Гипотезы о происхождении живого вещества

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

Гипотезы о происхождении живого вещества

 

 

 

 

Содержание

 

 

 

 

Введение

 

Вопрос происхождения жизни на Земле - является одним из самых сложных вопросов современного естествознания, на который до сих пор нет однозначного ответа. Жизнь, в свою очередь, произошла из живого вещества, так как по определению жизнь – это форма существования материи, время существования живого организма, состоящего из живого вещества.

История человека разумного - Homo sapiens знала не одну гипотезу о путях возникновения живого вещества – жизни, и о месте человека в системе живых существ. В этом вопросе с древности существуют две противоположные точки зрения. Одна точка зрения утверждает возможность происхождения живого из неживого – теория абиогенеза; другая отрицает самопроизвольное зарождение живого вещества – это теория биогенеза.

Современные мировоззрения позволяют поставить этот спор на строгую научную почву и  обосновать правильность теории абиогенеза. Они позволяют выделить те факторы, которые привели к превращению неживой материи в живую, и те пути эволюции вещества, которые могли привести к возникновению живого на земле.

Общий уровень знаний в древнем мире, как нам известно, был невысок, и господствовавшие представления отличались своей фантастичностью. Например, греческий философ Эмпедокл (V в. до н.э.) приписывал деревьям способность нести яйца. Аристотель (IV в. до н.э.) высказывал аналогичные взгляды, приписывал происхождение вшей из мяса, клопов - из соков тела животных, дождевых червей – из ила прудов.

Ф. Реди (середина XVII в.), ученый из Италии, показал, что справедливый принцип “все живое – из живого”, английский ученый В.Гарвей (XVII в.) провозгласил принцип “все живое – из яйца”. Работы Л.Пастера явились переломным моментом в истории учения о происхождении жизни [1].

Автором коацерватной теории является известный русский биохимик А.И.Опарин (1924 г.). В это же время к аналогичным выводам пришёл английский учёный Дж. Холдейн.

Опарин А.И. считал, что переход от химической эволюции к биологической требовал обязательного возникновения индивидуальных фазово-обособленных систем, способных взаимодействовать с окружающей внешней средой, используя ее вещества и энергию.

При определенных условиях водная оболочка приобретает четкие границы и отделяет молекулу от окружающего раствора. Молекулы, окруженные водной оболочкой, могут объединяться, образуя многомолекулярные комплексы – коацерваты [1, 2, 3].

Путем включения в коацерватные капли различных катализаторов (в том числе и ферментов) можно вызывать ряд реакций, в частности полимеризацию поступающих из внешней среды мономеров. За счет этого капли могут увеличиваться в объеме и весе, а затем дробиться на дочерние образования.

Первыми и наиболее важными событиями биологической эволюции после возникновения фотосинтеза и аэробного типа обмена следует считать появление эукариот и многоклеточных организмов.

В результате совместного обитания - симбиоза различных прокариотических клеток возникли ядерные (эукариотические) организмы. Основной “базой” для симбиоза была гетеротрофная амебоподобная клетка. Образовавшиеся подвижные эукариоты путем симбиоза с фотосинтезирующими организмами дали водоросли, или растения.

Первая попытка разрешения вопроса о происхождении многоклеточных организмов принадлежит немецкому ученому Э.Геккелю (1874 г), который полагал, что каждая стадия онтогенеза повторяет какую-то определенную стадию, пройденную предками данного вида во время филогенетического развития. Представления Э.Геккеля получили название теории гастреи.

Основу современных представлений о возникновении многоклеточных организмов представляет гипотеза И.И.Мечникова (1886) – это гипотеза фагоцителлы. Ученый в своей гипотезе предполагает, что многоклеточные произошли от колониальных простейших – жгутиковых. Пример такой организации – существующие существующие в настоящее время колониальные жгутиковые типа Volfoks.

При рассмотрении разных гипотез однозначно приходишь к выводу, что возникновение живого вещества на Земле носит закономерный характер, и ее появление, несомненно, связано с длительным процессом химической эволюции, происходившей на нашей планете в течение многих тысяч лет.

Теорий возникновения живого вещества, а впоследствии и жизни на Земле много, но ни одна из них не отвечает однозначно на поставленный вопрос. Несколько теорий происхождения живого вещества наиболее известны, среди них следует выделить следующие [1, 2, 3-8]:

• теория самопроизвольного (спонтанного) зарождения;

• теория креационизма (или сотворения);

• теория стационарного состояния;

• теория панспермии;

• теория биохимической эволюции (теория А.И. Опарина).

Целью данной работы является рассмотреть перечисленные теории, дать характеристику каждой теории, выделить сильные и слабые стороны каждой из этих теорий.

 

1 Живое  вещество и его роль в существовании жизни на Земле

 

В настоящее время существует следующее определение живого вещества: совокупность живых организмов биосферы, численно выраженная в элементарном химическом составе, массе и энергии [9].

Этот термин введён В. И. Вернадским. По его мнению, живое вещество связано с биосферой материально и энергетически посредством биогенной миграции атомов в результате дыхания, питания, роста и размножения организмов. Представлено живое вещество автотрофными организмами (зелёные растения и автотрофные микроорганизмы), гетеротрофными организмами (бесхлорофильные растения, все животные, человек), миксотрофными организмами, которые питаются готовыми органическими соединениями, хотя и способны их синтезировать.        

 Живое вещество чрезвычайно химически и геологически активно. Рассеянное в мириадах особей, непрерывно умирающих и рождающихся, обладающих колоссальной действенной энергией, оно выполняет в биосфере огромную работу и является могучей геологической силой планетарного характера, определяющей лик Земли.

Одно из проявлений геологической работы живого вещества - участие в создании органогенных осадочных пород (каменный уголь, битумы, известняки, нефть и т. д.), названных Вернадским биогенным веществом биосферы.

Биокосные вещества образуются также при участии живого вещества: почти вся вода биосферы, почва, кора выветривания и т. д.

Роль живого вещества как геологического фактора проявляется в контролировании им всех основных химических превращений в биосфере.

Биогеохимические функции живого вещества могут быть разделены на 5 групп:

- газовые - определяют газовый состав атмосферы: преобладающая масса газов на планете биогенна; в результате действия Ж. в. создаются её основные газы (N2, O2, CO2, H2S, CH4 и др.);

- концентрационные - накопление организмами биогенных элементов из окружающей среды;

- окислительно-восстановительные – приводят к химическим превращениям большинства соединений;

- биохимические – протекают внутри организмов, связаны с ростом и размножением организмов, что приводит к увеличению их числа и массы живого вещества;

- биогеохимические функции человечества.

Состав живого вещества резко отличен от состава косного вещества планеты; в нём преобладают лёгкие атомы (Н, С, N, О, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca). Эти элементы содержатся во всех живых организмах и образуют в них химические соединения, встречающиеся преимущественно в живом веществе. Содержание определённых элементов в некоторых организмах в десятки, сотни и даже тысячи раз больше, чем во внешней среде. Благодаря этому и создаётся неоднородность химического состава биосферы.

Биогенные процессы окисления и восстановления преобладают на поверхности Земли. Давление живого вещества на окружающую среду, которое Вернадский назвал «напором жизни», является выражением энергии роста и размножения и неодинаково у разных групп организмов.

Другие проявление биохимической функции живого вещества - процессы, связанные с разложением организмов после их смерти, т. е. превращением живого вещества в косное. В результате этих процессов образуются биогенные и биокосные вещества биосферы. Биогеохимические функции человечества, обусловленные преимущественно технической деятельностью человека (техногенез), - форма созидания и превращения веществ в биосфере, связанная с её переходом в новое состояние - ноосферу, когда человек становится новой геологической силой на планете.

 

2 Теория самопроизвольного (спонтанного) зарождения

 

Теория самопроизвольного зарождения жизни получила широкое распространение в Древнем мире - Вавилоне, Китае, Древнем Египте и Древней Греции, где этой теории придерживался Аристотель [4].

Ученые Древнего мира и средневековой Европы верили в то, что живые существа постоянно возникают из неживой материи: черви - из грязи, лягушки - из тины, светлячки - из утренней росы и т.п. Так, известный голландский ученый 17 в. Ван-Гельмонт совершенно серьезно описывал в своем научном трактате опыт, в котором он за три недели получил в запертом темном шкафу мышей непосредственно из грязной рубашки и горсти пшеницы.

Впервые эту широко распространенную теорию решился подвергнуть экспериментальной проверке итальянский ученый Франческо Реди в 1688 году. Для этого он поместил несколько кусков мяса в сосуды, часть из которых закрыл кисеей. В открытых сосудах на поверхности гниющего мяса появились белые червячки - личинки мух. В сосудах же, прикрытых кисеей, личинки мух отсутствовали. Таким образом Ф. Реди удалось доказать, что личинки мух появляются не из гниющего мяса, а из яиц, отложенных мухами на его поверхность [4].

В 1765 г. известный итальянский ученый и врач Ладзаро Спаланцани прокипятил в запаянных стеклянных колбах мясные и овощные бульоны. Бульоны в запаянных колбах не портились. Он сделал вывод, что под действием высокой температуры погибли все живые существа, способные вызывать порчу бульона.

Однако опыты Ф. Реди и Л. Спаланцани убедили далеко не всех. Ученые-виталисты (от лат. vita - жизнь) считали, что в прокипяченном бульоне не происходит самозарождения живых существ, так как в нем разрушается особая «жизненная сила», которая не может проникнуть в запаянный сосуд, поскольку переносится по воздуху [5].

Споры по поводу возможности самозарождения жизни активизировались в связи с открытием микроорганизмов. Если сложные живые существа не могут самозарождаться, возможно, это могут делать микроорганизмы?

В связи с этим в 1859 г. французская Академия объявила о присуждении премии тому, кто окончательно решит вопрос о возможности или невозможности самозарождения жизни. Эту премию получил в 1862 г. знаменитый французский химик и микробиолог Луи Пастер. Так же как Спаланцани, он прокипятил питательный бульон в стеклянной колбе, но колба была не обычная, а с горлышком в виде S-образной трубки. Воздух, а вместе с ним и «жизненная сила», могли свободно проникать в колбу, но пыль и микроорганизмы, присутствующие в воздухе, оседали в нижнем колене S-образной трубки, в результате чего бульон в колбе оставался стерильным (рисунок 1). Однако стоило сломать горло колбы или ополоснуть стерильным бульоном нижнее колено S-образной трубки, как бульон начинал быстро мутнеть - в нем появлялись микроорганизмы.

Рисунок 1 - Пастеровская колба

Таким образом, благодаря работам Луи Пастера теория самозарождения была признана несостоятельной и в научном мире утвердилась теория биогенеза, краткая формулировка которой - «все живое - от живого», то есть жизнь на Земле происходит только из живого вещества.

3 Теория креационизма или сотворения

 

Теория креационизма предполагает, что все живые организмы (или только простейшие их формы) были в определенный период времени сотворены («сконструированы») неким сверхъестественным существом (божеством, абсолютной идеей, сверхразумом, сверхцивилизацией и т.п.). Очевидно, что именно этой точки зрения с глубокой древности придерживались последователи большинства ведущих религий мира, в частности, христианской религии [4, 5], где ключевым моментом, объясняющим акт сотворения органической материи, является тот факт, что Бог сотворил Адама и далее из его ребра создал женщину.

Теория креационизма достаточно широко распространена и в настоящее время, причем не только в религиозных, но и в научных кругах.

Обычно ее используют для объяснения наиболее сложных, не имеющих на сегодняшний день решения вопросов биохимической и биологической эволюции, связанных с возникновением белков и нуклеиновых кислот, формированием механизма взаимодействия между ними, возникновением и формированием отдельных сложных органелл или органов (таких, как рибосома, глаз или мозг). Актами периодического «сотворения» объясняется и отсутствие четких переходных звеньев от одного типа животных к другому, например, от червей к членистоногим, от обезьяны к человеку и т.п. [4, 5, 6].

Эту теорию трудно назвать гипотезой, поскольку она представляет собой религиозную точку зрения на происхождение живого, т.е. для религии является не гипотезой (вероятностным предположением), а несомненным, достоверным, истинным знанием (конечно же, богооткровенным и иррациональным). Однако для науки религиозная точка зрения на происхождение жизни представляет собой именно ненаучную гипотезу.