Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни.

С античных времен и до середины XVII в. ученые не сомневались в возможности самопроизвольного зарождения жизни. Считалось, что живые существа могут появляться из неживой материи, например рыбы — из ила, черви — из почвы, мыши — из тряпок, мухи — из гнилого мяса, а также, что одни формы могут порождать другие, например из плодов могут образовываться птицы и животные (см, с. 343).

Так, великий Аристотель, изучая угрей, установил, что среди них не встречаются особи с икрой или молоками. На основании этого он предположил, что угри рождаются из «колбасок» ила, образующихся от трения взрослой рыбы о дно.

Первый удар по представлениям о самозарождении нанесли эксперименты итальянского ученого Франческа Реди, который в 1668 г доказал невозможность самозарождения мух в гниющем мясе.

Несмотря на это, идеи самозарождения жизни сохранялись до середины XIX в. Только в 1862 г. французский ученый Луи Пастер окончательно опроверг гипотезу самозарождения жизни.

Работы Мастера позволили утверждать, что принцип «Все живое - из живого» справедлив для всех известных организмов на нашей планете но они не разрешали вопрос о происхождении жизни.
Гипотеза панспермии.

Доказанность невозможности самозарождения жизни породила другую проблему. Если для возникновения живого организма необходим другой живой организм, то откуда взялся первый живой организм? Это дало толчок к возникновению гипотезы панспермии, которая имела и имеет много сторонников, в том числе и среди видных ученых, Они считают, что впервые жизнь возникла не на Земле, а была занесена каким-то образом на нашу планету.

Однако гипотеза панспермии пытается лишь объяснить появление жизни на Земле. Она не отвечает на вопрос, как возникла жизнь.

Отрицание факта самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возможности развития жизни в прошлом из неорганической материи.
Гипотеза биохимической эволюции.

В 20-е годы XX в русский ученый А И. Опарин и англичанин Дж. Холдейн высказали гипотезу о возникновении жизни в процессе биохимической эволюции углеродных соединений, которая и легла в основу современных представлении.

В 1924 г. А. И. Опарин опубликовал основные положения своей гипотезы происхождения жизни на Земле. Он исходил из того что в современных условиях возникновение живых существ из неживой природы невозможно. Абиогенное (т. е. без участия живых организмов) возникновение живой материи возможно было только в условиях древней атмосферы и отсутствия живых организмов.

По мнению А. И. Опарина, в первичной атмосфере планеты, насыщенной различными газами, при мощных электрических разрядах, а также под действием ультрафиолетового излучения (кислород в атмосфере отсутствовал и, следовательно, не было защитного озонового экрана, атмосфера была восстановительной) и высокой радиации могли образовываться органические соединения, которые накапливались в океане, образуя «первичный бульон».

Известно, что в концентрированных растворах органических веществ (белков, нуклеиновых кислот, липидов) при определенных условиях могут образовываться сгустки, называемые коацерватными каплями, или коацерватами. Коацерваты в условиях восстановительной атмосферы не разрушались. Из раствора в них поступали химические вещества, в них шел синтез новых соединений, в результате чего они росли и усложнялись.

Коацерваты уже напоминали живые организмы, однако таковыми еще не были, так как не имели упорядоченной внутренней структуры, присущей живым организмам, и не были способны размножаться. Белковые коацерваты рассматривались А. И, Опариным как пробионты — предшественники живого организма. Он предполагал, что на определенном этапе белковые пробионты включили в себя нуклеиновые кислоты, создав единые комплексы.
Взаимодействие белков и нуклеиновых кислот привело к возникновению таких свойств живого, как самовоспроизведение, сохранение наследственной информации и ее передача последующим поколениям.
Пробионты, в которых обмен веществ сочетался со способностью к самовоспроизведению, можно уже рассматривать как примитивные проклетки. В 1929 г. английский ученый Дж. Холдейн также выдвинул гипотезу абиогенного происхождения жизни, но согласно его взглядам первичной была не коарцерватная система, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству. Другими словами, А. И. Опарин отдавал первенство белкам, а Дж, Холдейн — нуклеиновым кислотам. Гипотеза Опарина—Холдеина завоевала много сторонников, так как получила экспериментальное подтверждение возможности абиогенного синтеза органических биополимеров. В 1953 г. американский ученый Стенли Миллер в созданной им установке (рис. 141) смоделировал условия, предположительно существовавшие в первичной атмосфере Земли. В результате опытов были получены аминокислоты. Сходные опыты многократно повторялись в различных лабораториях и позволили доказать принципиальную возможность синтеза в таких условиях практически всех мономеров основных биополимеров. В дальнейшем было установлено, что при определенных условиях из мономеров возможен синтез более сложных органических биополимеров: полипептидов, полинуклеоти- дов, полисахаридов и липидов.

