Вопрос о том, когда на Земле появилась жизнь, всегда волновал не только учёных, но и всех людей. Ответы на него содержатся в священных писаниях практически всех религий. Хотя точного научного ответа на него до сих пор нет, некоторые факты позволяют высказать более или менее обоснованные гипотезы. В Гренландии исследователями был найден образец горной породы с крошечными вкраплениями углерода. Возраст образца более 3,8 млрд. лет. Источником углерода, скорее всего, было какое-то органическое вещество — за такое время оно полностью утратило свою структуру. Учёные полагают, что этот комочек углерода может быть самым древним следом жизни на Земле.
Происхождение жизни, возникновение живых существ — одна из центральных проблем естествознания, которая представляет как познавательный, так и научный интерес. Живые организмы в отличие от неживых имеют совокупность признаков: обмен веществ и энергии, способность к росту и развитию, размножению, к поддержанию определённого состава. Кроме того, для них характерно наличие саморегулирующейся метаболической системы (обмен веществ) и они обладают способностью к точному самовоспроизведению собственной метаболической системы (репликация ДНК, её матричное копирование и специфически детерминированный синтез белков-ферментов) и др.
Согласно современным представлениям, жизнь — это одна из форм существования материи, закономерно возникающая при определённых условиях в процессе её развития. Однако такая концепция появилась в ожесточённой многовековой борьбе материализма с различными идеалистическими течениями. Суть различных представлений о происхождении жизни можно выразить в трёх главных концепциях. Одна из них — идеалистические религиозные представления о сотворении всего живого из неживого Творцом, другая – абиогенез[1] и третья — биогенез[2] .
В теории абиогенеза два принципиально разных подхода: наивно-материалистические представления древних греков о самозарождении живых организмов из неживой природы и современные диалектико-материалистические представления о естественном возникновении жизни. В частности, Аристотель в принципе придерживался материалистических представлений об абиогенезе живых существ из неорганической природы. Однако его взгляды и взгляды его средневековых последователей превратились в механистические представления о самозарождении высокоразвитых органических форм (как растений, так и животных) непосредственно из неорганической материи (грязь, ил, пот и т.д.), а также о порождении одними формами других (например, гуси, овцы — из плодов деревьев).
Первый удар по представлениям о самозарождении нанесли эксперименты флорентийского естествоиспытателя Франческо Реди, который доказал невозможность самозарождения мух в мясе. Наряду с опытными открытыми сосудами с мясом он использовал контрольные, завязанные марлей и недоступные для мух. В контрольных сосудах черви (личинки мух) не могли самозарождаться. Однако эти эксперименты Франческо Реди не смогли опровергнуть представления о самозарождении, устоявшиеся веками.
Спустя несколько лет после проведённых экспериментов Франческо Реди голландский учёный Антони Левенгук открыл микроскопические существа, «самозарождение» которых можно было наблюдать в капельке чистой воды. Это открытие Антони Левенгуком микромира дало толчок развитию представлений о самозарождении, но уже на уровне микромира. Не дали окончательного ответа и эксперименты итальянского учёного Ладзаро Спалланцани, продемонстрировавшего невозможность самозарождения микроскопических живых существ в питательных жидкостях и бульонах после их кипячения в запаянных ретортах. Несогласные с выводами Ладзаро Спалланцани учёные считали, что в его экспериментах был нарушен доступ в сосуды активного начала, якобы содержащегося в воздухе и необходимого для самозарождения. Только остроумные опыты выдающегося французского учёного-микробиолога Луи Пастера смогли убедить всех скептиков и сокрушить представления о самозарождении.
Впервые определение биогенеза было выведено на основании опытов Луи Пастера. Он нагревал бульон в колбе с длинным, дважды изогнутым кончиком, в котором оседали все споры микроорганизмов, содержащиеся в воздухе, поступавшем в колбу после кипячения бульона. Такая конструкция колбы не препятствовала доступу воздуха, т.е. «активного начала». Колба оставалась стерильной месяцами, но стоило смочить бульоном изогнутое колено, как в колбе начиналось интенсивное развитие микроорганизмов. Опыты Луи Пастера сыграли важную роль в развенчании представлений о самозарождении и помогли утвердиться гипотезе биогенеза. Был сформулирован закон «Всё живое из живого», который имел большое значение для развития биологической науки и в то же время более чем на полвека исключил возможность рассмотрения абиогенного (из неорганической природы) пути возникновения живой материи. Биогенез как гипотеза о происхождении жизни не даёт материалистического ответа на вопрос об истоках появления органической материи во Вселенной. Однако она может вполне материалистически объяснить возникновение жизни на Земле путём заселения её спорами микроорганизмов и других низших форм жизни.
Перенесёмся на 4 миллиарда лет назад. Атмосфера не содержит свободного кислорода, он находится только в составе окислов. Почти никаких звуков, кроме свиста ветра, шипения извергающейся с лавой воды и ударов метеоритов о поверхность Земли. Ни растений, ни животных, ни бактерий. Может быть, так выглядела Земля, когда на ней появилась жизнь? Хотя эта проблема издавна волнует многих исследователей, их мнения на этот счёт сильно различаются. Об условиях на Земле того времени могли бы свидетельствовать горные породы, но они давно разрушились в результате геологических процессов и перемещений земной коры.
Как считает известный специалист в области проблемы возникновения жизни Стэнли Миллер, о возникновении жизни и начале её эволюции можно говорить с того момента, как органические молекулы самоорганизовывались в структуры, которые смогли воспроизводить самих себя. Но это порождает другие вопросы: как возникли молекулы; почему они могли самовоспроизводиться и собираться в те структуры, которые дали начало живым организмам; какие нужны для этого условия?
В 1924 году русским биохимиком Александром Ивановичем Опариным, а позднее, в 1929 году, Дж. Холдейном была высказана гипотеза о возникновении жизни как результате длительной эволюции углеродных соединений, которая легла в основу современных представлений. Александр Иванович Опарин исходил из того, что возникновение живых существ из неживой природы невозможно в современных условиях. Абиогенное возникновение живой материи, возможно, было только в условиях древней атмосферы. Доказать это можно логически, проанализировав историю возникновения Земли и формирования атмосферы.
Возраст Земли составляет около 5 миллиардов лет. Предполагается, что Солнце и планеты Солнечной системы возникли из облака космической пыли. За счёт движения (вращения) и сил гравитации всё новые и новые частицы увеличивали массу Земли. При этом силы гравитации возрастали, плотность Земли увеличивалась и происходило её разогревание. Как и всякое разогретое тело, Земля остывала, переходила из газообразного в жидкое состояние, а затем на её поверхности начала формироваться твёрдая корка. В результате этих процессов происходили химические реакции, тяжёлые вещества оседали к центру и образовывали ядро Земли, а более лёгкие — оболочку. За счёт сил гравитации Земля удерживала газовую оболочку. По мере её охлаждения из конденсировавшихся в верхних слоях атмосферы водяных паров образовались моря и океаны. С разогретой поверхности Земли, горячих морей и океанов интенсивно испарялась вода, которая, конденсируясь в верхних слоях атмосферы, опять возвращалась в виде обильных ливней. Всё это сопровождалось грозами. Частые и мощные электрические разряды — один из источников энергии, который мог использоваться для абиогенного синтеза органических соединений. Для таких же целей источником энергии могли служить жёсткое ультрафиолетовое излучение (из-за отсутствия в атмосфере Земли кислорода, а значит, и озонового экрана), радиация высоких энергий и тепловая энергия земных недр.
Большинство исследователей сходятся на том, что в процессе образования атмосферы участвовали реакции, сформировавшие многочисленные газообразные соединения. Основными из них являются гидриды (метан, аммиак, вода газообразная), а также водород и некоторые другие газы, но при полном отсутствии газообразного кислорода.
Согласно одной из гипотез жизнь началась в кусочке льда. Хотя многие учёные полагают, что присутствующий в атмосфере углекислый газ обеспечивал поддержание тепличных условий, другие считают, что на Земле господствовала зима. При низкой температуре все химические соединения более стабильны и поэтому могут накапливаться в больших количествах, чем при высокой температуре. Занесенные из космоса осколки метеоритов, выбросы из гидротермальных источников и химические реакции, происходящие при электрических разрядах в атмосфере, были источниками аммиака и таких органических соединений, как формальдегид и цианид. Попадая в воду Мирового океана, они замерзали вместе с ней. В ледяной толще молекулы органических веществ тесно сближались и вступали во взаимодействия, которые приводили к образованию глицина и других аминокислот. Океан был покрыт льдом, который защищал вновь образовавшиеся соединения от разрушения под действием ультрафиолетового излучения. Этот ледяной мир мог растаять, например, при падении на планету огромного метеорита (рис. 1).
Чарлз Дарвин и его современники полагали, что жизнь могла возникнуть в водоёме. Этой точки зрения многие учёные придерживаются и в настоящее время. В замкнутом и сравнительно небольшом водоёме органические вещества, приносимые впадающими в него водами, могли накапливаться в необходимых количествах. Затем эти соединения ещё больше концентрировались на внутренних поверхностях слоистых минералов, которые могли быть катализаторами реакций. Например, две молекулы фосфатальдегида, встретившиеся на поверхности минерала, реагировали между собой с образованием фосфорилированной углеводной молекулы — возможного предшественника рибонуклеиновой кислоты (рис. 2).
А может быть, жизнь возникла в районах вулканической деятельности? Непосредственно после образования Земля представляла собой огнедышащий шар магмы. При извержениях вулканов и с газами, высвобождавшимися из расплавленной магмы, на земную поверхность выносились разнообразные химические вещества, необходимые для синтеза органических молекул. Так, молекулы угарного газа, оказавшись на поверхности минерала пирита, обладающего каталитическими свойствами, могли реагировать с соединениями, имевшими метильные группы, и образовывать уксусную кислоту, из которой затем синтезировались другие органические соединения (рис. 3).Впервые получить органические молекулы — аминокислоты — в лабораторных условиях, моделирующих те, что были на первобытной Земле, удалось американскому учёному Стэнли Миллеру в 1952 году. Тогда эти эксперименты стали сенсацией, и их автор получил всемирную известность. В настоящее время он продолжает заниматься исследованиями в области предбиотической (до возникновения жизни) химии в Калифорнийском университете. Установка, на которой был осуществлён первый эксперимент, представляла собой систему колб, в одной из которых можно было получить мощный электрический разряд при напряжении 100000 В. Миллер заполнил эту колбу природными газами — метаном, водородом и аммиаком, которые присутствовали в атмосфере первобытной Земли. В колбе, расположенной ниже, было небольшое количество воды, имитирующей океан. Электрический разряд по своей силе приближался к молнии, и Миллер ожидал, что под его действием образуются химические соединения, которые, попав затем в воду, прореагируют друг с другом и образуют более сложные молекулы. Результат превзошёл все ожидания. Выключив вечером установку и вернувшись на следующее утро, Миллер обнаружил, что вода в колбе приобрела желтоватую окраску. То, что образовалось, оказалось бульоном из аминокислот — строительных блоков белков. Таким образом, этот эксперимент показал, как легко могли образоваться первичные ингредиенты живого. Всего-то и нужны были — смесь газов, маленький океан и небольшая молния. Другие учёные склонны считать, что древняя атмосфера Земли отличается от той, которую моделировал Миллер, и состояла, скорее всего, из углекислого газа и азота. Используя эту газовую смесь и экспериментальную установку Миллера, химики попытались получить органические соединения. Однако их концентрация в воде была такой ничтожной, как если бы растворили каплю пищевой краски в плавательном бассейне. Естественно, трудно себе представить, как могла возникнуть жизнь в таком разбавленном растворе. Если действительно вклад земных процессов в создание запасов первичного органического вещества был столь незначителен, то откуда оно вообще взялось? Может быть, из космоса? Астероиды, кометы, метеориты и даже частицы межпланетной пыли могли нести на себе органические соединения, включая аминокислоты. Эти внеземные объекты могли обеспечить попадание в первичный океан или небольшой водоём достаточного для зарождения жизни количества органических соединений. Последовательность и временной интервал событий, начиная от образования первичного органического вещества и кончая появлением жизни как таковой, остаётся и, наверное, навсегда останется загадкой, волнующей многих исследователей, равно как и вопрос, что собственно, считается жизнью.
В настоящее время существует несколько научных определений жизни, но все они не точны. Одни из них настолько широки, что под них попадают такие неживые объекты, как огонь или кристаллы минералов. Другие — слишком узки, и в соответствии с ними мулы, не дающие потомства, не признаются живыми.
Одно из наиболее удачных определяет жизнь как самоподдерживающуюся химическую систему, способную вести себя в соответствии с законами дарвиновской эволюции. Это значит, что, во-первых, группа живых особей должна производить подобных себе потомков, которые наследуют признаки родителей. Во-вторых, в поколениях потомков должны проявляться последствия мутаций — генетических изменений, которые наследуются последующими поколениями и обуславливают популяционную изменчивость. И, в-третьих, необходимо, чтобы действовала система естественного отбора, в результате которого одни особи получают преимущество перед другими и выживают в изменившихся условиях, давая потомство.
Какие же элементы системы были необходимы, чтобы у неё появились характеристики живого организма? Большое число биохимиков и молекулярных биологов считают, что необходимыми свойствами обладали молекулы РНК. Рибонуклеиновые кислоты — это особенные молекулы. Одни из них могут реплицироваться, мутировать, таким образом, передавая информацию, и, следовательно, они могли участвовать в естественном отборе. Правда, они не способны сами катализировать процесс репликации, хотя учёные надеются, что в недалёком будущем будет найден фрагмент РНК с такой функцией. Другие молекулы РНК задействованы в «считывании» генетической информации и передаче её на рибосомы, где происходит синтез белковых молекул, в котором принимают участие молекулы РНК третьего типа.
Таким образом, самая примитивная живая система могла быть представлена молекулами РНК, удваивающимися, подвергающимися мутациям и подверженными естественного отбору. В ходе эволюции на основе РНК возникли специализированные молекулы ДНК — хранители генетической информации — и не менее специализированные молекулы белка, взявшие на себя функции катализаторов синтеза всех известных в настоящее время биологических молекул.
В некий момент времени «живая система» из ДНК, РНК и белка нашла приют внутри мешочка, образованного липидной мембраной, и эта более защищённая от внешних воздействий структура послужила прототипом самых первых клеток, давших начало трём основным ветвям жизни, которые представлены в современном мире бактериями, археями и эукариотами. Что касается даты и последовательности появления таких первичных клеток, то это остаётся загадкой. Кроме того, по простым вероятностным оценкам для эволюционного перехода от органических молекул к первым организмам не хватает времени — первые простейшие организмы появились слишком внезапно.
В течение многих лет учёные полагали, что жизнь вряд ли могла возникнуть и развиваться в тот период, когда Земля постоянно подвергалась столкновениям с большими кометами и метеоритами, а завершился этот период примерно 3,8 миллиарда лет тому назад. Однако недавно в самых древних на Земле осадочных породах, найденных в юго-западной части Гренландии, были обнаружены следы сложных клеточных структур, возраст которых составляет, по крайней мере, 3,86 миллиардов лет. Значит, первые формы жизни могли возникнуть за миллионы лет до того, как прекратилась бомбардировка нашей планеты крупными космическими телами. Но тогда возможен и совсем другой сценарий (рис. 4). Органическое вещество попадало на Землю из космоса вместе с метеоритами и другими внеземными объектами, бомбардировавшими планету в течение сотен миллионов лет с момента её образования. Ныне столкновение с метеоритом — событие довольно редкое, но и сейчас из космоса вместе с межпланетным материалом на Землю продолжают поступать точно такие же соединения, как и на заре жизни.
Падавшие на Землю космические объекты могли сыграть центральную роль в возникновении жизни на нашей планете, так как, по мнению ряда исследователей, клетки, подобные бактериям, могли возникнуть на другой планете и затем уже попасть на Землю вместе с астероидами. Одно из свидетельств в пользу теории внеземного происхождения жизни было обнаружено внутри метеорита, по форме напоминающего картофелину и названного ALH84001. Первоначально этот метеорит был частичкой марсианской коры, которая затем была выброшена в космос в результате взрыва при столкновении огромного астероида с поверхностью Марса, происшедшего около 16 миллионов лет назад. А 13 тысяч лет назад после длительного путешествия в пределах Солнечной системы этот осколок марсианской породы в виде метеорита приземлился в Антарктике, где и был недавно обнаружен. При детальном исследовании метеорита внутри него были обнаружены палочковидные структуры, напоминающие по форме окаменелые бактерии, что дало повод для бурных научных споров о возможности жизни в глубине марсианской коры. Разрешить эти споры удастся не ранее 2005 года, когда Национальное управление по аэронавтике и космическим исследованиям Соединённых Штатов Америки осуществит программу полёта на Марс межпланетного корабля для отбора проб марсианской коры и доставки образцов на Землю. И если учёным удастся доказать, что микроорганизмы когда-то населяли Марс, то о внеземном возникновении жизни и о возможности занесения жизни из Космоса можно будет говорить с большей долей уверенности.
В настоящее время, да, наверное, и в будущем, наука не сможет дать ответ на вопрос, как выглядел самый первый организм, появившийся на Земле, — предок, от которого берут начало три основные ветви древа жизни. Одна из ветвей — эукариоты, клетки которых имеют оформленное ядро, содержащее генетический материал, и специализированные органеллы: митохондрии, вырабатывающие энергию, вакуоли и др. К эукариотным организмам относятся водоросли, грибы, растения, животные и человек.
Вторая ветвь — это бактерии — прокариотные (доядерные) одноклеточные организмы, не имеющие выраженного ядра и органелл. И наконец, третья ветвь — одноклеточные организмы, именуемые археями, или архебактериями, клетки которых имеют такое же строение, как и у прокариот, но совсем другую химическую структуру липидов.
Многие архебактерии способны выживать в крайне неблагоприятных экологических условиях. Некоторые из них являются термофилами и обитают только в горячих источниках с температурой 90°С и даже выше, где другие организмы попросту погибли бы. Превосходно чувствуя себя в таких условиях, эти одноклеточные организмы потребляют железо и серосодержащие вещества, а также ряд химических соединений, токсичных для других форм жизни. По мнению учёных, найденные термофильные архебактерии являются крайне примитивными организмами и в эволюционном отношении — близкими родственниками самых древних форм жизни на Земле. Интересно, что современные представители всех трёх ветвей жизни, наиболее похожие на своих прародителей, и сегодня обитают в местах с высокой температурой. Исходя из этого, некоторые учёные склонны считать, что, вероятнее всего, жизнь возникла около 4 миллиардов лет тому назад на дне океана вблизи горячих источников, извергающих потоки, богатые металлами и высокоэнергетическими веществами. Взаимодействуя друг с другом и с водой стерильного тогда океана, вступая в самые разнообразные химические реакции, эти соединения дали начало принципиально новым молекулам. Так, в течение десятков миллионов лет в этой «химической кухне» готовилось самое большое блюдо — жизнь. И вот около 4,5 миллиардов лет назад на Земле появились одноклеточные организмы, одинокое существование которых продолжалось весь докембрийский период.
Всплеск эволюции, давший начало многоклеточным организмам, произошёл гораздо позже, немногим более полумиллиарда лет назад. Хотя размеры микроорганизмов столь малы, что в одной капле воды могут поместиться миллиарды, масштабы проведённой ими работы грандиозны.
Полагают, что первоначально в земной атмосфере и Мировом океане не было свободного кислорода, и в этих условиях жили и развивались лишь анаэробные микроорганизмы. Особым шагом в эволюции живого было возникновение фотосинтезирующих бактерий, которые, используя энергию света, превращали углекислый газ в углеводные соединения, служащие пищей для других микроорганизмов. Если первые фотосинтетики выделяли метан или сероводород, то появившиеся однажды мутанты начали вырабатывать в процессе фотосинтеза кислород. По мере накопления кислорода в атмосфере и водах анаэробные бактерии, для которых он губителен, заняли бескислородные ниши.
В древних ископаемых остатках, найденных в Австралии, возраст которых исчисляется 3,46 миллиардов лет, были обнаружены структуры, которые считают остатками цианобактерий — первых фотосинтезирующих микроорганизмов. О былом господстве анаэробных микроорганизмов и цианобактерий свидетельствуют строматолиты, встречающиеся в мелководных прибрежных акваториях не загрязнённых солёных водоёмов. По форме они напоминают большие валуны и представляют интересное сообщество микроорганизмов, живущее в известняковых или доломитовых породах, образовавшихся в результате их жизнедеятельности. На глубину нескольких сантиметров от поверхности строматолиты насыщены микроорганизмами: в самом верхнем слое обитают фотосинтезирующие цианобактерии, вырабатывающие кислород; глубже обнаруживаются бактерии, которые до определённой степени терпимы к кислороду и не нуждаются в свете; в нижнем слое присутствуют бактерии, которые могут жить только в отсутствии кислорода. Расположенные в разных слоях, эти микроорганизмы составляют систему, объединённую сложными взаимоотношениями между ними, в том числе пищевыми. За микробной плёнкой обнаруживается порода, образующаяся в результате взаимодействия остатков отмёрших микроорганизмов с растворённым в воде карбонатом кальция. Учёные считают, что когда на первобытной Земле ещё не было континентов, и лишь архипелаги вулканов возвышались над поверхностью океана, мелководье изобиловало строматолитами.
В результате жизнедеятельности фотосинтезирующих цианобактерий в океане появился кислород, а примерно через 1 миллиард лет после этого он начал накапливаться в атмосфере. Сначала образовавшийся кислород взаимодействовал с растворённым в воде железом, что привело к появлению окислов железа, которые постепенно осаждались на дне. Так в течение миллионов лет с участием микроорганизмов возникли огромные залежи железной руды, из которой сегодня выплавляется сталь.
Затем, когда основное количество железа в океанах подверглось окислению и уже не могло связывать кислород, он в газообразном виде ушёл в атмосферу.
После того как фотосинтезирующиеся цианобактерии создали из углекислого газа определённый запас богатого энергией органического вещества и обогатили земную атмосферу кислородом, возникли новые бактерии — аэробы, которые могут существовать только в присутствии кислорода. Кислород им необходим для окисления (сжигания) органических соединений, а значительная часть получаемой энергии превращается в биологически доступную форму — аденозинтрифосфат (АТФ). Этот процесс энергетически очень выгоден: анаэробные бактерии при разложении одной молекулы глюкозы получают только две молекулы АТФ, а аэробные бактерии, использующие кислород, — 36 молекул АТФ.
С появлением достаточного для аэробног образа жизни количества кислорода дебютировали и эукариотные клетки, имеющие в отличие от бактерий ядро и такие органеллы, как митохондрии, лизосомы, а у водорослей и высших растений — хлоропласты, где совершаются фотосинтетические реакции. По поводу возникновения и развития эукариот существует интересная и вполне обоснованная гипотеза, высказанная почти 30 лет назад американским исследователем Л. Маргулисом. Согласно этой гипотезе митохондрии, выполняющие функции фабрик энергии в эукариотной клетке, — это аэробные бактерии, а хлоропласты растительных клеток, в которых происходит фотосинтез, — цианобактерии, поглощённые, вероятно, около двух миллиардов лет назад примитивными амёбами. В результате взаимовыгодных взаимодействий поглощённые бактерии стали внутренними симбионитами и образовали с поглотившей их клеткой устойчивую систему — эукариотную клетку.
Исследования ископаемых останков организмов в породах разного геологического возраста показали, что на протяжении сотен миллионов лет после возникновения эукариотные формы жизни были представлены микроскопическими шаровидными одноклеточными организмами, такими как дрожжи, а их эволюционное развитие протекало очень медленными темпами. Но немногим более 1 миллиарда лет назад возникло множество новых видов эукариот, что обозначило резкий скачок в эволюции жизни.
Прежде всего это было связано с появлением полового размножения. И если бактерии и одноклеточные эукариоты размножались, производя генетически идентичные копии самих себя и не нуждаясь в половом партнёре, то половое размножение у более высокоорганизованных эукариотных организмов происходит следующим образом. Две гаплоидные, имеющие одиарный набор хромосом половые клетки родителей, сливаясь, образуют зиготу, имеющую двойной набор хромосом с генами обоих партнёров, что создаёт возможности для новых генных комбинаций. Возникновение полового размножения привело к появлению новых организмов, которые и вышли на арену эволюции.
Три четверти всего времени существования жизни на Земле она была представлена исключительно микроорганизмами, пока не произошёл качественный скачок эволюции, приведший к появлению высокоорганизованных организмов, включая человека. Проследим основные вехи в истории жизни на Земле.
Четыре миллиарда лет назад загадочным образом возникла РНК. Возможно, что она образовалась из появившихся на первобытной Земле более простых органических молекул. Полагают, что древние молекулы РНК имели функции носителей генетической информации и белков-катализаторов, они были способны к репликации (самоудвоению), мутировали и подвергались естественному отбору. В современных клетках РНК не имеют или не проявляют этих свойств, но играют очень важную роль посредника в передаче генетической информации с ДНК на рибосомы, в которых происходит синтез белков.
3,9 миллиарда лет назад появились одноклеточные организмы, которые, вероятно, выглядели, как современные бактерии, и архебактерии. Как древние, так и современные прокариотные клетки устроены относительно просто: они не имеют оформленног ядра и специализированных органелл, в их желеподобной цитоплазме располагаются макромолекулы ДНК — носители генетической информации, и рибосомы, на которых происходит синтез белка, а энергия производится на цитоплазматической мембране, окружающей клетку.
Два миллиарда лет назад появились сложноорганизованные эукариотные клетки, когда одноклеточные организмы усложнили своё строение за счёт поглощения других прокариотных клеток. Одно из них — аэробные бактерии — превратились в митохондрии — энергетические станции кислородного дыхания. Другие — фотосинтетические бактерии — начали осуществлять фотосинтез внутри клетки-хозяина и стали хлоропластами в клетках водорослей и растений. Эукариотные клетки, имеющие эти органеллы и чётко обособленное ядро, включающее генетический материал, составляют все современные сложные формы жизни — от плесневых грибов до человека.
1,2 миллиарда лет назад произошёл взрыв эволюции, обусловленный появлением полового размножения и ознаменовавшийся появлением высокоорганизованных форм жизни — растений и животных.
| Эры | Периоды и их продолжительность (в млн. лет) | Животный и растительный мир | |
| Название и продолжительность (в млн. лет) | Возраст (в млн. лет) | ||
| Кайнозойская (новой жизни), 67 | 67 | Антропоген, 1,5 | Появление и развитие человека. Животный и растительный мир принял современный облик. |
| Неоген, 23,5 | Господство млекопитающих, птиц | ||
| Палеоген, 42 | Появление хвостатых лемуров, долгопятов, позднее — парапитеков, дриопитеков. Бурный расцвет насекомых. Продолжается вымирание крупных пресмыкающихся. Исчезают многие группы головоногих моллюсков. Господство покрытосеменных растений. | ||
| Мезозойская (средней жизни), 163 | 230 | Меловой, 70 | Появление высших млекопитающих и настоящих птиц, хотя и зубастые птицы ещё распространены. Преобладают костистые рыбы. Сокращение папоротников и голосеменных. Появление и распространение покрытосеменных |
| Юрский, 58 | Господство млекопитающих. Появление археоптерикса. Процветание головоногих моллюсков. Господство голосеменных. | ||
| Триасовый, 35 | Начало расцвета пресмыкающихся. Появление первых млекопитающих, настоящих костистых рыб. | ||
| Палеозойская (древней жизни), 340 | Возможно, 570 | Пермский, 55 | Быстрое развитие пресмыкающихся. Возникновение зверозубых пресмыкающихся. Вымирание трилобитов. Исчезновение каменноугольных лесов. Богатая флора голосеменных. |
| Каменноугольный, 75-65 | Расцвет земноводных. Возникновение первых пресмыкающихся. Появление летающих форм насекомых, пауков, скорпионов. Заметное уменьшение трилобитов. Расцвет папоротникообразных. Появление семенных папоротников. | ||
| Девонский, 60 | Расцвет щитковых. Появление кистепёрых рыб. Появление стегоцефалов. Распространение на суше высших споровых. | ||
| Силурийский, 30 | Пышное развитие кораллов, трилобитов. Появление бесчелюстных позвоночных — щитковых. Выход растений на сушу — псилофиты. Широкое распространение водорослей. | ||
Ордовикский, 60 Кембрийский, 70 | Процветают морские беспозвоночные. Широкое распространение трилобитов, водорослей. | ||
| Протерозойская (ранней жизни), свыше 2000 | 2700 | Органические остатки редки и малочисленны, но относятся ко всем типам беспозвоночных. Появление первичных хордовых — подтипа бесчерепных. | |
| Архейская (самая древняя в истории Земли), около 1000 | Возможно, >3500 | Следы жизни незначительны |
1. Полянский Ю. И., Браун А. Д., Верзилин Н. М., учебник для 9-10 классов средней школы «Общая биология», Москва, «Просвещение», 1987 г., 287 с.
2. Лемеза Н. А., Морозик М. С., Морозов Е. И., «Пособие по биологии для поступающих в вузы», Минск, ИП «Экоперспектива», 2000 г., 576 с.
3. Прохоров А. Л., «Возникновение жизни на Земле» по материалам статьи Ричарда Монастерски в журнале NationalGeographic, 1998 г.
[1] Абиогенез — образование органических соединений, распространённых в живой природе, вне организма без участия ферментов; возникновение живого из неживого.
[2] Биогенез — образование органических соединений живыми организмами; эмпирическое обобщение, утверждающее, что всё живое происходит от живого.
www.ronl.ru
Вопрос о том, когда на Земле появилась жизнь, всегда волновал не только учёных, но и всех людей. Ответы на него содержатся в священных писаниях практически всех религий. Хотя точного научного ответа на него до сих пор нет, некоторые факты позволяют высказать более или менее обоснованные гипотезы. В Гренландии исследователями был найден образец горной породы с крошечными вкраплениями углерода. Возраст образца более 3,8 млрд. лет. Источником углерода, скорее всего, было какое-то органическое вещество — за такое время оно полностью утратило свою структуру. Учёные полагают, что этот комочек углерода может быть самым древним следом жизни на Земле.
Происхождение жизни, возникновение живых существ — одна из центральных проблем естествознания, которая представляет как познавательный, так и научный интерес. Живые организмы в отличие от неживых имеют совокупность признаков: обмен веществ и энергии, способность к росту и развитию, размножению, к поддержанию определённого состава. Кроме того, для них характерно наличие саморегулирующейся метаболической системы (обмен веществ) и они обладают способностью к точному самовоспроизведению собственной метаболической системы (репликация ДНК, её матричное копирование и специфически детерминированный синтез белков-ферментов) и др.
Согласно современным представлениям, жизнь — это одна из форм существования материи, закономерно возникающая при определённых условиях в процессе её развития. Однако такая концепция появилась в ожесточённой многовековой борьбе материализма с различными идеалистическими течениями. Суть различных представлений о происхождении жизни можно выразить в трёх главных концепциях. Одна из них — идеалистические религиозные представления о сотворении всего живого из неживого Творцом, другая – абиогенез[1] и третья — биогенез[2] .
В теории абиогенеза два принципиально разных подхода: наивно-материалистические представления древних греков о самозарождении живых организмов из неживой природы и современные диалектико-материалистические представления о естественном возникновении жизни. В частности, Аристотель в принципе придерживался материалистических представлений об абиогенезе живых существ из неорганической природы. Однако его взгляды и взгляды его средневековых последователей превратились в механистические представления о самозарождении высокоразвитых органических форм (как растений, так и животных) непосредственно из неорганической материи (грязь, ил, пот и т.д.), а также о порождении одними формами других (например, гуси, овцы — из плодов деревьев).
Первый удар по представлениям о самозарождении нанесли эксперименты флорентийского естествоиспытателя Франческо Реди, который доказал невозможность самозарождения мух в мясе. Наряду с опытными открытыми сосудами с мясом он использовал контрольные, завязанные марлей и недоступные для мух. В контрольных сосудах черви (личинки мух) не могли самозарождаться. Однако эти эксперименты Франческо Реди не смогли опровергнуть представления о самозарождении, устоявшиеся веками.
Спустя несколько лет после проведённых экспериментов Франческо Реди голландский учёный Антони Левенгук открыл микроскопические существа, «самозарождение» которых можно было наблюдать в капельке чистой воды. Это открытие Антони Левенгуком микромира дало толчок развитию представлений о самозарождении, но уже на уровне микромира. Не дали окончательного ответа и эксперименты итальянского учёного Ладзаро Спалланцани, продемонстрировавшего невозможность самозарождения микроскопических живых существ в питательных жидкостях и бульонах после их кипячения в запаянных ретортах. Несогласные с выводами Ладзаро Спалланцани учёные считали, что в его экспериментах был нарушен доступ в сосуды активного начала, якобы содержащегося в воздухе и необходимого для самозарождения. Только остроумные опыты выдающегося французского учёного-микробиолога Луи Пастера смогли убедить всех скептиков и сокрушить представления о самозарождении.
Впервые определение биогенеза было выведено на основании опытов Луи Пастера. Он нагревал бульон в колбе с длинным, дважды изогнутым кончиком, в котором оседали все споры микроорганизмов, содержащиеся в воздухе, поступавшем в колбу после кипячения бульона. Такая конструкция колбы не препятствовала доступу воздуха, т.е. «активного начала». Колба оставалась стерильной месяцами, но стоило смочить бульоном изогнутое колено, как в колбе начиналось интенсивное развитие микроорганизмов. Опыты Луи Пастера сыграли важную роль в развенчании представлений о самозарождении и помогли утвердиться гипотезе биогенеза. Был сформулирован закон «Всё живое из живого», который имел большое значение для развития биологической науки и в то же время более чем на полвека исключил возможность рассмотрения абиогенного (из неорганической природы) пути возникновения живой материи. Биогенез как гипотеза о происхождении жизни не даёт материалистического ответа на вопрос об истоках появления органической материи во Вселенной. Однако она может вполне материалистически объяснить возникновение жизни на Земле путём заселения её спорами микроорганизмов и других низших форм жизни.
Перенесёмся на 4 миллиарда лет назад. Атмосфера не содержит свободного кислорода, он находится только в составе окислов. Почти никаких звуков, кроме свиста ветра, шипения извергающейся с лавой воды и ударов метеоритов о поверхность Земли. Ни растений, ни животных, ни бактерий. Может быть, так выглядела Земля, когда на ней появилась жизнь? Хотя эта проблема издавна волнует многих исследователей, их мнения на этот счёт сильно различаются. Об условиях на Земле того времени могли бы свидетельствовать горные породы, но они давно разрушились в результате геологических процессов и перемещений земной коры.
Как считает известный специалист в области проблемы возникновения жизни Стэнли Миллер, о возникновении жизни и начале её эволюции можно говорить с того момента, как органические молекулы самоорганизовывались в структуры, которые смогли воспроизводить самих себя. Но это порождает другие вопросы: как возникли молекулы; почему они могли самовоспроизводиться и собираться в те структуры, которые дали начало живым организмам; какие нужны для этого условия?
В 1924 году русским биохимиком Александром Ивановичем Опариным, а позднее, в 1929 году, Дж. Холдейном была высказана гипотеза о возникновении жизни как результате длительной эволюции углеродных соединений, которая легла в основу современных представлений. Александр Иванович Опарин исходил из того, что возникновение живых существ из неживой природы невозможно в современных условиях. Абиогенное возникновение живой материи, возможно, было только в условиях древней атмосферы. Доказать это можно логически, проанализировав историю возникновения Земли и формирования атмосферы.
Возраст Земли составляет около 5 миллиардов лет. Предполагается, что Солнце и планеты Солнечной системы возникли из облака космической пыли. За счёт движения (вращения) и сил гравитации всё новые и новые частицы увеличивали массу Земли. При этом силы гравитации возрастали, плотность Земли увеличивалась и происходило её разогревание. Как и всякое разогретое тело, Земля остывала, переходила из газообразного в жидкое состояние, а затем на её поверхности начала формироваться твёрдая корка. В результате этих процессов происходили химические реакции, тяжёлые вещества оседали к центру и образовывали ядро Земли, а более лёгкие — оболочку. За счёт сил гравитации Земля удерживала газовую оболочку. По мере её охлаждения из конденсировавшихся в верхних слоях атмосферы водяных паров образовались моря и океаны. С разогретой поверхности Земли, горячих морей и океанов интенсивно испарялась вода, которая, конденсируясь в верхних слоях атмосферы, опять возвращалась в виде обильных ливней. Всё это сопровождалось грозами. Частые и мощные электрические разряды — один из источников энергии, который мог использоваться для абиогенного синтеза органических соединений. Для таких же целей источником энергии могли служить жёсткое ультрафиолетовое излучение (из-за отсутствия в атмосфере Земли кислорода, а значит, и озонового экрана), радиация высоких энергий и тепловая энергия земных недр.
Большинство исследователей сходятся на том, что в процессе образования атмосферы участвовали реакции, сформировавшие многочисленные газообразные соединения. Основными из них являются гидриды (метан, аммиак, вода газообразная), а также водород и некоторые другие газы, но при полном отсутствии газообразного кислорода.
Согласно одной из гипотез жизнь началась в кусочке льда. Хотя многие учёные полагают, что присутствующий в атмосфере углекислый газ обеспечивал поддержание тепличных условий, другие считают, что на Земле господствовала зима. При низкой температуре все химические соединения более стабильны и поэтому могут накапливаться в больших количествах, чем при высокой температуре. Занесенные из космоса осколки метеоритов, выбросы из гидротермальных источников и химические реакции, происходящие при электрических разрядах в атмосфере, были источниками аммиака и таких органических соединений, как формальдегид и цианид. Попадая в воду Мирового океана, они замерзали вместе с ней. В ледяной толще молекулы органических веществ тесно сближались и вступали во взаимодействия, которые приводили к образованию глицина и других аминокислот. Океан был покрыт льдом, который защищал вновь образовавшиеся соединения от разрушения под действием ультрафиолетового излучения. Этот ледяной мир мог растаять, например, при падении на планету огромного метеорита (рис. 1).
Чарлз Дарвин и его современники полагали, что жизнь могла возникнуть в водоёме. Этой точки зрения многие учёные придерживаются и в настоящее время. В замкнутом и сравнительно небольшом водоёме органические вещества, приносимые впадающими в него водами, могли накапливаться в необходимых количествах. Затем эти соединения ещё больше концентрировались на внутренних поверхностях слоистых минералов, которые могли быть катализаторами реакций. Например, две молекулы фосфатальдегида, встретившиеся на поверхности минерала, реагировали между собой с образованием фосфорилированной углеводной молекулы — возможного предшественника рибонуклеиновой кислоты (рис. 2).
А может быть, жизнь возникла в районах вулканической деятельности? Непосредственно после образования Земля представляла собой огнедышащий шар магмы. При извержениях вулканов и с газами, высвобождавшимися из расплавленной магмы, на земную поверхность выносились разнообразные химические вещества, необходимые для синтеза органических молекул. Так, молекулы угарного газа, оказавшись на поверхности минерала пирита, обладающего каталитическими свойствами, могли реагировать с соединениями, имевшими метильные группы, и образовывать уксусную кислоту, из которой затем синтезировались другие органические соединения (рис. 3).Впервые получить органические молекулы — аминокислоты — в лабораторных условиях, моделирующих те, что были на первобытной Земле, удалось американскому учёному Стэнли Миллеру в 1952 году. Тогда эти эксперименты стали сенсацией, и их автор получил всемирную известность. В настоящее время он продолжает заниматься исследованиями в области предбиотической (до возникновения жизни) химии в Калифорнийском университете. Установка, на которой был осуществлён первый эксперимент, представляла собой систему колб, в одной из которых можно было получить мощный электрический разряд при напряжении 100000 В. Миллер заполнил эту колбу природными газами — метаном, водородом и аммиаком, которые присутствовали в атмосфере первобытной Земли. В колбе, расположенной ниже, было небольшое количество воды, имитирующей океан. Электрический разряд по своей силе приближался к молнии, и Миллер ожидал, что под его действием образуются химические соединения, которые, попав затем в воду, прореагируют друг с другом и образуют более сложные молекулы. Результат превзошёл все ожидания. Выключив вечером установку и вернувшись на следующее утро, Миллер обнаружил, что вода в колбе приобрела желтоватую окраску. То, что образовалось, оказалось бульоном из аминокислот — строительных блоков белков. Таким образом, этот эксперимент показал, как легко могли образоваться первичные ингредиенты живого. Всего-то и нужны были — смесь газов, маленький океан и небольшая молния. Другие учёные склонны считать, что древняя атмосфера Земли отличается от той, которую моделировал Миллер, и состояла, скорее всего, из углекислого газа и азота. Используя эту газовую смесь и экспериментальную установку Миллера, химики попытались получить органические соединения. Однако их концентрация в воде была такой ничтожной, как если бы растворили каплю пищевой краски в плавательном бассейне. Естественно, трудно себе представить, как могла возникнуть жизнь в таком разбавленном растворе. Если действительно вклад земных процессов в создание запасов первичного органического вещества был столь незначителен, то откуда оно вообще взялось? Может быть, из космоса? Астероиды, кометы, метеориты и даже частицы межпланетной пыли могли нести на себе органические соединения, включая аминокислоты. Эти внеземные объекты могли обеспечить попадание в первичный океан или небольшой водоём достаточного для зарождения жизни количества органических соединений. Последовательность и временной интервал событий, начиная от образования первичного органического вещества и кончая появлением жизни как таковой, остаётся и, наверное, навсегда останется загадкой, волнующей многих исследователей, равно как и вопрос, что собственно, считается жизнью.
В настоящее время существует несколько научных определений жизни, но все они не точны. Одни из них настолько широки, что под них попадают такие неживые объекты, как огонь или кристаллы минералов. Другие — слишком узки, и в соответствии с ними мулы, не дающие потомства, не признаются живыми.
Одно из наиболее удачных определяет жизнь как самоподдерживающуюся химическую систему, способную вести себя в соответствии с законами дарвиновской эволюции. Это значит, что, во-первых, группа живых особей должна производить подобных себе потомков, которые наследуют признаки родителей. Во-вторых, в поколениях потомков должны проявляться последствия мутаций — генетических изменений, которые наследуются последующими поколениями и обуславливают популяционную изменчивость. И, в-третьих, необходимо, чтобы действовала система естественного отбора, в результате которого одни особи получают преимущество перед другими и выживают в изменившихся условиях, давая потомство.
Какие же элементы системы были необходимы, чтобы у неё появились характеристики живого организма? Большое число биохимиков и молекулярных биологов считают, что необходимыми свойствами обладали молекулы РНК. Рибонуклеиновые кислоты — это особенные молекулы. Одни из них могут реплицироваться, мутировать, таким образом, передавая информацию, и, следовательно, они могли участвовать в естественном отборе. Правда, они не способны сами катализировать процесс репликации, хотя учёные надеются, что в недалёком будущем будет найден фрагмент РНК с такой функцией. Другие молекулы РНК задействованы в «считывании» генетической информации и передаче её на рибосомы, где происходит синтез белковых молекул, в котором принимают участие молекулы РНК третьего типа.
Таким образом, самая примитивная живая система могла быть представлена молекулами РНК, удваивающимися, подвергающимися мутациям и подверженными естественного отбору. В ходе эволюции на основе РНК возникли специализированные молекулы ДНК — хранители генетической информации — и не менее специализированные молекулы белка, взявшие на себя функции катализаторов синтеза всех известных в настоящее время биологических молекул.
В некий момент времени «живая система» из ДНК, РНК и белка нашла приют внутри мешочка, образованного липидной мембраной, и эта более защищённая от внешних воздействий структура послужила прототипом самых первых клеток, давших начало трём основным ветвям жизни, которые представлены в современном мире бактериями, археями и эукариотами. Что касается даты и последовательности появления таких первичных клеток, то это остаётся загадкой. Кроме того, по простым вероятностным оценкам для эволюционного перехода от органических молекул к первым организмам не хватает времени — первые простейшие организмы появились слишком внезапно.
В течение многих лет учёные полагали, что жизнь вряд ли могла возникнуть и развиваться в тот период, когда Земля постоянно подвергалась столкновениям с большими кометами и метеоритами, а завершился этот период примерно 3,8 миллиарда лет тому назад. Однако недавно в самых древних на Земле осадочных породах, найденных в юго-западной части Гренландии, были обнаружены следы сложных клеточных структур, возраст которых составляет, по крайней мере, 3,86 миллиардов лет. Значит, первые формы жизни могли возникнуть за миллионы лет до того, как прекратилась бомбардировка нашей планеты крупными космическими телами. Но тогда возможен и совсем другой сценарий (рис. 4). Органическое вещество попадало на Землю из космоса вместе с метеоритами и другими внеземными объектами, бомбардировавшими планету в течение сотен миллионов лет с момента её образования. Ныне столкновение с метеоритом — событие довольно редкое, но и сейчас из космоса вместе с межпланетным материалом на Землю продолжают поступать точно такие же соединения, как и на заре жизни.
Падавшие на Землю космические объекты могли сыграть центральную роль в возникновении жизни на нашей планете, так как, по мнению ряда исследователей, клетки, подобные бактериям, могли возникнуть на другой планете и затем уже попасть на Землю вместе с астероидами. Одно из свидетельств в пользу теории внеземного происхождения жизни было обнаружено внутри метеорита, по форме напоминающего картофелину и названного ALH84001. Первоначально этот метеорит был частичкой марсианской коры, которая затем была выброшена в космос в результате взрыва при столкновении огромного астероида с поверхностью Марса, происшедшего около 16 миллионов лет назад. А 13 тысяч лет назад после длительного путешествия в пределах Солнечной системы этот осколок марсианской породы в виде метеорита приземлился в Антарктике, где и был недавно обнаружен. При детальном исследовании метеорита внутри него были обнаружены палочковидные структуры, напоминающие по форме окаменелые бактерии, что дало повод для бурных научных споров о возможности жизни в глубине марсианской коры. Разрешить эти споры удастся не ранее 2005 года, когда Национальное управление по аэронавтике и космическим исследованиям Соединённых Штатов Америки осуществит программу полёта на Марс межпланетного корабля для отбора проб марсианской коры и доставки образцов на Землю. И если учёным удастся доказать, что микроорганизмы когда-то населяли Марс, то о внеземном возникновении жизни и о возможности занесения жизни из Космоса можно будет говорить с большей долей уверенности.
В настоящее время, да, наверное, и в будущем, наука не сможет дать ответ на вопрос, как выглядел самый первый организм, появившийся на Земле, — предок, от которого берут начало три основные ветви древа жизни. Одна из ветвей — эукариоты, клетки которых имеют оформленное ядро, содержащее генетический материал, и специализированные органеллы: митохондрии, вырабатывающие энергию, вакуоли и др. К эукариотным организмам относятся водоросли, грибы, растения, животные и человек.
Вторая ветвь — это бактерии — прокариотные (доядерные) одноклеточные организмы, не имеющие выраженного ядра и органелл. И наконец, третья ветвь — одноклеточные организмы, именуемые археями, или архебактериями, клетки которых имеют такое же строение, как и у прокариот, но совсем другую химическую структуру липидов.
Многие архебактерии способны выживать в крайне неблагоприятных экологических условиях. Некоторые из них являются термофилами и обитают только в горячих источниках с температурой 90°С и даже выше, где другие организмы попросту погибли бы. Превосходно чувствуя себя в таких условиях, эти одноклеточные организмы потребляют железо и серосодержащие вещества, а также ряд химических соединений, токсичных для других форм жизни. По мнению учёных, найденные термофильные архебактерии являются крайне примитивными организмами и в эволюционном отношении — близкими родственниками самых древних форм жизни на Земле. Интересно, что современные представители всех трёх ветвей жизни, наиболее похожие на своих прародителей, и сегодня обитают в местах с высокой температурой. Исходя из этого, некоторые учёные склонны считать, что, вероятнее всего, жизнь возникла около 4 миллиардов лет тому назад на дне океана вблизи горячих источников, извергающих потоки, богатые металлами и высокоэнергетическими веществами. Взаимодействуя друг с другом и с водой стерильного тогда океана, вступая в самые разнообразные химические реакции, эти соединения дали начало принципиально новым молекулам. Так, в течение десятков миллионов лет в этой «химической кухне» готовилось самое большое блюдо — жизнь. И вот около 4,5 миллиардов лет назад на Земле появились одноклеточные организмы, одинокое существование которых продолжалось весь докембрийский период.
Всплеск эволюции, давший начало многоклеточным организмам, произошёл гораздо позже, немногим более полумиллиарда лет назад. Хотя размеры микроорганизмов столь малы, что в одной капле воды могут поместиться миллиарды, масштабы проведённой ими работы грандиозны.
Полагают, что первоначально в земной атмосфере и Мировом океане не было свободного кислорода, и в этих условиях жили и развивались лишь анаэробные микроорганизмы. Особым шагом в эволюции живого было возникновение фотосинтезирующих бактерий, которые, используя энергию света, превращали углекислый газ в углеводные соединения, служащие пищей для других микроорганизмов. Если первые фотосинтетики выделяли метан или сероводород, то появившиеся однажды мутанты начали вырабатывать в процессе фотосинтеза кислород. По мере накопления кислорода в атмосфере и водах анаэробные бактерии, для которых он губителен, заняли бескислородные ниши.
В древних ископаемых остатках, найденных в Австралии, возраст которых исчисляется 3,46 миллиардов лет, были обнаружены структуры, которые считают остатками цианобактерий — первых фотосинтезирующих микроорганизмов. О былом господстве анаэробных микроорганизмов и цианобактерий свидетельствуют строматолиты, встречающиеся в мелководных прибрежных акваториях не загрязнённых солёных водоёмов. По форме они напоминают большие валуны и представляют интересное сообщество микроорганизмов, живущее в известняковых или доломитовых породах, образовавшихся в результате их жизнедеятельности. На глубину нескольких сантиметров от поверхности строматолиты насыщены микроорганизмами: в самом верхнем слое обитают фотосинтезирующие цианобактерии, вырабатывающие кислород; глубже обнаруживаются бактерии, которые до определённой степени терпимы к кислороду и не нуждаются в свете; в нижнем слое присутствуют бактерии, которые могут жить только в отсутствии кислорода. Расположенные в разных слоях, эти микроорганизмы составляют систему, объединённую сложными взаимоотношениями между ними, в том числе пищевыми. За микробной плёнкой обнаруживается порода, образующаяся в результате взаимодействия остатков отмёрших микроорганизмов с растворённым в воде карбонатом кальция. Учёные считают, что когда на первобытной Земле ещё не было континентов, и лишь архипелаги вулканов возвышались над поверхностью океана, мелководье изобиловало строматолитами.
В результате жизнедеятельности фотосинтезирующих цианобактерий в океане появился кислород, а примерно через 1 миллиард лет после этого он начал накапливаться в атмосфере. Сначала образовавшийся кислород взаимодействовал с растворённым в воде железом, что привело к появлению окислов железа, которые постепенно осаждались на дне. Так в течение миллионов лет с участием микроорганизмов возникли огромные залежи железной руды, из которой сегодня выплавляется сталь.
Затем, когда основное количество железа в океанах подверглось окислению и уже не могло связывать кислород, он в газообразном виде ушёл в атмосферу.
После того как фотосинтезирующиеся цианобактерии создали из углекислого газа определённый запас богатого энергией органического вещества и обогатили земную атмосферу кислородом, возникли новые бактерии — аэробы, которые могут существовать только в присутствии кислорода. Кислород им необходим для окисления (сжигания) органических соединений, а значительная часть получаемой энергии превращается в биологически доступную форму — аденозинтрифосфат (АТФ). Этот процесс энергетически очень выгоден: анаэробные бактерии при разложении одной молекулы глюкозы получают только две молекулы АТФ, а аэробные бактерии, использующие кислород, — 36 молекул АТФ.
С появлением достаточного для аэробног образа жизни количества кислорода дебютировали и эукариотные клетки, имеющие в отличие от бактерий ядро и такие органеллы, как митохондрии, лизосомы, а у водорослей и высших растений — хлоропласты, где совершаются фотосинтетические реакции. По поводу возникновения и развития эукариот существует интересная и вполне обоснованная гипотеза, высказанная почти 30 лет назад американским исследователем Л. Маргулисом. Согласно этой гипотезе митохондрии, выполняющие функции фабрик энергии в эукариотной клетке, — это аэробные бактерии, а хлоропласты растительных клеток, в которых происходит фотосинтез, — цианобактерии, поглощённые, вероятно, около двух миллиардов лет назад примитивными амёбами. В результате взаимовыгодных взаимодействий поглощённые бактерии стали внутренними симбионитами и образовали с поглотившей их клеткой устойчивую систему — эукариотную клетку.
Исследования ископаемых останков организмов в породах разного геологического возраста показали, что на протяжении сотен миллионов лет после возникновения эукариотные формы жизни были представлены микроскопическими шаровидными одноклеточными организмами, такими как дрожжи, а их эволюционное развитие протекало очень медленными темпами. Но немногим более 1 миллиарда лет назад возникло множество новых видов эукариот, что обозначило резкий скачок в эволюции жизни.
Прежде всего это было связано с появлением полового размножения. И если бактерии и одноклеточные эукариоты размножались, производя генетически идентичные копии самих себя и не нуждаясь в половом партнёре, то половое размножение у более высокоорганизованных эукариотных организмов происходит следующим образом. Две гаплоидные, имеющие одиарный набор хромосом половые клетки родителей, сливаясь, образуют зиготу, имеющую двойной набор хромосом с генами обоих партнёров, что создаёт возможности для новых генных комбинаций. Возникновение полового размножения привело к появлению новых организмов, которые и вышли на арену эволюции.
Три четверти всего времени существования жизни на Земле она была представлена исключительно микроорганизмами, пока не произошёл качественный скачок эволюции, приведший к появлению высокоорганизованных организмов, включая человека. Проследим основные вехи в истории жизни на Земле.
Четыре миллиарда лет назад загадочным образом возникла РНК. Возможно, что она образовалась из появившихся на первобытной Земле более простых органических молекул. Полагают, что древние молекулы РНК имели функции носителей генетической информации и белков-катализаторов, они были способны к репликации (самоудвоению), мутировали и подвергались естественному отбору. В современных клетках РНК не имеют или не проявляют этих свойств, но играют очень важную роль посредника в передаче генетической информации с ДНК на рибосомы, в которых происходит синтез белков.
3,9 миллиарда лет назад появились одноклеточные организмы, которые, вероятно, выглядели, как современные бактерии, и архебактерии. Как древние, так и современные прокариотные клетки устроены относительно просто: они не имеют оформленног ядра и специализированных органелл, в их желеподобной цитоплазме располагаются макромолекулы ДНК — носители генетической информации, и рибосомы, на которых происходит синтез белка, а энергия производится на цитоплазматической мембране, окружающей клетку.
Два миллиарда лет назад появились сложноорганизованные эукариотные клетки, когда одноклеточные организмы усложнили своё строение за счёт поглощения других прокариотных клеток. Одно из них — аэробные бактерии — превратились в митохондрии — энергетические станции кислородного дыхания. Другие — фотосинтетические бактерии — начали осуществлять фотосинтез внутри клетки-хозяина и стали хлоропластами в клетках водорослей и растений. Эукариотные клетки, имеющие эти органеллы и чётко обособленное ядро, включающее генетический материал, составляют все современные сложные формы жизни — от плесневых грибов до человека.
1,2 миллиарда лет назад произошёл взрыв эволюции, обусловленный появлением полового размножения и ознаменовавшийся появлением высокоорганизованных форм жизни — растений и животных.
| Эры | Периоды и их продолжительность (в млн. лет) | Животный и растительный мир | |
| Название и продолжительность (в млн. лет) | Возраст (в млн. лет) | ||
| Кайнозойская (новой жизни), 67 | 67 | Антропоген, 1,5 | Появление и развитие человека. Животный и растительный мир принял современный облик. |
| Неоген, 23,5 | Господство млекопитающих, птиц | ||
| Палеоген, 42 | Появление хвостатых лемуров, долгопятов, позднее — парапитеков, дриопитеков. Бурный расцвет насекомых. Продолжается вымирание крупных пресмыкающихся. Исчезают многие группы головоногих моллюсков. Господство покрытосеменных растений. | ||
| Мезозойская (средней жизни), 163 | 230 | Меловой, 70 | Появление высших млекопитающих и настоящих птиц, хотя и зубастые птицы ещё распространены. Преобладают костистые рыбы. Сокращение папоротников и голосеменных. Появление и распространение покрытосеменных |
| Юрский, 58 | Господство млекопитающих. Появление археоптерикса. Процветание головоногих моллюсков. Господство голосеменных. | ||
| Триасовый, 35 | Начало расцвета пресмыкающихся. Появление первых млекопитающих, настоящих костистых рыб. | ||
| Палеозойская (древней жизни), 340 | Возможно, 570 | Пермский, 55 | Быстрое развитие пресмыкающихся. Возникновение зверозубых пресмыкающихся. Вымирание трилобитов. Исчезновение каменноугольных лесов. Богатая флора голосеменных. |
| Каменноугольный, 75-65 | Расцвет земноводных. Возникновение первых пресмыкающихся. Появление летающих форм насекомых, пауков, скорпионов. Заметное уменьшение трилобитов. Расцвет папоротникообразных. Появление семенных папоротников. | ||
| Девонский, 60 | Расцвет щитковых. Появление кистепёрых рыб. Появление стегоцефалов. Распространение на суше высших споровых. | ||
| Силурийский, 30 | Пышное развитие кораллов, трилобитов. Появление бесчелюстных позвоночных — щитковых. Выход растений на сушу — псилофиты. Широкое распространение водорослей. | ||
Ордовикский, 60 Кембрийский, 70 | Процветают морские беспозвоночные. Широкое распространение трилобитов, водорослей. | ||
| Протерозойская (ранней жизни), свыше 2000 | 2700 | Органические остатки редки и малочисленны, но относятся ко всем типам беспозвоночных. Появление первичных хордовых — подтипа бесчерепных. | |
| Архейская (самая древняя в истории Земли), около 1000 | Возможно, >3500 | Следы жизни незначительны |
1. Полянский Ю. И., Браун А. Д., Верзилин Н. М., учебник для 9-10 классов средней школы «Общая биология», Москва, «Просвещение», 1987 г., 287 с.
2. Лемеза Н. А., Морозик М. С., Морозов Е. И., «Пособие по биологии для поступающих в вузы», Минск, ИП «Экоперспектива», 2000 г., 576 с.
3. Прохоров А. Л., «Возникновение жизни на Земле» по материалам статьи Ричарда Монастерски в журнале NationalGeographic, 1998 г.
[1] Абиогенез — образование органических соединений, распространённых в живой природе, вне организма без участия ферментов; возникновение живого из неживого.
[2] Биогенез — образование органических соединений живыми организмами; эмпирическое обобщение, утверждающее, что всё живое происходит от живого.
www.ronl.ru
Вертьянов С. Ю.
В вопросе о возникновении жизни ученые разделились на две группы: одни полагают, что все живое происходит только от живого посредством биогенеза, другие считают возможным абиогенез — появление живого из неживого. Первые признают Творца, а последние считают материю существующей самостоятельно. Но есть и исключения. Сторонник биогенеза академик Вернадский оставался материалистом и утверждал, что «жизнь вечна, как вечен космос», а немецкий математик Лейбниц полагал, что неживая материя постепенно формирует живую под действием Духа Божия.
В ХIХ в. знаменитый французский ученый Луи Пастер экспериментально доказал невозможность самостоятельного появления живых организмов даже в особом питательном растворе, тщательно прокипяченном и закрытом от проникновения микробов. За свои эксперименты он получил специальную премию французской Академии наук. Л. Пастер, основавший микробиологию и иммунологию, открывший анаэробные бактерии и причину брожения, по поводу идеи самозарождения жизни говорил, что «потомки в один прекрасный день от души посмеются над глупостью современных нам ученых материалистов».
Значительно позже, в 1924 г. русский академик А. И. Опарин предложил гипотезу, согласно которой жизнь на Земле могла появиться не сразу в виде микроорганизмов, а ей предшествовало абиогенное образование органических соединений. В 1955 г. американский исследователь С. Миллер, имитируя предполагаемые суровые условия первобытной планеты, пропускал электрические разряды величиной до 60 кВ через смесь СН4, Nh4, Н2 и паров Н2О при температуре 80°С и давлении в несколько паскалей. Миллеру удалось получить уксусную и муравьиную кислоты, наипростейшие жирные кислоты и в небольшом количестве некоторые аминокислоты. Эти опыты можно считать первыми шагами современной теории молекулярной эволюции.
Абиогенез и законы термодинамики
В рамках эволюционной теории до сих пор не удается решить один из главных вопросов: откуда появились первые организмы? Если процесс развития одного животного в другое можно себе хотя бы представить, то как объяснить самопроизвольное зарождение живых существ? Могла ли неживая материя произвести жизнь? Нас с вами? Совершенно естественно, что этот вопрос всегда вызывал сомнение. Знаменитый Гейзенберг, один из создателей квантовой теории, одобрительно отзываясь о своем коллеге Паули, другом гениальном ученом, писал: «Паули скептически относится к очень распространенному в современной биологии дарвинистскому воззрению, согласно которому развитие видов на Земле стало возможным лишь благодаря мутациям и результатам действия законов физики и химии». Обратимся к научным фактам и рассмотрим начало предполагаемого абиогенеза.
Согласно теории молекулярной эволюции, в первичном океане или в сырых местах суши случайно образовались молекулы аминокислот, затем эти молекулы сгруппировались в сгустки (коацерваты), и в этих сгустках начался процесс формирования белков. Как мы уже знаем из § 2, вероятность случайного появления конкретной белковой молекулы в случайном наборе аминокислот всего 10-325. Следует еще учесть, что в природе существуют не только 20 жизненно важных, а около 300 аминокислот, большая часть из которых никакого отношения к живым организмам не имеет! Кроме того, как показали эксперименты, аминокислоты очень неохотно присоединяются друг к другу — существенно эффективнее они реагировали бы с любыми другими молекулами предполагаемого первобытного «бульона». И даже если бы белок получился, он был бы биологически неактивным. Дело в том, что биологически активные белки содержат аминокислоты исключительно левого вращения, а химические законы могут давать лишь смеси правых и левых форм в случайных пропорциях. Поэтому невозможно, чтобы аминокислоты левого вращения сами по себе сбивались в большие кучи (отдельно от правых форм!) и формировали белки, а, следовательно, жизнь самопроизвольно произойти не может.
Процесс самоусложнения молекул совершенно не естествен еще и по другой причине. Вспомним второе начало термодинамики, одна из его формулировок гласит: всякая молекулярная система, предоставленная себе самой, стремится к состоянию наибольшего хаоса, ее энтропия (величина, характеризующая степень хаоса) растет. Поэтому, например, тепло не передается самопроизвольно от менее нагретого тела более нагретому. Рассматриваемое явление самофоpмиpования упорядоченности вопреки второму началу сопровождалось бы уменьшением энтропии.
Появление порядка наблюдается нами в природе, но это отнюдь не самоупорядочение! Вода скапливается в низких местах, образуя лужи, а замерзая — симметричные снежинки. Многие вещества обладают свойством формировать кристаллы. Эти состояния просто-напросто отвечают минимуму потенциальной энергии и сопровождаются выделением теплоты, так что в целом энтропия растет.
Переходы в более упорядоченное состояние с меньшей энтропией возможны лишь в некоторых исключительных случаях неравновесных, необратимых процессов в открытых системах (теорию самоорганизации неравновесных термодинамических структур основал И. Пригожин). Но нет никаких причин считать предполагаемый процесс образования белков или ДНК неравновесным, необратимым. Ведь катализаторов подобной сборки в первоокеане быть не могло, не было и положительных обратных связей, усиливающих случайные процессы образования промежуточных молекул. А их развал интенсивно усиливался бы ультрафиолетом, гидролизом и разнообразными химическими веществами первоокеана. В живых организмах энзимы обеспечивают скорость синтеза, в десятки раз превышающую скорострельность пулемета! Иначе и нельзя: промежуточные молекулы очень нестабильны и могут развалиться, целые «бригады сборщиков» (группы молекул) сменяются сотни раз в секунду.
Самосинтез в каждый момент шел бы и вперед посредством флуктуаций (случайного появления нужных молекул), и еще быстрее — назад через развал новой структуры из молекул аминокислот, то есть равновесным и обратимым образом. Вероятность же гигантской флуктуации, приводящей к появлению белка целиком, ничтожно мала. Гипотеза самообразования белковых молекул противоречит основным законам термодинамики. Пригожин и его коллеги не смогли и приблизиться к доказательству того, что огромное количество информации, необходимое для самовоспроизведения молекул, могло накопиться естественным путем вопреки закону энтропии. Теория самоорганизации Пригожина-Арнольда-Хакена предлагает лишь некоторые теоретические размышления и аналогии, весьма далекие от доказательств возникновения жизни из хаоса, что бесспорно признавал и сам И. Пригожин. Комментируя некоторые явления упорядочения, теория самоорганизации не в состоянии объяснить начало жизни — появление белковых молекул.
Живые организмы, несомненно, обладают свойством самоорганизации, понижая свою энтропию за счет внешних источников, но их функционирование не объясняет появления жизни. На бесформенной земле из зернышек вырастают деревья, используя солнце, минеральные вещества и углекислый газ. Зернышко или яйцеклетка уже содержат всю необходимую генетическую информацию: код для полного развития во взрослый организм, программы регуляции, замены и обновления. Яйцеклетка представляет собой весьма сложную структуру, наделенную всеми метаболическими системами, необходимыми для жизни. Но как появились первые существа — остается для эволюционной теории неразрешимой загадкой.
Абиогенез с позиций биохимии
Некоторые ученые утверждали, что им все-таки удалось синтезировать белки из смеси аминокислот. Однако с сенсацией явно поспешили: реально было получено лишь некое отдаленное подобие белков, так называемые термальные протеиноиды, состоящие из полимерной сетки (в белках, как мы знаем, аминокислоты образуют цепочку) аминокислот не только с альфа-пептидными связями, но и с бета-пептидными. Существующие в белке альфа-пептидные связи формируются в сложном взаимодействии множества специальных молекул. При случайном образовании связей лишь половина из них оказывается альфа-пептидными. Полимерная сетка не обладала пространственной структурой белка, не имела свойственной ему совершенно определенной последовательности соединения молекул и, соответственно, не имела никакого отношения к жизни.
В процессе воспроизведения белков в живых существах участвуют: ДНК, информационная РНК, не менее 20 различных транспортных РНК, каждая со своей аминокислотой, рибосомы, состоящие из 3-4 рибосомных РНК и 55 различных молекул белка, целый комплекс ферментов. Необходимо еще тонкое энергетическое обеспечение посредством АТФ (для синтеза среднего белка требуются тысячи молекул АТФ). Обыкновенный подогрев или освещение Солнцем могут только разрушить молекулярные связи. В синтезе белка участвует вся живая клетка, нарушение хотя бы одного из компонентов блокирует процесс. Для современных ученых удивителен и сам факт функционирования этой сложной системы в организме. Возможность же самовоспроизведения белков квалифицированные биохимики абсолютно исключают!
В 1986 г. состоялась встpеча Междунаpодного Общества по изучению возникновения жизни, на которой пpисутствовало около 300 ведущих исследователей. Учеными было доказано, что синтез РНК в условиях первичного океана абсолютно невозможен. Более того: оказался невозможным даже синтез моносахарида рибозы — более простой составляющей РНК.
ДНК не имеет полной стабильности и внутри живой клетки. Ее строение контролируется и исправляется (репарируется) определенными ферментами. Эта макромолекула функционирует в состоянии динамического равновесия возникающих в ее строении нарушений и их исправления ферментами. Вне клетки ДНК быстро разрушается. Сооткрыватель двойной спирали ДНК лауреат Нобелевской премии Ф. Крик категорически отрицает возможность самопроизвольного возникновения жизни из химических элементов Земли.
И даже если биологическая макpомолекула откуда-то бы появилась — это еще не живая клетка. В состав клетки входит множество макромолекул, соединенных в определенном поpядке. Веpоятность случайного обpазования ферментов, необходимых клетке, хотя бы один раз за миллиард лет составляет всего 10-40000. Это число, как заявил один из авторитеных ученых астрофизик Фред Хойл, «достаточно мало, чтобы похоронить Даpвина и всю теоpию эволюции». Если всю солнечную систему заполнить людьми (1050 человек), каждый из которых не глядя крутит кубик Рубика, то указанная вероятность образования ферментов, необходимых живой клетке, примерно равна вероятности того, что у всех этих людей грани кубика одновременно вдруг окажутся собранными по цвету!
Помимо феpментов в клетке есть еще более сложные обpазования. Веpоятность самосборки живой клетки из приготовленных и сложенных «в кучку» необходимых атомов даже в самой благоприятной химической среде составляет 10-100 000 000 000! Такие величины наглядно показывают, о чем вообще идет речь, как сильно мы ошибаемся, ожидая подобные события. Каким же образом ученым «удалось» игнорировать эти ничтожные вероятности? Специалисты в области молекулярной эволюции, называя свою науку «весьма гипотетической», указывают, что расчеты вероятностей самозарождения жизни никогда не производились и не принимались во внимание, поскольку эволюция считалась фактом. Ученые лишь пытались объяснить, как она могла произойти.
Самопpоисхождение жизни — вовсе не такой уж естественный пpоцесс, как наивно полагали последователи Дарвина. Напротив, с самого начала (заpождения сложных молекул) и до самого конца (появления человека) — это нелепое нагромождение невероятных, противоестественных случайностей. Справедливо заключить, что вера в ныне принятые схемы спонтанного абиогенеза противоречит здравому смыслу. Невозможность самозарождения жизни стала камнем преткновения всех прежних и новейших эволюционных теорий.
Гениальный Томас Эдиссон (именно он изобрел современную лампочку, разработал телефон и телеграф) известен интересным высказыванием: «Существование Бога может даже быть доказано химическим путем». Предсказанное великим изобретателем доказательство сейчас перед нами: факты молекулярной физики, генетики и биохимии полностью доказывают невозможность случайного самопроисхождения живых существ. Выходит, Создатель у нас все-таки есть? Гениальный ученый Макс Борн, один из основателей квантовой теории, писал: «Время материализма прошло. Мы убеждены в том, что физико-химический аспект ни в коей мере недостаточен для изображения фактов жизни, не говоря уже о фактах мышления».
Невозможность самозарождения жизни
В рассмотренных нами возможностях самообразования макромолекул предполагалось, что на древней Земле отсутствовали прямые запреты таких процессов, хотя их было, по меньшей мере, два. Первый запрет — разpушение формирующихся из аминокислот белковых молекул водой в pезультате pеакций гидpолиза. Второй запрет — немедленное окисление соединений аминокислот кислородом. Предполагалось, что в древности на планете отсутствовал кислород, и тогда-то смогли зародиться макромолекулы, сформировавшие простейшие микроорганизмы. Но в самых дpевних поpодах содержится двуокись железа, так что нет оснований предполагать отсутствие кислорода в древней атмосфере. Если бы все же кислород отсутствовал, то ультрафиолет, проникающий сквозь такую бескислородную атмосферу, не имеющую защитного озонового слоя, разрушил бы молекулы белков. Итак, для идеи самопроисхождения жизни не подходит ни отсутствие кислорода, ни его наличие.
Есть и третий запрет. Предполагалось (в особенности после опытов Миллера), что первоатмосфера состояла из метана и аммиака — компонентов, необходимых для самосинтеза аминокислот. Как показали экспериментальные исследования и компьютерное моделирование древней атмосферы, эти газы разрушились бы ультрафиолетовыми лучами, а первичная атмосфера теоретически могла состоять лишь из азота и углекислого газа. Откуда же тогда появились аминокислоты, из которых состоят белки?
Самообразование жизненно важных макромолекул требует огромного количества противоречивых условий, не позволяющих соединить части теории молекулярной эволюции в целостную научную концепцию. Не разработано никакой серьезной научной теории о том, где, в каких условиях на Земле мог идти синтез белка. Существующие гипотезы, включая новейшие (формирование жизни на основе не ДНК, а РНК-геномов, так называемый «мир РНК»), описывают только мелкие разрозненные фрагменты предполагаемого процесса, они выглядят очень искусственными и вызывают лишь улыбки специалистов. Нужно потрудиться, как утверждают генетики, чтобы найти среди современных экспериментаторов сторонника случайного происхождения жизни. Около 50 лет экспериментирования в области молекулярной эволюции привели скорее к лучшему пониманию масштабов проблемы возникновения жизни на Земле, чем к ее разрешению.
Процесс самозарождения при его всестороннем исследовании оказался решительно невозможным. Однако находятся энтузиасты, которые, подобно академику В. И. Вернадскому, пытаются реанимировать эволюционную теорию фантастической гипотезой о самозарождении жизни неведомым образом где-то в космосе и последующей транспортации ее на Землю метеоритом или даже сознательным посевом жизни на планете разумными существами. Пленяя своей фантастичностью, новые гипотезы не объясняют происхождения жизни, а только перемещают проблему в космические глубины. Но законы физики универсальны. Все проведенные расчеты вероятностей будут справедливы и там, в неведомых глубинах вселенной. И там будут все те же смехотворные возможности самозарождения. Понимал это и Вернадский. Его учение о сфере разума родственно панпсихизму Т. Шардена (в 1920-е годы они вместе работали в Сорбонне) с его якобы присущим материи свойством самоусложняться и порождать жизнь, но Вернадский, тем не менее, не допускал мысли, что существа могли развиться из неживой материи, а утверждал, что «жизнь вечна и передавалась всегда только от живых организмов живым организмам». Наш выдающийся палеонтолог Б. С. Соколов говорил о «невозможности появления живого из неживого». Отрицал возможность спонтанно-материалистического появления жизни на Земле и С. В. Мейен.
Попытаемся осознать, насколько ничтожны вероятности самозарождения. Может ли обезьяна, шлепая по клавишам, случайно набрать «Войну и мир»? Как говорит математика, может, но вероятность такого события крайне мала, примерно 10-5 000 000. Выходит, ожидая случайного появления одной простейшей клетки даже в идеальных гипотетических условиях, мы надеемся на то, что обезьяне удастся 20 000 раз подряд без единой ошибки набрать «Войну и мир»! Смешно рассчитывать на подобные события. Поэтому каждый, кто возьмет в руки произведение Толстого, без тени сомнения скажет, что оно написано человеком, причем одаренным, и, конечно же, будет прав. Если мы взглянем на скульптуры Микеланджело, то с уверенностью скажем, что их создал человек, и притом талантливейший. Никому и в голову не придет, что такие произведения искусства случайно образуются сами в результате того, что каменные глыбы, срываясь с вершин гор и падая в пропасть, так чудесно обтесываются. Отчего-то никто не рыскает по пропастям в поисках гениальных произведений искусства. Почему же мы, глядя на этот чудный и дивный мир, не утверждаем с уверенностью, что этот мир — прекраснейшее творение Высшего Разума!? Как утверждал это знаменитый ученый Эрстед: «Все бытие есть сплошное творение Бога, всюду отпечатлевшее на себе бесконечно совершенный Его Разум». Или как утверждал это Исаак Ньютон: «Из слепой физической необходимости, которая всегда и везде одинакова, не могло произойти никакого разнообразия… разнообразие сотворенных предметов могло произойти только по мысли и воле Существа Самобытного, Которое я называю Господь Бог».
Происхождение человека
Большинство наших современников еще со школьного возраста привыкли относиться к гипотезе о происхождении человека от обезьяны как к великому научному открытию. Впервые «рискнул» сравнить человека с обезьяной в 1699 г. Э. Тайсон. В 1735 году К. Линней поместил человека в один род с обезьянами. Оба ученых имели в виду только общность строения. Ч. Дарвин в своем труде «Происхождение человека и половой отбор», опубликованном в 1872 году, сформулировал гипотезу о происхождении людей от обезьян и поставил вопрос об общем предке современных обезьян и человека.
Попытки доказательств происхождения человека от животных
Многим поколениям школьников из года в год рассказывалось о том, что труд сделал из обезьяны человека. Надолго запоминаются и палка-копалка, и острые камушки как первые орудия труда, и первые проблески у обезьян необычной для животных сообразительности. Написано много захватывающих книг об этой «заре человечества». Правдоподобными кажутся рассказы о том, как в первых сообществах этих еще недочеловеков, но уже не обезьян, возникла необходимость общения, приведшая к появлению условных гортанных звуков. Как они в борьбе за существование образовывали первые семьи с примитивным разделением труда: папа ходил на охоту, мама готовила пищу и ухаживала за детьми. Но в этой идиллии не хватало главного — доказательств самого факта перерождения обезьяны в человека.
Несмотря на широкую известность, которую к концу XIX в. приобрели эти представления, серьезные ученые гипотезу не приняли. Р. Вирхов, Л. Агасис, К. Бэр, Р. Оуэн, Г. Мендель, Л. Пастер указывали, что гипотеза ложна и противоречит фактическим данным.
Какие же аргументы для доказательства нашего происхождения от животных приводятся эволюционистами?
1. Общие у людей и обезьян: пальцевые кожные узоры, хорошо развитая ключица, 48 или 46 хромосом, резус факторы и группы крови, аминокислотные последовательности миоглобина и различных цепей гемоглобина.
2. Общие у плацентарных и млекопитающих: местонахождение сердца и теплокровность, две пары конечностей, молочные железы, дифференциация зубов на резцы, клыки и коренные, нервная трубка у зародыша и его развитие в чреве матери. Наличие шести пар жаберных дуг у эмбриона, как мы выяснили в § 46, является подделкой Э. Геккеля.
3. Атавизмы. Подобные нарушения, как мы уже знаем из § 45, не могут являться доказательством нашего животного прошлого.
Сходство человека с животными, конечно, наблюдается, но даже если бы оно было несомненным, это все равно не доказывало бы нашего эволюционного родства с животными. Аналогии строения организмов с неменьшей убедительностью свидетельствуют о единстве плана сотворения.
В чем же эволюционисты видят отличие человека от обезьян? В прямохождении, в труде и изготовлении орудий, членораздельной речи и других социальных факторах. Особое внимание всегда уделялось анатомическим различиям. Это S-образный позвоночный столб и отличия черепа человека от черепа приматов: у человека подвижна только одна кость черепа (нижняя челюсть), она укорочена, подковообразна (с широким углом раствора), имеются швы между костями мозговой части черепной коробки. У человека существенно больший объем мозга (в среднем 1400-1500 см3), а у обезьян всего 300-400 см3. У людей небольшие, невыдающиеся клыки, значительно более развитый вестибулярный аппарат.
Имеются и другие анатомические отличия, такие, как длина верхних конечностей и амплитуда движений в плечевом суставе, развитый большой палец человеческой руки. Наблюдаются различия в строении коленного сустава и стопы (у обезьян развит большой палец, и стопа у них хватательного типа, у человека фаланги пальцев ног сросшиеся).
В чем же главное отличие, где разделяющая черта между человеком и животным? Современные ученые не могут дать ответа на этот вопрос, в антропологии даже отсутствует определение человека. Несомненно, главное отличие человека от животных следует искать в его духовности — том даре, который сообщил нам Творец при создании первого человека — Адама, вдунув «дыхание жизни» (Быт. 2,7), сделавшее его свободным, разумным и бессмертным, по образу и подобию Божию.
Дарвин, чувствуя массу недостатков в своем труде, где основным фактором появления человека указывались борьба за выживание, естественный и половой отбор, более 20 лет не решался опубликовать свою идею и признавался в одном из писем: «Будущая книга весьма разочарует Вас — уж очень она гипотетична. Я уверен, что в этой книге вряд ли найдется хоть один пункт, к которому невозможно подобрать факты, приводящие к прямо противоположным выводам».Труд Дарвина «Происхождение видов» впервые вышел в свет в 1859 году, а на издание еще более смелой книги о происхождении человека автор решился только спустя тринадцать лет.
До XVIII в. люди были уверены, что в мире, однажды сотворенном Богом, все живые существа и человек в том числе живут без больших структурных изменений, но им исподволь навязывалась мысль, что виды животных вовсе не сотворены, а развились друг из друга в процессе эволюции, а сам человек произошел от обезьяны!
Идея засела в умах так крепко и укоренилась настолько глубоко, что и по сей день со страниц толстых энциклопедий на нас умными глазами смотрят наши «бабушки и дедушки» — обезьяночеловеки! Люди особенно живо интересуются их останками.
www.ronl.ru
ВВЕДЕНИЕ
Проблема происхождения жизни на Земле и возможности ее существования в других областях Вселенной издавна привлекала внимание как ученых и философов, так и простых людей. За последние годы интерес к этой «вечной проблеме» значительно возрос.
Это обусловлено двумя обстоятельствами: во-первых, значительными успехами в лабораторном моделировании некоторых этапов эволюции материи, приведшей к зарождению жизни, и, во-вторых, стремительным развитием космических исследований, делающих все более реальным непосредственный поиск каких-либо форм жизни на планетах Солнечной системы, а в будущем и за ее пределами.
Происхождение жизни — один из самых таинственных вопросов, исчерпывающий ответ на который вряд ли когда-нибудь будет получен. Современная наука не располагает прямыми доказательствами того, как и где возникла жизнь. Существуют лишь логические построения и косвенные свидетельства, полученные путем модельных экспериментов, и данные в области палеонтологии, геологии, астрономии и т. п.
Теории, касающиеся возникновения жизни на Земле, разнообразны и далеко не достоверны. Наиболее распространенными теориями возникновения жизни на Земле являются следующие:
1. Жизнь была создана сверхъестественным существом (Творцом) в определенное время (креационизм).
2. Жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния).
3. Жизнь возникала неоднократно из неживого вещества (самопроизвольное зарождение).
4. Жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия).
5. Жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам (биохимическая эволюция).
1. КРЕАЦИОНИЗМ
Креационизм (от лат. creaсio — создание) — философско-методологическая концепция, в рамках которой всё многообразие органического мира, человечества, планеты Земля, а также мир в целом, рассматриваются как намеренно созданные неким сверхсуществом (Творцом) или божеством. Никаких научных подтверждений этой точки зрения нет: в религии истина постигается через божественное откровение и веру. Процесс сотворения мира мыслится как имевший место лишь единожды и поэтому недоступный для наблюдения.
Теории креационизма придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений (особенно христиане, мусульмане, иудеи). Согласно этой теории, возникновение жизни относится к какому-то определённому сверхъестественному событию в прошлом, которое можно вычислить. В 1650 году архиепископ Ашер из г. Арма (Ирландия) вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н. э. и закончил свой труд 23 октября в 9 часов утра, создав человека. Ашер получил эту дату, сложив возраст всех людей, упоминающихся в Библейской генеалогии, от Адама до Христа («кто кого родил»). С точки зрения арифметики, это разумно, однако при этом получается, что Адам жил в то время, когда, как показывают археологические находки, на Ближнем Востоке уже существовала хорошо развитая городская цивилизация.
Традиционное иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в Книге Бытия, вызывало и продолжает вызывать споры. Однако существующие противоречия не опровергают концепцию творения. Гипотеза творения не может быть ни доказана, ни опровергнута и будет существовать всегда вместе с научными гипотезами происхождения жизни.
2. ТЕОРИЯ СТАЦИОНАРНОГО СОСТОЯНИЯ
Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности — либо изменение численности, либо вымирание.
По современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возраст Земли исчисляется 4,6 млрд. лет. Более совершенные методы датирования дают все более высокие оценки возраста Земли, что позволяет сторонникам теории стационарного состояния полагать, что Земля существовала всегда.
Гипотезу стационарного состояния иногда называют гипотезой этернизма (от лат. еternus – вечный). Гипотеза этернизма была выдвинута немецким учёным В. Прейером в 1880 г.
Взгляды Прейера поддерживал академик Владимир Иванович Вернадский (1864 – 1945), автор учения о биосфере. Вернадский считал, что жизнь — такая же вечная основа космоса, которыми являются материя и энергия. «Мы знаем, и знаем это научно, — твердил он, — что Космос без материи, без энергии не может существовать. И достаточно ли материи и без выявления жизни — для построения Космоса, той Вселенной, который доступный человеческому уму?». На этот вопрос он ответил отрицательно, ссылаясь именно на научные факты, а не на личные симпатии, философские или религиозные убеждения.
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 понятным, — 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".
3. ТЕОРИЯ САМОПРОИЗВОЛЬНОГО ЗАРОЖДЕНИЯ
Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Религиозные учения всех времен и всех народов приписывали обычно появление жизни тому или другому творческому акту божества. Весьма наивно решали этот вопрос и первые исследователи природы. Аристотель (384 – 322 гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения жизни. Даже для такого выдающегося ума древности, каким являлся Аристотель, принять представление о том, что животные — черви, насекомые и даже рыбы — могли возникнуть из ила, не представляло особых затруднений. Напротив, этот философ утверждал, что всякое сухое тело, становясь влажным, и, наоборот, всякое мокрое тело, становясь сухим, родят животных.
Согласно гипотезе Аристотеля о спонтанном зарождении, определенные «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.
Авторитет Аристотеля имел исключительное влияние на воззрения средневековых ученых. Мнение этого философа в их умах причудливо переплеталось с учением отцов церкви, зачастую давая нелепые и даже смешные на современный взгляд представления. Приготовление живого человека или его подобия, «гомункулуса», в колбе, при помощи смешения и перегонки различных химических веществ, считалось в средние века хотя и весьма трудным и беззаконным, но, без сомнения, выполнимым делом. Получение же животных из неживых материалов представлялось ученым того времени настолько простым и обычным, что известный алхимик и врач Ван-Гельмонт (1577 – 1644 гг.) прямо дает рецепт, следуя которому можно искусственно приготовить мышей, покрывая сосуд с зерном мокрыми и грязными тряпками. Этот весьма удачливый ученый описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван- Гельмонт считал человеческий пот.
Чем дальше развивалось естествознание, чем большее значение в деле познания природы приобретали точное наблюдение и опыт, а не одни только рассуждения и мудрствования, тем более сужалась область применения теории самопроизвольного зарождения. Уже в 1688 году итальянский биолог и врач Франческо Реди, живший во Флоренции, подошел к проблеме возникновения жизни более строго и подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Доктор Реди простыми опытами доказал неосновательность мнений о самозарождении червей в гниющем мясе. Он установил, что маленькие белые червячки — это личинки мух. Проведя ряд экспериментов, он получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).
Таким образом, относительно живых существ, видимых простым глазом, предположение о самозарождении оказалось несостоятельным. Но в конце XVII в. Кирхером и Левенгуком был открыт мир мельчайших существ, невидимых простым глазом и различимых только в микроскоп. Этих «мельчайших живых зверьков» (так Левенгук называл открытые им бактерии и инфузории) можно было обнаружить всюду, где только происходило гниение, в долго стоявших отварах и настоях растений, в гниющем мясе, бульоне, в кислом молоке, в испражнениях, в зубном налете. «В моем рту, — писал Левенгук, — их (микробов) больше, чем людей в соединенном королевстве». Стоит только поставить на некоторое время в теплое место скоропортящиеся и легко загнивающие вещества, как в них сейчас же развиваются микроскопические живые существа, которых раньше там не было. Откуда же эти существа берутся? Неужели же они произошли из зародышей, случайно попавших в гниющую жидкость? Сколько, значит, должно быть повсюду этих зародышей! Невольно являлась мысль, что именно здесь, в гниющих отварах и настоях и происходит самозарождение живых микробов из неживой материи.
Вопрос запутывался все больше и больше, и только в половине XIX в. он был окончательно разрешен благодаря блестящим исследованиям гениального французского ученого Пастера.
Луи Пастер занялся проблемой происхождения жизни в 1860 году. К этому времени он уже многое сделал в области микробиологии и сумел разрешить проблемы, угрожавшие шелководству и виноделию. Он доказал также, что бактерии вездесущи и что неживые материалы легко могут быть заражены живыми существами, если их не стерилизовать должным образом. Рядом опытов он показал, что всюду, а в особенности около человеческого жилья, в воздухе носятся мельчайшие зародыши. Они так легки, что свободно плавают в воздухе, лишь очень медленно и постепенно опускаясь на землю.
В результате ряда экспериментов, в основе которых лежали методы Спланцани, Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения.
Таинственное появление микроорганизмов в опытах предыдущих исследователей Пастер объяснял или неполным обеспложиванием среды, или недостаточной защитой жидкостей от проникновения зародышей. Если тщательно прокипятить содержимое колбы и затем предохранять его от зародышей, которые могли бы попасть с притекающим в колбу воздухом, то в ста случаях из ста загнивания жидкости и образования микробов не происходит.
Опыты Пастера с несомненностью показали, что самозарождения микробов в органических настоях не происходит. Все живые организмы развиваются из зародышей, т. е. берут свое начало от других живых существ. Однако подтверждение теории биогенеза породило другую проблему. Коль скоро для возникновения живого организма необходим другой живой организм, то откуда же взялся самый первый живой организм? Только теория стационарного состояния не требует ответа на этот вопрос, а во всех других теориях подразумевается, что на какой-то стадии истории жизни произошел переход от неживого к живому. Так как же зародилась на Земле жизнь?
4. ТЕОРИЯ ПАНСПЕРМИИ
Было время, когда Земля, по общепринятому теперь в науке взгляду, представляла собой раскаленный добела шар. За это говорят данные и астрономии, и геологии, и минералогии, и прочих точных наук — это несомненно. Значит, на Земле существовали такие условия, при которых жизнь была невозможна, немыслима. Только после того, как земной шар потерял значительную часть своего тепла, рассеяв его в холодное межпланетное пространство, только после того, как охлажденные водяные пары образовали первые тепловые моря, стало возможно существование организмов, подобных тем, которые мы сейчас наблюдаем. Для разъяснения этого противоречия была создана теория, носящая довольно сложное название, — теория панспермии (греч. panspermía — смесь всяких семян, от pán — весь, всякий и spérma — семя).
--PAGE_BREAK--Одним из первых идею космических зачатков высказал в 1865 году немецкий врач Г. Э. Рихтер, утверждавший, что жизнь вечна и зачатки ее могут переноситься с одной планеты на другую. Эта гипотеза тесно примыкает к гипотезе стационарного состояния. Исходя из представления, что в мировом пространстве везде носятся маленькие частицы твердого вещества (космозои), отделившиеся от небесных тел, указанный автор допускал, что одновременно с этими частицами, может быть, прилепившись к ним, носятся жизнеспособные зародыши микроорганизмов. Таким образом эти зародыши могут переноситься с одного заселенного организмами небесного тела на другое, где жизни еще нет. Если на этом последнем уже создались благоприятные жизненные условия, в смысле подходящей температуры и влажности, то зародыши начинают прорастать, развиваться и являются впоследствии родоначальниками всего органического мира данной планеты.
Эта теория приобрела в научном мире много сторонников, между которыми были даже такие выдающиеся умы, как Г. Гельмгольц, С. Аррениус, Дж. Томсон, П. П. Лазарев и др. Ее защитники стремились, главным образом, научно обосновать возможность такого переноса зародышей с одного небесного тела на другое, при котором сохранялась бы жизнеспособность этих зародышей. Ведь на самом деле, в конце концов, главный вопрос заключается именно в том, может ли спора совершить такое длительное и полное опасностей путешествие, как перелет из одного мира в другой, не погибнув, сохранив способность прорасти и развиться в новый организм. Разберем подробно, какие опасности встречаются на пути зародыша.
Прежде всего, это холод межпланетного пространства (220° ниже нуля). Отделившись от родной планеты, зародыш обречен долгие годы, столетия и даже тысячелетия носиться при такой ужасающей температуре, прежде чем счастливый случай даст ему возможность опуститься на новую землю. Невольно является сомнение, способен ли зародыш выдержать такое испытание. Для решения этого вопроса обращались к исследованию устойчивости по отношению к холоду современных нам спор. Опыты, произведенные в этом направлении, показали, что холод зародыши микроорганизмов выносят превосходно. Они сохраняют свою жизнеспособность даже после шестимесячного пребывания при 200° ниже нуля. Конечно, 6 месяцев не 1000 лет, но все же опыт дает нам право предполагать, что, по крайней мере, некоторые из зародышей могут перенести страшный холод межпланетного пространства.
Гораздо большую опасность для зародышей представляет их полная незащищенность от световых лучей. Их путь меж планетами пронизан лучами солнца, губительными для большинства микробов. Некоторые бактерии погибают от действия прямых солнечных лучей уже в течение нескольких часов, другие более устойчивы, но на всех без исключения микробов очень сильное освещение действует неблагоприятно. Однако это неблагоприятное действие в значительной степени ослабляется в отсутствие кислорода воздуха, а мы знаем, что в межпланетном пространстве воздуха нет, и потому можем не без основания предполагать, что зародыши жизни выдержат и это испытание.
Но вот счастливый случай дает возможность зародышу попасть в сферу притяжения какой-либо планеты с благоприятными для развития жизни условиями температуры и влажности. Скитальцу осталось только, подчиняясь силе тяжести, упасть на его новую Землю. Но как раз тут, почти уже в мирной гавани, и ждет его грозная опасность. Ранее зародыш носился в безвоздушном пространстве, но теперь, прежде чем упасть на поверхность планеты, он должен пролететь через довольно толстый слой воздуха, окутывающий со всех сторон эту планету.
Есть основания предполагать, что, по крайней мере, некоторые из зародышей, попавшие в атмосферу той или иной планеты, доберутся до ее поверхности жизнеспособными.
Вместе с тем не нужно забывать о тех колоссальных астрономических промежутках времени, в течение которых Земля могла засеваться зародышами из других миров. Эти промежутки исчисляются миллионами лет! Если за это время из многих миллиардов зародышей хотя бы один добрался благополучно до поверхности Земли и нашел здесь подходящие для своего развития условия, то этого было бы уже достаточно для образования всего органического мира. Эта возможность при современном состоянии науки представляется хотя и маловероятной, но допустимой; во всяком случае, у нас нет фактов, которые ей прямо противоречили бы.
Однако теория панспермии является ответом только на вопрос происхождении земной жизни, а отнюдь не на вопрос о происхождении жизни вообще, перенося проблему в другое место Вселенной.
«Одно из двух, — говорит Гельмгольц. — Органическая жизнь или когда-либо началась (зародилась), или существует вечно». Если признать первое, то теория панспермии теряет всякий логический смысл, так как если жизнь могла зародиться где-либо во Вселенной, то, исходя из однообразия мира, мы не имеем никаких оснований утверждать, что она не могла зародиться и на Земле. Поэтому сторонники разбираемой теории принимают положение о вечности жизни. Они признают, что «жизнь только меняет свою форму, но никогда не создается из мертвой материи».
В конце 60-х годов возобновилась популярность этой теории. Это было связано с тем, что при изучении метеоритов и комет были обнаружены многие «предшественники живого» — органические соединения, синильная кислота, вода, формальдегид, цианогены. В 1975 году в лунном грунте и метеоритах были найдены предшественники аминокислот. Сторонники панспермии считают их «семенами, посеянными на Земле». В 1992 году появились работы американских ученых, где они на основании исследования материала, подобранного в Антарктиде, описывают наличие в метеоритах остатков живых существ, напоминающих бактерии.
Современные приверженцы концепции панспермии (в числе которых – лауреат Нобелевской премии английский биофизик Ф. Крик) считают, что жизнь на Землю занесена случайно или преднамеренно космическими пришельцами с помощью летательных аппаратов. Доказательством этого являются многократные появления НЛО, наскальные изображения предметов, похожих на космодромы, а также сообщения о произошедших встречах с инопланетянами.
К гипотезе панспермии примыкает точка зрения астрономов Ч. Викрамасингха (Шри-Ланка) и Ф. Хойла (Великобритания). Они считают, что в космическом пространстве, в основном в газовых и пылевых облаках, в большом количестве присутствуют микроорганизмы. Далее эти микроорганизмы захватываются кометами, которые затем, проходя вблизи планет, «сеют зародыши жизни».
Другие учёные высказывают мысль о перенесении «спор жизни» на Землю светом (под давлением света).
В общем, интерес к теории панспермии не угасает до сего времени.
5. ТЕОРИЯ А. И. ОПАРИНА
Первую научную теорию относительно происхождения живых организмов на Земле создал советский биохимик А. И. Опарин. В 1924 г. он опубликовал работы, в которых изложил представления о том, как могла возникнуть жизнь на Земле. Согласно этой теории, жизнь возникла в специфических условиях древней Земли и рассматривается Опариным как закономерный результат химической эволюции соединений углерода во Вселенной.
По Опарину, процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделен на три этапа:
1. Возникновение органических веществ.
2. Образование из более простых органических веществ биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и др.).
3. Возникновение примитивных самовоспроизводящихся организмов.
Теория биохимической эволюции имеет наибольшее количество сторонников среди современных учёных. Земля возникла около пяти миллиардов лет назад; первоначально температура её поверхности была очень высокой (4000 – 80000С). По мере её остывания образовались твёрдая поверхность (земная кора — литосфера). Атмосфера, первоначально состоявшая из лёгких газов (водород, гелий), не могла эффективно удерживаться недостаточно плотной Землёй, и эти газы заменялись более тяжёлыми: водяным паром, углекислым газом, аммиаком и метаном. Когда температура Земли опустилась ниже 1000C, водяной пар начал конденсироваться, образуя мировой океан. В это время, в соответствии с представлениями А. И. Опарина, состоялся абиогенный синтез, то есть в первоначальных земных океанах, насыщенных разными простыми химическими соединениями, «в первичном бульоне» под влиянием вулканического тепла, разрядов молний, интенсивной ультрафиолетовой радиации и других факторов среды начался синтез более сложных органических соединений, а затем и биополимеров. Образованию органических веществ способствовало отсутствие живых организмов – потребителей органики – и главного…окислителя…–…кислорода. Сложные молекулы аминокислот случайно объединялись в пептиды, которые, в свою очередь, создали первоначальные белки. Из этих белков синтезировались первичные живые существа микроскопических размеров.
Система взглядов А. И. Опарина получила название «коацерватная гипотеза».
Теория была обоснована, кроме одной проблемы, на которую долго закрывали глаза почти все специалисты в области происхождения жизни. Если спонтанно, путем случайных безматричных синтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкции белковых молекул (например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимущество данному коацервату в росте и размножении), то как они могли копироваться для распространения внутри коацервата, а тем более для передачи коацерватам-потомкам? Теория оказалась неспособной предложить решение проблемы точного воспроизведения — внутри коацервата и в поколениях — единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Имеем ли мы логическое право на признание коренного различия между живым и неживым? Есть ли в окружающей нас природе такие факты, которые убеждают нас в том, что жизнь существует вечно и имеет так мало общего с неживой природой, что ни при каких условиях, никогда не могла из нее образоваться, выделиться? Можем ли мы признать организмы образованиями совершенно, принципиально отличными от всего остального мира?
Биология XX в. углубила понимание существенных черт живого, раскрыв молекулярные основы жизни. В основе современной биологической картины мира лежит представление о том, что мир живого — это грандиозная Система высокоорганизованных систем.
Несомненно, в модели происхождения жизни будут включаться новые знания, и они будут всё более обоснованными. Но чем более качественно новое отличается от старого, тем труднее объяснить его возникновение.
После обзора основных теорий происхождения жизни на Земле наиболее вероятной показалась теория сотворения. В Библии утверждается, что Бог создал все из ничего. Как это ни удивительно, современная наука допускает, что все могло создастся из ничего. «Ничего» в научной терминологии называется вакуумом. Вакуум, который физика Х1Х в. считала пустотой, по современным научным представлениям является своеобразной формой материи, способной при определенных условиях «рождать» вещественные частицы. Современная квантовая механика допускает, что вакуум может приходить в «возбужденное состояние», вследствие чего в нем может образоваться поле, а из него — вещество.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бернал Д.«Возникновение жизни» Приложение №1: Опарин А.И. «Происхождение жизни». — М.: «Мир», 1969.
2. Вернадский В.И. Живое вещество. — М., 1978.
3. Найдыш В. М. Концепции современного естествознания. – М., 1999.
4. Общая биология./ Под ред. Н. Д. Лисова. – Мн., 1999.
5. Поннамперума С. «Происхождение жизни». — М.: «Мир», 1977.
6. Смирнов И.Н., Титов В.Ф. Философия. Учебник для студентов высших учебных заведений. — М.: Российская экономическая академия им. Плеханова, 1998.
www.ronl.ru
Происхождение жизни на Земле
Существует много гипотез, объясняющие возникновение жизни на Земле.
А, вообще, основными считаются следующие концепции:
1. Креоционизм. Утверждает, что жизнь была сверхъестественным существом,
то есть богом.
2. Самопроизвольное зарождение. Жизнь возникала неоднократно из неживого
вещества.
3. Теория стационарного состояния. Жизнь существовала всегда и будет
существовать вечно.
4. Жизнь занесена из вне.
5. Биохимическая эволюция. Жизнь возникла в результате процессов,
подчинившихся биохимическим явлениям. Автор теории Опарин А. И.
Относительно 2-й гипотезы, то что она несостоятельна доказано Франческо Реди.На счет занесения жизни из вне, то ее несостоятельность доказывается тем, что через озоновый экран не может проникнуть ничего живое. Наиболее состоятельна теория биохимической эволюции. Ее поддерживают многие передовые исследователи: Миллер, Юри.
По мнению ученых, занимающихся в области астрономии Земля и другие планеты солнечной системы образовались примерно 4,5 миллиардов лет назад из особой газопылевой материи. Такая материя и до сих пор в межзвездном пространстве и преобладающим элементом этой материи является водород. Путем реакции ядерного синтеза водород превращается в углерод. В последствии в результате этой реакции возникали кислород и другие элементы. Под воздействием высоких температур и гравитационного сжатия, которые возникали в результате вращения облака вокруг своей оси, формировались химические вещества, которые составили основу планет и звезд, а также их атмосферу. Для дальнейшего развития на пути к возникновению жизни необходимы были планетарные и космические условия. Прежде всего к ним относятся: размеры планет, масса планет не должна быть особенно большой, и не слишком маленькой. Движение планет вокруг звезд должно быть или по круговой, или близко к нему; так как именно такое движение обеспечивает равномерное нагревание планеты.
Планета должна, также, постоянно излучать энергию. Именно всем этим условиям отвечает Земля и поэтому на ней возникла и
развилась жизнь.
Еще Ч.Дарвин понял, что жизнь может возникнуть только при отсутствии жизни. В 1871 г. он писал: «Но если бы сейчас …в каком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т.п., химически образовался белок, способный к дальнейшим, все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено или поглощено, что было невозможно в период до возникновения живых существ». Гетеротрофные организмы, распространенные сейчас на земле, использовали бы вновь возникающие органические вещества. Поэтому возникновение жизни в привычных нам земных условиях невозможно. Второе условие, при котором жизнь может возникнуть, — отсутствие свободного кислорода в атмосфере. Это важное открытие сделал русский ученый А.И.Опарин в 1924 г. (к такому же выводу в 1929 г. пришел английский ученый Дж.Б.С.Холдейн). А.И.Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд. лет назад состояла из азота, водорода, углекислого газа, паров воды и аммиака, возможно, с добавкой синильной кислоты (ее обнаружили в хвостах комет), могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Поэтому возникающие на поверхности Земли органические вещества могли накапливаться, не окисляясь. И сейчас на нашей планете они накапливаются только в бескислородных условиях, так возникают торф, каменный уголь и нефть. Создатель материалистической гипотезы возникновения жизни на Земле, русский биохимик, академик Александр Иванович Опарин (1894- 1980) посвятил всю свою жизнь проблеме происхождения живого.
Среди современных теорий происхождения жизни на Земле, наиболее обоснованной является теория академика А. И. Опарина. Согласно этой теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделен на три этапа:1. Возникновение органических веществ;2. Возникновение белков;3. Возникновение белковых тел.Астрономические исследования показывают, что как звезды, так и планетныесистемы возникли из газопылевого вещества. В некоторых случаях этагазопылевая материя объединяется в плотный, которые можно видетьневооруженным глазом. Химические исследования находящегося в галактикегазопылевого вещества показали, что в нем наряду с металлами и их окислами обнаружено: водород, аммиак, вода и простейший углеводород – метан. Второй этап – возникновение белков. Условия для начала процесса формирования белковых структур создались с момента создания первичного океана. Прежде всего в водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.Известно, что белковая молекула состоит из отдельных звеньев – аминокислот, которые соединены между собой при помощи полиптеидных связей. Показано, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно синтезировать не только аминокислоты, но и другие биохимические вещества. Большой победой современной биохимии является первый полный синтез молекулы белков: синтезирован иксулин-гармон, управляющий углеводным обменом. Все эти эксперименты подтверждают правильность разбираемой теории. Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло явиться образование коацерватных капель, т. е. капельмикроскопического размера, выпадающих при смешении двух белковых растворов. Отсюда возникла новая закономерность уже биологического характера –естественный отбор коацерватных капель. Под влиянием естественного отбора качество организации белкового вещества все время менялось. В результате возникла та согласованность процессов синтеза и распада, которая привела к возникновению первых живых организмов.www.ronl.ru
Содержание
Вступление. 2
1. Теориипроисхождения жизни на Земле. 3
2. Абиогенная теорияпроисхождения жизни на Земле. 6
3. Теориятворения. 10
4. Поискжизни во Вселенной. 13
Выводы. 19
Список использованной литературы. 20
/>/>
Вступление
Вопрос о появлении жизни наЗемле интересовал еще философов древнего мира, в средние века ответ на него далацерковь. Тогда вопрос о происхождении жизни строился не на точных научных доказательствах,а на вере человека. В Средние века церковь, как католическая, так и протестантскаяи православная, в происходжении жизни видела волю бога. Црековь имела в то времядостаточно сил и возможностей для того, чтобы сделать это догмой, оспаривать которуюне все осмеливались.
