Как зарождалась жизнь на Земле? Подробности человечеству неизвестны, но краеугольные принципы установлены. Существуют две основные теории и множество второстепенных. Итак, согласно главной версии, органические компоненты попали на Землю из космоса, по другой - все произошло на Земле. Перед вами несколько самых популярных учений.
Как появилась наша Земля? Биография планеты уникальна, и разгадать ее люди пытаются разными способами. Есть гипотеза о том, что жизнь, существующая во Вселенной, распространяется при помощи метеороидов (небесных тел, промежуточных по размеру между межпланетной пылью и астероидом), астероидов и планет. Предполагается, что имеются формы жизни, способные выдержать воздействие безвоздушного пространства (радиацию, вакуум, низкие температуры и др.). Их называют экстремофилами (в их числе бактерии и микроорганизмы).
Они попадают в обломки и пыль, которые выбрасываются в космос после столкновений планет, сохраняя, таким образом, жизнь после гибели малых тел Солнечной системы. Бактерии могут путешествовать в состоянии покоя в течение длительного периода времени до очередного случайного столкновения с другими планетами.
Они также могут смешиваться с протопланетными дисками (плотное газовое облако вокруг молодой планеты). Если на новом месте «стойкие, но сонные солдатики» попадают в благоприятные условия, то становятся активными. Начинается процесс эволюции. История возникновения жизни на Земле разгадывается при помощи зондов. Данные с приборов, побывавших внутри комет, свидетельствуют: в подавляющем большинстве случаев подтверждается вероятность того, что все мы «немного инопланетяне», так как колыбель жизни - космос.
А вот еще одно мнение относительно того, как зарождалась жизнь. На Земле есть живое и неживое. Некоторые науки приветствуют абиогенез (biopoesis), объясняющий, как в ходе естественного преобразования биологическая жизнь появилась из неорганической материи. Большинство аминокислот (их еще называют строительными блоками всех живых организмов) могут образовываться при помощи природных химических реакций, не имеющих отношения к жизни.
Это подтверждает эксперимент Мюллера-Юри. В 1953 году ученый пропустил электричество через смесь газов и получил несколько аминокислот в лабораторных условиях, имитирующих условия ранней Земли. Во всех живых существах аминокислоты трансформируются в белки под воздействием хранителей генетической памяти нуклеиновых кислот.
Последние синтезируются самостоятельно биохимическим путем, и белки ускоряют (катализируют) процесс. Какая же из органических молекул первая? И как они вступили во взаимодействие? Абиогенез находится в процессе поиска ответа.
Это учение о происхождении жизни в космосе. В определенном контексте космической науки и астрономии, термин относится к теории создания (и изучения) Солнечной системы. Попытки тяготения к натуралистической космогонии не выдерживают критики. Во-первых, существующие научные теории не могут объяснить главного: как появилась сама Вселенная?
Во-вторых, нет никакой физической модели, объясняющей самые ранние моменты существования Вселенной. В упомянутой теории отсутствует понятие квантовой гравитации. Хотя струнные теоретики (теория струн гласит, что элементарные частицы возникают в результате колебаний и взаимодействия квантовых струн), исследующие происхождение и последствия Большого взрыва (петлевая квантовая космология), с этим не согласны. Они считают, что имеют формулы, позволяющие описать модель в рамках полевых уравнений.
При помощи космогонических гипотез люди объясняли однородность движения и состава небесных тел. Задолго до того, как появилась жизнь на Земле, материя заполняла все пространство и затем эволюционировала.
Эндосимбиотическая версия была впервые сформулирована русским ботаником Константином Мережковским в 1905 г. Он считал, что некоторые органеллы возникли как свободноживущие бактерии и были приняты в другую клетку в качестве эндосимбионтов. Митохондрии развились из протеобактерий (в частности, Rickettsiales или близких родственников) и хлоропластов от цианобактерий.
Это позволяет предположить, что множественные формы бактерий вступили в симбиоз с образованием эукариотической клетки (эукариоты – клетки живых организмов, содержащие ядро). Горизонтальному переносу генетического материала между бактериями также способствуют симбиотические отношения.
Возникновению разнообразия форм жизни, возможно, предшествовал последний общий Предок (LUA) современных организмов.
До начала 19 века люди, как правило, отрицали "внезапность" в качестве объяснения того, как зарождалась жизнь на Земле. Неожиданное самозарождение определенных форм жизни из неживой материи казалось им неправдоподобным. Зато они верили в существование гетерогенеза (смена способа размножения), когда одна из форм жизни происходит от другого вида (к примеру, пчелы из цветов). Классические представления о самозарождении сводятся к следующему: некоторые сложные живые организмы появились благодаря разложению органических веществ.
Согласно Аристотелю, это была легко наблюдаемая истина: тля возникает из росы, которая падает на растения; мухи - из испортившихся продуктов, мыши - из грязного сена, крокодилы - из гниющих бревен на дне водоемов и так далее. Теория спонтанного поколения (опровергаемая христианством) тайно просуществовала не один век.
Принято считать, что теория была окончательно опровергнута в XIX веке опытами Луи Пастера. Ученый не занимался изучением зарождения жизни, он изучал появление микробов, чтобы получить возможность борьбы с инфекционными болезнями. Однако доказательства Пастера носили уже не спорный, а строго научный характер.
Возникновение жизни на основе глины? Такое возможно? Шотландский химик по имени А. Дж. Кернс-Смит из университета Глазго в 1985 году является автором такой теории. Опираясь на аналогичные предположения других ученых, он утверждал, что органические частицы, оказавшись между слоями глины и взаимодействуя с ними, перенимали способ хранения информации и роста. Таким образом, ученый считал «глиняный ген» первичным. Изначально минерал и зарождающаяся жизнь существовали вместе, а на определенном этапе "разбежались".
Идея разрушения (хаоса) в зарождающемся мире проложила путь к теории катастрофизма как к одному из предшественников теории эволюции. Ее сторонники считают, что Земля в прошлом была затронута внезапными, недолговечными, бурными событиями, а настоящее является ключом к прошлому. Каждая очередная катастрофа разрушала существующую жизнь. Последующее творение возрождало ее уже отличной от предыдущей.
А вот еще одна версия относительно того, как зарождалась жизнь на Земле. Ее выдвинули материалисты. Они считают, что жизнь появилась в результате растянутых во времени и пространстве постепенных химических преобразований, которые, по всей вероятности, происходили почти 3,8 млрд лет тому назад. Такое развитие называют молекулярным, оно затрагивает область дезоксирибонуклеиновых и рибонуклеиновых кислот и протеинов (белков).
Как научное течение учение возникло в 1960 годы, когда проводились активные исследования, затрагивающие молекулярную и эволюционную биологию, генетику популяций. Ученые тогда пытались понять и подтвердить недавние открытия, касающиеся нуклеиновых кислот и белков.
Одной из ключевых тем, которые стимулировали развитие этой области знаний, была эволюция ферментативной функции, использование дивергенции нуклеиновой кислоты в качестве "молекулярных часов". Ее раскрытие способствовало более глубокому изучению дивергенции (разветвления) видов.
О том, как появилась жизнь на Земле, сторонники этого учения рассуждают так. Образование видов началось давно - более 3,5 млрд лет назад (цифра обозначает период, в который жизнь существует). Вероятно, сначала шел медленный и постепенный процесс преобразования, а затем начался быстрый (в рамках Вселенной) этап совершенствования, перехода из одного статического состояния в другое под влиянием существующих условий.
Эволюция, известная как биологическая или органическая, – это процесс изменения с течением времени одного или нескольких наследуемых признаков, обнаруженных в популяциях организмов. Наследственные черты – особые отличительные признаки, в том числе анатомические, биохимические и поведенческие, которые передаются от одного поколения к другому.
Эволюция привела к разнообразию и разностороннему развитию всех живых организмов (диверсификации). Наш красочный мир Чарльз Дарвин охарактеризовал как «бесконечные формы, самые красивые и самые замечательные». Складывается впечатление, что зарождение жизни – история без начала и конца.
Согласно этой теории, все формы жизни, которые существуют сегодня на планете Земля, созданы Богом. Адам и Ева - первые мужчина и женщина, созданные Вседержителем. Жизнь на Земле началась с них, - считают христиане, мусульмане и евреи. Три религии сошлись в том, что Бог создал вселенную в течение семи дней, сделав шестой день кульминацией труда: сотворил из праха земного Адама и из его ребра Еву.
На седьмой день Бог отдыхал. Затем он вдохнул в людей жизнь и отправил ухаживать за садом под названием Эдем. В центре росли Древо жизни и Древо познания добра. Бог разрешил есть плоды всех деревьев в саду, кроме Дерева познания («ибо в тот день, который вы вкусите их, умрете»).