Но гипотеза Опарина — Холдейна имеет и слабую сторону, на которую указывают ее оппоненты. В рамках данной гипотезы не удается объяснить главную проблему: как произошел качественный скачок от неживого к живому. Ведь для саморепродукции нуклеиновых кислот необходимы ферментные белки, а для синтеза белков — нуклеиновые кислоты.
Приведите возможные доводы «за» и «против» гипотезы панспермии.
Ч. 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., химически образовался белок, способный к дальнейшим, все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено или поглощено, что было невозможно в период до возникновения живых существ».
Подтвердите или опровергните данное высказывание Ч. Дарвина.
В понимании сущности жизни и ее происхождения в культуре человеческой цивилизации издавна существуют две идеи — биогенеза и абиогенеза. Идея биогенеза (происхождения живого от живого) исходит из древних восточных религиозных построений, для которых обычной была мысль об отсутствии начала и конца природных явлений. Реальность вечной жизни для этих культур логически приемлема, так же как и вечность материи, Космоса.
Альтернативная идея – абиогенеза (происхождение живого из неживого) восходит к цивилизациям, существовавшим задолго до нашей эры в долинах рек Тигра и Ефрата. Эта область подвергалась постоянным наводнениям, и неудивительно, что она стала родиной катастрофизма, оказавшего через иудаизм и христианство влияние на европейскую цивилизацию. Катастрофы как бы прерывают связь, цепь поколений, предполагают ее творение, возникновение заново. В связи с этим в европейской культуре была распространена вера в периодическое самозарождение организма под влиянием естественных или сверхъестественных причин.

Вопрос №33

Эволюция биосферы

Биосфера.

Выдающийся русский ученый Владимир Иванович Вернадский, один из создателей современного взгляда на биосферу, определил ее как наружную оболочку Земли, область распространения жизни. Биосфера включает в себя:

—живое вещество, т. е. совокупность всех живых организмов (растения, животные, грибы, микроорганизмы);
—биогенное вещество, т. е. органоминеральные или органические продукты, созданные живым веществом (торф, каменный уголь нефть и др.);
—биокосное вещество, созданное живыми организмами вместе с неживой (косной) природой (водой, атмосферой, горными породами), — почвенный покров.

Биосфера, возникнув и сформировавшись около 4 млрд лет назад, находится в постоянном динамическом равновесии и развитии.
Основные этапы развития биосферы.

На начальном этапе развития биосферы живые организмы использовали органические соединения первичного океана.

Углекислый газ, как побочный продукт обмена веществ, выделялся в атмосферу и накапливался в ней. Каким бы насыщенным ни был «первичный бульон», живые организмы довольно быстро использовали запасы органических веществ первичного океана.

Преимущества получили и широко размножились анаэробные организмы, способные синтезировать органические соединения из образующегося в процессе обмена углекислого газа и присутствовавшего в атмосфере водорода. Они восстанавливали углекислый газ до метана:
СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О + Е.
В результате образовывался метан и высвобождалась энергия, необходимая для процессов жизнедеятельности микроорганизмов. Метан поступал в атмосферу и под действием ультрафиолетового излучения превращался в органические соединения, которые вновь возвращались в воду.

В то время, по мнению ученых, в составе атмосферы концентрация метана, определявшаяся жизнедеятельностью живых организмов, оставалась примерно на одном уровне (рис. 146).
Роль процессов фотосинтеза и дыхания.

Высокое содержание метана могло сохраняться до тех пор, пока в земной атмосфере было значительное количество водорода. Когда же запасы газообразного водорода истощились, метанообразующие бактерии уже не могли перерабатывать углекислый газ в метан и таким образом лишились источника энергии для синтеза собственных питательных веществ.

Для обеспечения условий существования живых организмов необходима была новая форма обмена веществ и получения энергии. Ею стал фотосинтез. У первых фотосинтезирующих микроорганизмов фотосинтез протекал без выделения кислорода (рис, 147).

На следующем этапе эволюции появились организмы с более совершенным механизмом фотосинтеза, в результате которого в атмосферу стал выделяться кислород (рис. 148).

Это повлекло за собой постепенное изменение состава атмосферы Земли. В ней становилось все больше кислорода.

Для живых организмов того времени кислород был сильнейшим ядом. Фактически наступил экологический кризис. Живые организмы должны были погибнуть или приспособиться к новым условиям среды.

По мере накопления кислорода в атмосфере живым организмам приходилось вырабатывать все более совершенные механизмы его обезвреживания. В конечном итоге живая природа нашла наиболее рациональный путь решения этой проблемы. Появились живые организмы, которые стали использовать кислород для получения энергии. Появился процесс дыхания.

Фотосинтез сыграл огромную роль в развитии органического мира и эволюции биосферы. Озоновый экран защитил планету от губительных ультрафиолетовых лучей. Это позволило живым организмам развиваться в верхних слоях водоемов, хорошо освещаемых и прогреваемых солнцем, а в дальнейшем завоевать сушу. Процесс дыхания обеспечил организмы энергией, что дало толчок к возникновению многоклеточных организмов, их дальнейшему развитию и усложнению.

В процессе дыхания организмы потребляли кислород и выделяли соответствующее количество углекислого газа, который использовался для синтеза органических веществ в процессе фотосинтеза. Постепенно между ав- тотрофными организмами и гетеротрофами установилось равновесие, которое привело к стабилизации нового состава атмосферы. Сформировались современные круговороты углерода и кислорода (рис, 149).

Таким образом, благодаря жизнедеятельности организмов в биосфере непрерывно протекают процессы синтеза и распада органических веществ и происходят круговороты веществ, обеспечивающие стабильность функционирования биосферы. На разных этапах развития биосферы соотношение процессов синтеза и распада не было постоянным. В начальный период развития биосферы процессы синтеза преобладали над разрушением. Это привело к тому, что из первичной атмосферы в большом количестве были изъяты метан, сероводород, углекислый газ, а концентрация свободного кислорода, отсутствовавшего в ней прежде, достигла современных 21%.

Примерно 80—90 млн лет назад неравенство этих процессов в биосфере перешло в относительное равновесие.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: