Концепции возникновения живой материи и эволюция живых систем

Министерство образования и науки РФ

Сочинский государственный университет туризма и курортного дела

Филиал Сочинского государственного университета туризма и курортного

дела в г. Нижний Новгород

Специальность: Менеджмент организации и управление персоналом

Дисциплина: Концепция современного естествознания (КСЕ)

Контрольная работа

Тема: «Концепции возникновения живой  материи и эволюция живых систем»

         Выполнил:

Студент: Семыкин Денис Александрович

               Группа  22/10

          Проверил:

                                       Крылов Евгений Алексеевич

Оценка 

                Подпись

  «              »                                          2012г.

Дата регистрации работы  «                            »                                                         2012г.

Нижний Новгород.

2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………...3

1.      Феномен живой  материи. Уровни организации живой  материи………4

2.      Механизм биологической наследственности…………………………….9

3.      Образование органических веществ и зарождение клетки…………….12

4.      Альтернативные гипотезы возникновения жизни……………………...16

5.      Концепции биологической эволюции. Теория биологической эволюции: современный взгляд…………………………………………20

Заключение………………………………………………………………………29

Список  использованной литературы………………………………………….30

Введение

Все живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе, они зависят от окружающей среды и испытывают на себе ее воздействия. Это точно согласованный комплекс множества факторов окружающей среды, и приспособление к ним живых организмов обуславливает возможность существования всевозможных форм организмов и самого различного образования их жизни.

Живая природа представляет собой сложно организованную, иерархичную систему. Выделяют несколько уровней организации живой материи.

        Под эволюцией подразумевается процесс длительных, постепенных, медленных изменений, которые в конечном итоге приводят к изменениям коренным, качественным, завершающимся образованием новых систем, структур и видов. Представления об эволюции в естествознании имеют ключевое значение.

         Цель данной работы рассмотреть различные концепции возникновения живой материи и эволюцию живых систем.

1. Феномен живой  материи. Уровни организации живой  материи

          В последнее время в самых различных областях знания широко используются системные средства познания начиная с философского принципа системности общенаучного системного подхода, вариантов общей теории систем - ОТС, и кончая системным анализом. Принципы системного подхода с успехом применяются в математике, медицине, геологии, биологии, философии и т.д. Наряду с системным подходом в последнее время получил широкое распространение также и информационный подход, как особый подход к научному познанию действительности. Формирование этого подхода означает, что понятие информации стало одним из фундаментальных понятий науки, причем, как считает большинство исследователей, самым тесным образом, связываемым с живой материей.

          Уже неоднократно делались попытки системного подхода к изучению Живого, т.е. к решению проблемы феномена живой материи. Эта глобальная проблема, как известно, включает в себя ряд также нерешенных до сих пор фундаментальных проблем, таких как возникновение жизни, эволюция живого, природа мышления и т.д. В завершении этого неполного списка проблем нужно добавить еще одну, быть может, самую главную - проблему феномена человека, места его в объективном мире, смысла и цели его существования. Испокон веков, как только человек осознал себя, человечество пытается решить эту проблему. Очевидно, что невозможно рассматривать проблему феномена человека без, хотя бы беглого, обсуждения основных специфических функций его психики.

         Как отмечает Э.Фромм в своей работе "Психоанализ и религия", самосознание, разум и воображение нарушили "гармонию" животного существования человека. Их появление превратило человека в аномалию, в каприз "универсума", и что человек никогда не освободится от дихотомии своего существования. Человек всегда будет стремиться объяснить себе самого себя и смысл своего существования.  Эта проблема всегда будет иметь наивысший приоритет в познавательной деятельности человечества. Традиционно считается, что эти вопросы входят в компетенцию философии и религии, т.к. одним из основных методологических принципов точных наук в настоящее время является принцип "естественности", детерминированности всех процессов, протекающих во Вселенной. Принцип, который, в существующей сегодня его трактовке, полностью исключает телеологичность, т.е. саму постановку вопросов типа "зачем", "для чего", "с какой целью" и т.д. Иначе говоря, сегодня наука считает, что в природе не может быть цели.

          В отличие от методов других научных дисциплин, системный подход допускает постановку такого типа вопросов, тем более при изучении информационных систем. Информационные процессы всегда выполняются для чего-то и с какой-то целью. Поэтому в рамках системного и информационного подходов можно попытаться в какой-то мере выяснить сущность такого типа вопросов применительно к живой материи, к человеку, если, конечно, считать, что любой живой организм можно рассматривать как информационную систему. Понятно, что никакой подход не позволяет в настоящее время найти конкретные, исчерпывающие, ответы на все эти вопросы, но используя системные и информационные средства познания, можно попытаться хотя бы более четко сформулировать возможные альтернативные решения и уточнить направления и методы перспективных теоретических и экспериментальных исследований, которые позволили бы в будущем, если не полностью, то хотя бы частично решить проблему феномена Жизни. Но надо иметь в виду, что не исключена возможность того, что в рамках научного подхода, т.е. на формализованом уровне, эта проблема в принципе не поддается решению. Методологические принципы системного подхода используют крайне общие понятия, вплоть до фундаментальных категорий философии. Это обстоятельство определило насыщенность текста данной работы такими понятиями, большинсто из которых, к сожалению, в настоящее время не имеют общепринятых адекватных определений. Отсутствие адекватных, общепринятых определений этих понятий в первую очередь означает, что сущность их пока недостаточно изучена, т.е. пока отсутствуют соответствующие адекватные формализованные знания.

        Очевидно, что до того, как подойти к проблеме феномена человека, для "начала" надо попытаться понять суть такого феномена как жизнь вообще, понять ее место в Бытие, понять сущность живых систем.