И только в ХІХ веке началисьболее предметные научные поиски путей происхождения жизни на нашей планете. Онибыли 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 такжеинтересует человека – это вопрос о том, единственен ли человек во Вселенной.Этот вопрос также имеет отношение к возникновению жизни на Земле. Ведь если жизньмогла развиться эволюционно, то где-то в глубинах Вселенной могут существовать идругие цивилизации…
В работе мы рассмотрим попыткипоиска учеными и энтузиастами внеземной жизни, способы такого поиска (проектSETI) и его перспективы.
/>/>1. Теории происхожденияжизни на Земле.Человечество всегда интересовалвопрос о происхождении жизни на Земле. Как появилась жизнь на Земле?
Религия дает однозначный ответна этот вопрос, жизнь была создана Богом, Творцом, Высшим разумом. И как будет показанодалее, наводит некоторые доказательства этого. Но религия не дает никакого ответана вопрос: как это было сделано. Поэтому учеными была сформулирована теория абиогенногосинтеза. Значительный вклад в создание и развитие теории абиогенного синтеза внесизвестный советский ученый, академик О. Опарин. Теория абиогенного синтеза основываетсяна том, что биологические вещества были созданы в неком первичном океане из неорганическихвеществ под действием высоких температур и электрических разрядов (молний). Сложныемолекулы аминокислот случайно объединялись в пептиды, которые, в свою очередь,создали первоначальные белки. Из этих белков синтезировались первичные живыесущества микроскопических размеров.
У этой теории естьнедостаток: нет ни одного факта, который бы подтвердил возможность абиогенногосинтеза на Земле хотя бы простейшего живого организма из неорганических соединений.В многочисленных лабораториях мира проведено очень много попыток такогосинтеза. Например, удалось получить молекулы аминокислот, удалось также получитьдовольно длинные и сложные молекулы пептидов – соединений нескольких аминокислот,первые природные биополимеры, но никому не удалось в результате подобных экспериментовполучить живую клетку.
Также по математической статистикевероятность самозарождения живого организма из неорганических веществпрактически равняется нулю. Вероятность случайного образования за все времясуществования Земли хотя бы одной молекулы ДНК составляет 10 — 800. Противоречаттеории абиогенного синтеза и геологические данные. Как бы далеко мы непроникали в глубь геологической истории, не находим следов «азойской эры», тоесть периода, когда на Земле не существовало бы никакой органической жизни.
Сейчас в результате палеонтологическихисследований в древних породах, возраст которых достигает 3,8 млрд. лет, а планетаЗемля существует около 4,5 млрд. лет, нашли ископаемые останки достаточно сложныхмикроорганизмов – бактерий, сине-зеленых водорослей, простых грибков. Проблема абиогенногосинтеза довольно сложна и должна рассматриваться лишь как одна из гипотез происхожденияжизни на планете Земля.
Свои взгляды на происхождениежизни имел и В. Вернадский.
Он был уверен, что жизньгеологически вечна, то есть в геологической истории не было эпохи, когда нашапланета была безжизненной. Вернадский считал, что жизнь – такая же вечнаяоснова космоса, какими есть материя и энергия. Исходя из представления обиосфере как о земном, но одновременно и космическом механизме, Вернадскийсвязывал ее образование и эволюцию с организованностью Космоса. «Для насстановится понятной, — писал он, — что жизнь есть явление космическое, а несугубо земное». Эту мысль Вернадский повторял многократно: «… начала жизни втом Космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было начала этогоКосмоса. Жизнь вечна, поскольку вечный Космос».
Также Владимир Вернадскийвыступил с гипотезой космического распространения жизни, которая твердит, что жизньв виде малейших спор и грибков может переноситься с одной планеты на другую. Вернадскийсчитал, что пылинки вещества могут содержать споры бактерий, микроорганизмы.Под действием ветра и других атмосферных явлений эти пылинки поднимаются в высшиеслои атмосферы, где они подхватываются солнечным ветром и покидают атмосферу населеннойпланеты. Под действием солнечного ветра пыль может путешествовать по планетной системе,пока она не попадет в поле притяжения другой планеты, таким образом, будет перенесенажизнь на другие планеты. На сегодня нет исчерпывающих доказательств этой гипотезы,как нет и ее окончательного опровержения.
/>/>2. Абиогеннаятеорияпроисхождения жизни на ЗемлеЗарождение жизни наЗемле, в целом, по-прежнему остается загадкой.
Ископаемые останки показывают,что жизнь в виде микроорганизмов и бактерий существовала еще не менее чем 2 – 3млрд. лет назад. Например, были найдены остатки колоний микроорганизмов в горныхпородах и сланцах. В них были обнаружены остатки колоний микроорганизмов, которыенапоминали коралловые рифы. Находка содержащих органические останки образцовявилась открытием. Ученые всего мира возобновили изучение пород, которые ониранее считали лишенными окаменелостей. Их усилия были вознагражденыпоразительными результатами: древнейшим из обнаруженных на сегодняшний деньформам 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 атмосфераЗемли в те далекие времена была почти полностью лишена кислорода, а состояла изаммиака, воды, окиси углерода, метана, водорода и ряда других веществ. Большая частьповерхности Земли была покрыта слоем горячей воды, кипение которойподдерживалось магмой, расплавленной породой, находящейся под тонкойокеанической земной корой.
В таких условиях и происходилабиогенный синтез. Академик Опарин считал, что, такая смесь газов и горячейводы могла привести к образованию так называемого «первичногобульона», богатого именно теми химическими элементами, которые необходимыдля синтеза жизни. Реакция могла быть инициирована вулканической деятельностью,интенсивным ультрафиолетовым излучением, проходящим через тонкий слойатмосферы, или электрическим разрядом молнии.
Позже были проведены экспериментыпо моделированию условий древней Земли и рассмотрен вопрос появления биологическихвеществ. Создавались модели первозданного мира, они состояли из колб и химическихреакторов. В реакторы загружали растворы морской воды и смеси газов, через реакторпропускали разряды электрического тока. Химический реактор нагревали для полученияпаров воды. После нескольких произведенных разрядов полученную смесь проанализировалии выявили три аминокислоты. Дальнейшие исследования привели к тому, что исследователиполучили еще большее количество аминокислот и даже простые нуклеотиды –строительные блоки ДНК.
Результаты этихэкспериментов 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 строгорасположенных атомов. Однажды возникнув, она могла репродуцировать себя,создавать свои собственные белки и другие сложные органические вещества иразвиться в функционирующую самовоспроизводящуюся форму жизни, такую как клеткабактерии.
Нечто подобное моглопроизойти, но математическая вероятность создания такого сложного вещества, какбелок или ДНК, в результате случайного соединения химических элементов в«первичном бульоне» бесконечно мала.
Данная теория сегодняпризнана многими учеными, продолжающими поиск механизма, который способствовалбы соединению аминокислот в белки без управления со стороны ДНК.
Если такой механизм будетнайден, мы сделаем важный шаг на пути к пониманию загадки образования ДНК и,следовательно, происхождения жизни.
Земная форма жизничрезвычайно тесно связанная с гидросферой. Об этом свидетельствует хотя бы тотфакт, что вода есть основной частью массы любого земного организма (человек,например, большее как на 70 % состоит из воды, а такие организмы, как медузаили на 97-98 %). Очевидно, что жизнь на Земле сформировалось лишь тогда, еслина ней появилась гидросфера, а это, за геологическими сведениями, произошлопочти с начала существования нашей планеты.
Согласно теории абиогенногосинтеза жизнь возникла из неорганических веществ в первичном океане, который омывал4 млрд. лет назад нашу планету. Она возникла в виде капелек аминокислот и простейшихбелков, которые взаимодействовали как между собой, так и с веществами в воде ив атмосфере. Они поглощали другие капельки, синтезировались новые вещества. Этотпроцесс был чрезвычайно долгим. Процесс зарождения жизни на планете растянулся намногие миллионы лет.
Первым этапом было, по мнениюученых, 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 вымытыв океан или атмосферу. Далее карбиды металлов реагируют с водой и, в результатереакции, мы получим углеводороды различного состава. Углеводороды и были той первойступенькой к развитию жизни.
Углеводороды под действиемультрафиолета Солнца, электрических разрядов в атмосфере, которая состояла из метана,азота начали постепенно реагировать между собой и с газами атмосферы. Углеводородымедленно, но неуклонно вступали между собой во все новые и новые химическиевзаимодействия. Их частицы увеличивались и усложнялись. Появлялись органическиевещества 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 течениемногих и многих тысячелетий сформировался тот материал, те сложнейшиеорганические вещества (в частности, белки), из которых в настоящее времяпостроены живые организмы. Это и есть теория абиогенного синтеза. Самым узким местомтеории абиогенного синтеза есть пояснение возможности получения живой клетки, какона была получена из аминокислот и полипептидов теория абиогенного синтеза покачто не может. Ведь клетка - это самодостаточный организм, который может самовоспроизводиться,имеет цепочки биологического кода – ДНК и РНК, самопроизвольный синтез которых чрезвычайномаловероятен.
/>/>3. Теория творения.Как было сказано выше, существуетдве основные теории происхождения жизни: теория творения и теория абиогенного синтеза.Теорию абиогенного синтеза мы рассмотрели выше.
Сейчас мы рассмотрим теориютворения. Как теория абиогенного синтеза, так и теория творения имеют свои доказательства.
Рассмотрим доказательстватеории творения.
Если мы начнемболее глубоко рассматривать условия жизни на планете и некоторые вопросы астрономиии физики, то сразу приходится признать, что все вокруг нас прилажено так, чтобыразвитие всех возможных во Вселенной процессов привело, в конечном итоге, к формированиюЗемли, и к появлению на ней разнообразных форм жизни, вплоть до человека,способного постичь и раскрыть эти тайны.
Вотнесколько примеров, которые привлекли внимание ученых:
1. Если бы разностьмассы нейтрона и протона была, скажем, в 2,5 раза большей, чем есть, был быневозможным синтез гелия, и вся Вселенная состояла бы лишь из водорода. Небыло бы планет, астероидов, Земли...
2. Если бы массаэлектрона была втрое большей, чем есть на самом деле, состоялись бы процессынейтронизации вещества (по схеме />) и тогда галактики и звездысостояли бы из одних нейтронов.
3. Если бы силавзаимодействия между нуклонами была хотя бы на несколько процентов большей,была бы стабильной частица бипротон (изотоп 2Не). А это значит, чтовся Вселенная состояла бы из одного лишь гелия. Если бы сила этого взаимодействиябыла бы хотя бы на 5% меньшей, гелий образовываться не мог бы вообще. И тогда небыло бы термоядерной реакции синтеза, которая есть источником энергии звезд.
Такихпримеров насчитывают свыше 20, мы же рассмотрели только три из них. Но уже трехдостаточно для того, чтобы показать, насколько сложна и хрупка жизнь, насколькомаловероятно ее появление в виде случайной флуктуации в первичном океане.
Существеннымобразом изменился бы наш мир, если бы немного другим было соотношение междусилами кулоновского отталкивания одноименных зарядов и ядерными силамипритягивания. Если бы гравитационная постоянная была немного большей илименьшей и т.п… В конце концов, лишь за имеющегося соотношения реальной икритической плотности вещества во Вселенной возможное существование звезд на протяжениимиллиардов лет и существование Земли и жизнь ней. Обращает на себя внимание и «подгонка»параметров, с помощью которых описывают условия на нашей планете и которыеболее всего оказывают влияние на развитие жизни:
1. Наклон оси суточного обращения Землек плоскости эклиптики смягчает климат планеты.
2. Вода имеет наибольшую плотность притемпературе +4°С, благодаря чему лед находится над водоемами (в противоположномслучае, а так есть для всех других веществ, лед выпадал бы на дно, вода вводоемах вымерзала бы, и жизнь в них было бы невозможной).
3. Атмосфера Земли состоит из такихгазов и в таком соотношении, которые лучше всего оказывают содействие развитиюи существованию жизни. Если бы концентрация кислорода здесь была большей, все,что может гореть, давно сгорело бы, а если бы была меньшей, горение вообще былобы невозможным.
4. В атмосфере Земли есть буквально«следы» углекислого газа и водной пары. Тем не менее их молекулы, интенсивнопоглощают инфракрасное излучение Земли, создают «парниковый эффект», благодарякоторому температура на планете приблизительно на 30°С выше, чем она была быбез этого эффекта. А тогда условия для жизни на планете были бы весьмасуровыми. То же касается и содержащегося в атмосфере озона.
Поэтому,признавая все же ограниченные возможности науки вообще в выяснении проблемчеловеческой жизни, надо с должным пониманием относиться к тому, что целый рядвыдающихся ученых (среди них — лауреаты Нобелевской премии) признаютсуществование Творца как всего окружающего мира, так и разнообразных форм жизнина нашей планете.
На данныймомент эта теория, теория творения жизни, не дает ответа на вопрос чем же или кемона была создана и как. Что же ответ мы сможем получить в будущем.
/>/>4. Поиск жизни во Вселенной.Человек не хочет чувствоватьсебя одиноким во Вселенной, его интересует, есть ли другие планеты, на которых такжеразвилась жизнь, также существует цивилизация. Вопрос о том, есть ли жизнь запределами Земли, волновал людей с самых древнейших времен. В европейской наукенового времени он был поставлен Джордано Бруно. Менее известно, что этой проблемеуделяли внимание и такие ученые как Гюйгенс и Ньютон. Так, последний, например,писал, что «небеса над нами могут быть наполнены существами, чья природадля нас непонятна… Могут быть существа, обладающие способностью передвиженияв любом направлении по желанию или остановки в любой области небес, чтобынаслаждаться обществом себе подобных...»
Справедливости ради надоотметить, что задача связи с внеземными цивилизациями была четко сформулированакак строго научная проблема российским ученым Э. Неовиусом. В 1876 г. вГельсингфорсе (Хельсинки) вышла (сначала на шведском, а потом на русском языке)его книга «Величайшая задача нашего времени», в которой предлагалсясовершенно конкретный и реальный проект связи с обитателями планет Солнечнойсистемы с помощью световых сигналов. Неовиус не только показал техническуювозможность осуществления такой связи, но и рассмотрел семантические проблемыконтакта. Он построил язык для космической связи на принципах математическойлогики. Он также рассмотрел экономические аспекты проекта и, ясно сознавая, чтозатраты на его осуществление могут быть не под силу одной стране, предложилмеждународное сотрудничество в этой области. Но его идея не была замечена научнойобщественностью. И в те времена не было достаточной научной базы для ее реализации.
Только в последнее времяу человечества появились достаточные технические ресурсы для начала поисков жизниза пределами нашей планеты. Всерьез о поиске внеземных цивилизаций и контакте сними заговорили в конце 50-ых – начале 60-ых годов прошлого века. Тогда жестали появляться статьи и книги, посвященные этой теме, а затем начались первыенаблюдения. Тогда же было указано на принципиальную возможность использованиямикроволнового (диапазон около 20 – 50 см) излучения для передачи сообщений вкосмическом пространстве. Это стало началом в истории научного подхода кпроблеме поиска внеземных цивилизаций, ведь для излучения этого диапазона можнобыло использовать существующие уже радиотелескопы.
Проблема поиска внеземнойжизни сложна и многогранна. Для реализации ее надо иметь развитую техническую базу(телескопы и радиотелескопы, сложное радиоэлектронное оборудование), надо иметьразвитую научную базу и подготовленных специалистов, которые будуть пользоватьсяэтим оборудованием. Только в середине ХХ века земная цивилизация стала обладатьвсем необходимым для этого.
Тогда и была создана программаSETI (Search for еxtraterrestrialintelligence – поиск внеземногоразума).
Программа SETI (поисквнеземного разума) основывается на предположении, что систематический поиск вкосмосе может выявить искусственные сигналы, испускаемые либо намеренно, либо вкачестве случайного электромагнитного шума, подобно тому, как Земля испускает шумрадиосигналов в различном диапазоне.
Но, получив такой сигнал надоего еще и расшифровать, пока что неясно, как расшифровывать информацию, которуюмогут принести с собой искусственные сигналы. Ученые считают, что искусственныесигналы, направленные в сторону Земли, будут нести математическую, физическую, биологическуюинформацию научного характера. По мнению ученых, если инопланетяне достаточноразумны, чтобы построить радиотелескопы для установления межзвездные связи, онидолжны быть знакомы с теми же принципами математики, физики и химии, которыеизвестны на Земле. Но как быть, если будет сообщено о более характерных чертахсвоего мира, о своей культуре и истории? На этот вопрос еще нет ответа.
Началом поиска и анализа сигналовна их искусственность стал американский проект под названием «Озма».В начале 1960 года американский радиоастроном Фрэнк Дрейк провел поискрадиосигналов 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 радиотелескопрегистрировал сигналы на длине волны 21 см (примерно 1420 МГц), соответствующейизлучению нейтрального атомарного водорода. Выбор именно этой частоты считаетсянаиболее логичным с астрономической точки зрения. Записи потом анализировали внадежде найти повторяющиеся серии однородных импульсов, которые могли быуказывать на осмысленное сообщение. Но результатов получено не было.