Но люди ослушались. В Коране говорится, что попробовать яблоко предложил Адам. Бог простил грешников и послал обоих на землю в качестве своих представителей. И все же... Откуда на Земле появилась жизнь? Как видите, однозначного ответа не существует. Хотя современные ученые все больше склоняются к абиогенной (неорганической) теории возникновения всего живого.
fb.ru
Введение 3
1. История представлений о происхождении жизни 4
Теория самопроизвольного (спонтанного) зарождения 4
Теория стационарного состояния и панспермии 7
Теория биохимической эволюции происхождения жизни 8
2. Биоэволюция, микроорганизмы, развитие жизни 17
Микроорганизмы 17
Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле 23
Заключение 30
Использованная литература 32
Содержание
В протеиноидных микросферах также обнаружена ферментоподобная активность, которой обладали образовавшие микросферу протеиноиды. Благодаря этим исследованиям микросферы позволяют сделать предположение, что микросферы могли быть одним из этапов биоэволюции к возникновению живой клетки. Пространственно обособленные системы с определенным уровнем структурной организации в ходе эволюции приобретали новые свойства, например, метаболизм, способность к самоподдержанию структуры и наращиванию массы, которые присущи более высокому уровню организации материи. Поэтому их можно рассматривать как зачатки тех свойств, дальнейшее развитие которых в совокупности привело к возникновению живых клеток.
Простейшими живыми организмами считаются бактерии. Они относятся к одноклеточным прокариотным микроорганизмам. Исследования в области молекулярной биологии позволили провести разделение прокариотов на археобактерии и эубактерии.
Впервые бактерии были обнаружены голландским естествоиспытателем А. Левенгуком с помощью недавно созданного оптического микроскопа.
Огромную роль в изучении бактерий сыграл французский биолог Л. Пастер. Он изучал физиологию и метаболизм бактерий. Бактерии одноклеточны, клетки могут быть округлыми, иметь форму палочек, жгутов, звездочек, и пр. Бактерии обладают подвижностью, они способны прикрепляться к поверхностям и поглощать питательные вещества. Бактерии как клетки состоят из нуклеотида, рибосомы цитоплазменной мембраны. С внешней стороны могут быть поверхностные структуры в виде жгутиков или ворсинок. Генетическая информация бактерий содержится в одной бактериальной хромосоме, которая прикрепляется одним концом к цитоплазматической мембране клетки. Бактериальная хромосома отделяется от цитоплазмы мембраной и размещается в нуклеотиде.
В настоящее время описано уже более десяти тысяч видов бактерий. Основное внимание уделяется болезнетворным бактериям.
Бактерии способны осуществлять все функции, присущие живому организму, независимо от соседствующих клеток. Бактерии способны осуществлять синтез белков, жиров, углеводов, и нуклеотидов как и другие организмы. Часть бактерий может синтезировать все необходимые им органические молекулы из неорганических соединений (автотрофы), но есть бактерии, которым для синтеза и их существования необходимы органические соединения (гетеротрофы).
К гетеротрофам относятся бактерии паразиты. Интересно, что потребность в азоте все бактерии может удовлетворяться за счёт молекулярного азота, что характерно для археобактерий, и за счет органических азотсодержащих соединений. По известным в настоящее время данным, бактерии чаще всего используют для синтеза аминокислот неорганические соединения азота — аммиак, нитриты и нитраты.
Энергию бактерии могут получать путем дыхания, фотосинтеза и окислительно-восстановительных реакций брожения.
С тех пор как были открыты бактерии и их способность быть источниками тяжелых заболеваний, исследование бактерий интересовало ученых с позиций их размножения. Опыты по размножению бактерий проводили в агаризованной среде в чашках Петри (рис. 2.3.).
Процесс размножения бактерий дает также информацию об путях их эволюции.
Рис. 2.3. Колония бактерий в агаризованной среде
Размножение бактерий у большей части видов может происходить «равновеликим бинарным поперечным делением типа почкования» часть бактерий размножается половым процессом. Установлено, что почкование имеется у разных групп бактерий и это характерно для эволюции бактерий. Почкование заключается в формировании на материнской клетке почки, а материнская почка при этом стареет. В ходе полового процесса происходит обмен генетическим материалом, при этом часть ДНК клетки-донора переносится в клетку-реципиент. В этом процессе необходимо участие ферментов, расщепляющих и соединяющих цепи дезоксинуклеиновых кислот. Опыты позволили установить, что при половом размножении потомство бактерий имеет разнообразные признаки, связанные со смещением генов. Эти данные позволяют судить о возможных путях эволюции бактерий.
У бактерий открыта очень важная для понимания процессов эволюции, способность. Это способность образовывать особо устойчивые формы с замедленным метаболизмом, что позволяет сохраняться в неблагоприятных условиях. Это обеспечивается образованием покоящихся форм — эндоспор. Образование особо устойчивых форм происходит как обычное деление. Такие эндоспоры могут выдерживать 10-минутное кипячение, также известны формы, сохранившиеся в почвах, горных породах и оставшиеся жизнеспособным в течение очень длительного времени. Некоторым таким бактериям определен возраст порядка миллионов лет.
Современные сведения об истории возникновения и развития жизни на Земле, как мы уже говорили, ограничены периодом, длительность которого составляет порядка
60. млн. лет, что составляет около 10% всего периода существования Земли. Для понимания вопросов, связанных с возникновением жизни, интересны данные молекулярной палеонтологии, изучающей органические вещества древнейших осадочных отложений. Хотя интерпретировать однозначно полученные результаты также очень сложно, поскольку мы не имеем надежных критериев. До сих пор не удается определить характер происхождения обнаруженных органических остатков, было ли это биогенное или абиогенное образование. Но крайне интересными стали находки в Южной Африке, они обнаружены в осадочных породах, возраст которых составляет около 3,5 млрд. лет. Там в породах обнаружены окаменелые остатки палочковидных структур размером 0,5×0,25 мкм, по внешнему виду напоминающие современных бактерий. Проведенное электронно-микроскопическое исследование позволило фиксировать у них двухслойную клеточную стенку, подобную клеточной стенке современных бактерий.
Кроме того в породах, возраст которых также около 3,5 млрд лет, обнаружены строматолиты, своеобразные известковые образования, являющиеся продуктами жизнедеятельности древних фотосинтезирующих организмов — цианобактерий, или синезеленых водорослей. Это очень важные открытия.
По найденным в породах ископаемых остатках видимо, принадлежащих древнейшим бактериям прокариотам или продуктами их жизнедеятельности, можно считать, что к этому времени (3,5 млрд. лет назад) были сформированы некоторые типы жизни. До нас они сохранились, только в виде остатков в древних породах. Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. Очевидно, что благодаря экспериментам по образованию полимеров из азотсодержащих неорганических полимеров сделан вывод об образовании цианобактерий, который появились в период появления в атмосфере Земли молекулярного кислорода.
Полученные данные палеонтологов, геологов и микробиологов позволяют сделать вывод, что впервые земная жизнь должна была возникнуть в промежутке между 3,5 и 4,6 млрд. лет тому назад. На основании полученных данных составлена схема развития жизни на земле и биоэволюции от первых бактерий до появления первого человека (рис. 2.4.).
В породах, образованных 3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности цианобактерий в виде цианобактериальных матов, это строматолиты. Строматолиты являются ископаемыми карбонатными породами, образовавшимися на дне мелководных водоемов, географически они обнаружены на территории Западной Австралии. Внешне эти образования напоминают исследователям останки многоклеточных эукариот, но более детальное их исследование показало, что вероятнее всего строматолиты образованы в результате жизнедеятельности нитчатых строматолитов. бесспорные свидетельства существования цианобактерий относятся ко времени 2,2— 2,0 млрд лет назад. Считается, что благодаря цианобактериям в атмосфере начал накапливаться кислород, который
2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного аэробного дыхания другого вида бактерий.
В то же время появление кислорода в атмосфере изменило ход развития, анаэробные бактерии стали исчезать. Вероятно, что они стали вымирать и сохранялись только локально в бескислородных зонах.
По известным геологическим данным содержание кислорода в атмосфере достигло
1. от его содержания в современной атмосфере только в период среднего протерозоя, к этому времени можно отнести возникновение первых аэробных прокариот. Об этом свидетельствуют найденные в отложениях, возраст которых определяется георадиоактивным методом в 2 млрд. лет, звездчатые образования. Такие образования присущи существующей сейчас аэробной свободноживущей бактерии Metallogenium. Этот организм откладывает на поверхности клеток окислы железа, в природе бактерии этого типа встречается при разных концентрациях кислорода и сейчас присутствие подобных бактерий является индикатором присутствия в среде молекулярного кислорода.
По данным исследователей первые эукариоты обнаружены в породах, датируемых происхождением около 1,5 млрд. лет назад. На основании этих наблюдений сделано заключение, что прокариоты были единственными обитателями нашей планеты в течение двух третей времени биоэволюции Земли. Появление прокариот и их жизнедеятельность привела к накоплению в атмосфере молекулярного кислорода, а также к обогащению лито- и гидросферы органическими веществами.
Следующим этапом биоэволюции бактерий стал появления эукариот. Считается, что они возникли в результате симбиогенеза из бактериальных клеток около 1,9−1,3 млрд. лет назад.
В результате биоэволюции появившиеся эукариоты эволюционируют быстрее, чем предыдущие виды бактерий. Это связывают с тем, что из-за отсутствия полового процесса происходил горизонтальный перенос генов, что замедляло эволюционный процесс.
Рис. 2.4. Временная диаграмма развития жизни на Земле
Заключение
Вопросы о возникновении жизни на Земле интересуют людей многие столетия, и уже в древности были сформулированы различные гипотезы о происхождении человека, хотя долгое время предлагаемые гипотезы являлись предметом философских рассуждений. В настоящее время на базе исследований с использованием современных методов анализа учеными рассматривается как наиболее достоверная гипотеза о биохимической эволюции материи.
Развитие медицины, химии и биологических дисциплин позволили определить возможность образования органических веществ из простых элементов, распространенных в нашей Вселенной — углерода, водорода, кислорода, азота, серы и фосфора. Синтез метана, аммиака, цианистого водорода, оксида углерода, сероводорода мог протекать благодаря температурным условиям, в которых планета Земля находилась долгое время, которое характеризовалось высоким уровнем радиации, УФ-излучения. Далее проходили процессы биохимических мономеров, из которых путем конденсации образовывались полимерные соединения. Образовавшиеся биохимические полимеры стали исходными компонентами для образования живых организмов.
Простейшими живыми организмами были простейшие микроорганизмы бактерии, следы которых обнаружены сейчас в разных частях Земли в ископаемых породах. В дальнейшем происходил процесс эволюции бактерий, который имел физиолого-биохимическое направление. Полученные в настоящее время данные о строении и жизнедеятельности простейших бактерий показывает, что несмотря примитивность строения, для них характерны все биохимические процессы — питание, метаболизм, размножение. Правда до сих пор нет однозначного ответа на вопрос как из гипотетической протоклетки возникла первичная клетка, способная к самовоспроизведению. Дискуссионным остается вопрос о том, на каком этапе эволюционного процесса нуклеиновые кислоты сформировались как информационные молекулы.
Таким образом эволюция протоклетки привела к образованию первичной клетки и микроорганизмам. В дальнейшем происходила биоэволюция бактерий, которая привела к образованию многоклеточных живых организмов и далее возникновению животных и человека.
Использованная литература
1. Карпенков С.X. Концепции современного естествознания. М: ЮНИТИ, 1997.
2. Карпенков С.X. Концепции современного естествознания. Практикум. — М.: ЮНИТИ, 1998.
3. Нетрусов А.И. Микробиология. М.: Академия. — 2006. — 352 с.:
4. Никитина Е.В. Микробиология. СПб.: ГИОРД. — 2008. — 368 с.
5. Опарин А.И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. М.: Наука. — 1968. — 345 с.
Одноклеточные прокариотические организмы представляют собой маленькие клетки без ядра и органоидов.
Эукариоты, характерные для всех животных и большинства растений, обладающие оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой
Архебактерии — группа древних микроорганизмов.
Яновская М. И. Пастер. Серия ЖЗЛ. − 1960. − 368 с.
33
1. Карпенков С.X. Концепции современного естествознания. М: ЮНИТИ, 1997.
2. Карпенков С.X. Концепции современного естествознания. Практикум. — М.: ЮНИТИ, 1998.
3. Нетрусов А.И. Микробиология. М.: Академия. — 2006. — 352 с.:
4. Никитина Е.В. Микробиология. СПб.: ГИОРД. — 2008. — 368 с.
5. Опарин А.И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. М.: Наука. — 1968. — 345 с.
список литературы
referatbooks.ru
Предпосылки возникновения жизни.
Для того чтобы правильно представить процесс возникновение жизни, необходимо кратко рассмотреть современные взгляды на образование Солнечной системы и положение Земли среди её планет. Эти представления очень важны, так как, несмотря на общность происхождения планет, окружающих Солнце, только на Земле появилась жизнь и достигла исключительного разнообразия.
В астрономии считается принятым, что Земля и другие планеты Солнечной системы образовались из газово-пылевого облака около 4,5 миллиардов лет тому назад. Такая газово-пылевая материя встречается в межзвёздном пространстве и в настоящее время. Водород - преобладающий элемент Вселенной. Путём реакции ядерного синтеза из него возникает гелий, из которого, в свою очередь, образуется углерод. Ядерные процессы внутри облака продолжались длительное время (сотни миллионов лет). Ядра гелия объединялись с ядрами углерода и формировали ядра кислорода, затем неона, магния, серы и т. д.
Таким образом, под действием высоких температур и гравитационного сжатия, обусловленного вращением облака вокруг своей оси, возникают различные химические элементы, составляющие основную массу звёзд, планет и их атмосферы. Образование химических элементов при возникновении звездных систем, в том числе и таких, как наша Солнечная система, - закономерное явление в эволюции материи. Однако для её дальнейшего развития на пути к возникновению жизни необходимы были некоторые космические и планетарные условия. Одно из таких условий – размеры планеты. Масса ее не должна была быть слишком большой, так как энергия атомного распада природных радиоактивных веществ может привести к перегреванию планеты или, что еще более важно, к радиоактивному загрязнению среды, несовместимому с жизнью. Маленькие планеты не способны удерживать около себя атмосферу, потому что сила притяжения их невелика. Это обстоятельство исключает возможность развития жизни. Примером таких планет может служить спутница Земли – Луна. Второе, не менее важное условие – движение планеты вокруг звезды по круговой или близкой к круговой орбите, позволяющее постоянно и равномерно получать необходимое количество энергии. Наконец, третье необходимое условие для развития материи и возникновения живых организмов – постоянная интенсивность излучения светила. Последнее условие также очень важно, потому что в противном случае поток лучистой энергии, поступающий на планету, не будет равномерным. Неравномерность потока энергии, приводя к резким колебаниям температуры, неизбежно препятствовала бы возникновению и развитию жизни, так как существование живых организмов возможно в пределах весьма жестких температурных рамок. Стоит вспомнить, что живые существа на 80-90 % состоят из воды, причем не газообразной (пар) и не твердой (лед), а жидкой. Следовательно, температурные границы жизни определяются еще и жидким состоянием воды.
Всем этим условиям удовлетворяла наша планета – Земля. Итак, около 4,5 млрд. лет назад на Земле создались космические, планетарные и химические условия для развития материи в направлении возникновения жизни.
Современные представления о возникновении жизни.
На первых этапах своего формирования Земля имела очень высокую температуру. По мере остывания планеты тяжелые элементы перемещались к ее центру, а более легкие соединения (Н2, СО2, СН4, и др.) оставались на поверхности. Металлы и другие, способные к окислению элементы соединялись с кислородом, и в атмосфере Земли свободного кислорода не было. Атмосфера состояла из свободного водорода и его соединений (НО, СН, NH, HCN) и поэтому носила восстановительный характер. По мнению академика А. И. Опарина, это служило важной предпосылкой возникновения органических молекул небиологическим путём. Несмотря на то что ещё в первой трети 19 века немецкий учёный Ф. Вёлер доказал возможность синтеза органических соединений в лабораторных условиях, многие учёные считали, что эти соединения могут возникать только в живом организме. В связи с этим их называли органическими соединениями в противоположность веществам неодушевлённой природы, названным неорганическими соединениями. Однако простейшие углеродсодержащие соединения – углеводороды, - как оказалось, могут образовываться даже в космическом пространстве. Астрономы обнаружили метан в составе атмосферы Юпитера, Сатурна и во многих туманностях Вселенной. Углеводороды могли входить и в состав атмосферы Земли. Вместе с другими компонентами газовой оболочки нашей планеты – водородом, парами воды, аммиаком, синильной кислотой и другими веществами – они подвергались воздействию различных источников энергии: жесткому, близкому к рентгеновскому, ультрафиолетовому излучению Солнца, высокой температуре в области грозовых разрядов и в районах активной вулканической деятельности и т. д. В результате этого простейшие компоненты атмосферы вступали во взаимодействие, многократно изменяясь и усложняясь. Возникали молекулы сахаров, аминокислот, азотистые основания, органические кислоты и другие органические соединения.
В 1953 году американский учёный С. Миллер экспериментально доказал возможность таких превращений. Пропуская электрический разряд через смесь Н2, Н2О, СН4 и Nh4 он получил набор из нескольких аминокислот и органических кислот.
В дальнейшем подобные эксперименты проводились во многих странах, при этомиспользовались различные источники энергии, всё более точно воссоздавались условия первобытной Земли. Было установлено, что абиогенным путём в отсутствии кислорода могут быть синтезированы очень многие простые органические соединения, входящие в состав биологических полимеров – белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов.
Возможность абиогенного синтеза органических соединений доказывается и тем, что они обнаружены в космическом пространстве. Речь идёт о цианистом водороде (HCN), формальдегиде, муравьиной кислоте, этиловом спирте и других веществах. В некоторых метеоритах обнаружены жирные кислоты, сахароза, аминокислоты. Всё это свидетельствует о том, что достаточно сложные органические соединения могли возникать чисто химическим путем в условиях, существовавших на Земле примерно 4-4,5 млрд. лет назад.
Теперь вновь возвратимся к рассмотрению процессов, протекавших на Земле в те времена, когда колбой Миллера был весь Земной шар. Земля находилась во власти могучих стихий. Извергались вулканы, вздымая в небо огненные столбы. С гор и вулканов текли потоки раскаленной лавы, огромные клубы пара окутывали Землю, сверкали молнии, гремели раскаты грома. По мере остывания планеты водяные пары, находившиеся в атмосфере, также остывали, конденсировались и обрушивались ливнями. Образовывались огромные водные пространства. Поскольку Земля была еще достаточно горячей, вода испарялась, а затем, охлаждаясь в верхних слоях атмосферы, вновь выпадала на поверхность планеты в виде дождей. Это продолжалось в течение многих миллионов лет. В водах первичного океана были растворены компоненты атмосферы, различные соли. Кроме того, туда постоянно попадали и непрерывно образующиеся в атмосфере простейшие органические соединения – те самые компоненты, из которых возникали более сложные молекулы. В водной среде они конденсировались, в результате чего появились первичные полимеры – полипептиды и полинуклеотиды. Надо заметить, что для образования более сложных органических веществ требуются значительно менее жесткие условия, чем для возникновения простых молекул. Например, синтез аминокислот из смеси газов, входивших в состав атмосферы древней Земли, происходит при t=1000˚C,а конденсация их в полипептид – всего лишь при t=160˚С.
Следовательно, образования разнообразных органических соединений из неорганических веществ в тех условиях было закономерным процессом химической эволюции.
Таким образом, условиями для абиогенного возникновения органических соединений были восстановительный характер атмосферы Земли (соединения, обладающие восстановительными свойствами, легко вступают во взаимодействия между собой и с веществами-окислителями), высокая температура, грозовые разряды и мощное ультрафиолетовое излучение Солнца, которое в то время еще не задерживалось озоновым экраном.
Итак, первичный океан, по-видимому, содержал в растворенном виде различные органические и неорганические молекулы, попадающие в него из атмосферы и вымываемые из поверхностных слоев Земли. Концентрация органических соединений постоянно увеличивалась, и в конце концов вода океана стала «бульоном» из белково-подобных веществ – пептидов, а также нуклеиновых кислот и других органических соединений.
Молекулы различных веществ могут объединяться, образуя многомолекулярные комплексы – коацерваты. В первичном океане коацерваты, или коацерватные капли, обладали способностью поглощать различные вещества, растворенные в водах первичного океана. В результате этого внутреннее строение коацервата претерпевало изменения, что вело или к его распаду, или к накоплению веществ, т.е. к росту и к изменению химического состава, повышающих устойчивость коацерватной капли в постоянно меняющихся условиях. Судьба капли определялась преобладанием одного из процессов. Академик А. И. Опарин отмечал, что в массе коацерватных капель должен был идти отбор наиболее устойчивых в данных конкретных условиях. Достигнув определенных размеров, материнская коацерватная капля могла распадаться на дочерние. Дочерние коацерваты, структура которых мало отличалась от материнской, продолжали свой рост, а резко отличавшиеся капли распадались. Естественно, что продолжали существовать только те коацерватные капли, которые, вступая в какие-то элементарные формы обмена со средой, сохраняли относительное постоянство своего состава. В дальнейшем они приобрели способность поглощать из окружающей среды лишь те вещества, которые обеспечивали их устойчивость, а также выделять наружу продукты обмена. Параллельно увеличивались различия между химическим составом капли и окружающей среды. В процессе длительного отбора (его называют химической эволюцией) сохранились лишь те капли, которые при распаде на дочерние не утрачивали особенностей своей структуры, т.е. приобрели способность к самовоспроизведению.
По-видимому, это важнейшее свойство возникло вместе со способностью к синтезу органических веществ внутри коацерватных капель, важнейшими составными частями которых уже в то время были полипептиды и полинуклеотиды. Способность к самовоспроизведению непрерывно связана с присущими им свойствами. В ходе эволюции появились полипептиды, обладающие каталитической активностью, т. е. способностью значительно ускорять течение химических реакций.
Полинуклеотиды в силу своих химических особенностей способны связываться друг с другом по принципу дополнения, или комплиментарности, и, следовательно, осуществлять не ферментативный синтез дочерних нуклеотидных цепей.
Следующий важный шаг небиологической эволюции - объединение способности полинуклеотидов к самовоспроизведению с возможностью полипептидов ускорять течение химических реакций, так как удвоение молекул ДНК эффективнее осуществляется с помощью белков, обладающих каталитической активностью. В то же время стабильность «удачных» комбинаций аминокислот в полипептидах может обеспечивать только сохранением информации о них в нуклеиновых кислотах. Связь белковых молекул и нуклеиновых кислот в конце концов привела к возникновению генетического кода, т. е. такой организации молекул ДНК, в которой последовательность нуклеотидов стала служить информацией для построения конкретной последовательности аминокислот в белках.
Дальнейшее усложнение обмена веществ у предбиологических структур могло происходить только в условиях пространственного разделения различных синтетических и энергетических процессов внутри коацервата, а также более прочной изоляции внутренней среды от внешних воздействий по сравнению с той, которой могла обеспечить водная оболочка. Такую изоляцию могла осуществить лишь мембрана. Вокруг коацерватов, богатых органическими соединениями, возникли слои жиров, или липидов, отделившие коацерват от окружающей водной среды и преобразовавшиеся в ходе дальнейшей эволюции в наружную мембрану. Появление биологической мембраны, отделяющей содержимое коацервата то окружающей среды и обладающей способностью к избирательной проницаемости, предопределило направление дальнейшей химической эволюции по пути развития всё более совершенных саморегулирующихся систем, вплоть до возникновения первых примитивно (т.е. очень просто) устроенных клеток.
Образование первых клеточных организмов положило начало биологической эволюции. Эволюция структур, предшествовавших биологическим, таких, как коацерваты, началась очень рано и протекала в течение длительного времени.
Более пятнадцати лет назад академик Б. С. Соколов, говоря о времени существования жизни на Земле, назвал цифру 4 миллиарда 250 миллионов лет. Именно здесь, по современным научным данным, прослеживается граница между «нежизнью» и «жизнью». Эта цифра очень важна. Оказалось, что самое главное событие в истории жизни – возникновение её молекулярно-генетических основ – произошло, по геологическим масштабам, прямо-таки мгновенно: всего через 250 миллионов лет после рождения самой планеты и, по-видимому, одновременно с образованием океанов. Дальнейшие исследования показали, что первые клеточные организмы появились на нашей планете значительно позже – понадобилось около миллиарда лет, чтобы из структур, подобных коацерватам возникли первые простейшие клеточные организмы. Их удалось обнаружить в породах, имеющих возраст около 3-х миллиардов лет.
Первые обитатели нашей планеты оказались совсем крохотными «пылинками»: их длина всего 0,7, а ширина 0,2 микрометра. Разработка идеи химической предбиологической эволюции, приведшей к возникновению клеточных форм жизни, раскрыла роль разнообразных факторов среды в этом процессе. В частности, Дж. Бернал обосновал участие глинистых отложений на дне водоемов в концентрировании органических веществ абиогенного происхождения. Считают также, что на ранних этапах формирования планеты Земля проходила в межзвездном пространстве через пылевые облака и могла захватить вместе с космической пылью большое количество образованных в космосе органических молекул. По приблизительным оценкам, количество
это соизмеримо с биомассой современной Земли.
Сообщение
по биологии на тему:
«Возникновение жизни на Земле»
Подготовил:
Проверил:
Используемая литература:
1) С. Г. Мамон В. Г. Вахаров «Общая биология»
Москва 1999г.
2) А. И. Никишов «Биология»
Москва 1996г.
3) В. Б. Захаров «Справочник по биологии»
Москва 1997 г.
4) В. М. Корсунский «Начала эволюции»
Москва 1992г.
5) Большая Советская Энциклопедия
том 23, Москва 1976 г.
superbotanik.net
Предпосылки возникновения жизни.
Для того чтобы правильно представить процесс возникновение жизни, необходимо кратко рассмотреть современные взгляды на образование Солнечной системы и положение Земли среди её планет. Эти представления очень важны, так как, несмотря на общность происхождения планет, окружающих Солнце, только на Земле появилась жизнь и достигла исключительного разнообразия.
В астрономии считается принятым, что Земля и другие планеты Солнечной системы образовались из газово-пылевого облака около 4,5 миллиардов лет тому назад. Такая газово-пылевая материя встречается в межзвёздном пространстве и в настоящее время. Водород — преобладающий элемент Вселенной. Путём реакции ядерного синтеза из него возникает гелий, из которого, в свою очередь, образуется углерод. Ядерные процессы внутри облака продолжались длительное время (сотни миллионов лет). Ядра гелия объединялись с ядрами углерода и формировали ядра кислорода, затем неона, магния, серы и т. д.
Таким образом, под действием высоких температур и гравитационного сжатия, обусловленного вращением облака вокруг своей оси, возникают различные химические элементы, составляющие основную массу звёзд, планет и их атмосферы. Образование химических элементов при возникновении звездных систем, в том числе и таких, как наша Солнечная система, — закономерное явление в эволюции материи. Однако для её дальнейшего развития на пути к возникновению жизни необходимы были некоторые космические и планетарные условия. Одно из таких условий – размеры планеты. Масса ее не должна была быть слишком большой, так как энергия атомного распада природных радиоактивных веществ может привести к перегреванию планеты или, что еще более важно, к радиоактивному загрязнению среды, несовместимому с жизнью. Маленькие планеты не способны удерживать около себя атмосферу, потому что сила притяжения их невелика. Это обстоятельство исключает возможность развития жизни. Примером таких планет может служить спутница Земли – Луна. Второе, не менее важное условие – движение планеты вокруг звезды по круговой или близкой к круговой орбите, позволяющее постоянно и равномерно получать необходимое количество энергии. Наконец, третье необходимое условие для развития материи и возникновения живых организмов – постоянная интенсивность излучения светила. Последнее условие также очень важно, потому что в противном случае поток лучистой энергии, поступающий на планету, не будет равномерным. Неравномерность потока энергии, приводя к резким колебаниям температуры, неизбежно препятствовала бы возникновению и развитию жизни, так как существование живых организмов возможно в пределах весьма жестких температурных рамок. Стоит вспомнить, что живые существа на 80-90 % состоят из воды, причем не газообразной (пар) и не твердой (лед), а жидкой. Следовательно, температурные границы жизни определяются еще и жидким состоянием воды.