        Из предпосылки о первичности живой материи однозначно вытекает, что человечество не может занимать абсолютно верхний уровень иерархии живых систем. В то же время есть все основания считать, что информационная система некоторого уровня иерархии в принципе не может адекватно осознать на формализованном уровне информационную систему (ее тезаурус суть информационной системы) более высокого уровня иерархии, если подразумевать, что с ростом уровня иерархии увеличивается сложность информационных систем. Показано, что есть все основания считать основным фактором эволюционного процесса, по крайней мере живых организмов Биосферы Земли, только причины, имеющие информационную природу. Это следует из того, что Биосфера также является информационной системой. Поэтому, по всей вероятности, эволюционный процесс живых систем, как любой информационный процесс, - целенаправлен, т.е. имеет некоторую цель. В связи с тем, что в Бытие существуют информационные, т.е. целенаправленные, процессы вполне обоснованно (даже необходимо) при познании окружающего мира, точнее живой материи, использовать методы телеологии наряду с методами точных наук. По Этому поводу Ф.Бруке образно заметил, что "...телеология - Это леди, без которой ни один биолог не может жить, но стыдится показываться на людях". Ортодоксальные богословы и философы идеалисты объясняют религию, исходя из представления о наличии в мире объективно сверхъестественного начала и сверхъестественных явлений, подразумевая под "сверхъестественностью", нечто не подчиняющееся законам материального мира, точнее выпадающего из цепи причинных связей, имея в виду под такими причинно-следственными связями только физические, химические и биологические, а не информационные. Если же считать, что "сверхъестественные" явления есть проявление некоторых информационных процессов, то они оказываются вполне "естественными", но имеющими информационную причинность.

           Уровни организации живой материи сложившееся к 60-м гг. 20 в. представление о структурности живого. Жизнь на Земле представлена индивидуумами определённого строения, принадлежащими к определённым систематическим группам, а также сообществами разной сложности. Индивидуумы обладают молекулярной, клеточной, тканевой, органной структурностью; сообщества бывают одновидовые и многовидовые. Индивидуумы и сообщества организованы в пространстве и во времени. По подходу к их изучению можно выделить несколько основных У. о. ж. м. на базе разных способов структурно-функционального объединения составляющих элементов: молекулярный, субклеточный, клеточный, органотканевый, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, биогеоценотический, биосферный. На биосферном уровне современная биология решает глобальные проблемы, напр. определение интенсивности образования свободного кислорода растит, покровом Земли или изменения концентрации углекислого газа в атмосфере, связанного с деятельностью человека. На биогеоценотическом и биоценотическом уровнях ведущими являются проблемы взаимоотношений организмов в биоценозах, условия, определяющие их численность и продуктивность биоценозов, устойчивость последних и роль влияний человека на сохранение биоценозов и их комплексов. На популяционно-видовом уровне изучают факторы, влияющие на численность популяций, проблемы сохранения исчезающих видов, динамики генетического состава популяций, действие факторов микроэволюции и т.д. Для хозяйственной деятельности человека важны такие проблемы популяционной биологии, как контроль численности видов, наносящих ущерб хозяйству, поддержание оптимальной численности эксплуатируемых и охраняемых популяций. На организменном уровне изучают особь и свойственные ей как целому черты строения, физиол. процессы, в т. ч. дифференцировку, механизмы адаптации (акклимации) и поведения, в частности — нейрогумоарльные механизмы регуляции, функции ЦНС. На органотканевом уровне основные проблемы заключаются в изучении особенностей строения и функций отд. органов и составляющих их тканей. Особый У. о. ж. м.— клеточный; биология клетки (цитология) — один из основных разделов современной биологии, включает проблемы морфологич. организаций клетки, специализации клеток в ходе развития, функций клеточной мембраны, механизмов и регуляции деления клетки. Эти проблемы имеют особенно важное значение для медицины, в частности, составляя основу проблемы рака. На уровне субклеточных, или надмолекулярных, структур изучают строение и функции органоидов (хромосом, митохондрий, рибосом и др.), а также др. включений клетки. Молекулярный уровень составляет предмет молекулярной биологии, изучающей строение белков, их функции как ферментов или элементов цитоскелета, роль нуклеиновых к-т в хранении, репликации и реализации генетич. информации, т. е. процессы синтеза ДНК, РНК и белков. На этом уровне достигнуты большие успехи в области биотехнологии и генной инженерии. Разделение живой материи и проблем биологии по уровням организации хотя и отражает объективную реальность, но в то же время является условным, т. к. почти все конкретные задачи биологии касаются одновременно неск. уровней, а нередко и всех сразу. Например, проблемы эволюции или онтогенеза не могут рассматриваться только на уровне организма, т. е. без молекулярного, субклеточного, клеточного, органотканевого, а также популяционно-видового и биоценотич. уровней; проблема регуляции численности опирается на мол. уровень, но касается также всех вышестоящих, включая такие аспекты, как, напр., загрязнение всей биосферы. По наличию специфических элементарных единиц и явлений считается достаточным выделение 4 основных У. о. ж. м. Представление об У. о. ж. м. наглядно отражает системный подход в изучении живой природы.

           В процессе эволюции происходило постепенное усложнение организации живой материи. При образовании более сложного уровня предыдущий уровень, возникший ранее, входил в него как составная часть. Именно поэтому уровневая организация и эволюция являются отличительными признаками живой природы. В настоящее время жизнь как особая форма существования материи представлена на нашей планете несколькими уровнями организации.