В 1962 году, после выходакниги известного советского астронома, академика И.С. Шкловского«Вселенная, жизнь, разум», поисками внеземного разума активнозанялись в Советском Союзе. Для этого использовали новый и достаточно мощный радиотелескопРАТАН-70.
Попытки установитьконтакт 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 былозакодировано рисунок, схематически изображающий человека, спираль ДНК,Солнечную систему и телескоп Арресибо. С тех пор космические посланияотправлялись 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 двигаться10 – 15 лет. А к дальним еще больше. Поэтому в вопросе поиска внеземной жизни надозапастись большим терпением.
В 1950 году физик ЭнрикоФерми сформулировал вопрос о том, что если Вселенная заполнена существами,подобными нам, то мы их уже давно встретили бы. «Где же все?» – вот наиболеекраткая и полная формулировка парадокса Ферми. Достаточно длительные, по нашиммеркам, и целенаправленные поиски прямых сигналов внеземных цивилизаций иликаких-то следов их жизнедеятельности не привели, на жаль, к положительномурезультату. Кроме того, если добавить к этому весь комплекс астрономических иастрофизических наблюдений за последние 100 – 200 лет, то получится внушительныйобъем информации, который не дает ни одной зацепки в пользу существованияразума, точнее мощных технических цивилизаций, за пределами Земли. Или же указывает,что мы не там и не то ищем. Что также возможно. Возможно, какие тоастрономические явления и являются искусственными, но мы не знаем этого.
Многие направления астрономии,математики, радиоастрономии прямо или косвенно связаны с проблемой поиска внеземнойжизни. В первую очередь это изучение экзопланет, которых на данное время открытонесколько десятков. Получено первое фотоизображение экзопланеты, полученыданные о составе атмосферы экзопланет-гигантов. Развитие техники достигло такогоуровня, что астрономы теперь могут найти земноподобные планеты. Можно также провестианализ отражаемого планетой света и определить, есть ли на ней подходящая дляжизни атмосфера.
В 2005 году ученыеобъявили об открытии похожей на Землю планеты, обращающейся вокруг звездыGliese 876. Температура на поверхности планеты вполне пригодна для того, чтобытам существовала вода в жидком виде – это главное условие для появления жизни,согласно сегодняшним представлениям.
Создаются и реализовываютсятакже и новые проекты по поиску планет возле ближайших звезд. Так по сообщения прессыв 2015 году Европейское Космическое Агентство в сотрудничестве с НАСА и агентством«Роскосмос» запустит проект «Дарвин».
В проект включено четыреорбитальных телескопа, которые будут исследовать космос в поиске пригодных дляжизни планет. В течение пяти лет телескопы изучат 500 звезд и проведут спектральныйанализ 50 самых многообещающих по характеристикам из обнаруженных планет.
На основе полученных данныхразвивается теоретическая экзобиология, которая рассматривает физические,химические и биологические условия возникновения и поддержания жизни, также развиваетсята часть астрономии, которая связана с формированием и эволюцией планет, свозможностью жизни на них. При изучении планет основное внимание уделяют поискуводы на поверхности планет, поскольку считается, что именно в воде начинается возникновениежизни.
Как видно из приведенных вышематериалов поиск внеземной жизни не занимает в современной астрономии особо важногоместа. 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 государственномуровне этот проект не получает никакой поддержки и существует только за счет частныхпожертвований.
Поиск внеземной жизни проходитв виде поиска планет у ближайших звезд и выявления их параметров, наличия воды.Проект SETI был очень популярен в 60 – 80 годы, сейчаспроисходит уменьшение его популярности и что самое главное переосмысление целейи методов самого проекта. Из безрезультативности его в предыдущие годы должны бытьизвлечены выводы, надо поменять саму методику исследований, больше внимания приделятьисследованию периодических явлений в космосе.
Затрагивая вопрос поиска жизнинадо помнить, что космос состоит не только из звезд. Есть еще и Солнечная системаи жизнь, в разных ее формах, возможна на ее планетах. Поэтому многие ученые предлагаютбольше внимания уделить исследованию Луны, Марса и планет-гигантов, например,Юпитера, на которых могли развиться разные формы жизни, как в прошлом, так и существоватьи теперь.
Проект SETI в измененном виде будет, я уверен,существовать и впредь, ведь человеку не хочется чувствовать свое одиночество в безграничномкосмосе.
/>/>ВыводыВ работе были рассмотреныосновные теории происхождения жизни на Земле. На данное время нельзя однозначнотрактовать происхождение жизни только как акт творения или как процесс эволюции.Поскольку есть доказательства как одной, так и второй теории. Для того чтобы точноустановить как возникла жизнь нужны еще исследования. Только после их проведенияможно будет установить, какая из этих теорий верна. Возможно, будет создана единаятеория 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 поискии продолжались только несколько десятилетий. С развитием техники, математическогоаппарата эти поиски будут продолжены и, возможно, они увенчаются успехом в будущем.Тогда будет найдено еще одно доказательство того что человечество не одиноко вовселенной и что теория эволюции жизни верна. Но это будет в будущем. Которое начинаетсязавтра…
/>/>Список использованной литературы.1. Гиндилис Л.М.1990. Андрей Дмитриевич Сахаров и поиски внеземных цивилизаций // Земля иВселенная. 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.ronl.ru
ТЕМА: Возникновение жизни на Земле
Цель – изучить начальный этап жизни на Земле; формировать поисковый стиль мышления и коммуникативные навыки; развить практические навыки работы в группах; воспитать умение действовать в группе; формировать мировоззрение учащихся и свой взгляд на происхождение жизни на Земле.
Урок – игра, путешествие – исследование.
Урок – изучение нового материала.
^ Ход урока
Организационный момент.
Подготовка учащихся к изучению нового материала.
Вступительное слово (учитель) – 5 минут
Сегодня мы поговорим об удивительной планете Земля. Жизнь на ней появилась предположительно 4 млрд. лет тому назад. Как? Хороший вопрос. С глубокой древности и до нашего времени было высказано бессчетное количество гипотез о происхождении жизни на Земле. Некоторые из них представлены вам в таблице опорного конспекта, лежащего на парте и на слайде.
Давайте назовем их.
Ни одну из этих гипотез нельзя считать неоспоримо доказанным фактом. В настоящее время наука еще не достигла тех высот которые позволили бы с уверенностью доказать одну из этих гипотез, опровергнув остальные, либо же выдвинуть совершенно иную, новую гипотезу.
Ну а пока наука развивается, мы с вами немного пофантазируем и представим следующую ситуацию: ученым наконец-то удалось создать машину времени. Узнав об этом две группы ученых – палеозоологи и палеоботаники решили использовать эту уникальную возможность для того, чтобы проникнув в прошлое нашей планеты, узнать о начальном этапе формирования жизни. Для успешного проведения экспедиции вам необходимо, во-первых, узнать правила работы в группах:
Внимательно выслушай и пойми мысли товарища по группе.
Если не понял, спроси еще раз.
Высказывай свои мысли группе кратко и четко.
Если не согласен с ответом товарища, обоснуй.
Если не согласны с тобой, установи, почему.
Если доказали неверность твоих взглядов, признай свою ошибку.
Помни! Решение проблемы зависит от каждого члена группы.
Кроме этого перед началом любого дела особенно такого важного и интересного необходимо поставить цель. Как вы думаете, какова цель нашего путешествия в прошлое нашей планеты?
Целью вашей работы будет знакомство с прошлым нашей планеты. На доске написаны основные вопросы, которые вы должны рассмотреть и дать на них ответ в ходе своей работы.
1. Выяснение климатических особенностей планеты Земля в период возникновения жизни.
2. Изучение развития растительного и животного мира
По окончании работы вы должны будете по этим вопросам составить отчет о вашей экспедиции. Но об этом позже.
Сейчас мы установим временные рамки нашего путешествия.
Если представить время в виде спирали, то мы отправляемся в самое начало, то есть на 4 млрд. лет назад и рассмотрим историю жизни от предположительного ее начало до периода под названием Венд, начало которого датируется 0,5 млрд. лет назад.
^ III. Изучение нового материала.
Наше путешествие будет связано с опасностями и открытиями. И как к каждому путешествию к нему нужно основательно подготовиться. Первым вашим заданием будет составить список необходимых вещей, которые помогут вам в вашем путешествии. Для того чтобы не ошибиться и взять с собой действительно необходимые вещи мы вспомним о том, что из себя представляла наша планета в это время. Для этого послушаем доклады наших экспертов. Первый доклад посвящен формированию нашей планеты.
^ Доклад первого эксперта
Ученые определяют возраст Земли примерно 5 млрд. лет. В те времена – наша еще очень молодая планета была мало похожа на современную: температура ее поверхности была очень высокой до 8 000ºС. Все слагающие планету породы – расплавлены. Даже диаметр Земли был меньше, чем сейчас и полный оборот вокруг своей оси она совершала за 18 часов, а не за 24 как сейчас. Некоторые ученые полагают что это происходило потому, что Земля в то время имела меньший диаметр, а значит и вращалась быстрее. А другие говорят, что из-за образования на поверхности планеты больших масс воды или океанов скорость ее вращения уменьшилась. В течение всей своей истории Земля меняла свои размеры, скорость вращения вокруг оси и даже угол наклона. Поверхность планеты непрерывно бомбардировали метеориты, в том числе и очень крупные (диаметром несколько десятков километров!). И по сей день, исследователи находят на поверхности Земли остатки «звездных ран» или кратеров, оставленных метеоритами. Их размеры были огромны, некоторые кратеры достигают в диаметре от 50 до 200 км. Не так давно подо льдом Антарктиды обнаружили кратер с диаметром 250 км. Метеориты бомбардировали нашу планету, создавая катаклизмы, равные взрыву бессчетного числа атомных бомб. «Жизнь развивалась среди астрофизического кошмара, под градом падающих с неба камней» - сказал по этому поводу один американский ученый.
Второй эксперт расскажет нам о состоянии Земли на момент появления жизни. Именно в это время мы с вами и хотим попасть поэтому слушайте внимательно и по ходу его доклада заполняйте таблицу в которой отмечены наиболее важные факторы: температура, газовый состав атмосферы, наличие воды, защита от радиации и ультрафиолетовых лучей, а также защита от метеоритов. Все это вам пригодится при составлении списка необходимых в вашем путешествии вещей.
^ Доклад второго эксперта.
Когда закончилась эпоха «великой бомбардировки», Земля начала постепенно остывать. Вещества, находившиеся до этого в раскаленном состоянии охлаждаясь, перераспределялись в соответствии со своей массой – более тяжелые переместились вглубь, формируя ядро планеты, более легкие (азот, водород, углерод) остались на поверхности. Породы, слагавшие планету, становились твердыми и образовывали неровную поверхность. Когда температура упала ниже 100ºС, вода, бывшая до этого паром, пролилась на Землю дождями, но это были не те дожди к которым мы привыкли. Горячая вода низвергалась с неба и заполняла все низины и впадины, образовав огромные водные массивы. Но мы бы не советовали купаться в такой воде: в ней были растворены аммиак, углекислый газ, метан и синильная кислота. Если добавить к этому еще и высокую температуру океана, то вы и сами не рискнете зайти в такую воду. Атмосфера того времени тоже разительно отличалась от нынешней: основными ее составляющими были аммиак, метан, водород и водяные пары, в ней не было кислорода, а значит, не было и озона – единственной защиты планеты от губительных ультрафиолетовых лучей.
Планета по-прежнему остывала и вот уже в океане – единственном стабильном месте Земли появляется жизнь.
Условия планеты Земля в период возникновения жизни
Температура
Состав атмосферы
Наличие воды
Защита от радиации и ультрафиолетового излучения
Защита от метеоритов
100º
Аммиак, метан, водород, водяные пары
Появился первичный океан
нет
нет
Задание 1. Итак, приступаем к работе. На листах, в которых вы заполняли таблицу, ниже напишите список необходимых в вашем путешествии вещей. Их должно быть не более 10, то есть вы берете с собой только самое необходимое. Помните о самом главном правиле любой экспедиции – безопасность ее членов – главная забота ее организаторов. Не забывайте также и о цели вашего путешествия.
На работу вам отводиться 2 минуты.
^ Списки на листах ученики выносят к доске и оглашают их, объясняя некоторые моменты. Выясняется, какая команда лучше подготовилась к экспедиции. Выводы – 2 минуты.
В начале урока я уже говорила о том, что вы не просто ученые, а палеоботаники и палеозоологи. Чем занимаются те и другие вы нам сейчас и расскажете. Итак, что изучают палеоботаники? Что изучают палеозоологии? – 2 минуты. Палео – от греч. – древнее, онто – жизнь.
Мы определились с направлением вашего исследования и приступаем к следующему этапу. Вам необходимо изучить развитие растительного и животного мира на планете. На работу вам дается 5 минут. За это время вы должны составить эволюционную лестницу, начав с самого первого живого существа появившегося на нашей планете и придя к первым настоящим растениям или животным. (в помощь каждой группе дается краткая характеристика развития жизни).
Задание 2.
Изучить проявления жизни на планете Земля на начальном этапе ее формирования.
Палеоботаника
Первые следы жизни уводят нас в глубокую древность. Не меньше 3,5 млрд. лет прошло с момента образования горных пород, в которых были обнаружены самые первые живые существа. Клетки этих первых существ относились к примитивным одноклеточным. Они не имели оформленного ядра, но нить ДНК – носителя наследственной информации уже присутствовала. Поэтому их называют прокариотами. И хотя на Земле число прокариот было очень велико, оказавшись вдруг на нашей планете 3,5 млрд. лет назад, мы вряд ли заметили бы признаки жизни – лишь скользкие пленки на прибрежных камнях. Они-то и были первыми живыми организмами, а если более точно – колониями, целыми сообществами микроскопических организмов. В этих сообществах больше всего видимо было сине-зеленых водорослей, которые дожили до наших дней. Водорослями их называют условно, по своему строению они скорее напоминают бактерии, но уже способные к фотосинтезу. Позднее появляются эукариоты. Процесс их появления трудно объяснить однозначно, на это существует множество версий. В дальнейшем эукариоты имеющие ядро и достаточно развитый генетический аппарат в результате различных мутаций, которые закреплялись из поколения в поколение видоизменялись. 2,5 млрд. лет назад появлялись новые формы организмов - многоклеточные организмы – еще одна загадка эволюции. Сине-зеленые водоросли медленно, но верно насыщали атмосферу Земли кислородом.
В это время отмечено появление первых многоклеточных водорослей.
Палеозоология
Первые следы жизни уводят нас в глубокую древность. Не меньше 3,5 млрд. лет прошло с момента образования горных пород, в которых были обнаружены самые первые живые существа. Клетки этих первых существ относились к примитивным одноклеточным. Они не имели оформленного ядра, но нить ДНК – носителя наследственной информации уже присутствовала. Поэтому их называют прокариотами. И хотя на Земле число прокариот было очень велико, оказавшись вдруг на нашей планете 3,5 млрд. лет назад, мы вряд ли заметили бы признаки жизни – лишь скользкие пленки на прибрежных камнях. Они-то и были первыми живыми организмами, а если более точно – колониями, целыми сообществами микроскопических организмов. В этих сообществах больше всего видимо было сине-зеленых водорослей, которые дожили до наших дней. Водорослями их называют условно, по своему строению они скорее напоминают бактерии, но уже способные к фотосинтезу. Позднее появляются эукариоты. Процесс их появления трудно объяснить однозначно, на это существует множество версий. В дальнейшем эукариоты, имеющие ядро и достаточно развитый генетический аппарат в результате различных мутаций, которые закреплялись из поколения в поколение, видоизменялись. 2,5 млрд. лет назад появлялись новые формы организмов - многоклеточные организмы – еще одна загадка эволюции. Сине-зеленые водоросли медленно, но верно насыщали атмосферу Земли кислородом.
Климат Земли по прежнему был неустойчив, извержения вулканов, радиация, высокое давление все это не способствовало развитию жизни на суше. Но в воде в это время уже во всю развивалась жизнь в самых разнообразных формах. Это животные – кораллы, губки, морские лилии, медузы, трилобиты, аммониты, моллюски.
Проверка задания – систематика должна быть составлена крупно, на листах бумаги, так, чтобы четко прослеживалась преемственность. И у той и у другой команды первый организм должен быть одинаковым. Он написан на отдельном листке у учителя и прикрепляется на доску над листами учеников. Таким образом, четко видна система происхождения всех живых организмов от одного предка. Учитель подводит учеников к самостоятельному выводу, но оговаривает еще раз, что это лишь гипотеза, одна из многих. Ваше право принять ее либо нет. – 2 минуты
^ III. Закрепление материала.
Итак, мы с вами провели достаточно много времени в прошлом нашей планеты. Пора возвращаться в наше время и делать выводы по итогам нашей экспедиции. В течение 5 минут вы должны подготовить ответы на те вопросы, которые мы поставили в начале нашего урока.
Учащиеся отчитываются – делают выводы по уроку. 3 минуты
Учитель обобщает эти выводы. – 2 минуты
^ IV. Заключительный этап урока.
Заключение
Итак, наше путешествие закончилось. Оно было интересным и увлекательным, но самое главное познавательным. Надеюсь, что оно было не последним, и мы с вами еще не раз воспользуемся услугами виртуальной машины времени.
Выставление оценок, домашнее задание.
Д/З – на выбор одно из предложенных:
Приготовить сообщения по теме «Зарождение жизни на Земле»
Выдвинуть и обосновать собственную гипотезу происхождения жизни.
Подготовить мини-рассказ о той или иной теории происхождения жизни.
www.ronl.ru
