3. Возникновение и развитие жизни
Возраст
Земли исчисляется примерно 4,6 млрд
лет. Жизнь существует на Земле, видимо,
около 3,8 млрд лет. Признаки деятельности
живых организмов обнаружены в докембрийских
породах, рассеянных по всему земному
шару.В сложном процессе возникновения
жизни на Земле можно выделить
несколько основных этапов. Первый
из них связан с образованием простейших
органических соединений из неорганических.На
начальных этапах своей истории
Земля представляла собой раскаленную
планету. Вследствие вращения при постепенном
снижении температуры атомы тяжелых
элементов перемещались к центру,
а в поверхностных слоях концентрировались
атомы легких элементов (водорода, углерода,
кислорода, азота), из которых и состоят
тела живых организмов. При дальнейшем
охлаждении Земли появились химические
соединения: вода, метан, углекислый газ,
аммиак, цианистый водород, а также
молекулярный водород, кислород, азот.
Благодаря физическим и химическим
свойствам воды (высокий дипольный
момент, вязкость, теплоемкость и т.
д.) и углерода (трудность образования
окислов, способность к восстановлению
и образованию линейных соединений)
они оказались у колыбели жизни.На
этих этапах сложилась первичная
атмосфера Земли, которая носила
не окислительный, как сейчас, а восстановительный
характер. Кроме того, она была богата
инертными газами (гелием, неоном, аргоном).
Первичная атмосфера утрачена, а
на ее месте образовалась вторая атмосфера
Земли, состоящая на 20% из кислорода - одного
из наиболее химически активных газов.
Эта вторая атмосфера продукт развития
жизни на Земле, одно из его глобальных
следствий.Дальнейшее снижение температуры
обусловило переход ряда газообразных
соединений в жидкое и твердое состояние,
а также образование земной коры. Когда
температура поверхности Земли опустилась
ниже 100 °С произошло сгущение водяных
паров. Длительные ливни с частыми грозами
привели к образованию больших водоемов.
В результате активной вулканической
деятельности из внутренних слоев Земли
на поверхность выносилась раскаленная
масса, в том числе карбиды соединения
металлов с углеродом. При взаимодействии
карбидов с водой выделялись углеводородные
соединения. Горячая дождевая вода как
хороший растворитель имела в своем составе
растворенные углеводороды, газы (аммиак,
углекислый газ, цианистый водород), соли
и другие соединения, которые могли вступать
в химические реакции. С особым успехом,
видимо, протекали процессы роста молекул
при наличии группы - N = С = N . Эта группа
имеет большие химические возможности
к росту за счет присоединения к атому
углерода атома кислорода и реагирования
с азотистым основанием. Так постепенно
на поверхности молодой планеты Земля
накапливались, причем в больших количествах,
простейшие органические соединения.
Подсчеты показывают, что только в результате
вулканической деятельности на поверхности
Земли могло образоваться около 1016 кг
органических молекул. Это всего на 2-3
порядка меньше массы современной биосферы.Вместе
с тем астрономическими исследованиями
установлено, что и на других планетах,
и в космической газопылевой материи имеются
углеродные соединения, в том числе углеводороды.Второй
этап биогенеза характеризовался возникновением
более сложных органических соединений
(в частности, белковых веществ нуклеиновых
кислот) в водах первичного океана. Благодаря
высокой температуре, грозовым разрядам,
усиленному ультрафиолетовому излучению
относительно простые молекулы органических
соединений при взаимодействии с другими
веществами усложнялись, полимеризировались
и образовывались углеводы, жиры, аминокослоты,
белки и нуклеиновые кислоты.
Возможность
такого синтеза была доказана опытами
А.М. Бутлерова, который еще в середине
XIX в. получил из формальдегида углеводы
(сахар). В 1953-1957 гг. химиками различных
стран (США, СССР, Германии) в целом ряде
экспериментов из смеси газов (аммиака,
метана, водяного пара, водорода) при 70--80
°С и давлении несколько атмосфер под
воздействием электрических разрядов
напряжением 60 000 В и ультрафиолетовых
лучей были синтезированы органические
кислоты, в том числе аминокислоты (глицин,
аланин, аспарагиновая и глутаминовая
кислоты), которые служат материалом для
образования белковой молекулы. Таким
образом, были смоделированы условия первичной
атмосферы Земли, при которых могли образовываться
аминокислоты, а при их полимеризации
и первичные белки.
