічної реакції окислення і бродіння, для того щоб пояснити виникнення життя через виникнення її важливих біохімічних властивостей в умовах, які, як припускається, існували на первісній Землі; особливу увагу при цьому приділяють процесам, які відбуваються в океані або гідросфері, а також змінам в примитивній атмосфері Землі.

2.2 Основні етапи виникнення життя на землі за акад. О.І Опаріним

Згідно з теорією академіка О. І. Опаріна (1894-1980). процес виникнення життя на Землі пройшов кілька етапів (Див. Додаток 1.)

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 первісного 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.

Розвиток життя в Архейську еру. Життя зародилось в архейську еру. Оскільки перші живі організми ще не мали жодних скелетних утворів, від них майже нічого не залишилось у викопних рештках. Проте наявність серед архейських відкладів порід органічного походження - вапняків, мармуру, графіту та інших - підтверджує існування в цю еру примітивних живих організмів. Такими були одноклітинні доядерні організми (прокаріоти): бактерії і синьозелені водорості.

Життя у воді було можливим завдяки тому, що вода захищала організми від згубної дії ультрафіолетового випромінювання. Саме тому море змогло стати колискою життя.

В архейську еру в еволюції органічного світу відбулися чотири великі ароморфози: з'явились еукаріоти, сформувався фотосинтез, виникли статевий процес і багатоклітинні організми. Поява еукаріотів пов'язана з утворенням клітин, які містять справжнє ядро (з хромосомами) і мітохондрії. Тільки такі клітини здатні ділитися мітозом, що забезпечує їх стабільність і передачу генетичної інформації. Це стало передумовою виникнення статевого процесу.

Перші мешканці нашої планети були гетеротрофними і живились за рахунок органічних речовин абіогенного походження, розчинених у первісному океані.

Прогресивний розвиток первісних живих організмів забезпечив появу нового ароморфозу в розвитку життя: виникнення автотрофних організмів, які для синтезу органічних сполук із простих неорганічних використовували сонячну енергію.

Цілком зрозуміло, що хлорофіл виник не відразу. Спочатку з'явились простіше побудовані пігменти, які забезпечували синтез органічної речовини з неорганічних компонентів. Із цих пігментів утворився, мабуть, хлорофіл.

З часом органічні речовини, які утворилися в первісному океані абіогенним шляхом, почали вичерпуватись. З появою автотрофних організмів, насамперед зелених рослин, став можливим синтез органічних речовин з неорганічних сполук завдяки використанню сонячної енергії (космічна роль рослин), а отже, існування і подальший розвиток життя.

З виникненням фотосинтезу відбулася дивергенція органічного світу в двох напрямках, які відрізнялися способом живлення (автотрофні і гетеротрофні організми). Завдяки появі автотрофних фотосинтезуючих організмів вода й атмосфера почали збагачуватися на вільний кисень. Це стало передумовою появи аеробних організмів, здатних до ефективнішого використання енергії в процесі життєдіяльності.

Нагромадження кисню зумовило утворення у верхніх шарах атмосфери озонового екрана, який не пропускав згубного для життя ультрафіолетового випромінювання. Це забезпечило можливість виходу життя на суходіл. Поява фотосинтезуючих рослин, у свою чергу, забезпечила можливість існування і прогресивного розвитку гетеротрофних організмів.

Виникнення статевого процесу зумовило появу комбінативної мінливості. І, нарешті, в цю еру від колоніальних джгутикових утворилися багатоклітинні організми. Виникнення статевого процесу і багатоклітинних організмів стало фундаментом для подальшого прогресивного еволюційного розвитку.

Протерозойська ера тривала 1,9 млрд років і включала два періоди: 1) рифейський період (тривав 1,8 млрд років): в ньому фіксують появу скелетизованих найпростіших, багатоклітинних організмів - попередників плоских і круглих червів; вчені вважають появу в цьому періоді джгутикових найпростіших запорукою виникнення багатоклітинних тварин і рослин, адже донині деякі з них (евглена) займають проміжне положення між царствами рослин і тварин; венд (тривав 80 млн років) позначений появою губок, кишковопорожнинних, сегментованих червів, багатоклітинних водоростей.

Палеозойська ера почалася 600 млн років тому і включає шість періодів.

