Концепции возникновения жизни. Происхождение жизни - одна из трх важнейших мировоззренческих проблем наряду с проблемами происхождения нашей Вселенной и проблемой происхождения человека.
Попытки понять, как возникла и развивалась жизнь на Земле, были предприняты ещ в глубокой древности. Существует пять концепций возникновения жизни 1 Креанизм - божественное сотворение живого. 2 Концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества. 3 Концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда. 4 Концепция внеземного происхождения жизни. 5 Концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам.
Религиозно-идеалистический подход исходил из того, что возникновение жизни на Земле не могло осуществиться естественным, закономерным, объективным образом. Жизнь является следствием божественного, творческого акта, и потому всем существам свойственна особая, независимая от материального мира, жизненная сила, которая направляет все процессы жизни.
В основе второго, материалистического подхода, лежало представление о том, что под влиянием естественных факторов живое может возникнуть из неживого, органическое из неорганического. Несмотря на свою примитивность, первые исторические формы концепции самозарождения сыграли прогрессивную роль в борьбе с креанизмом. Идея самозарождения получила широкое распространение в средневековье и эпоху Возрождения, когда допускалась возможность самозарождения не только простых, но и довольно высокоорганизованных существ, даже млекопитающих например, мышей из тряпок.
Невозможность произвольного зарождения жизни была доказана целым рядом опытов. Применение микроскопа в биологических исследованиях способствовало открытию большого разнообразия одноклеточных организмов. На этой основе вновь возродились старые идеи произвольного самозарождения простейших существ.
Окончательно версия о самозарождении была развенчана Л.Пастером в середине XIX в. Он показал, что не только в запаянном сосуде, но и в незакрытой колбе с S образной горловиной хорошо прокипячнный бульон остатся стерильным, потому что через такую горловину не могут проникнуть микробы. Так было доказано, что новый организм в наше время может появиться от другого живого существа. Появление жизни на Земле пытались объяснить и занесением е из других космических миров. Естествознание XX в. Сделало шаг вперд в изучении жизни, е проявлений на Земле и за е пределами.
Сейчас уже определнно выяснено, что азбука живого сравнительно проста. В любом существе, живущем на Земле, присутствует 20 аминокислот, 5 оснований, 2 углевода и один фосфат. Существование небольшого числа одних и тех же молекул во всех живых организмах убеждает нас, что вс живое должно иметь единое происхождение. Отрицание возможности самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возможности развития органической природы и жизни в прошлом из неорганической материи. Не исключается возможность занесения определнных пред посылочных факторов жизни на Земле из Космоса.
Однако в изученной пока человеком части Вселенной, только на Земле они привели к формированию и расцвету жизни. К концу XX в. Осталась наиболее перспективной пятая концепция. 2. Отличие живого от неживого. В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядочные органические соединения белки и нуклеиновые кислоты.
В структурном плане живое отличается от неживого клеточным строением. В функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя. Также живые тела отличаются от неживых наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, способностью к движению, раздражимостью и т. д. Неотъемлемой частью живого являетличие воды, солей и т.д. Также и для возникновения жизни нужны определнные 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 материала2. Ели бы возраст Вселенной был меньше, то жизнь также не могла бы возникнуть. Возникновение жизни явилось результатом процессов, протекавших сначала миллиарды лет во Вселенной, а затем миллионы 1 Селье Г. От мечты к открытию.
М 1987 г С.32. 2Пригожин И Стенгирс И. Порядок из хаоса.
М 1986 г. С.211. 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 определнный порядок этих реакций, их последовательность и объединение в целостную систему 1. В сложном процессе возникновения жизни на Земле можно выделить несколько основных этапов 1 образование простых органических соединений Происхождение жизни связано с протеканием определнных химических реакций на поверхности первичной планеты. На начальных этапах своей истории Земля представляла собой раскалнную 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 тврдое состояние, а также образование земной коры. Когда температура Земли опустилась ниже 100 град. С, произошло сгущение водяных паров. Длительные ливни привели к образованию больших водомов. В результате активной вулканической деятельности из внутренних слов Земли на поверхность выносилось много раскалнной массы, в т.ч. карбидов, которые вступали в химические реакции с растворнными 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. 1 Мир вокруг нас. М 1983 г с, 101. Органический синтез осуществлялся в период, предшествовавший образованию Солнечной системы и во время е образования, он имел место уже на том этапе, когда Земля ещ окончательно не сформировалась 1. 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 ещ 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 определнно показали возможность образования белковых молекул в условиях отсутствия жизни.
С определнного 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 учный А.И.Опарин назвал коацерватными каплями или коацерватами 2. 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 вс это не дат основания для отнесения их к живым системам, но предпосылки живого уже содержались. 1 Холдейн Дж. Происхождение предбиологических систем.
М 1966 г С.167. ся деятельность, активность. Все живые существа должны или действовать или погибнуть. Мышь должна находиться в постоянном движении, птица летать, рыба плавать и даже растение должно расти.1. 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 нм 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. III. Возникновение жизни. 1.