Современные теории происхождения жизни

КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЯ СОЦИАЛЬНЫМИ

И ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ

РЕФЕРАТ:

«Современные теории происхождения жизни».

Выполнил

группа.

Оценка:

«_____________________»

«___» ____________2010 г.

Москва – 2010 г.

Содержание:

Введение………………………………………………………………….3

    Глава I. Концепция панспермии……………………………………5

§1.1 Гипотеза Сванте Аррениуса………………………………..5

§1.2 Гипотеза Крика – Оргела…………………………………..6

§1.3 О возможностях случайного  посева……………………...8

Глава II. Концепция биохимической эволюции…………………12

§2.1 Гипотеза А.И Опарина…………………………………….12

§2.2 Гипотеза Г. Моровица……………………………………..14

§2.3 Теория Ю. А. Колясникова………………………………..21

§2.4 Теория У. Мартина и М. Рассела…………………………23

Заключение……………………………………………………………...27

Библиография………………………………………………………..…..25

Введение

          Одним из наиболее трудных и в то же время интересных в современном естествознании является вопрос о происхождении жизни. Он труден потому, что когда наука подходит к проблемам развития как создания качественно нового, она оказывается у предела своих возможностей как отрасли культуры, основанной на доказательстве и экспериментальной проверке утверждений.

     Ученые сегодня не в состоянии воспроизвести процесс возникновения жизни. Даже наиболее тщательно поставленный опыт будет лишь модельным экспериментом, лишенным ряда факторов, сопровождавших появление  живого на Земле. Методологическая трудность заключается в невозможности проведения прямого эксперимента по возникновению жизни, так как уникальность этого процесса препятствует использованию основного научного метода.

     Существует пять концепций возникновения жизни:

А) креационизм – божественное сотворение живого;

Б) концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества (ее придерживался еще Аристотель, который считал, что живое может возникать и в результате разложения почвы);

В) концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда;

Г) концепция панспермии – внеземного происхождения жизни;

Д) концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам

     Первая концепция является религиозной и к науке прямого отношения не имеет. Вторую опроверг изучавший деятельность бактерий французский микробиолог XIX века Луи Пастер, известный нам по названию его опытов, вошедших в современную технологию, - «пастеризация». Третья из-за своей умозрительности всегда имела немного сторонников.

     К началу XX века в науке господствовали две последние теории. Концепция панспермии, согласно которой жизнь была занесена на Землю извне, опиралась на обнаружение при изучении метеоритов и комет «предшественников живого» - органических соединений, которые (возможно) и сыграли роль «семян».

     У концепции появления жизни на Земле в историческом прошлом два варианта. Согласно одному, происхождение жизни – результат случайного образования единичной «живой молекулы», в строении которой был заложен весь план дальнейшего развития живого. По мнению французского  биолога Ж.Моно, жизнь не следует из законов физики, но совместима с ними; жизнь – событие, исключительность которого необходимо сознавать. Фактически это означает, что Земля – единственное место во Вселенной, населенное живыми организмами. Согласно другой точке зрения, происхождение жизни – результат закономерной эволюции материи и этот взгляд имеет больше сторонников. Только на основе диалектико-материалистических представлений, рассматривающих жизнь как особую ка­чественно новую форму организации и движения мате­рии, возникшую когда-то в процессе эволюционного раз­вития материи, можно рационально подойти к решению проблемы происхождения жизни.

Успехи, достигнутые в настоящее время в различ­ных областях современного естествознания, позволяют нам на указанной основе наполнить конкретным содер­жанием и первую часть нашей формулы, раскрыть те пути, которыми происходило возникновение жизни из безжизненной материи.

В разных пунктах Вселен­ной, на различных объектах нашего звездного мира эволюционное развитие материи осуществлялось и осущест­вляется различными путями и в различных темпах. По­этому в схеме мы не должны его себе представлять как какую-то прямую линию, а скорее как целый пучок раз-личных путей, отдельные ответвления которых могут приводить к очень слож-ным, совершенным, но глубоко различным между собой формам организации и движе­ния материи. Изучение зарождения жизни на Земле представляет собой исследование лишь одного примера события, ко­торое должно было происходить в мире бессчетное число раз. Поэтому выяснение вопроса о том, как появилась жизнь на Земле, безусловно, должно служить убедитель­ным доводом в пользу теории о существовании жизни и на других объектах Вселенной.        