2. Механизм биологической наследственности

          Наследственность, свойство (способность) живых организмов повторять в ряду поколений внешний облик, тип обмена веществ, особенности развития и другие признаки, характерные для каждого биологического вида. Наследственность осуществляется благодаря процессу наследования – повторяющегося в поколениях определённого способа передачи «вещества наследственности», или генетического материала. Начиная с Гиппократа, Аристотеля и других учёных античности, развитие биологии в значительной мере было связано с попытками найти ответы на вопросы о материальном носителе наследственных задатков, о механизмах их образования и передачи и, главное, о способах раскрытия, реализации наследственных задатков в те или иные признаки и свойства организма. Несмотря на издревле существовавший интерес к проблеме сходства и отличий между «родителями» и «детьми» у всех живых существ, наука о наследственности и изменчивости – генетика – сравнительно молода. Она родилась в нач. 20 в., когда были переоткрыты и стали широко известными сформулированные Г. Менделем закономерности наследования (см. Менделя законы). К этому времени уже были в главных чертах выяснены цитологические, или клеточные, основы наследственности: установлены механизмы митоза, мейоза и оплодотворения, изучено поведение хромосом в этих процессах, выдвинута и затем подтверждена ядерная гипотеза наследственности, связавшая наследование признаков с клеточным ядром. Сразу после переоткрытия законов Менделя был сделан следующий шаг в познании наследственности – менделеевские «наследственные факторы» были помещены в хромосомы. Так, перейдя на более глубокий (субклеточный) уровень, начала формироваться хромосомная теория наследственности. Наконец, в 1950—1960-х гг. были раскрыты химические, или молекулярные, основы наследственности. «Веществом наследственности» оказались сложные биополимеры – нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Раскрытие пространственной структуры ДНК позволило объяснить, как гены (участки ДНК) осуществляют свою функцию по хранению, воспроизведению и реализации наследственности. Процесс наследования стали рассматривать как процесс передачи генетической информации, которая заключена в химическом строении ДНК. Стали понятными также и такие фундаментальные качества наследственности, как её консервативность, устойчивость, с одной стороны, и способность претерпевать передающиеся в поколениях изменения – с другой. Первое свойство обеспечивает точность, постоянство воспроизведения и реализации генетического материала, а, следовательно, и постоянство видовых признаков; второе свойство даёт возможность биологическим видам, изменяясь, приспосабливаться к условиям среды, эволюционировать. Таким образом, наследственность и изменчивость неразрывно связаны, т. к. в их основании лежат одни и те же материальные (клеточные и молекулярные) структуры.

Наследственность всегда реализуется во взаимодействии генетических факторов и условий существования. При индивидуальном развитии организмов (их онтогенезе) наследственность определяет границы (норму реакции) изменчивости организма, т. е. набор тех возможных вариантов (фенотипов), которые допускает данный генотип при изменениях среды (модификационная, онтогенетическая изменчивость). При историческом развитии организмов (их филогенезе) наследственность, закрепляя изменения генетического материала (генотипическая изменчивость), создаёт предпосылки для эволюции организмов. Наряду с ядерной (хромосомной) наследственностью существует т. н. цитоплазматическая (нехромосомная) наследственность, обусловленная наличием генов у органоидов (митохондрий, хлоропластов и некоторых других), находящихся в цитоплазме клетки и способных независимо от клеточного ядра синтезировать необходимые им белки.

         Механизм наследственности заключается в том, что вся информация о «плане организма» содержится всего лишь в одной клетке, а точнее – в части клетки, которая именуется ядром клетки. Данное ядро состоит из набора частиц. Эти частицы по своей форме напоминают палочку или нить, а называются они хромосомы. Количество хромосом различно: 8, 12, а у человека их 48. Правильнее будет говорить о том, что в клетке содержится 24 пары хромосом. И именно они несут в себе весь шифровальный код организма. Если присмотреться, то мы увидим схожесть хромосом. Это объясняется тем, что часть хромосом приходит от матери, т. е. от яйцеклетки, а вторая часть – от отца, т. е. от оплодотворяющего сперматозоида.

         Ученые провели исследование, в ходе которого было достоверно установлено, что основной «код наследственности» содержится в нити ДНК. Нить ДНК и составляют хромосомы, по виду она напоминает сетку. В этом «коде наследственности» есть и свои единицы. Такой единицей для микроорганизма являются три нуклеотида. Они построены довольно просто – по длине молекулы ДНК. Хромосомы высших организмов построены гораздо сложнее, но существует предположение, что процесс считывания информации (хотя это достоверно не было установлено) в общих чертах похож на тот, который наблюдается у микроорганизмов. Рост организма происходит путем митоза. Митоз – это последовательное клеточное деление. Яйцеклетка делится на две «дочерние» клетки, которые затем делятся на 4, 8, 16, 32, 64 и т. д. При этом следует отметить, что частота деления клеток во всем организме не одинакова, вследствие чего нарушается число делений клеток. При митозе хромосомы удваиваются. Смысл митоза заключается в том, что дочерние клетки получают точные копии набора хромосом яйцеклетки. Отсюда следует вывод, что все клетки тела подобны друг другу.

          Мейоз. После того как особь начала развиваться, часть клеток резервируется. Зарезервированная часть клеток не участвует больше ни в каких процессах. Она активируется только лишь тогда, когда особь достигает зрелости, и участвует в размножении особи. Из этой зарезервированной части клеток очень скоро, но до того, как особь начнет размножаться, начинают формироваться клетки – гаметы. Мужские гаметы называются спермин, а женские – яйцеклетки.