Эксперименты
в этом направлении оказались
перспективными. В дальнейшем (при
использовании других соотношений
исходных газов и видов энергии)
путем реакции полимеризации
из простых молекул получали более
сложные молекулы - белки, липиды, нуклеиновые
кислоты и их производные, а позже была
доказана возможность синтеза в условиях
лаборатории и других сложных биохимических
соединений, в том числе белковых молекул
(инсулина), азотистых оснований нуклеотидов.
Особенно важно то, что лабораторные эксперименты
совершенно определенно показали возможность
образования белковых молекул в условиях
отсутствия жизни.
С
определенного этапа в процессе
химической эволюции на Земле активное
участие стал принимать кислород.
Он мог накапливаться в атмосфере
Земли в результате разложения воды
и водяного пара под действием
ультрафиолетовых лучей Солнца. (Для
превращения восстановленной атмосферы
первичной Земли в окисленную
потребовалось не менее 1-1,2 млрд лет.) С
накоплением в атмосфере кислорода восстановленные
соединения начали окисляться. Так, при
окислении метана образовались метиловый
спирт, формальдегид, муравьиная кислота
и т.д., которые вместе с дождевой водой
попадали в первичный океан. Эти вещества,
вступая в реакции с аммиаком и цианистым
водородом, дали начало аминокислотам
и соединениям типа аденина. Важно и то,
что более сложные органические соединения
являются более стойкими, чем простые
соединения, перед разрушающим действием
ультрафиолетового излучения.Интересной
закономерностью тех органических молекул,
из которых состоит живое вещество, является
их асимметричность. Так, углеводы представлены
только правыми формами симметрии, а аминокислоты
только левыми. В этой асимметрии содержится
«ключ» к разгадке конкретных условий
возникновения жизни. Пока нет единой
точки зрения, объясняющей происхождение
этой асимметричности. Ее объясняют и
магнитным полем Земли; и воздействием
поляризованного света; и тем, что синтез
органических веществ проходил на поверхности
асимметрических кристаллов (кварца и
др.) и т.д.Анализ возможных оценок количества
органического вещества, которое накопилось
неорганическим путем на ранней Земле,
впечатляет: по некоторым расчетам за
1 млрд лет над каждым квадратным сантиметром
земной поверхности образовалось несколько
килограммов органических соединений.
Если их все растворить в мировом океане,
то концентрация раствора была бы приблизительно
1%. Это довольно концентрированный «органический
бульон». В таком «бульоне» мог вполне
успешно развиваться процесс образования
более сложных органических молекул. Таким
образом, воды первичного океана постепенно
насыщались разнообразными органическими
веществами, образуя «первичный бульон».
Насыщению его в немалой степени способствовала
и деятельность подводных вулканов.Дальнейший
этап биогенеза связан с концентрацией
органических веществ и образованием
фазовообособленных систем. Такие системы
носят открытый характер и способны взаимодействовать
с внешней средой. «Механизм», определяющий
образование фазовообособленных систем,
- так называемая неспецифическая самосборка,
спонтанное упорядоченное объединение
биополимеров за счет образования нековалентных,
вторичных связей (ионные, водородные,
межмолекулярного взаимодействия). Особенно
активно такое объединение происходит
в условиях пространственной взаимодополняемости
(взаимное соответствие) поверхностей
взаимодействующих молекул (комплементарность).
Фазовообособленные системы - это некие
протоклетки (пробионты). В качестве пробионтов
могли выступать коацерваты - мельчайшие
коллоидальные частицы, капли, обладающие
осмотическими свойствами.В водах первичного
океана концентрация органических веществ
увеличивалась, происходили их смешивание,
взаимодействие и объединение в мелкие
обособленные структуры раствора. Такие
структуры довольно просто получить искусственно,
смешивая растворы разных белков, например
желатина и альбумина. Эти обособленные
в растворе органические многомолекулярные
структуры русский ученый А.И. Опарин назвал
коацерватными каплями, или коацерватами.
Коацерваты образуются в слабых растворах.
