Основные естественнонаучные концепции происхождения жизни на земле. Сравнительная характеристика

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное агентство  по образованию

 

Государственное образовательное учреждение высшего 

профессионального образования

” Волгоградский государственный  педагогический университет”

 

Реферат

по дисциплине

”Концепция современного естествознания ”

на тему:

”Основные естественнонаучные концепции происхождения жизни на земле. Сравнительная характеристикаˮ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                     Выполнила:

студентка гр. С-211

Полякова Анна

 

 

 

 

 

Волгоград

2009

 

 

                                            Содержание:

 

                                                                                                                                     Стр.

Введение...................................................................................................................... 3-4

Развитие представлений о происхождении жизни.

    1. Отличие живого от неживого............................................................................ 4-8

    2. Естественнонаучные модели происхождения жизни…………………...……8-9

• Креационизм…………………………………………………………… 9-10
• Концепция стационарного состояния………………………………. 10-11
• Концепция самопроизвольного (спонтанного) зарождения жизни.. 11-12
• Концепция панспермии……………………...………………………. 12-15
• Концепция случайного однократного происхождения жизни……..15-16
• Концепция биохимической эволюции. Теория А.И. Опарина……. 16-23

Сравнительная характеристика............................................................................. 23-24

Список литературы.......................................................................................................25 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Одним из наиболее трудных  и в то же время актуальных и  интересных в современном естествознании является вопрос о происхождении жизни. Жизнь — одно из сложнейших, если не самое сложное явление природы. Для нее особенно характерны обмен веществ и самовоспроизведение, а особенности более высоких уровней ее организации обусловлены строением более низких уровней. Живые существа — это естественные информационные системы, т. е. системы, существующие сами по себе, а не в результате построения или составленной кем-то программы. [2]

Естествознание же всегда оказывало значительное воздействие на развитие гуманитарных наук. Особенно мощным это воздействие стало сейчас - в эпоху научно-технической революции. Изучение естествознания способствует выработке ориентиров, установок, ценностей рационализаторского отношения к миру, природе, обществу, человеку. Это очень важно именно в наше время, когда накатывается новая очередная историческая волна мифологизации культуры, массовое сознание реформируется, в нём всё чаще ставятся под сомнение достижения, ценности и возможности научного познания мира, когда происходит всплеск интереса к мистицизму, расцвет оккультизма, магии, астрологии; когда бегство от материализма к мистике, от науки к мифу стало модой. В этих условиях приобретает особую значимость утверждение идеалов научнорационализаторского отношения к действительности, на которых построена вся наша цивилизация.

Жизнь на Земле чрезвычайно  многообразна. Она представлена ядерными и доядерными одно- и многоклеточными существами. Богатейший мир многоклеточных представлен тремя царствами - грибами, растениями и животными. Одним из наиболее трудных и в то же время интересных в современном естествознании является вопрос о происхождении жизни. Учёные сегодня не в состоянии воспроизвести процесс возникновения жизни с такой же точностью, как это было несколько миллиардов лет назад. Вопрос о происхождении жизни интересен не только сам по себе, но и тесной связью с проблемой отличия живого от неживого, а также связью с проблемой эволюции жизни. [5]

 

Развитие представлений о происхождении жизни:

Отличие живого от неживого

Отличие живого от неживого заключается в нескольких фундаментальных направлениях: вещественном, структурном и функциональном планах его изучения. В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, — белки, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). В структурном плане живое отличается от неживого клеточным строением. В функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя, вернее самовоспроизводство.