3.Образование органических веществ и зарождение клетки

         О фактах широкого распространения во Вселенной процессов образования органических веществ из неорганических уже говорилось выше. На Земле наших дней такие процессы наблюдаются очень редко. Но это не означает, что в совсем иных условиях ранней Земли все обстояло так же. Эксперименты показывают, что в насыщенной водородом и аммиаком первичной атмосфере электрические разряды, мощное ультрафиолетовое излучение Солнца создавали все необходимое для эффективного протекания процессов, характерных для первого из перечисленных выше этапов. Но для детальной разработки механизмов, действовавших на втором и, особенно на третьем этапах, имеющихся исходных данных мало.

          Проникновение в суть явления, называемого происхождением жизни на Земле, перестало выглядеть безнадежным занятием после того, как усилиями ряда ученых сформировался системный подход к этому феномену, рожденный новым научным мышлением. Начало подхода заложил русский биохимик А.И. Опарин (1894-1980) в 1924 г. В появлении жизни он увидел единый естественный процесс, слагавшийся из протекавшей в условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей затем на качественно новый уровень - биохимической эволюции. С самого начала процесс был неразрывно связан с геологической эволюцией внешних оболочек Земли. Видимо, новое понимание проблемы назрело в науке, потому что независимо от А.И. Опарина подобный подход (несколько позже, в 1929 г.) высказал английский физиолог Дж. Холдейн (1860- 1936). Затем эстафету подхватил английский физик Дж. Бернал.

           Возникновение и развитие химической эволюции особого типа произошли на втором этапе, в ходе образования и накопления в первичных водоемах исходных органических молекул. В самом общем виде химическую эволюцию можно представить так. Органические вещества, образовавшиеся на первом этапе процесса, скапливались в сравнительно неглубоких местах первичных водоемов, прогреваемых Солнцем. Солнечное излучение в то время доносило до поверхности Земли мощную коротковолновую (ультрафиолетовую) составляющую, которая в наши дни не пропускается к поверхности озоновым слоем, образовавшимся вместе с кислородной атмосферой. Коротковолновое же излучение обеспечивает энергией протекание химических реакций между органическими соединениями, но одновременно разрушает возникающие сложные органические соединения, в частности, биополимеры, липиды, углеводороды - основу будущей жизни. Поэтому их накопление возможно только в динамике и при наличии таких условий в окружающей среде, которые способствовали бы укрытию новых образований от разрушения мощным солнечным ультрафиолетом.

           Таким образом, предполагается, что в некоторых зонах первичных водоемов Земли протекали разнообразные случайные реакции. Большая их часть быстро завершалась из-за исчерпания исходного сырья. Но в хаосе химических реакций произвольно возникали и закреплялись реакции циклических типов, обладавшие способностью к самоподдержанию в неких замкнутых циклах при поступлении энергии извне и эффективном обмене веществом с окружающей средой. Органическая химия знает примеры реакций такого типа. Их отбор и выживание следует рассматривать как возможный качественный скачок, создавший предпосылки для перехода от химической к биохимической эволюции. Вместе с отбором и совершенствованием комплексов циклических реакций происходили отбор и совершенствование участвующих в этих реакциях органических молекул. Непременным условием успешного протекания химической эволюции служит допущение, что одновременно с отбором циклических реакций происходила самосборка из липидов оболочек и перегородок мембранного типа, способных отделить объемы с упорядоченными реакциями от неорганизованной окружающей среды, не лишая их возможности обмена реагентами. В лабораторных экспериментах, имитирующих состояние гидросферы и атмосферы молодой Земли, получено подтверждение того, что скопление липидов в водоеме при определенной ихконцентрации и соответствующих внешних условиях демонстрирует типичный процесс самоорганизации, осуществляя самосборку микрооболочек. Напрашивается еще одно смелое допущение, что каким-то образом процесс самосборки оболочек и процесс отбора циклических реакций определенного типа объединились и привели к появлению неравновесных, отделенных от окружающей среды самоподдерживающихся образований, которые стали предшественниками простейшей клетки.

           В последние годы предпринимаются попытки на основе теоретического анализа и лабораторных экспериментов воспроизвести модель протекания химической эволюции на поверхности только что сформировавшейся молодой планеты. В одной из таких моделей предполагается, что ранняя Земля первоначально была холодным телом, окруженным разреженной восстановительной атмосферой- смесью мётана, аммиака и паров воды при общем давлении не более 1-10 мм рт. ст. Температура поверхности достигала примерно - 50°С, так что вода ледяным покровом окружала литосферу. Под действием солнечных и космических частиц, проникавших сквозь разреженную атмосферу, происходила ее ионизация: атмосфера находилась в состоянии холодной плазмы. Это предположение является ключевым для данной модели, так как плазма в ней рассматривается в качестве основного поставщика энергии для зарождения и поддержания химической эволюции.

         Атмосфера ранней Земли была насыщена электричеством, в ней вспыхивали частые разряды. Серией лабораторных экспериментов, в которых имитировались первичная атмосфера и электрические разряды, установлено, что в таких условиях шло быстрое одновременное синтезирование разнообразных органических соединений, в том числе и весьма сложного состава. Эти соединения представляли собой подходящее сырье, из которого на следующей стадии эволюции могли образовываться пептиды, липиды и углеводы. Низкая температура, поверхности и холодная атмосферная плазма создавали условия для успешного протекания процессов полимеризации. Возникшие биополимеры стали предшественниками тех, из которых затем строилась жизнь. Их образование протекало в атмосфере, откуда они выпадали на ледяной покров Земли, накапливаясь в нем. В условиях гигантского естественного холодильника они 'хорошо сохранялись до лучших времен. Это также подтверждено лабораторными экспериментами. Радиоактивный разогрев недр Земли пробудил тектоническую деятельность, заработали вулканы. Выделение газов уплотнило атмосферу, отодвинув границу ионизации в ее верхние слои. Растаял ледяной покров, образовав первичные водоемы. Размораживание активизировало химическую деятельность накопленных биополимеров, липидов, углеводов. Как показали эксперименты, в процессе размораживания липиды претерпевали самосборку, образуя в водоеме стабильные “калиброванные” микросферы диаметром от 10 до 50 мкм. Ранее такие сферы наблюдал А.И. Опарин, он их назвал коацерватными каплями и придавал им важнейшее значение в переходе от неживой природы к предшественнице живой клетки.