Глава I. Концепция панспермии

§1.1 Гипотеза Сванте Аррениуса

Даже если считать, что путь от неживой материи к прокариотической клетке не сложнее, чем последующее формирование клеточного ядра (что далеко не так), а скорость эволюции неизменна (в действительности она постоянно нарастает), то и тогда создание первой клетки должно было бы длиться хотя бы столько, сколько длилось формирование ядра (т.е. 2,0 - 2,4 млрд. лет). Как же воспринять практическое отсутствие этого промежутка времени, отсутствие столь принципиально важного предбиологического этапа эволюции, этапа подхода к появлению Жизни?

Противоречие в сроках, как и противоречия однотипной биохимии, касаются ранних этапов биологической эволюции, не оставивших ясных следов в палеонтологической летописи. Это требует более внимательного и критического рассмотрения проблемы возникновения жизни на Земле в целом.

Еще до публикации «Происхожде­ния жизни» А.И. Опариным в 1924 году С. Аррениусом была высказана гипотеза о случайном занесении на Землю жизни из космоса, получившая название гипотезы панспермии.

Обращаясь к истории представлений о панспермии, можно отметить, что идея о существовании внеземной жизни высказывалась не только в религиозных учениях, в священной книге индусов Веде, в Авесте персов, в учении Заратустры, но и в трудах философов древнего мира. По учению о панспермии древнегреческого мыслителя Анаксагора, зародыши жизни распространены повсюду. Философская школа Эпикура учила, что существует множество обитаемых миров, подобных нашей Земле.

Один из сторонников этой школы Митридор сказал, что «считать Землю единственным населённым миром в беспредельном пространстве было бы такой же вопиющей нелепостью, как утверждать, что на громадном засеянном поле мог бы вырасти только один пшеничный колос».

Римский философ Лукреций Кар в поэме «О природе вещей» писал: «Весь этот видимый мир вовсе не единственный в природе, и мы должны верить, что в других областях пространства имеются другие земли с другими людьми и другими животными». Аналогичную мысль выражал Джордано Бруно. Он писал: «Существуют бесчисленные солнца, бесчисленные земли, которые кружатся вокруг своих солнц, подобно тому, как наши 7 планет кружатся вокруг нашего Солнца... На этих мирах обитают живые существа».

Вопреки старинному латинскому звучанию фамилии, шведский учёный Сванте Август Аррениус (1859-1927) относился к наиболее передовым мыслителям рубежа столетий. Он стал одним из основателей физической химии, автором теории электролитической диссоциации и основного уравнения химической кинетики, трудов по астрономии, астрофизике и биологии, лауреатом Нобелевской премии.

Кроме Аррениуса, в XIX и первой четверти XX ст. сторонниками учения о панспермии были выдающиеся зарубежные учёные Ф. Кон, Ю. Либих, Г. Гельмгольц, В. Томсон. В более позднее время мысль о возможности переноса спор бактерий через космическое пространство поддерживал американский учёный К. Саган. На территории бывшего СССР сторонниками учения о панспермии были С.П. Костычев, П.П. Лазарев, Л.С. Берг.

§1.2 Гипотеза Крика – Оргела

     В защиту гипотезы панспермии выступили учёные, мнение которых трудно игнорировать. Например, Френсис Харри Комптон Крик (р. 1916) – английский биофизик и генетик, лауреат Нобелевской премии. В 1953 г. совместно с Дж. Уотсоном он создал модель структуры ДНК (двойную спираль), что положило начало молекулярной генетике. Является автором трудов по расшифровке генетического кода, по нейрофизиологии и др.  Взгляды Крика и Оргела поддерживаются рядом других учёных.

     Для земной науки оказалась непосильной загадка 100%-ной зеркальной асимметрии биологических молекул. К ней примкнули загадки единства аминокислотного набора, генетического алфавита и кода, «энергетической валюты» в виде АТФ. Комплекс фундаментальных загадок земной жизни довершился отсутствием ожидаемой предбиологической эволюции. Но фундаментальные загадки разом исчезают, если признать целенаправленное занесение первых клеток на Землю извне. Тогда обнаруживается точное соответствие между теоретическими ожиданиями и реальными фактами.

Палеонтологические данные о сроках возникновения жизни поставили дилемму:

– либо жизнь возникла на Земле сама собой, но это произошло с немыслимо высокой скоростью, из-за чего процесс не оставил следов в палеонтологической летописи,

– либо жизнь занесена на Землю извне.