Вследствие взаимодействия противоположных
электрических зарядов происходит агрегация
молекул. Мелкие сферические частицы возникают
потому, что молекулы воды создают вокруг
образовавшегося агрегата поверхность
раздела.Коацерваты объясняют, как появились
биологические мембраны. Образование
мембранной структуры считается самым
«трудным» этапом химической эволюции
жизни. Истинное живое существо (в виде
клетки, пусть даже самой примитивной)
не могло оформиться до возникновения
мембранной структуры и ферментов. Биологические
мембраны - это агрегаты белков и липидов,
способные отграничить вещество от среды
и придать упаковке молекул прочность.
Мембраны могли возникнуть в ходе формирования
коацерватов.Повышенная концентрация
органических веществ в коацерватах увеличивала
возможность взаимодействия между молекулами
и усложнения органических соединений.
Уже на стадии формирования коацерватов
зарождается отбор, который приводит к
сохранению наиболее устойчивых, организованных
структур. Однако все это еще не дает основания
считать коацерваты живыми системами,
потому что они лишены способности к самовоспроизведению
и саморегуляции синтеза органических
веществ. Но предпосылки возникновения
живого в них уже содержались.Главная
задача в учении о происхождении жизни
объяснить возникновение матричного синтеза
белков. Жизнь возникла не тогда, когда
образовались пусть даже очень сложные
органические соединения, отдельные молекулы
ДНК и др., а тогда, когда начал действовать
механизм конвариантной редупликации.
Именно поэтому завершение процесса биогенеза
связано с возникновением у более стойких
коацерватов способности к самовоспроизведению
составных частей, генетического кода,
с переходом к матричному синтезу белка,
характерному для живых организмов. В
ходе предбиологического отбора наибольшие
шансы на сохранение имели те коацерваты,
у которых способность к обмену веществ
сочеталась со способностью к самовоспроизведению.Переход
к матричному синтезу белков был величайшим
качественным скачком в эволюции материи.
Однако механизм перехода пока не ясен.
Основная трудность здесь состоит в том,
что для удвоения нуклеиновых кислот нужны
ферментные белки, а для создания белков
нуклеиновые кислоты. Иначе говоря, нужно
объяснить, как в ходе предбиологического
отбора объединились способности к самовоспроизведению
полинуклеотидов с каталитической активностью
полипептидов в условиях пространственно-временного
разобщения начальных и конечных продуктов
реакции.
На
этот счет существуют разные гипотезы,
но все они так или иначе
не полны. В настоящее время наиболее
перспективными считаются гипотезы,
которые опираются на принципы теории
самоорганизации, синергетики, на представления
о гиперциклах, т.е. системах, связывающих
самовоспроизводящиеся (автокаталитические)
единицы друг с другом посредством
циклической связи. В таких системах
продукт реакции одновременно является
и ее катализатором или исходным
реагентом. Потому и возникает явление
самовоспроизведения, которое на первых
этапах вовсе могло и не быть точной
копией исходного органического
образования. О трудностях становления
самовоспроизведения свидетельствует
само существование вирусов и фагов, которые
представляют собой, вероятно, осколки
форм предбиологической эволюции.В дальнейшем
предбиологический отбор коацерватов,
по-видимому, происходил в нескольких
направлениях. Во-первых, в направлении
выработки способности накапливать белковоподобные
полимеры, ответственные за ускорение
химических реакций. В результате строение
нуклеиновых кислот изменялось в направлении
преимущественного «размножения» систем,
в которых удвоение нуклеиновых кислот
осуществлялось с участием ферментов.Во-вторых,
в системе коацерватов происходил и отбор
самих нуклеиновых кислот по наиболее
удачному сочетанию последовательности
нуклеотидов. На этом пути формировались
гены. Самовоспроизводящиеся системы
со сложившейся стабильной последовательностью
нуклеотидов в нуклеиновой кислоте уже
могут быть названы живыми.Знание условий,
которые способствовали возникновению
жизни на Земле, позволяют понять, почему
в наше время невозможно появление живых
существ из неорганических систем. В нашу
эпоху отсутствуют условия для синтеза
и усложнения органических веществ: простые
соединения, которые могли бы где-то образоваться,
сразу же были бы использованы гетеротрофами.