Живые тела отличаются от неживых также наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, активной регуляцией своего состава  и функций, способностью к движению, раздражимостью, приспособленностью к  среде и т. д. Неотъемлемой частью живого является наличие воды, солей и т.д. Также и для возникновения жизни нужны определённые диапазоны температур, влажности, давления, уровня радиации и время. «В некотором смысле живые системы можно сравнить с хорошо налаженным производством: с одной стороны, они являются вместилищем многочисленных химических превращений, с другой - демонстрируют великолепную пространственно-временную организацию с весьма неравномерным распределением биохимического материала» [12]

    Возникновение  жизни явилось результатом процессов, протекавших сначала миллиарды лет во Вселенной, а затем миллионы лет на Земле. От неорганических соединений к органическим, от органических к биологическим - таковы последовательные стадии, по которым осуществляется процесс зарождения жизни. «Специфичность жизни, отличие живых систем от неорганического мира хорошо видны с точки зрения химии. В живых системах протекает множество отдельных химических реакций ..., многие из которых давно и хорошо изучены. Для живого специфичен определённый порядок этих реакций, их последовательность и объединение в целостную систему» [10]

 В сложном процессе  возникновения жизни на Земле  можно выделить несколько основных этапов :

1) образование простых  органических соединений;

Происхождение жизни  связано с протеканием определённых химических реакций на поверхности первичной планеты. На начальных этапах своей истории Земля представляла собой раскалённую планету. Вследствие вращения при постепенном снижении температуры в поверхностных слоях концентрировались атомы легких элементов, водорода, углерода, азота и т.д.), из которых и состоят тела живых организмов. При дальнейшем охлаждении Земли появились химические соединения: вода, метан, водород и др. Физические и химические свойства воды и углерода определили то, что именно они оказались у колыбели жизни. На Земле основой жизни является углерод, он способен создавать разнообразные, подвижные, низкоэлектропроводные, насыщенные водой, длинные цепеобразные структуры. Соединения углерода с водородом, кислородом, азотом и др. обладают каталитическими, строительными, энергетическими свойствами.                      

На  начальных этапах сложилась первичная атмосфера  Земли, которая носила не окислительный, как сейчас, а восстановительный характер. Первичная атмосфера содержала водород, соединения углерода (метан) и азота (аммиак). Отсутствие кислорода было вероятно необходимым условием возникновения жизни. Лабораторные опыты показывают, что органические вещества  легче создаются в восстановительной среде, чем в атмосфере. Дальнейшее   снижение температуры обусловило переход ряда газообразных соединений в жидкое и твёрдое состояние, а также образование земной коры.

Когда температура Земли  опустилась ниже 100 град. С, произошло  сгущение водяных паров. Длительные ливни привели к образованию больших водоёмов. В результате активной вулканической деятельности из внутренних слоёв Земли на поверхность выносилось много раскалённой массы, в т.ч. карбидов, которые вступали в химические реакции с растворёнными в воде веществами. Так на поверхности молодой планеты Земля в большом количестве накапливались простейшие органические соединения. А.И.Опарин полагал, что органические вещества могли создаваться и в океане из более простых соединений. Энергию для этих реакций синтеза доставляла солнечная радиация.

« Органический синтез осуществлялся  в период, предшествовавший образованию Солнечной системы и во время её образования, он имел место уже на том этапе, когда Земля ещё окончательно не сформировалась» [11].

Механизм отбора действовал на самых ранних стадиях зарождения органических веществ - из множества образующихся веществ сохранялись устойчивые к дальнейшему усложнению.

2) возникновение сложных органических соединений.

Благодаря высокой температуре, грозовым разрядам, усиленному ультрофиолетному  излучению, относительно простые молекулы органических соединений при взаимодействии с другими веществами усложнялись и образовывались углеводы, жиры, аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты. Возможность такого синтеза доказана опытами А.М.Бутлерова, который ещё в середине прошлого столетия получил из формальдегида - углеводы (сахар). А в 1953-1957 г.г. химиками различных стран в целом ряде экспериментов были синтезированы органические кислоты, в т.ч аминокислоты, которые являются материалом для образования белковых молекул.  Эксперименты в этом направлении оказались перспективными, совершенно определённо показали возможность образования белковых молекул в условиях отсутствия жизни.