1. Кембрійський період тривав 80 млн. р..Масова поява тварин з твердим мінералізованим скелетом. Згідно з гіпотезой Хатчінсона, скелет виник як механізм захисту від хижаків. На початку періоду море наступало на сушу, всередині періоду відбувся відступ моря від суші, але життя панувало тільки в морях. У південній півкулі існував материк Гондвана. До кінця періоду з'явилися майже всі типи тварин, що дихають киснем. Початок панування трилобітів (членистоногі). Почали утворюватися коралові рифи. Серед рослин - виключно морські водорості.

2. Ордовицький період тривав 50 млн. р. На початку періоду спостерігалося найбільше покриття суші водою. Панують безхребетні тварини, продовжують розвиватися кишковопорожнинні (медузи, губки). З хребетних з'явилися панцирні риби. Рослини представлені водоростями. 3. Силурійський період тривав 35 млн. р. Море поступово відступає, формуються гірські системи. Панують кишковопорожнинні, молюски, моховатки. З'явилися перші наземні тварини, що дихають киснем - скорпіони. Виникли псилофіти - перші наземні рослини.

4. Девонський період тривав 55 млн. р. Різкі зміни у видовому складі тварин. Вимирають численні групи примітивних тварин. З'явилися різноманітні групи риб, зокрема, кистепері (латимерія) та хрящові (акули). Інтенсивно оволодівають сушею тварини і рослини. У рослин формуються корінь і пагін. Виникають перші вищі павукоподібні, в яких спостерігається злиття сегментів. В кінці періоду - поява перших земноводних (стегоцефали). Виникають перші спорові рослини, плауноподібні, папоротеподібні. Виник грунт. Поява перших голонасінних. Найдревніше вугілля (Шотландія) має девонське походження.

5. Кам'яновугільний період тривав 65 млн. р. В морі, як і раніше, панують безхребетні, а серед хребетних переважають риби. На суші установився теплий вологий клімат, виникли ліси зі спорових рослин (лепідодендрон, сигілярія, каламіти, кордаїти), рештки яких створили поклади кам'яного вугілля. Поява гігантських крилатих комах. Стрімко еволюціонують земноводні і з'являються перші плазуни.

6. Пермський період тривав 50 млн. р. На планеті формується зональний клімат. Утворюються гірські масиви. Повністю вимирають трилобіти. На суші рептилії поступово витісняють земноводних, виникають перші жуки, сітчастокрилі (бджоли, мурашки). Вологолюбних спорових витісняють голонасінні, переважно хвойні та гінкгові. Наприкінці періоду утворився єдиний континент Пангея через зближення континентів Лавразія та Гондвана. Так пояснюється існування схожих життєвих форм на усіх сучасних континентах.

Мезозойська ера тривала 230 млн років і нараховує три періоди.

1. Тріасовий період. (тривав 40 млн. р.). Триває еволюція риб, комах. З рептилій виникають крокодили і динозаври. Формується сезонна зміна температур. Поява перших яйцекладних ссавців (дроматеріум).

2. Юрський період тривав 55 млн. р. Розквіт головоногих молюсків у морі та рептилій на суші. З'являються в морях іхтіозаври, гігантські наземні ящери та літаючі ящери - птеродактилі, виникають перші черепахи. Еволюція амфібій завершується утворенням сучасних рядів. Фіксується поява перших птахів (археоптерикс), а серед ссавців - перших хижаків.

3. Крейдовий період (тривав 65 млн. р.). В морях відмічається розквіт форамініфер (панцирні одноклітинні), кісткових риб. На суші змінюється клімат: формуються холодні та помірні кліматичні пояси. Виникають перші квіткові рослини. Вимирають деякі голонасінні, головоногі молюски і динозаври. Екологічні ніші, що були зайняті динозаврами, поступово заповнюють ссавці. Поширюються птахи.

Кайнозойська ера (почалася біля 60 млн. р. тому і триває досі). В ній виділяють три періоди палеоген, неоген і антропоген, але іноді поділяють на два: третинний (палеоген і неоген) та четвертинний (антропоген).

1. Паленоген (тривав 40 млн. р.) і розподіляється на три епохи: Палеоцен - епоха появи бурих водоростей, розквіту хижих ссавців та гризунів. Еоцен - епоха появи копитних, хоботних, китоподібних. Олігоцен - епоха еволюції рядів птахів, появи ластоногих і мавп.

2. Неоген (тривав 23 млн. р.) і розподіляється на дві епохи: Міоцен - епоха появи людиноподібних мавп (австралопітеків). Пліоцен - епоха формування сучасної флори і фауни.

3. Антропоген (почався близько 2 млн. р. тому) і розподіляється на дві епохи: Плейстоцен - епоха льодовиків. Бурхлива еволюція сумчастих, панування мамонтів; на зміну австралопітекам приходить людина прямоходяча, потім людина розумна. Голоцен - сучасна епоха. В цю епоху зникли неандертальці, спостерігається бурхливий розвиток інтелекту людини розумної.

У 1953 р. Стенлі Міллер у ряді експериментів моделював умови, які імовірно існували на первісній Землі. У створеній ним установці (Див. Додаток 3) йому вдалося синтезувати багато речовин, що мають важливе біологічне значення, в тому числі ряд амінокислот, аденін і простий цукор, такий як рибоза. Після цього Орджел в Інституті Солка в схожому експерименті синтезував нуклеотидні ланцюги довжиною у шість мономерних одиниць (простінуклеїнові кислоти).

Опарін також вважав, що вирішальна роль в перетворенні неживого в живе належала білкам. Завдяки амфотерності білків вони здібні до утворення колоїдних гідрофільних комплексів, які притягають до себе молекули води, що створюють навколо них оболонку. Ці комплекси можуть відособлюватися від водної фази, в якій вони суспензовані, і утворювати свого роду емульсію. Злиття таких комплексів один з одним призводить до відділення колоїдів від середовища - процес, званий коацервацією. Багаті колоїдами коацервати, можливо, були здатні обмінюватися з навколишнім середовищем речовинами і виборче нагромаджувати різні сполуки, особливо кристалоїди. Колоїдний склад даного коацервату, очевидно, залежав від складу середовища. Різноманітність складу «бульйону» в різних місцях вела до відмінностей в складі коацерватів і постачала таким чином сировину для «біохімічного природного відбору».

Передбачається, що в самих коацерватах вхідні в їх склад речовини вступали в подальші хімічні реакції; при цьому відбувалося поглинання коацерватами іонів металів і утворення ферментів. На межі між коацерватами і середовищем шикувалися молекули ліпідів, що призводило до утворення примітивної клітинної мембрани, що забезпечувала коацерватам стабільність. Внаслідок включення в коацерват передіснуючої молекули, здатної до самовоспроизведению і внутрішньої перебудови покритого липидной оболонкою коацервата, могла виникнути первинна клітка. Збільшення розмірів коацерватів і їх фрагментація, можливо, вели до утворення ідентичних коацерватів, які могли поглинати більше компонентів середовища, так, що цей процес міг продовжуватися. Така гадана послідовність подій повинна була призвести до появи примітивного самовідтворюваного гетеротрофного організму, що харчувався органічними речовинами первинного бульйону.

Хоч цю гіпотезу походження життя визнають дуже багато які вчені, у деяких вона викликає сумніви через велику кількість допущень і припущень. Астроном Фред Хойл недавно висловив думку, що думка про виникнення життя внаслідок описаних вище випадкових взаємодій молекул «так же безглузда і неправдоподібна, як твердження, що ураган, що пронісся над сміттєвим звалищем, може привести до збирання Боїнга-747».

Саме важке для цієї теорії пояснити поява здатності живих систем до самовідтворення. Гіпотези з цього питання поки малопереконливі.

3. Сучасні теорії походження життя на Землі

опарін життя земля панспермія

Переконаність в існуванні життя на планетах Сонячної системи виникла у людей роки на 300 раніше, ніж були отримані переконливі наукові дані як про саме життя, так і про планети. Такі уявлення - плід природного, але невиправдано широкого тлумачення революційних ідей Коперника - сформувалися у мислителів XVII-XVIII вв. не на основі наукових фактів, а виходячи із спільних філософських принципів. З часом завдяки поглибленню наукових знань існування життя на інших планетах перестало бути не зухвалою сумніви істиною, а перетворилося на гіпотезу, яка підлягала логічному аналізу і експериментальній перевірці. Виконанню цієї програми, яка завершилася лише в наші дні, сприяли дві обставини: глибше проникнення в таємниці природи і походження жвавої матерії, а також розробка нових методів дослідження планет, що дозволила переступити межі, встановлені можливостями земних телескопів. У числі цих нових методів, перш за все, слід назвати створення міжпланетних космічних апаратів і техніку передачі інформації, що безперервно удосконалюється.

Сьогодні ми живемо у XXI столітті, у столітті, яке отримало назву наукового, інформаційного та технічного прогресу. Завдяки прориву у техніці ми маємо змогу набагато глибше зануритись у суть проблеми, ще раз переоцінивши той вклад, який зробили вчені століттями раніше і вже маючи ключі від деяких потаємних дверей, спробувати експериментально підтвердити ці теорії або ж навпаки спростувати їх розставивши раз і назавжди всі точки над і. В цьому розділі ми розглянемо сучасні теорії, розроблені і представлені вченими різних країн світу.

Формальдегід - необxідна умова для винекнення життя

Так нещодавно вченими з Інституту Карнегі (США) була висунута нова гіпотеза походження життя на Землі. Вони припустили, що першорядну роль у зародженні життя відіграла молекула формальдегіду.

За версією науковців формальдегід став одним з основних компонентів у формуванні астероїдів і комет, які й «принесли» на Землю органічний матеріал, необхідний для виникнення життя (вуглець, водень і кисень).

Формальдегід - це газоподібна безбарвна речовина. Під час його розчинення у воді та метиловому спирті виходить рідина під назвою формалін, яка широко використовується у промисловості. Формальдегід є токсичною речовиною, його молекули вкрай нестійкі, проте в космосі ця молекула має більшу стійкість.

«У космосі формальдегід поширений не так сильно, як, наприклад, водень або вода, але все-таки присутній», - пояснив автор дослідження Джордж Коді.

Дослідники поставили експеримент, під час якого синтезували низку органічних речовин на основі формальдегіду, які входять до складу метеоритів. Отримана в результаті дослідів субстанція виявилась близькою за своїм хімічним складом вмісту метеоритів.

Автори роботи пропонують таку гіпотезу: раніше Земля перебувала в розплавленому стані, і всі необхідні елементи (водень, вода, вуглець), потрапляючи на її поверхню, одразу ж зникали в космосі. Можливо, що органічна речовина на основі формальдегіду змогла подолати високі температури на нашій планеті і тим самим залишилася «недоторканою».

Для перевірки своєї гіпотези дослідники нагріли отриману на основі формальдегіду органічну речовину до 1400 градусів за Цельсієм, і вона залишилася неушкодженою. Цікаво, що інші полімери на основі вуглецю не витримували таких високих температур.

Світ сам створив себе з нічого

Існуючий Всесвіт «сам створив себе з нічого» завдяки закону гравітації, і Бог їй для цього був не потрібен.

До такого висновку дійшов відомий британський астрофізик і теоретик Стівен Хокінг. Новий і багато в чому несподіваний погляд вченого на появу світу міститься в його книзі «Великий Проект». Витяги з неї публікує лондонська преса. За його словами, сучасна фізика «не залишає місця для Бога» у процесі створення Всесвіту. Він, на думку вченого, створив себе сам, використовуючи фізичні закони. Тим самим він відмовився від виведення свого видатного попередника Ісака Ньютона, згідно з яким світ не міг самостійно виникнути з первинного хаосу лише в силу одних фізичних законів. Для цього, на думку Ньютона, була необхідна вища сила - Творець. Хокінг зізнався, що ідея про саморозвиток Всесвіту прийшла до нього в 1992 році, коли була виявлена схожа з нашою Сонячною системою нова планетарна система.

«Я зрозумів, що ми не є унікальним явищем в космосі», - пише вчений.

Він вважає, що великий вибух, який призвів до появи відомого науці сучасного світу, не вимагає божественної руки. «Він є наслідком неминучих фізичних законів», - стверджує Хокінг.

Одночасно 68-річний британський астрофізик заявив, що сучасна наука знаходиться напередодні революції, коли буде створена єдина теорія, яка пояснює всі фундаментальні основи фізичного світу та буття.

При цьому, на думку Хокінга, відкриття буде зроблено в рамках М-теорії, яка припускає наявність паралельних світів і численних фізичних сил, невідомих ще сучасній науці.

Метеорити - першопричина появи життя

Зараз вчені Університету штату Арізона працюють над новою концепцією виникнення життя. На їх думку, першопричиною появи земного життя були метеорити, які несли в собі всі необхідні для цього речовини, тобто, життя було занесене з космосу і люди на землі є інопланетянами.

Вчені підкреслюють, що з початку існування Землі, не було багатьох сполук, які є в буквальному сенсі життєво важливими. Перш за все мова йде про азот, на основі якого формувалися перші молекули, які можуть самовідтворюватися. Саме вони є попередниками ДНК.

Група дослідників під керівництвом професора Сандри Піццарелло з Університету штату Арізона (США) припустила, що джерелом азоту, який містить аміак, стали метеорити, більшість з яких походять з Поясу астероїдів між Марсом та Юпітером.