Всем этим условиям удовлетворяла наша планета – Земля. Итак, около 4,5 млрд. лет назад на Земле создались космические, планетарные и химические условия для развития материи в направлении возникновения жизни.
Современные представления о возникновении жизни.
На первых этапах своего формирования Земля имела очень высокую температуру. По мере остывания планеты тяжелые элементы перемещались к ее центру, а более легкие соединения (Н2, СО2, СН4, и др.) оставались на поверхности. Металлы и другие, способные к окислению элементы соединялись с кислородом, и в атмосфере Земли свободного кислорода не было. Атмосфера состояла из свободного водорода и его соединений (НО, СН, NH, HCN) и поэтому носила восстановительный характер. По мнению академика А. И. Опарина, это служило важной предпосылкой возникновения органических молекул небиологическим путём. Несмотря на то что ещё в первой трети 19 века немецкий учёный Ф. Вёлер доказал возможность синтеза органических соединений в лабораторных условиях, многие учёные считали, что эти соединения могут возникать только в живом организме. В связи с этим их называли органическими соединениями в противоположность веществам неодушевлённой природы, названным неорганическими соединениями. Однако простейшие углеродсодержащие соединения – углеводороды, — как оказалось, могут образовываться даже в космическом пространстве. Астрономы обнаружили метан в составе атмосферы Юпитера, Сатурна и во многих туманностях Вселенной. Углеводороды могли входить и в состав атмосферы Земли. Вместе с другими компонентами газовой оболочки нашей планеты – водородом, парами воды, аммиаком, синильной кислотой и другими веществами – они подвергались воздействию различных источников энергии: жесткому, близкому к рентгеновскому, ультрафиолетовому излучению Солнца, высокой температуре в области грозовых разрядов и в районах активной вулканической деятельности и т. д. В результате этого простейшие компоненты атмосферы вступали во взаимодействие, многократно изменяясь и усложняясь. Возникали молекулы сахаров, аминокислот, азотистые основания, органические кислоты и другие органические соединения.
В 1953 году американский учёный С. Миллер экспериментально доказал возможность таких превращений. Пропуская электрический разряд через смесь Н2, Н2О, СН4 и Nh4 он получил набор из нескольких аминокислот и органических кислот.
В дальнейшем подобные эксперименты проводились во многих странах, при этомиспользовались различные источники энергии, всё более точно воссоздавались условия первобытной Земли. Было установлено, что абиогенным путём в отсутствии кислорода могут быть синтезированы очень многие простые органические соединения, входящие в состав биологических полимеров – белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов.
Возможность абиогенного синтеза органических соединений доказывается и тем, что они обнаружены в космическом пространстве. Речь идёт о цианистом водороде (HCN), формальдегиде, муравьиной кислоте, этиловом спирте и других веществах. В некоторых метеоритах обнаружены жирные кислоты, сахароза, аминокислоты. Всё это свидетельствует о том, что достаточно сложные органические соединения могли возникать чисто химическим путем в условиях, существовавших на Земле примерно 4-4,5 млрд. лет назад.
Теперь вновь возвратимся к рассмотрению процессов, протекавших на Земле в те времена, когда колбой Миллера был весь Земной шар. Земля находилась во власти могучих стихий. Извергались вулканы, вздымая в небо огненные столбы. С гор и вулканов текли потоки раскаленной лавы, огромные клубы пара окутывали Землю, сверкали молнии, гремели раскаты грома. По мере остывания планеты водяные пары, находившиеся в атмосфере, также остывали, конденсировались и обрушивались ливнями. Образовывались огромные водные пространства. Поскольку Земля была еще достаточно горячей, вода испарялась, а затем, охлаждаясь в верхних слоях атмосферы, вновь выпадала на поверхность планеты в виде дождей. Это продолжалось в течение многих миллионов лет. В водах первичного океана были растворены компоненты атмосферы, различные соли. Кроме того, туда постоянно попадали и непрерывно образующиеся в атмосфере простейшие органические соединения – те самые компоненты, из которых возникали более сложные молекулы. В водной среде они конденсировались, в результате чего появились первичные полимеры – полипептиды и полинуклеотиды. Надо заметить, что для образования более сложных органических веществ требуются значительно менее жесткие условия, чем для возникновения простых молекул. Например, синтез аминокислот из смеси газов, входивших в состав атмосферы древней Земли, происходит при t=1000˚C, а конденсация их в полипептид – всего лишь при t=160˚С.
Следовательно, образования разнообразных органических соединений из неорганических веществ в тех условиях было закономерным процессом химической эволюции.
Таким образом, условиями для абиогенного возникновения органических соединений были восстановительный характер атмосферы Земли (соединения, обладающие восстановительными свойствами, легко вступают во взаимодействия между собой и с веществами-окислителями), высокая температура, грозовые разряды и мощное ультрафиолетовое излучение Солнца, которое в то время еще не задерживалось озоновым экраном.
Итак, первичный океан, по-видимому, содержал в растворенном виде различные органические и неорганические молекулы, попадающие в него из атмосферы и вымываемые из поверхностных слоев Земли. Концентрация органических соединений постоянно увеличивалась, и в конце концов вода океана стала «бульоном» из белково-подобных веществ – пептидов, а также нуклеиновых кислот и других органических соединений.
Молекулы различных веществ могут объединяться, образуя многомолекулярные комплексы – коацерваты. В первичном океане коацерваты, или коацерватные капли, обладали способностью поглощать различные вещества, растворенные в водах первичного океана. В результате этого внутреннее строение коацервата претерпевало изменения, что вело или к его распаду, или к накоплению веществ, т.е. к росту и к изменению химического состава, повышающих устойчивость коацерватной капли в постоянно меняющихся условиях. Судьба капли определялась преобладанием одного из процессов. Академик А. И. Опарин отмечал, что в массе коацерватных капель должен был идти отбор наиболее устойчивых в данных конкретных условиях. Достигнув определенных размеров, материнская коацерватная капля могла распадаться на дочерние. Дочерние коацерваты, структура которых мало отличалась от материнской, продолжали свой рост, а резко отличавшиеся капли распадались. Естественно, что продолжали существовать только те коацерватные капли, которые, вступая в какие-то элементарные формы обмена со средой, сохраняли относительное постоянство своего состава. В дальнейшем они приобрели способность поглощать из окружающей среды лишь те вещества, которые обеспечивали их устойчивость, а также выделять наружу продукты обмена. Параллельно увеличивались различия между химическим составом капли и окружающей среды. В процессе длительного отбора (его называют химической эволюцией) сохранились лишь те капли, которые при распаде на дочерние не утрачивали особенностей своей структуры, т.е. приобрели способность к самовоспроизведению.
По-видимому, это важнейшее свойство возникло вместе со способностью к синтезу органических веществ внутри коацерватных капель, важнейшими составными частями которых уже в то время были полипептиды и полинуклеотиды. Способность к самовоспроизведению непрерывно связана с присущими им свойствами. В ходе эволюции появились полипептиды, обладающие каталитической активностью, т. е. способностью значительно ускорять течение химических реакций.
Полинуклеотиды в силу своих химических особенностей способны связываться друг с другом по принципу дополнения, или комплиментарности, и, следовательно, осуществлять не ферментативный синтез дочерних нуклеотидных цепей.
Следующий важный шаг небиологической эволюции — объединение способности полинуклеотидов к самовоспроизведению с возможностью полипептидов ускорять течение химических реакций, так как удвоение молекул ДНК эффективнее осуществляется с помощью белков, обладающих каталитической активностью. В то же время стабильность «удачных» комбинаций аминокислот в полипептидах может обеспечивать только сохранением информации о них в нуклеиновых кислотах. Связь белковых молекул и нуклеиновых кислот в конце концов привела к возникновению генетического кода, т. е. такой организации молекул ДНК, в которой последовательность нуклеотидов стала служить информацией для построения конкретной последовательности аминокислот в белках.
Дальнейшее усложнение обмена веществ у предбиологических структур могло происходить только в условиях пространственного разделения различных синтетических и энергетических процессов внутри коацервата, а также более прочной изоляции внутренней среды от внешних воздействий по сравнению с той, которой могла обеспечить водная оболочка. Такую изоляцию могла осуществить лишь мембрана. Вокруг коацерватов, богатых органическими соединениями, возникли слои жиров, или липидов, отделившие коацерват от окружающей водной среды и преобразовавшиеся в ходе дальнейшей эволюции в наружную мембрану. Появление биологической мембраны, отделяющей содержимое коацервата то окружающей среды и обладающей способностью к избирательной проницаемости, предопределило направление дальнейшей химической эволюции по пути развития всё более совершенных саморегулирующихся систем, вплоть до возникновения первых примитивно (т.е. очень просто) устроенных клеток.