С определённого этапа  в процессе химической эволюции на Земле, активное участие стал принимать кислород, с накоплением которого в атмосфере восстановленные соединения стали окисляться. При окислении метана образовывались метиловый спирт, формальдегид, муравьиная кислота и т.д., которые с дождевой водой попадали в первичный океан. Эти  вещества вступая  в реакции с аммиаком  и цианистым водородом, дали начало аминокислотам. Так воды первичного океана постепенно насыщались разнообразными органическими веществами, образуя «первичный бульон».

3) «первичный бульон»  и образование коацерватов

После того, как углеродистые соединения образовали « первичный  бульон», могли уже организоваться биополимеры - белки и нуклеиновые  кислоты, обладающие свойством самовоспроизводства себе подобных. В водах первичного океана концентрация органических веществ увеличивалась, происходило их смешивание, взаимодействие и объединение в мелкие обособленные структуры раствора. Эти структуры русский учёный А.И.Опарин назвал «коацерватными каплями или коацерватами». Коацерваты имеют достаточно сложную организацию и обладают рядом свойств, которые сближают их с простейшими живыми системами, способны поглощать из окружающей среды разные вещества и увеличиваться в размерах, в них могут происходить процессы распада и выделяться продукты распада). Однако всё это не даёт основания для отнесения их к живым системам, но  предпосылки живого уже содержались. [9]

К важным свойствам живых  систем относятся:

1) компактность;

2) способность создавать порядок из хаотического теплового движения молекул. Чем более сложно устроено живое вещество, тем более в нём скрытой энергии;

3) обмен с окружающей средой веществом, энергией, информацией;

4) жизнь качественно превосходит другие формы существования материи в плане многообразия и сложности химических компонентов и динамики протекающих в живом превращений;

5) в самоорганизации живых систем, схемы реакций просты, а молекулы - сложны;

6) у живых систем есть прошлое, у неживых его нет;

7) жизнь организма зависит от двух факторов - наследственности, определяемой генетическим аппаратом, и изменчивости, зависящей от условий окружающей среды и реакции на них индивида. Интересно, что сейчас жизнь не могла бы возникнуть из-за кислородной атмосферы и противодействия других организмов. Раз зародившись, жизнь находится в процессе постоянной эволюции;

8) способность к избыточному само производству. [4]

 

Естественнонаучные  модели происхождения жизни

 

«Загадка появления  жизни на Земле с незапамятных времен волнует людей. На протяжении веков менялись взгляды на эту  проблему, и было высказано большое  количество самых разнообразных гипотез и концепций. Некоторые из них получили широкое распространение и доминировали в те или иные периоды развития естествознания». [3]

К теориям (моделям) происхождения  жизни относят:

 - креационизм, утверждающий, что жизнь создана сверхъестественным существом в результате акта творения;

 - концепцию стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда;

 - концепцию самопроизвольного зарождения жизни, основывающуюся на идее многократного возникновения жизни из неживого вещества;

 - концепцию панспермии, утверждающую, что жизнь занесена на Землю из космоса;

 - концепцию случайного однократного происхождения жизни;

 - концепцию закономерного происхождения жизни путем биохимической эволюции.

Такое разнообразие взглядов вызвано тем обстоятельством, что точно воспроизвести или экспериментально подтвердить процесс зарождения жизни сегодня невозможно. Отмеченные теории преимущественно опираются на умозрительные представления как исследователей естественнонаучного направления, так и исследователей, придерживающихся теологических взглядов.

Итак, рассмотрим боле подробно вышеперечисленные модели происхождения  жизни.

Креационизм

Концепция креационизма имеет самую длинную историю, так как практически во всех религиях возникновение жизни рассматривается как акт Божественного творения человека и всего живого, свидетельством чего является наличие в живых организмах особой силы, которая управляет всеми биологическими процессами. Процесс божественного сотворения мира и живого недоступен для наблюдения, и божественный замысел недоступен человеческому пониманию. [6]