          Предполагается, что самосборка мембранных липидных оболочек с заключенными в них биополимерами - важный шаг в переходе от химических смесей к организованным системам. Именно во внутренних полостях капель, куда извне могли выборочно проникать молекулы, началась эволюция от химических реакций к биохимическим, а переход к простейшей клетке произошел в форме скачка, характерного для самоорганизации вещества.

4. Альтернативные гипотезы возникновения жизни

         Согласно теории Панспермии, предложенной в 1865 году немецким ученым Г. Рихтером и окончательно сформулированной шведским ученым Аррениусом в 1895 году, жизнь могла быть занесена на Землю из космоса. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью. Это предположение основывается на данных о высокой устойчивости некоторых организмов и их спор к радиации, глубокому вакууму, низким температурам и другим воздействиям. Однако до сих пор нет достоверных фактов, подтверждающих внеземное происхождение микроорганизмов, найденных в метеоритах. Но если бы даже они попали на Землю и дали начало жизни на нашей планете, вопрос об изначальном возникновении жизни оставался бы без ответа.

           Фрэнсис Крик и Лесли Оргел предложили в 1973 году другой вариант — управляемую панспермию, то есть намеренное «заражение» Земли (наряду с другими планетными системами) микроорганизмами, доставленными на непилотируемых космических аппаратах развитой инопланетной цивилизацией, которая, возможно, находилась перед глобальной катастрофой или же просто надеялась произвести терраформирование других планет для будущей колонизации. В пользу своей теории они привели два основных довода — универсальность генетического кода (известные другие вариации кода используются в биосфере гораздо реже и мало отличаются от универсального) и значительную роль молибдена в некоторых ферментах. Молибден — очень редкий элемент для всей Солнечной системы. По словам авторов, первоначальная цивилизация, возможно, обитала возле звезды, обогащённой молибденом.

          Против возражения о том, что теория панспермии (в том числе управляемой) не решает вопрос о зарождении жизни, они выдвинули следующий аргумент: на планетах другого неизвестного нам типа вероятность зарождения жизни изначально может быть намного выше, чем на Земле, например, из-за наличия особенных минералов с высокой каталитической активностью.

          В 1981 году Ф. Крик написал книгу «Life itself: its origin and nature», в которой он более подробно, чем в статье, и в популярной форме излагает гипотезу управляемой панспермии. Академик РАН А. Ю. Розанов, глава комиссии по астробиологии в Российской академии наук, считает, что жизнь на Землю была занесена из космоса.

         Панспермия: концепция происхождения жизни.

         Опровержение Л. Пастером теории самопроизвольного зарождения жизни сыграло двоякую роль. С одной стороны, представители идеалистической философии увидели в его опытах лишь непосредственное свидетельство принципиальной невозможности перехода от неорганической материи к живым существам в результате действия только естественных сил природы. Это вполне согласовывалось с их мнением о том, что для возникновения жизни необходимо вмешательство нематериального начала - творца. С другой стороны, некоторые естествоиспытатели - материалисты лишились теперь возможности использовать явление самозарождения жизни в качестве главного доказательства своих взглядов. Возникло представление о вечности жизни во Вселенной. Так появилась гипотеза панспермии, которую выдвинул немецкий химик Ю. Либих (1803-1873). Согласно гипотезе панспермии, жизнь существует вечно и переносится с планеты на планету метеоритами. Простейшие организмы или их споры ("семена жизни"), попадая на новую планету и найдя здесь благоприятные условия, размножаются, давая начало эволюции от простейших форм к сложным. Сторонником гипотезы панспермии был выдающийся отечественный естествоиспытатель В.И. Вернадский (1863-1945).Особенно активно развивал теорию панспермии шведской физико-химик С. Аррениус (1859-1927). В опытах русского физика П.Н. Лебедева (1866- 1912), открывшего давление светового потока, С. Аррениус увидел доказательство возможности переноса спор микроорганизмов с планеты на планету. Жизнь переносится, предполагал он, не в виде микроорганизмов на метеоритах, раскаляющихся при вхождении в плотные слои атмосферы, - сами споры могут перемещаться в мировом пространстве, движимые давлением солнечного света. В качестве альтернативы абиогенезу выступала концепция панспермии, связанная с именами таких выдающихся ученых, как Г. Гельмгольц, У. Томпсон (лорд Кельвин), С. Аррениус, В.И. Вернадский. Эти исследователи полагали, что жизнь столь же вечна и повсеместна, как материя, и зародыши ее постоянно путешествуют по космосу; Аррениус, в частности, доказал путем расчетов принципиальную возможность переноса бактериальных спор с планеты на планету под действием давления света; предполагалось также, что вещество Земли в момент ее образования из газо-пылевого облака уже было "инфицировано" входившими в состав последнего "зародышами жизни". Концепцию панспермии обычно упрекают в том, что она не дает принципиального ответа на вопрос о путях происхождения жизни, и лишь отодвигает решение этой проблемы на неопределенный срок. При этом молчаливо подразумевается, что жизнь должна была произойти в некой конкретной точке (или нескольких точках) Вселенной, и далее расселяться по космическому пространству - подобно тому, как вновь возникшие виды животных и растений расселяются по Земле из района своего происхождения; в такой интерпретации гипотеза панспермии действительно выглядит просто уходом от решения поставленной задачи.

          Однако действительная суть этой концепции заключается вовсе не в романтических межпланетных странствиях "зародышей жизни", а в том, что жизнь как таковая просто является одним из фундаментальных свойств материи, и вопрос о "происхождении жизни" стоит в том же ряду, что и, например, вопрос о "происхождении гравитации". Легко видеть, что из двух исходных положений концепции панспермии - вечность жизни и повсеместность ее распространения - проверяемым является лишь второе.

          Однако все попытки обнаружить живые существа (или их ископаемые остатки) вне Земли, и прежде всего - в составе метеоритного вещества, так и не дали положительного результата. Неоднократно появлявшиеся сообщения о находках следов жизни на метеоритах основаны или на ошибочной интерпретации некоторых бактериоподобных неорганических включений, или на загрязнении "небесных камней" земными микроорганизмами. Метеоритное вещество оказалось достаточно богатым органикой, однако вся она, как уже было сказано, не обладает хоральной чистотой; это последнее обстоятельство - весьма сильный довод против принципиальной возможности существования "межзвездной жизни". Таким образом, по крайней мере положение, касающееся повсеместности распространения жизни во Вселенной, не нашло подтверждения. Это заставляет сделать грустный вывод, что панспермия, так же как и абиогенез, не дает удовлетворительного ответа на вопрос о возникновении жизни на Земле.

5. Концепции биологической эволюции. Теория биологической эволюции: современный взгляд

         Общепризнанно, что исторически первой концепцией биологической эволюции является концепция Ламарка.

При построении своей концепции он исходил из следующих постулатов.

      Все живые организмы обладают способностью изменяться.

      Все изменения, приобретенные в процессе жизнедеятельности передаются последующим поколениям.

      В результате накопления все новых св-в происходит переход от одного вида к другому так что соотношение видов относительно.

         При этом Ламарк полагал, что причины производящие изменение нового свойства, могут быть самыми разнообразными. Могут представлять собой внешние факторы, вызываться имениями среды, образа жизни (напр. Тренировки).

         Вторая концепция получила название – номогенез  (номоз-закон, Генезис-происхождение). Согласно этой концепции, всем живым системам присуща закономерность, т.е. происходящее движение живых существ от простого к сложному. Указанные концепции сравнительно быстро обнаружили свою ограниченность. Было установлено, что св-ва приобретенные в процессе индивидуальной жизнедеятельности, не передаются. Исследуемое направленное на психические закономерности усложнения, показывают, что такой закономерности нет.

                Подлинную эволюцию совершенствования в биологической концепции Дарвина.

              3 постулата:     

      изменчивость

      наследственность

      отбор

         Т.к. идее отбора Дарвин придавал особое значение, концепция её получила название селектогенез. Указанные постулаты явились результатом обобщения громадного массива опытных данных. Не случайно поэтому, они не вызывали возражений со стороны сообщества биологов ученых. Несомненно с ними были согласны и любители рыбалки, натуралисты. Эта концепция сумела объяснить громадное множество явлений, связанных с эволюцией живых систем. Её авторитет неуклонно возрастал, что и привело многих биологов к мысли, что концепция Дарвина способна объяснить все происходящеё в живой природе. Однако постепенно стали накапливаться факты, которые не могли объяснить эту концепцию. Так в первой половине XX в. Северцов А.Н., обобщая труды Дарвина, его учеников, показал, что биологический прогресс согласно Дарвину, означает:

      Количественный рост особей какого-либо вида.

      Расширение ареола обитания.

      Увеличение таксономических единиц или разновидности в рамках того или иного вида.

         Можно подчеркнуть, что как показал Северцов, этого можно добиться 2-мя противоположными процессами:

      Биологический прогресс может осуществиться путем усложнения живых систем.

      Путем упрощения организации жизни.

         Дарвиновская концепция не в состоянии обосновать идею о том, что в основе биологической прогрессии лежит процесс усложнения живых систем. Хотя сам Дарвин исходил именно из этого. Если мы допустили, что прогресс, биологической эволюции основан на других принципах, тогда происхождение высших животных и человека доказать невозможно практически. Она вторая ограниченная концепция Дарвина. Связь с его пониманием наследственности. Причины порожд. наследуем. изменения, сам Дарвин утверждал, что эти причины могут быть разнообразными и вызываться изменениями среды,  воздействием физическими, химическими факторами; эти изменения могут возникать спонтанно - это он называл “неопределенная наследственность”.

          Пытались объяснить передачу свойств родительских пар потомков, он использовал понятие ПАНГЕН и полагал, что наше органы живых с-м, различных тканей создают свои модели, т.е.  пангены. Они затем транспортируются в половые клетки и определяют становление тканей и органов. Разумеется, что впоследствии ученым не удалось обнаружить эти пангены. Таким образом, вопрос о причинах, порождающих наследуемые свойства остался открытым.

          В лабораторных условиях путем воздействия на живые организмы сильными десоргентами, радиоактивными излучениями, рентгеновскими излучениями вызывают наследуемые  изменения, но живые организмы находятся в естественных условиях, а в этих условиях, как космические излучения так и радиоактивные излучения, многократно слабее лабораторных.. Спустя сравнительно большой период у носителей информации происходит энтропийные процессы. Рост антропологических пропорций время  существования этих систем. Но т.к. рост энтропии означает переход от порядка к хаосу. Но возникшие изменения носят случайный характер, т.к. не существует направленности в этих изменениях. В последствии было показано, что в живых системах возникают такие свойства, изменения, которые резко снижают функционирование живых систем, и их способность приспосабливаться к условиям обитания.

         В связи с этим возникает концепция …….. эволюции.

         Сторонники этой концепции не учитывали роли отбора в процессе биологической эволюции. Но именно отбор выбраковывает те живые системы которые обладают этими отрицательными свойствами. В связи с тем, что выявленная ограниченность Дарвинской концепции были предприняты попытки разработать 4-ю концепцию биологической эволюции и она была разработана, получив название синтетическая концепция, т.к. объединила в себе достижения концепций Дарвина, и учения о естественном отборе, и результаты полученные в результате развития генетики.

Теория Дарвина – Уоллеса в 20-м веке была значительно расширена и разработана в свете современных данных генетики (которая во времена Дарвина еще не существовала), палеонтологии, молекулярной биологии, экологии, этологии (науки о поведении животных) и получила название неодарвинизма или синтетической теории эволюции.

Новая, синтетическая теория эволюции представляет собой синтез основных эволюционных идей Дарвина, прежде всего, идеи естественного отбора, с новыми результатами биологических исследований в области наследственности и изменчивости. Современная теория эволюции имеет следующие особенности:

        она ясно выделяет элементарную структуру, с которой начинается эволюция – это популяция;

        выделяет элементарное явление (процесс) эволюции – устойчивое изменение генотипа популяции;

        шире и глубже истолковывает факторы и движущие силы эволюции;

        четко разграничивает микроэволюцию и макроэволюцию (впервые эти термины были введены в 1927 г. Ю.А. Филипченко, а дальнейшее уточнение и развитие получили в трудах выдающегося биолога-генетика Н.В. Тимофеева-Ресовского).

Микроэволюция – это совокупность эволюционных изменений, происходящих в генофондах популяций за сравнительно небольшой период времени и приводящих к образованию новых видов.

Макроэволюция  связана с эволюционными преобразованиями за длительный исторический период, которые приводят к возникновению надвидовых форм организации живого.

Изменения, изучаемые в рамках микроэволюции, доступны непосредственному наблюдению, тогда как макроэволюция происходит на протяжении длительного периода, и ее процесс может быть только реконструирован, мысленно воссоздан. Как микро- так и макроэволюция происходят, в конечном итоге, под влиянием изменений в окружающей среде.Подтверждения теории эволюции. Сведения, подтверждающие современные представления об эволюции, являются результатами исследований в различных областях науки, из которыми важнейшими являются: палеонтология, биогеография, морфология, сравнительная эмбриология, молекулярная биология, систематика, селекция растений и животных.

Важнейшими  аргументами в пользу эволюционной теории является так называемая палеонтологическая летопись, т.е. обнаруживаемые ископаемые формы живых организмов и биогенетический закон Геккеля («онтогенез повторяет филогенез»).

Основные законы эволюции. Многочисленные исследования, проведенные в рамках вышеупомянутых наук, позволили сформулировать следующие основные законы эволюции.

1.      Скорость эволюции в разные периоды неодинакова и характеризуется тенденцией ускорения[*].  В настоящее время она протекает быстро, и это отмечается появлением новых форм и вымиранием многих старых.

2.      Эволюция различных организмов происходит с разной скоростью.

3.      Новые виды образуются не из наиболее высокоразвитых и специализированных форм, а из относительно простых, неспециализированных форм.

4.      Эволюция не всегда идет от простого к сложному. Существуют примеры «регрессивной» эволюции, когда сложная форма давала начало более простым (некоторые группы организмов, например, бактерии, сохранились только благодаря упрощению своей организации).

5.      Эволюция затрагивает популяции, а не отдельные особи и происходит в результате мутаций, естественного отбора и дрейфа генов.

Последнее весьма важно для понимания различия между дарвиновской теории эволюции и современной теорией (неодарвинизмом).

Основные факторы эволюции. Современная теория эволюции, обобщая данные многочисленных биологических исследований,  позволила сформулировать основные факторы и движущие силы эволюции.

1.   Первым важнейшим фактором эволюции является мутационный процесс, который исходит из признания факта, что основную массу эволюционного материала составляют различные формы мутаций, т.е. изменений наследственных свойств организмов, возникающих естественным путем или вызываемых искусственно.

2.   Второй важнейший фактор – популяционные волны, часто называемые «волнами жизни». Они определяют количественные флуктуации (отклонения от среднего значения) численности организмов в популяции, а также области ее обитания (ареала).

3.  
Третьим основным фактором эволюции признается обособленность группы организмов.

К перечисленным основным факторам эволюции добавляют такие как частота смены поколений в популяции, темпы и характер мутационных процессов и др. Важно помнить, что все перечисленные факторы выступают не изолированно, а во взаимосвязи и взаимодействии друг с другом.  Все эти факторы являются необходимыми, однако, сами по себе они не объясняют механизма эволюционного процесса и его движущей силы. Движущая сила эволюции заключается в действии естественного отбора, который является результатом взаимодействия популяций и окружающей среды. Результатом же самого естественного отбора является устранение от размножения (элиминация) отдельных организмов, популяций, видов и других уровней организации живых систем. (Следует иметь в виду, что трактовка естественного отбора как процесса выживания сильнейших, наиболее приспособленных некорректна, так как, с одной стороны, в ряде случаев бессмысленно говорить о большей или меньшей приспособленности, с другой – даже при явно меньшей степени приспособленности, допускается возможность размножения).