Образование первых клеточных организмов положило начало биологической эволюции. Эволюция структур, предшествовавших биологическим, таких, как коацерваты, началась очень рано и протекала в течение длительного времени.
Более пятнадцати лет назад академик Б. С. Соколов, говоря о времени существования жизни на Земле, назвал цифру 4 миллиарда 250 миллионов лет. Именно здесь, по современным научным данным, прослеживается граница между «нежизнью» и «жизнью». Эта цифра очень важна. Оказалось, что самое главное событие в истории жизни – возникновение её молекулярно-генетических основ – произошло, по геологическим масштабам, прямо-таки мгновенно: всего через 250 миллионов лет после рождения самой планеты и, по-видимому, одновременно с образованием океанов. Дальнейшие исследования показали, что первые клеточные организмы появились на нашей планете значительно позже – понадобилось около миллиарда лет, чтобы из структур, подобных коацерватам возникли первые простейшие клеточные организмы. Их удалось обнаружить в породах, имеющих возраст около 3-х миллиардов лет.
Первые обитатели нашей планеты оказались совсем крохотными «пылинками»: их длина всего 0,7, а ширина 0,2 микрометра. Разработка идеи химической предбиологической эволюции, приведшей к возникновению клеточных форм жизни, раскрыла роль разнообразных факторов среды в этом процессе. В частности, Дж. Бернал обосновал участие глинистых отложений на дне водоемов в концентрировании органических веществ абиогенного происхождения. Считают также, что на ранних этапах формирования планеты Земля проходила в межзвездном пространстве через пылевые облака и могла захватить вместе с космической пылью большое количество образованных в космосе органических молекул. По приблизительным оценкам, количество
это соизмеримо с биомассой современной Земли.
Сообщение
по биологии на тему:
«Возникновение жизни на Земле»
Подготовил:
Проверил:
Используемая литература:
1) С. Г. Мамон В. Г. Вахаров «Общая биология»
Москва 1999г.
2) А. И. Никишов «Биология»
Москва 1996г.
3) В. Б. Захаров «Справочник по биологии»
Москва 1997 г.
4) В. М. Корсунский «Начала эволюции»
Москва 1992г.
5) Большая Советская Энциклопедия
том 23, Москва 1976 г.
www.ronl.ru
Содержание
Вступление. 2
1. Теории происхождения жизни на Земле. 3
2. Абиогенная теория происхождения жизни на Земле. 6
3. Теория творения. 10
4. Поиск жизни во Вселенной. 13
Выводы. 19
Список использованной литературы. 20
Вступление
Вопрос о появлении жизни на Земле интересовал еще философов древнего мира, в средние века ответ на него дала церковь. Тогда вопрос о происхождении жизни строился не на точных научных доказательствах, а на вере человека. В Средние века церковь, как католическая, так и протестантская и православная, в происходжении жизни видела волю бога. Црековь имела в то время достаточно сил и возможностей для того, чтобы сделать это догмой, оспаривать которую не все осмеливались.
И только в ХІХ веке начались более предметные научные поиски путей происхождения жизни на нашей планете. Они были сложными и тернистыми, и, в значительной мере, не завершены и в наше время. Все теории о происхождении жизни на Земле можно разделить на две основные теории: это эволюционная теория и теория творения. В нашей работе мы детально постараемся обсудить эти две теории и сделать вывод о том, какая из них более предпочтительна.
Другим вопросом, который также интересует человека – это вопрос о том, единственен ли человек во Вселенной. Этот вопрос также имеет отношение к возникновению жизни на Земле. Ведь если жизнь могла развиться эволюционно, то где-то в глубинах Вселенной могут существовать и другие цивилизации…
В работе мы рассмотрим попытки поиска учеными и энтузиастами внеземной жизни, способы такого поиска (проект SETI) и его перспективы.
1. Теории происхождения жизни на Земле.Человечество всегда интересовал вопрос о происхождении жизни на Земле. Как появилась жизнь на Земле?
Религия дает однозначный ответ на этот вопрос, жизнь была создана Богом, Творцом, Высшим разумом. И как будет показано далее, наводит некоторые доказательства этого. Но религия не дает никакого ответа на вопрос: как это было сделано. Поэтому учеными была сформулирована теория абиогенного синтеза. Значительный вклад в создание и развитие теории абиогенного синтеза внес известный советский ученый, академик О. Опарин. Теория абиогенного синтеза основывается на том, что биологические вещества были созданы в неком первичном океане из неорганических веществ под действием высоких температур и электрических разрядов (молний). Сложные молекулы аминокислот случайно объединялись в пептиды, которые, в свою очередь, создали первоначальные белки. Из этих белков синтезировались первичные живые существа микроскопических размеров.
У этой теории есть недостаток: нет ни одного факта, который бы подтвердил возможность абиогенного синтеза на Земле хотя бы простейшего живого организма из неорганических соединений. В многочисленных лабораториях мира проведено очень много попыток такого синтеза. Например, удалось получить молекулы аминокислот, удалось также получить довольно длинные и сложные молекулы пептидов – соединений нескольких аминокислот, первые природные биополимеры, но никому не удалось в результате подобных экспериментов получить живую клетку.
Также по математической статистике вероятность самозарождения живого организма из неорганических веществ практически равняется нулю. Вероятность случайного образования за все время существования Земли хотя бы одной молекулы ДНК составляет 10- 800. Противоречат теории абиогенного синтеза и геологические данные. Как бы далеко мы не проникали в глубь геологической истории, не находим следов «азойской эры», то есть периода, когда на Земле не существовало бы никакой органической жизни.
Сейчас в результате палеонтологических исследований в древних породах, возраст которых достигает 3,8 млрд. лет, а планета Земля существует около 4,5 млрд. лет, нашли ископаемые останки достаточно сложных микроорганизмов – бактерий, сине-зеленых водорослей, простых грибков. Проблема абиогенного синтеза довольно сложна и должна рассматриваться лишь как одна из гипотез происхождения жизни на планете Земля.
Свои взгляды на происхождение жизни имел и В. Вернадский.
Он был уверен, что жизнь геологически вечна, то есть в геологической истории не было эпохи, когда наша планета была безжизненной. Вернадский считал, что жизнь – такая же вечная основа космоса, какими есть материя и энергия. Исходя из представления о биосфере как о земном, но одновременно и космическом механизме, Вернадский связывал ее образование и эволюцию с организованностью Космоса. «Для нас становится понятной, - писал он, - что жизнь есть явление космическое, а не сугубо земное». Эту мысль Вернадский повторял многократно: «...начала жизни в том Космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было начала этого Космоса. Жизнь вечна, поскольку вечный Космос».
Также Владимир Вернадский выступил с гипотезой космического распространения жизни, которая твердит, что жизнь в виде малейших спор и грибков может переноситься с одной планеты на другую. Вернадский считал, что пылинки вещества могут содержать споры бактерий, микроорганизмы. Под действием ветра и других атмосферных явлений эти пылинки поднимаются в высшие слои атмосферы, где они подхватываются солнечным ветром и покидают атмосферу населенной планеты. Под действием солнечного ветра пыль может путешествовать по планетной системе, пока она не попадет в поле притяжения другой планеты, таким образом, будет перенесена жизнь на другие планеты. На сегодня нет исчерпывающих доказательств этой гипотезы, как нет и ее окончательного опровержения.
2. Абиогенная теория происхождения жизни на ЗемлеЗарождение жизни на Земле, в целом, по-прежнему остается загадкой.
Ископаемые останки показывают, что жизнь в виде микроорганизмов и бактерий существовала еще не менее чем 2 – 3 млрд. лет назад. Например, были найдены остатки колоний микроорганизмов в горных породах и сланцах. В них были обнаружены остатки колоний микроорганизмов, которые напоминали коралловые рифы. Находка содержащих органические останки образцов явилась открытием. Ученые всего мира возобновили изучение пород, которые они ранее считали лишенными окаменелостей. Их усилия были вознаграждены поразительными результатами: древнейшим из обнаруженных на сегодняшний день формам жизни (в западной части Австралии) около 3 500 млн. лет.
Какой же была планета 4 млрд. лет назад? Вопрос, на который нет однозначного ответа. Считается, что атмосфера Земли в те далекие времена была почти полностью лишена кислорода, а состояла из аммиака, воды, окиси углерода, метана, водорода и ряда других веществ. Большая часть поверхности Земли была покрыта слоем горячей воды, кипение которой поддерживалось магмой, расплавленной породой, находящейся под тонкой океанической земной корой.
В таких условиях и происходил абиогенный синтез. Академик Опарин считал, что, такая смесь газов и горячей воды могла привести к образованию так называемого "первичного бульона", богатого именно теми химическими элементами, которые необходимы для синтеза жизни. Реакция могла быть инициирована вулканической деятельностью, интенсивным ультрафиолетовым излучением, проходящим через тонкий слой атмосферы, или электрическим разрядом молнии.
