Особенности биологического уровня организации материи

В отношении самозарождения организмов необходимо отметить, что Французская  Академия наук еще в 1859 г. назначила  специальную премию за попытку осветить по-новому вопрос о самопроизвольном зарождении жизни. Эту премию в 1862 г. получил знаменитый французский  ученый, основоположник современной  микробиологии Луи Пастер. Своими опытами он доказал невозможность  самозарождения микроорганизмов. ………………..  
          …………………………………………………………………………………             
         Еще Дарвин в 1871 г. 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., образовался белок, способный к дальнейшим все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено и поглощено, что было невозможно в период возникновения живых существ". Химически  Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.

Важно подчеркнуть, что в настоящее  время жизнь на Земле не может  возникнуть абиогенным путем.

3.  Жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния)

Рис. 7 Теория стационарного состояния

Согласно теории стационарного  состояния (Рис.7), 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. Однако гипотеза стационарного состояния в корне противоречит данным современной астрономии, которые указывают на конечное время существования любых звёзд и, соответственно, планетных систем вокруг звёзд. По современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возраст Земли, Солнца и Солнечной системы исчисляется ~ 4,6 млрд лет. Поэтому эта гипотеза обычно не рассматривается академической наукой. Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводит в качестве примера представителя кистеперых рыб — латимерию (целаканта) (Рис.8). По палеонтологическим данным кистеперые вымерли в конце мелового периода. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, ее сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте.

Так, например, внезапное  появление какого-либо ископаемого  вида в определенном пласте они объясняют  увеличением численности его  популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков.

При этом живая система, обладая  определенными компонентами, структурой, функциями и взаимодействуя со средой, характеризуется новыми — системными, интегративными качествами, которые  не присущи образующим ее компонентам.

Идею системности, целостности  живого отчетливо выразил американский биохимик А. Сент-Дьёрдьи: «...две системы, составленные вместе определенным образом, образуют новую единицу, систему, свойства которой не аддитивны и не могут быть описаны посредством свойств составляющих. Как точки относятся к буквам, буквы к словам, слова к предложениям и т. д., так атомы соединяются в молекулы, молекулы в органеллы, органеллы в клетки и т. д.».

Согласно этой гипотезе Земля  никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень  мало; виды также существовали всегда. Эту гипотезу называют иногда гипотезой этернизма (от лат. eternus — вечный). Это представление соответствует концепции вечной несотворенной Вселенной, характерной для восточных религий, таких как индуизм и буддизм. В контексте современных астрономических знаний эта гипотеза не рассматривается как научная.

4. Жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия)

Гипотеза о появлении  жизни на Земле в результате переноса с других планет неких зародышей  жизни получила название панспермии (от греч. pan — весь, всякий и sperma — семя). Эта гипотеза примыкает к гипотезе стационарного состояния. Её приверженцы поддерживают мысль о вечном существовании жизни и выдвигают идею о внеземном ее происхождении. Одним из первых идею о космическом (внеземном) происхождении жизни высказал немецкий ученый Г. Рихтер в 1865 г. Согласно Рихтеру жизнь на Земле не возникла из неорганических веществ, а была занесена с других планет. В связи с этим возникали вопросы, насколько возможно такое перенесение с одной планеты на другую и как это могло быть осуществлено. Ответы искали в первую очередь в физике, и неудивительно, что первыми защитниками этих взглядов выступили представители этой науки, выдающиеся ученые Г. Гельмгольц, С. Аррениус, Дж. Томсон, П.П. Лазарев и др.

Согласно представлениям Томсона и Гельмгольца, споры  бактерий и других организмов могли  быть занесены на Землю с метеоритами. Лабораторные исследования подтверждают высокую устойчивость живых организмов к неблагоприятным воздействиям, в частности к низким температурам. Например, споры и семена растений не погибали даже при длительном выдерживании в жидком кислороде или азоте.

Исходя из еще одной гипотезы жизнь началась в кусочке льда. Хотя многие ученые 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

Представители идеалистической философии  увидели двоякую роль в опровержении теории самопроизвольного зарождения жизни  Л.Пастером.  С одной  стороны, 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! 

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. 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, где они, по мнению ученых, и образуются. Далее эти  микроорганизмы захватываются кометами, которые затем, проходя вблизи планет, «сеют зародыши жизни».

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 хиральной 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. Жизнь возникла в результате биохимической эволюции

Первую научную теорию относительно происхождения живых  организмов на Земле создал советский  биохимик А.И. Опарин (1894–1980). 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:

• Возникновение органических веществ.
• Образование из более простых органических веществ биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и др.).
• 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 (до нескольких тысяч  градусов). 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 100ºС, водяной пар начал конденсироваться, образуя мировой океан. В это  время, в соответствии с представлениями  А.И. Опарина, состоялся абиогенный синтез, то есть в первичных 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. 

Наиболее сложной проблемой  в современной теории эволюции является превращение сложных органических веществ в простые живые организмы. Опарин полагал, что решающая роль в  превращении неживого в живое  принадлежит белкам. По-видимому, белковые молекулы, притягивая молекулы воды, образовывали коллоидные гидрофильные комплексы. Дальнейшее слияние таких комплексов друг с  другом приводило к отделению  коллоидов от водной среды (коацервация). На границе между коацерватом (от лат. coacervus — сгусток, куча) и средой выстраивались молекулы липидов — примитивная клеточная мембрана. Предполагается, что коллоиды могли обмениваться молекулами с окружающей средой (прообраз гетеротрофного питания) и накапливать определённые вещества. Ещё один тип молекул обеспечивал способность к самовоспроизведению. Система взглядов А.И. Опарина получила название «коацерватная гипотеза». 

Гипотеза Опарина была лишь первым шагом в развитии биохимических  представлений о возникновении  жизни. Следующим шагом стали  эксперименты Л.С. Миллера, который в 1953 году показал, как из неорганических составляющих первичной земной атмосферы под воздействием электрических разрядов и ультрафиолетового излучения могут образовываться аминокислоты и другие органические молекулы.