Фахівці вивчили метеорит Grave Nunataks 95229, виявлений в Антарктиді в 1995 році. Це космічне тіло, що відноситься до класу вуглистих хондритів CR-групи, багате на органічні речовини - зокрема, на амінокислоти гліцин та аланін, які відіграють важливу роль у біологічних процесах.

На щастя для науки, небесний гість, «що ховався» в антарктичних льодах, залишився недоторканим і практично не схильним до земного впливу.

У ході експериментів також вдалося встановити, що під впливом води, нагрітої до високої температури і, яка знаходиться під тиском (тобто в умовах «ранньої Землі»), метеорит виділяє аміак.

За словами Піццарелло, космічні тіла, які падали на нашу планету, здійснювали безперебійне постачання аміаку - а значить, і азоту. Останній ставав основою для біополімерів - ДНК, РНК і білків.

Гіпотези про те, що процес еволюції на Землі був запущений ззовні, вже були раніше озвучені, однак тепер це отримало експериментальне підтвердження.

Сучасні біологи показали, що життя - це хімічний феномен, що відрізняється від інших хімічних процесів проявом генетичних властивостей. У всіх відомих жвавих системах носіями цих властивостей служать нуклеїнові кислоти і білки. Схожість нуклеїнових кислот, білків і генетичних механізмів, що працюють на їх основі, біля організмів самих різних видів практично не залишає сумнівів в тому, що всі жваві істоти, що нині мешкають на Землі, зв'язані еволюційним ланцюгом, який сполучає їх також з тими, що існували у минулому і вимерлими видами. Подібна еволюція - природний і неминучий результат роботи генетичних систем. Таким чином, не дивлячись на нескінченну різноманітність, всі жваві істоти на нашій планеті належать до однієї сім'ї. На Землі фактично існує лише одна форма життя, яке могло виникнути тільки однократно.

Основним елементом земної біохімії є вуглець. Хімічні властивості цього елементу роблять його особливо відповідним для утворення такого типа великих інформаційно багатих молекул, які необхідні для побудови генетичних систем з практично необмеженими еволюційними можливостями. Космос також дуже багатий вуглецем, і ціла лава даних (результати лабораторних експериментів, аналізів метеоритів і спектроскопії міжзоряного простору) свідчить, що утворення органічних сполук, подібних тим, які входять до складу жвавої матерії, достатньо легко і в широких масштабах відбувається у Всесвіті. Тому ймовірно, що якщо життя існує в якомусь іншому куточку Всесвіту, то вона також заснована на хімії вуглецю.

Біохімічні процеси, засновані на хімії вуглецю, можуть протікати лише при поєднанні на планеті певних умов температури і тиску, а також наявність відповідного джерела енергії, атмосфери і розчинника. Хоча в земній біохімії роль розчинника грає вода, можливо, хоча і не обов'язково, що в біохімічних процесах, що відбуваються на інших планетах, беруть участь інші органічні речовини.

Адронний колайдер - імітація Великого вибуху

В жовтні 2008 року сталася мабуть найочікуваніша та наймаштабніша подія - Офіційна церемонію відкриття Великого адронного колайдера (ВАК) - найбільшого в світі прискорювача елементарних частинок, який був створений у Європейському центрі ядерних досліджень (CERN), поблизу Женеви (Швейцарія). Фінансування та розробку проекту здійснюють понад 10,000 науковців та інженерів, представників різних університетів і лабораторій з понад 100 країн світу.

Прискорювач пролягає в тунелі (у формі тора діаметром 27 км) на глибині до 175 метрів (570 футів) під землею на кордоні Франції та Швейцарії, поблизу Женеви, Швейцарії. Як свідчить назва, він призначений для прискорювання адронів, зокрема протонів і важких іонів.

Планувалося, що запуск колайдера дозволить виявити так звані бозони Хіггса і зімітувати стан Всесвіту через мільярдну частку секунди після Великого вибуху. (Див. Додаток 4)

Спостереження бозона Хіггса може підтвердити прогнози та «недостатні зв'язки» в стандартній моделі фізики, пояснити, в який спосіб інші елементарні частинки отримують такі властивості, як маса.

Учасники проекту ВАК розраховують з його допомогою отримати антиматерію.

Окрім відповіді на запитання «Звідки взявся світ і чому він існує саме таким, як є» вчені з цим експериментом сподіваються ще й знайти підтвердження теорії суперструн. Ця теорія полягає в тому, що має існувати найменша складова одиниця, або ж інакше першопричина, усього матеріального у світі. Нею, за припущеннями вчених, може бути суперструна. Суперструна - це своєрідна часточка-ниточка, яка коливається подібно струні у своїй октаві у десятимірному просторі-часі. Залежно від октави ми маємо ту чи іншу органічну сполуку.

За сучасними науковими уявленнями, життя - це процес існування складних систем, що складаються з великих органічних молекул і неорганічних речовин і здатних самовідтворюватися, саморозвиватися і підтримувати своє існування в результаті обміну енергією і речовиною з навколишнім середовищем. Таким чином, біологічна наука стоїть на матеріалістичних позиціях. Проте питання про походження життя ще остаточно не вирішене.

Висновок

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 ш. Таким чином, стабільність та динамічність водночас виступають головними специфічними рисами життя.

Виникнення життя на Землі - не лише природознавча, а й світоглядна проблема. На шляху її розв'язання протягом століть багато поколінь вчених висували різноманітні пояснення та здогади. До середини XVII ст. Вчені не сумнівалися в тому, що життя самозароджується з неживої матерії (абіогенез). Перший суттєвий прорив у цій проблемі здійснив італієць Ф. Реді, який у своїх дослідах показав неможливість самозародження. Він помістив шматки м'яса у дві посудини: відкриту і закриту. У відкритій за деякий час зіпсоване м'ясо кишіло личинками мух, а в закритій цього не було. У XVІІІ ст. Ідея самозародження знову повернулася після того, як було відкрито і описано мікроорганізми. У 1862 р. Видатний французький вчений Л. Пастер отримав премію Академії наук за експеримент з колбою, в якої горло витягували і вигинали S-подібно. Коли таку колбу наповнити живильним середовищем, на ньому тривалий час не утворюється колоній мікроорганізмів, бо спори бактерій не можуть подолати самотужки вигин горла. Цей експеримент підтримав теорію біогенезу, за якою живе може походити тільки від живого.

На мою думку, відкриття життя за межами Землі розширило б уявлення про її походження. І якби в основі нових форм життя знаходився вуглець, то це допомогло б з'ясувати, чи можуть генетичні системи будуватися з яких-небудь інших молекул, чим відомі нам нуклеїнові кислоти і білки. Це дозволило б також відповісти на питання, чи може якийсь інший розчинник замінити воду в жвавій системі.

Якби виявлені за межами Землі організми корінним чином відрізнялися від нас по своєму хімічному складу, то це свідчило б про те, що життя в різних частках Сонячної системи зародилося незалежно, принаймні двічі. Але якби позаземні організми опинилися в своїй основі схожими на нас з схожими білками і нуклеїновими кислотами, з тією ж оптичною ізомерією і з таким же генетичним кодом, то ми зіткнулися б з новою проблемою. В цьому випадку довелося б укласти, що життя або зародилася незалежно двічі, або один раз, але потім жваві організми були перенесені з однієї планети на іншу.

Для затвердження в свідомості людей науково-матеріалістичного світогляду величезне значення має експериментальне підтвердження і практичнее використовування наукових знань. В наші дні набагато коротше став період, що відділяє момент здійснення наукового відкриття від його практичного вживання. А використовування наукових знань з практики - один з найвагоміших і дієвих аргументів проти релігійних поглядів і уявлень.

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.

Список використаної літератури

1. Фокс Р. Енергія і еволюція життя на Землі: Пер. з англ. - М.: Світ, 1992. - 216 с., Іл.

2. Колясніков Ю.А. До таємниць світобудови. Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 1997. 225 с.

3. Ранов В.А. Сторінки історії землі М. 2008.

4. Бернал Дж. Виникнення життя. Москва: «Мир» 1969.391 с.

5. Калвін В. Хімічна еволюція. М.: Наука, 1971 - 190 с.;

6. Томілін О.А. «Як люди відкривали свою Землю».

7. Жіряков В.Г. Органічна хімія М. 2008.

8. Аспіз М.Е. Енциклопедія біології М. 2006.

9. Розанов А.Ю. Что произошло 600 миллионов лет назад. -

М.: Наука, 1986.

10. Серебряный Л.Р. Древнее оледенение и жизнь. -

М.: Наука, 1980.

11. Рутта М. походження життя (природним шляхом). Пер. с англ./ Переклад Фролова Ю.М.; Под ред. и с предисл. Опаріна А.И. - М.: Світ, 1973 - 415 с. с ил.

Размещено на Allbest.ru