Возникшая на Земле жизнь преобразовала
те условия, которые сделали возможным
ее появление. Теперь живые существа появляются
только вследствие размножения.Возникнув,
жизнь стала развиваться быстрыми темпами
(ускорение эволюции во времени). Так, развитие
от первичных пробионтов до аэробных форм
потребовало около 2 млрд лет, тогда как
с момента возникновения наземных растений
и животных прошло около 500 млн лет; птицы
и млекопитающие развились от первых наземных
позвоночных за 100 млн лет, приматы выделились
за 12-15 млн лет, для становления человека
потребовалось около 3 млн лет.
4. Человек как феномен
природы
Общей предпосылкой всякого
органического существования является
обмен веществ между организмом
и природой. В этом отношении и
человек, и животное одинаково связаны
с окружающей средой природными узами.
Главной задачей оказывается
перекачка из природной среды
необходимой для жизнедеятельности
энергии. Однако в отношении способов
присвоения природных благ человек
существенным образом отличается от
животных.В животном мире обмен веществ
между организмами и природой
происходит непосредственно. Животное
воспринимает вещества природы в
том виде, в каком они ему
даны. Животные являются только потребителями
того, что дает природа, или сами
служат объектами потребления для
других организмов. В производстве
потребляемых объектов они участия
не принимают и ограничиваются тем,
что пожирают готовые запасы пищи,
никогда не приступая границ элементарного
непосредственно потребительского
отношения. Каждый новый акт потребления
только повторяет один и тот же
процесс, и ничего нового, кроме естественных
изменений в самой природе (рост,
размножение биологического вида и
стихийного изменения окружающей среды),
не происходит. В конце акта такого
потребления, как и в начале всякого
нового акта, взаимодействия происходят
между теми же двумя членами начального
отношения: определенным биологическим
видом и природной средой, разумеется,
несколько измененной. Между этими
двумя членами не возникает никакой
новой действительности. Процесс
вращается в одной и той
же плоскости, в границах природно-биологического
круга.В отличие от животного
у человека адаптация условием географической
среды не является экологической
специализацией. Этой специализации
препятствует хозяйственно-культурная
деятельность человека, обуславливающая
взаимодействие его со средой, т.е. индивидуум
в меньшей степени зависит
от природы, чем животные и человеку
дана возможность взаимодействовать
с природой. Это связано со сложной
психической деятельностью человека.Так,
если сложная психическая деятельность
высших животных всегда обусловлена
закономерностями адаптивного (приспособительного)
поведения и животное генетически
связано с "поведенческим амплуа"
только своего вида ("рожденный ползать
летать не может"), то человеку свойственна
вариативность поведения. В отличии
от животных, он может вести себя
"по мерки любого вида" (Маркс).
А там, где он ограничен естественно-природными
данными, он создает и использует
искусственные посредники - орудия
труда.Существенно иными чертами
характеризуются отношения людей
с природной средой. В них разорван
круг пригодно-биологического потребления,
осуществлен скачек в эволюционном
развитии. Обмен веществ между
человеком и природой происходит
не прямо и непосредственно, как
в мире животных, а через целый
ряд опосредствующих звеньев, рождающих
мир новых отношений общественного
характера.Человек, являясь потребителем
благ природы, предваряет и определяет
потребление производством этих благ.
Если при потребительском отношении между
животными и средой не возникало никаких
новых связей и никакой новой действительности,
то при производственных отношениях между
человеком и природой вырастает целый
мир материальной культуры. Этот мир не
является только природным, он создается
человеком и помещается им между собой
и природой. Он составляет не естественную,
а искусственную, произведенную действительность
(рукотворную природу).Каждый человек
- биологическое существо, представитель
Homo Sapiens. В этой ипостаси он является носителем
жизни и должен стремиться к сохранению
и воспроизведению жизни. Жизнь как биологическое
явление изначально является целесообразной,
и смысл жизни, следовательно, коренится
в самой жизни.