На решение этой дилеммы существенно влияет парадокс молекулярной асимметрии земной жизни. Даже если бы предбиологическая эволюция, вопреки всему, длилась, скажем, 100–200 тысяч лет, что могло бы не оставить палеонтологических следов, то и тогда предшественниками биохимических процессов могли явиться лишь обычные химические реакции, не проявляющие предпочтения к молекулам определённой хиральности (свойство молекулы быть несовместимой со своим зеркальным отражением любой комбинацией вращений и перемещений в трёхмерном пространстве). Иначе говоря, независимо от длительности предбиологического этапа, на Земле обязательно остались бы следы жизни с разными типами хиральности молекул.

И наоборот – если предбиологическая эволюция протекала на иной планете, то нет и проблем хиральности, бесполезно искать на Земле наследие чисто химических процессов в виде равного (или неравного) участия в живой материи молекул левой и правой симметрии. Если эти следы и сохранились, то находятся вне Земли.

Известно, что земные организмы используют два разных генетических кода. Первый из них –собственно код генов на ДНК, а второй – это структурогенный код пространственного расположения генов в ядре. Первый код используется во всех организмах, второй – только у эукариот. Первый код явно возник не на Земле, а был занесен сюда, второй – так же неоспоримо является продуктом местной, земной эволюции.

Сравнение этих двух случаев особенно подчёркивает привнесенность первого кода и автономное происхождение второго. Тогда как палеонтология не обнаруживает периода формирования первого кода, на возникновение второго затрачены миллиарды лет от возникновения жизни до появления первых эукариот. И тогда, как биология не видит ступеней формирования кода ДНК, детально прослеживаются этапы становления генетической системы эукариот.

§1.3 О возможностях случайного  посева

Для понимания первых этапов жизни на Земле и её дальнейшего развития важно знать не только, имела ли место панспермия, но если она произошла, то в каком варианте? Был ли это случайный перенос мельчайших клеток через космос, либо перенос их метеоритами, как представляли себе многие сторонники идеи панспермии, или же это была целенаправленная доставка на космическом корабле специально подобранных микроорганизмов в соответствии со сценарием Ф. Крика и Л. Оргела?

Американский учёный К. Саган доказал, что частицы размером 0,2–0,6 мкм могут быть вынесены с Земли световым давлением и за несколько недель могут достигнуть орбиты Марса. Орбиты Нептуна они могут достигнуть через несколько лет, а до ближайших звёзд долететь за несколько десятков лет, но поскольку выяснилось, что ультрафиолетовая радиация Космоса гарантированно убивает незащищённые клетки, особое внимание привлекли метеориты, способные стать для микроорганизмов как бы транспортными контейнерами.

Каждые сутки Земля принимает значительную массу этого космического вещества. Главное, что отличает метеориты от земных горных пород, это содержание в метеоритном веществе железа с примесью никеля. В железных метеоритах металл подвергался воздействию температур выше 1500°С, а затем, как полагают некоторые исследователи, в течение десятков миллионов лет расплавленная масса охлаждалась и кристаллизовалась. Микроструктура метео-ритов близка не к монолиту чугунной отливки, а к структуре твёрдосплавных инструментов из «победита», изготавливаемых путём прессования мельчайших гранул при температуре, намного ниже их точки плавления. И твёрдосплавные пластинки, и метеориты, на микроуровне представляют собой губчатую структу-ру, пронизанную густой сетью капилляров. Это очень важно с точки зрения возможного переноса Жизни через Космос. Особый интерес представляют углеродистые хондриты, относящиеся к каменным метеоритам. Кроме железа, они содержат серу, связанную воду и до 5% углерода в виде различных органи-ческих соединений. Это битумообразные вещества, содержащие углеводороды, ароматические и жирные кислоты, серо- и хлорсодержащие органические соединения, углеводы и др.

В хондритах найдены аминокислоты, присутствующие в земных организмах (глицин, аланин, глутаминовая кислота и др.), а также аминокислоты, не свойственные им. Например, в метеорите Мурчисон выявлены не используемые земными организмами аминокислоты 2-метилаланин и саркозин. (Интересно, что 2-метилаланин и саркозин также оказались синтезированными в опытах, при которых моделировались условия первобытной Земли).