Позже были проведены эксперименты по моделированию условий древней Земли и рассмотрен вопрос появления биологических веществ. Создавались модели первозданного мира, они состояли из колб и химических реакторов. В реакторы загружали растворы морской воды и смеси газов, через реактор пропускали разряды электрического тока. Химический реактор нагревали для получения паров воды. После нескольких произведенных разрядов полученную смесь проанализировали и выявили три аминокислоты. Дальнейшие исследования привели к тому, что исследователи получили еще большее количество аминокислот и даже простые нуклеотиды – строительные блоки ДНК.
Результаты этих экспериментов считаются убедительными и дают основания полагать, что весь белок (и не только он) мог быть синтезирован на протяжении нескольких миллиардов лет. Предположительно, могла быть создана даже ДНК с ее тысячами строго расположенных атомов. Однажды возникнув, она могла репродуцировать себя, создавать свои собственные белки и другие сложные органические вещества и развиться в функционирующую самовоспроизводящуюся форму жизни, такую как клетка бактерии.
Нечто подобное могло произойти, но математическая вероятность создания такого сложного вещества, как белок или ДНК, в результате случайного соединения химических элементов в "первичном бульоне" бесконечно мала.
Данная теория сегодня признана многими учеными, продолжающими поиск механизма, который способствовал бы соединению аминокислот в белки без управления со стороны ДНК.
Если такой механизм будет найден, мы сделаем важный шаг на пути к пониманию загадки образования ДНК и, следовательно, происхождения жизни.
Земная форма жизни чрезвычайно тесно связанная с гидросферой. Об этом свидетельствует хотя бы тот факт, что вода есть основной частью массы любого земного организма (человек, например, большее как на 70 % состоит из воды, а такие организмы, как медуза или на 97-98 %). Очевидно, что жизнь на Земле сформировалось лишь тогда, если на ней появилась гидросфера, а это, за геологическими сведениями, произошло почти с начала существования нашей планеты.
Согласно теории абиогенного синтеза жизнь возникла из неорганических веществ в первичном океане, который омывал 4 млрд. лет назад нашу планету. Она возникла в виде капелек аминокислот и простейших белков, которые взаимодействовали как между собой, так и с веществами в воде и в атмосфере. Они поглощали другие капельки, синтезировались новые вещества. Этот процесс был чрезвычайно долгим. Процесс зарождения жизни на планете растянулся на многие миллионы лет.
Первым этапом было, по мнению ученых, синтезирование угдеводородов из карбидов различных металлов и воды. Карбиды металлов были получены при нагревании металлов и углерода в магме. Потом при извержении вулканов и из трещин в земной коре они были выброшены и вымыты в океан или атмосферу. Далее карбиды металлов реагируют с водой и, в результате реакции, мы получим углеводороды различного состава. Углеводороды и были той первой ступенькой к развитию жизни.
Углеводороды под действием ультрафиолета Солнца, электрических разрядов в атмосфере, которая состояла из метана, азота начали постепенно реагировать между собой и с газами атмосферы. Углеводороды медленно, но неуклонно вступали между собой во все новые и новые химические взаимодействия. Их частицы увеличивались и усложнялись. Появлялись органические вещества все более сложного состава и строения, со все более сложными свойствами. Таким образом, были получены аминокислоты и первые биологические полимеры – звенья полипептидов. Далее они усложнялись, реагировали с другими веществами.
Так постепенно в течение многих и многих тысячелетий сформировался тот материал, те сложнейшие органические вещества (в частности, белки), из которых в настоящее время построены живые организмы. Это и есть теория абиогенного синтеза. Самым узким местом теории абиогенного синтеза есть пояснение возможности получения живой клетки, как она была получена из аминокислот и полипептидов теория абиогенного синтеза пока что не может. Ведь клетка - это самодостаточный организм, который может самовоспроизводиться, имеет цепочки биологического кода – ДНК и РНК, самопроизвольный синтез которых чрезвычайно маловероятен.
3. Теория творения.Как было сказано выше, существует две основные теории происхождения жизни: теория творения и теория абиогенного синтеза. Теорию абиогенного синтеза мы рассмотрели выше.
Сейчас мы рассмотрим теорию творения. Как теория абиогенного синтеза, так и теория творения имеют свои доказательства.
Рассмотрим доказательства теории творения.
Если мы начнем более глубоко рассматривать условия жизни на планете и некоторые вопросы астрономии и физики, то сразу приходится признать, что все вокруг нас прилажено так, чтобы развитие всех возможных во Вселенной процессов привело, в конечном итоге, к формированию Земли, и к появлению на ней разнообразных форм жизни, вплоть до человека, способного постичь и раскрыть эти тайны.
Вот несколько примеров, которые привлекли внимание ученых:
1. Если бы разность массы нейтрона и протона была, скажем, в 2,5 раза большей, чем есть, был бы невозможным синтез гелия, и вся Вселенная состояла бы лишь из водорода. Не было бы планет, астероидов, Земли...
2.
Если бы масса
электрона была втрое большей, чем есть на самом деле, состоялись бы процессы
нейтронизации вещества (по схеме 
) и тогда галактики и звезды
состояли бы из одних нейтронов.
3. Если бы сила взаимодействия между нуклонами была хотя бы на несколько процентов большей, была бы стабильной частица бипротон (изотоп 2Не). А это значит, что вся Вселенная состояла бы из одного лишь гелия. Если бы сила этого взаимодействия была бы хотя бы на 5% меньшей, гелий образовываться не мог бы вообще. И тогда не было бы термоядерной реакции синтеза, которая есть источником энергии звезд.
Таких примеров насчитывают свыше 20, мы же рассмотрели только три из них. Но уже трех достаточно для того, чтобы показать, насколько сложна и хрупка жизнь, насколько маловероятно ее появление в виде случайной флуктуации в первичном океане.
Существенным образом изменился бы наш мир, если бы немного другим было соотношение между силами кулоновского отталкивания одноименных зарядов и ядерными силами притягивания. Если бы гравитационная постоянная была немного большей или меньшей и т.п.. В конце концов, лишь за имеющегося соотношения реальной и критической плотности вещества во Вселенной возможное существование звезд на протяжении миллиардов лет и существование Земли и жизнь ней. Обращает на себя внимание и «подгонка» параметров, с помощью которых описывают условия на нашей планете и которые более всего оказывают влияние на развитие жизни:
1. Наклон оси суточного обращения Земле к плоскости эклиптики смягчает климат планеты.
2. Вода имеет наибольшую плотность при температуре +4°С, благодаря чему лед находится над водоемами (в противоположном случае, а так есть для всех других веществ, лед выпадал бы на дно, вода в водоемах вымерзала бы, и жизнь в них было бы невозможной).
3. Атмосфера Земли состоит из таких газов и в таком соотношении, которые лучше всего оказывают содействие развитию и существованию жизни. Если бы концентрация кислорода здесь была большей, все, что может гореть, давно сгорело бы, а если бы была меньшей, горение вообще было бы невозможным.
4. В атмосфере Земли есть буквально «следы» углекислого газа и водной пары. Тем не менее их молекулы, интенсивно поглощают инфракрасное излучение Земли, создают «парниковый эффект», благодаря которому температура на планете приблизительно на 30°С выше, чем она была бы без этого эффекта. А тогда условия для жизни на планете были бы весьма суровыми. То же касается и содержащегося в атмосфере озона.
Поэтому, признавая все же ограниченные возможности науки вообще в выяснении проблем человеческой жизни, надо с должным пониманием относиться к тому, что целый ряд выдающихся ученых (среди них - лауреаты Нобелевской премии) признают существование Творца как всего окружающего мира, так и разнообразных форм жизни на нашей планете.
На данный момент эта теория, теория творения жизни, не дает ответа на вопрос чем же или кем она была создана и как. Что же ответ мы сможем получить в будущем.
4. Поиск жизни во Вселенной.Человек не хочет чувствовать себя одиноким во Вселенной, его интересует, есть ли другие планеты, на которых также развилась жизнь, также существует цивилизация. Вопрос о том, есть ли жизнь за пределами Земли, волновал людей с самых древнейших времен. В европейской науке нового времени он был поставлен Джордано Бруно. Менее известно, что этой проблеме уделяли внимание и такие ученые как Гюйгенс и Ньютон. Так, последний, например, писал, что "небеса над нами могут быть наполнены существами, чья природа для нас непонятна... Могут быть существа, обладающие способностью передвижения в любом направлении по желанию или остановки в любой области небес, чтобы наслаждаться обществом себе подобных..."
Справедливости ради надо отметить, что задача связи с внеземными цивилизациями была четко сформулирована как строго научная проблема российским ученым Э. Неовиусом. В 1876 г. в Гельсингфорсе (Хельсинки) вышла (сначала на шведском, а потом на русском языке) его книга "Величайшая задача нашего времени", в которой предлагался совершенно конкретный и реальный проект связи с обитателями планет Солнечной системы с помощью световых сигналов. Неовиус не только показал техническую возможность осуществления такой связи, но и рассмотрел семантические проблемы контакта. Он построил язык для космической связи на принципах математической логики. Он также рассмотрел экономические аспекты проекта и, ясно сознавая, что затраты на его осуществление могут быть не под силу одной стране, предложил международное сотрудничество в этой области. Но его идея не была замечена научной общественностью. И в те времена не было достаточной научной базы для ее реализации.