К объективно-субъективному
пониманию смысла жизни приводит
осознание человеком принадлежности
к конкретно-историческому типу
общества, стремление наполнить биологическое
существование социально-значимым
содержанием. Для человека важно, чтобы
его деятельность была востребована,
признана и положительно оценена
другими людьми. Смысловое оправдание
своей деятельности человек ищет
в различных направлениях: в творчестве,
познании, выполнении долга, творении
добра.Выделение человека из мира природы
знаменовало рождение качественно
нового материального единства, ибо,
как известно, человеку присущи не
только природные свойства, но и
социальные. Общество встало в противоречия
с природой в двух отношениях: во-первых,
как социальная действительность, оно
есть не что иное, чем сама природа;
во-вторых, оно целенаправленно с
помощью орудий труда воздействует
на природу, изменяя ее.Природные
и социальные системы находятся
во взаимодействии. Природная среда,
географические и климатические
условия оказывают значительное
воздействие на жизнь людей, обуславливают
во многом разнообразие обществ, особенности
развития этносов, народностей, наций.В
то же время сама природа испытывает
на себе "организующую" силу общества.
Человек по своему усмотрению "окультуривает"
природу, искусственно "упорядочивая"
ее. И вопрос здесь заключается
в мере этого гармоничного воздействия.
Отсутствие гармоничного взаимодействия
социальной и природной системы
приводят к экологическим кризисам
и катастрофам. Уже на заре индустриальной
цивилизации в XIX в. появились первые
признаки ухудшения качества биосферы,
связанные с загрязнением атмосферы
крупных городов, источников воды и
питания.Но с особой остротой экологические
проблемы встали перед человечеством
во второй половине XX в., что послужило
одним из признаков кризиса индустриальной
культурно-исторической эпохи. Корни
этих проблем, причины разрушительной
деятельности человека следует видеть
не в неведении или злом умысле,
а в так называемом техническом
типе мышления, когда природа рассматривается
как источник сырья для материального
производства. Для этого типа мышления
характерно то, что человек мало
задумывается над смыслом вещей, а увлечен
лишь некоторыми из их различных сторон.
Решение экологических проблем зависит
от способности человечества изменить
позицию по отношению к окружающему миру,
изменить тип мышления. Необходимо осознание
того, что живая природа и человечество
- это единый организм, что жизнь общества
- это составная часть глобального биохимического
процесса.
Заключение
Один из старинных девизов гласит:
“знание есть сила” Наука делает
человека могущественным перед силами
природы. Великие научные открытия всегда
оказывали колоссальное (и подчас совершенно
неожиданное) воздействие на судьбы человеческой
истории. Такими открытиями были, например,
открытия в ХVII в. законов механики, позволившие
создать всю машинную технологию цивилизации;
открытие в ХIХ в. электромагнитного поля
и создание электротехники, радиотехники,
а затем и радиоэлектроники; создание
в ХХ в, теории атомного ядра, а вслед за
ним - открытие средств высвобождения
ядерной энергии; раскрытие в середине
ХХ в. молекулярной биологией природы
наследственности (структуры ДНК) и открывшиеся
вслед возможности генной инженерии по
управлению наследственностью; и др. Большая
часть современной материальной цивилизации
была бы невозможна без участия в ее создании
научных теорий, научно-конструкторских
разработок, предсказанных наукой технологий
и других.В современном мире наука вызывает
у людей не только восхищение и преклонение,
но и опасения. Часто можно услышать, что
наука приносит человеку не только блага,
но и величайшие несчастья. Загрязнения
атмосферы, катастрофы на атомных станциях,
повышение радиоактивного фона в результате
испытаний ядерного оружия, “озонная
дыра” над планетой, резкое сокращение
видов растений и животных – все эти и
другие экологические проблемы люди склонны
объяснять самим фактом существования
науки. Но дело не в науке, а в том, в чьих
руках она находится, какие социальные
интересы за ней стоят, какие общественные
и государственные структуры направляют
ее развитие.Наука - это социальный институт,
и он теснейшим образом связан с развитием
всего общества. Сложность, противоречивость
современной ситуации в том, что наука,
безусловно, причастна к порождению глобальных,
и, прежде всего, экологических, проблем
цивилизации (не сама по себе, а как зависимая
от других структур часть общества); и
в то же время без науки, без дальнейшего
ее развития решение всех этих проблем
в принципе невозможно. И это значит, что
роль науки в истории человечества постоянно
возрастает. И потому всякое умаление
роли науки, естествознания в настоящее
время чрезвычайно опасно, оно обезоруживает
человечество перед нарастанием глобальных
проблем современности. А такое умаление,
к сожалению, имеет подчас место, оно представлено
определенными умонастроениями, тенденциями
в системе духовной культуры.
Список
использованной литературы