Формы естественного отбора. Естественный отбор в процессе эволюции принимает различные формы. Можно выделить три основных формы: стабилизирующий отбор, движущий отбор и дизруптивный отбор.

Стабилизирующий отбор - форма естественного отбора, направленная на поддержание и повышение устойчивости реализации в популяции среднего, ранее сложившегося признака или свойства. При стабилизирующем отборе преимущество в размножении получают особи со средним выражением признака (по образному выражению, это  «выживание заурядностей»). Эта форма отбора как бы охраняет и усиливает новый признак, устраняя от размножения все особи, фенотипически заметно уклоняющиеся в ту или другую сторону от сложившейся нормы.

Упомянутое ранее биохимическое единство жизни на Земле - это один из результатов стабилизирующего отбора. Действительно, аминокислотный состав низших позвоночных и человека почти один и тот же. Биохимические основы жизни оказались надежными для воспроизведения организмов независимо от уровня их организации.

Стабилизирующий отбор в точение миллионов поколений оберегает сложившиеся виды от существенных изменений, от разрушающего действия мутационного процесса, выбраковывая уклонения от приспособительной нормы. Эта форма отбора действиует до тех пор, пока не изменяются существенно условия жизни, в которых выработаны данные признаки или свойства вида.

Движущий (направленный) отбор -  отбор, способствующий сдвигу среднего значения признака или свойства. Такой отбор способствует закреплению новой нормы взамен старой, пришедшей в несоответствие с изменившимися условиями. Результатом такого отбора является, например, утрата некоторого признака. Так в условиях функциональной непригодности органа или его части естественный отбор способствует их редукции, т.е. уменьшению, исчезновению. Пример:  утрата пальцев у копытных, глаз у пещерных животных, конечностей у змей и т.п. Материал же для действия такого отбора поставляется разного рода мутациями.

Дизруптивный (разрывающий) отбор  - форма отбора, благоприятствующая более чем одному фенотипу и действующая против средних, промежуточных форм. Эта форма отбора проявляется в тех случаях, когда ни одна из групп генотипов не получает абсолютного преимущества в борьбе за существование из-за разнообразия условий, одновременно встречающихся на одной территории. В одних условиях отбирается одно качество признака, в других - другое. Дизруптивный отбор направлен против особей со средним, промежуточным характером признаков и ведет к установлению полиморфизма, т.е. множества форм в пределах одной популяции, которая как бы «разрывается» на части.

Некоторые современные исследователи справедливо полагают, что синтетическая теория эволюции не является достаточно всеобъемлющей моделью развития жизни и разрабатывают системную теорию эволюции, в которой подчеркивается следующее:

1.      Эволюция протекает в открытых системах, и необходим учет взаимодействия биосферных геологических и космических процессов, которое, по-видимому, дает импульс для развития живых систем. Значительные события из истории жизни должны, таким образом, рассматриваться в связи с развитием планеты.

2.      Эволюционные импульсы распространяются от высших системных уровней к низшим: от биосферы к экосистемам, сообществам, популяциям, организмам, геномам. Прослеживание причинно-следственных связей не только «снизу вверх» (от генных мутаций к популяционным процессам), как это свойственно традиционному подходу, но и «сверху вниз», позволяет не уповать всякий раз на случайность при построении модели эволюции.

3.      Характер эволюции изменяется с течением времени, т.е. эволюционирует сама эволюция: значение тех или иных признаков приспособленности и неприспособленности, по которым осуществляется естественный отбор, в процессе эволюции и биологического прогресса падает или возрастает, как, например, роль индивидуального развития, роль индивида в историческом развитии.

4.      Направленность эволюции определяется системными свойствами, задающими ее цель, что позволяет нам понять смысл биологического прогресса. Действительно, в живых (открытых) системах стационарное состояние соответствует минимальному производству энтропии. Физический смысл производства энтропии применительно к живым системам заключается в отмирании живой материи в форме гибели организмов, т.е. образованию мертвой массы («мортмассы»),  и производство энтропии тем выше, чем выше отношение мортмассы к биомассе. Это отношение падает при движении по эволюционной лестнице от простых организмов к сложным. Согласно теореме И. Пригожина, рассмотренной нами ранее, в открытых системах стационарное состояние соответствует минимуму производства энтропии. Такие системы, следовательно, имеют цель, определенное состояние, к которому они стремятся. Это позволяет объяснить, почему эволюция не остановилась на уровне бактериальных сообществ, а продвинулась дальше по пути, который привел к появлению высших животных и человека.

Список использованной литературы

1.      Концепции современного естествознания /под ред. С.И.Самыгина.-Ростов н/Д: Феникс, 1997.

2.      Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение. – М.: Высшая школа, 1998.

3.      Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. – Новосибирск: ЮКЭА, 1997.

4.      Грядовой Д.И. Концепции современного естествознания. Структурный курс основ естествознания. – М.: Учпедгиз, 1999.

5.      Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. – М.: «Культура и спорт», ЮНИТИ, 1997.

6.      Красилов В. Эволюция: Дарвин и современность. // Знание – Сила. - № 2. – 1997.

7.      Красилов В. Эволюция: Дарвин и системный подход. // Знание – Сила. - № 3. – 1997.

8.      Чернова Н.М., Былова А.М., Экология. Учебное пособие для педагогических институтов, М., Просвещение, 1988;

9.      Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., Экология, М., Издательский дом «Дрофа», 1995;

2