Только в последнее время у человечества появились достаточные технические ресурсы для начала поисков жизни за пределами нашей планеты. Всерьез о поиске внеземных цивилизаций и контакте с ними заговорили в конце 50-ых – начале 60-ых годов прошлого века. Тогда же стали появляться статьи и книги, посвященные этой теме, а затем начались первые наблюдения. Тогда же было указано на принципиальную возможность использования микроволнового (диапазон около 20 – 50 см) излучения для передачи сообщений в космическом пространстве. Это стало началом в истории научного подхода к проблеме поиска внеземных цивилизаций, ведь для излучения этого диапазона можно было использовать существующие уже радиотелескопы.
Проблема поиска внеземной жизни сложна и многогранна. Для реализации ее надо иметь развитую техническую базу (телескопы и радиотелескопы, сложное радиоэлектронное оборудование), надо иметь развитую научную базу и подготовленных специалистов, которые будуть пользоваться этим оборудованием. Только в середине ХХ века земная цивилизация стала обладать всем необходимым для этого.
Тогда и была создана программа SETI (Search for еxtraterrestrial intelligence – поиск внеземного разума).
Программа SETI (поиск внеземного разума) основывается на предположении, что систематический поиск в космосе может выявить искусственные сигналы, испускаемые либо намеренно, либо в качестве случайного электромагнитного шума, подобно тому, как Земля испускает шум радиосигналов в различном диапазоне.
Но, получив такой сигнал надо его еще и расшифровать, пока что неясно, как расшифровывать информацию, которую могут принести с собой искусственные сигналы. Ученые считают, что искусственные сигналы, направленные в сторону Земли, будут нести математическую, физическую, биологическую информацию научного характера. По мнению ученых, если инопланетяне достаточно разумны, чтобы построить радиотелескопы для установления межзвездные связи, они должны быть знакомы с теми же принципами математики, физики и химии, которые известны на Земле. Но как быть, если будет сообщено о более характерных чертах своего мира, о своей культуре и истории? На этот вопрос еще нет ответа.
Началом поиска и анализа сигналов на их искусственность стал американский проект под названием "Озма". В начале 1960 года американский радиоастроном Фрэнк Дрейк провел поиск радиосигналов искусственного происхождения от звезд Тау Кита и Эпсилон Эридана. Обе звезды похожи на наше Солнце и удалены от нас на небольшое расстояние – около 11 световых лет. С апреля по июль 1960 года 25-метровый радиотелескоп регистрировал сигналы на длине волны 21 см (примерно 1420 МГц), соответствующей излучению нейтрального атомарного водорода. Выбор именно этой частоты считается наиболее логичным с астрономической точки зрения. Записи потом анализировали в надежде найти повторяющиеся серии однородных импульсов, которые могли бы указывать на осмысленное сообщение. Но результатов получено не было.
В 1962 году, после выхода книги известного советского астронома, академика И.С. Шкловского "Вселенная, жизнь, разум", поисками внеземного разума активно занялись в Советском Союзе. Для этого использовали новый и достаточно мощный радиотелескоп РАТАН-70.
Попытки установить контакт с внеземными цивилизациями не ограничивались "прослушиванием" космоса. Так в 1974 году было проведено первую радиопередачу послания, адресованного другим мирам. Послание содержало 1679 бит информации. В послании было закодировано рисунок, схематически изображающий человека, спираль ДНК, Солнечную систему и телескоп Арресибо. С тех пор космические послания отправлялись неоднократно. Но ответов на послания человечество пока что не дождалось. При посылке таких посланий надо учитывать астрономические расстояния до объектов, скорость распространения радиоволн. Ведь даже к ближайшим звездам оно может двигаться 10 – 15 лет. А к дальним еще больше. Поэтому в вопросе поиска внеземной жизни надо запастись большим терпением.
В 1950 году физик Энрико Ферми сформулировал вопрос о том, что если Вселенная заполнена существами, подобными нам, то мы их уже давно встретили бы. "Где же все?" – вот наиболее краткая и полная формулировка парадокса Ферми. Достаточно длительные, по нашим меркам, и целенаправленные поиски прямых сигналов внеземных цивилизаций или каких-то следов их жизнедеятельности не привели, на жаль, к положительному результату. Кроме того, если добавить к этому весь комплекс астрономических и астрофизических наблюдений за последние 100 – 200 лет, то получится внушительный объем информации, который не дает ни одной зацепки в пользу существования разума, точнее мощных технических цивилизаций, за пределами Земли. Или же указывает, что мы не там и не то ищем. Что также возможно. Возможно, какие то астрономические явления и являются искусственными, но мы не знаем этого.
Многие направления астрономии, математики, радиоастрономии прямо или косвенно связаны с проблемой поиска внеземной жизни. В первую очередь это изучение экзопланет, которых на данное время открыто несколько десятков. Получено первое фотоизображение экзопланеты, получены данные о составе атмосферы экзопланет-гигантов. Развитие техники достигло такого уровня, что астрономы теперь могут найти земноподобные планеты. Можно также провести анализ отражаемого планетой света и определить, есть ли на ней подходящая для жизни атмосфера.
В 2005 году ученые объявили об открытии похожей на Землю планеты, обращающейся вокруг звезды Gliese 876. Температура на поверхности планеты вполне пригодна для того, чтобы там существовала вода в жидком виде – это главное условие для появления жизни, согласно сегодняшним представлениям.
Создаются и реализовываются также и новые проекты по поиску планет возле ближайших звезд. Так по сообщения прессы в 2015 году Европейское Космическое Агентство в сотрудничестве с НАСА и агентством «Роскосмос» запустит проект «Дарвин».
В проект включено четыре орбитальных телескопа, которые будут исследовать космос в поиске пригодных для жизни планет. В течение пяти лет телескопы изучат 500 звезд и проведут спектральный анализ 50 самых многообещающих по характеристикам из обнаруженных планет.
На основе полученных данных развивается теоретическая экзобиология, которая рассматривает физические, химические и биологические условия возникновения и поддержания жизни, также развивается та часть астрономии, которая связана с формированием и эволюцией планет, с возможностью жизни на них. При изучении планет основное внимание уделяют поиску воды на поверхности планет, поскольку считается, что именно в воде начинается возникновение жизни.
Как видно из приведенных выше материалов поиск внеземной жизни не занимает в современной астрономии особо важного места. Не получив каких то результатов проект SETI постепенно замирает. У него, конечно, есть довольно много сторонников, многие энтузиасты проводят исследования, но это есть только их личное дело. На государственном уровне этот проект не получает никакой поддержки и существует только за счет частных пожертвований.
Поиск внеземной жизни проходит в виде поиска планет у ближайших звезд и выявления их параметров, наличия воды. Проект SETI был очень популярен в 60 – 80 годы, сейчас происходит уменьшение его популярности и что самое главное переосмысление целей и методов самого проекта. Из безрезультативности его в предыдущие годы должны быть извлечены выводы, надо поменять саму методику исследований, больше внимания приделять исследованию периодических явлений в космосе.
Затрагивая вопрос поиска жизни надо помнить, что космос состоит не только из звезд. Есть еще и Солнечная система и жизнь, в разных ее формах, возможна на ее планетах. Поэтому многие ученые предлагают больше внимания уделить исследованию Луны, Марса и планет-гигантов, например, Юпитера, на которых могли развиться разные формы жизни, как в прошлом, так и существовать и теперь.
Проект SETI в измененном виде будет, я уверен, существовать и впредь, ведь человеку не хочется чувствовать свое одиночество в безграничном космосе.
ВыводыВ работе были рассмотрены основные теории происхождения жизни на Земле. На данное время нельзя однозначно трактовать происхождение жизни только как акт творения или как процесс эволюции. Поскольку есть доказательства как одной, так и второй теории. Для того чтобы точно установить как возникла жизнь нужны еще исследования. Только после их проведения можно будет установить, какая из этих теорий верна. Возможно, будет создана единая теория происхождения жизни, которая включит в себя две эти теории.
Человечество пока что одиноко, найти другие разумные цивилизации во Вселенной пока что не удалось. Но эти поиски и продолжались только несколько десятилетий. С развитием техники, математического аппарата эти поиски будут продолжены и, возможно, они увенчаются успехом в будущем. Тогда будет найдено еще одно доказательство того что человечество не одиноко во вселенной и что теория эволюции жизни верна. Но это будет в будущем. Которое начинается завтра…
Список использованной литературы.1. Гиндилис Л.М. 1990. Андрей Дмитриевич Сахаров и поиски внеземных цивилизаций // Земля и Вселенная. 1990. N 6. С. 63-67.
2. Кардашев Н.С. 1975 // Проблема CETI (Связь с внеземными цивилизациями). М.: Мир, 1975. С.166-169.
3. Климишын А. В. Астрономия. М.: Наука, 1992., 237 с.
4. Роденков К. М. Теория Дарвина и происхождение жизни на Земле. М.: Наука, 1988. 156 с.
5. Общая биология. Учебник для вузов. Под ред. Парамонова М. П. М.: Высшая школа, 2002. 378 с.
www.neuch.ru
