Теории происхождения жизни на Земле

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ ЖИЗНИ 4

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ 10

2. 1. Теория  креацеонизма 10

2. 2. Теория самопроизвольного происхождения. Или спонтанного зарождения жизни 13

2. 3. Теория  космического происхождения жизни  или панспермии 15

2. 4. Химическая  теория происхождения жизни на  Земле Опарина-Холдейна 17

ГЛАВА 3. УСЛОВИЯ  ПОЯВЛЕНИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ 26

ГЛАВА 4. ПОИСК  ЖИЗНИ ВО ВСЕЛЕННОЙ 30

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 37

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Природа происхождения жизни всегда интересовала учёных. Они разрабатывали различные теории и гипотезы её зарождения, проводили огромное количество опытов и экспериментов. Первыми были выдвинуты теории креационизма и самозарождения. Именно они считаются самыми древними. Впоследствии, появилось много различных теорий относительно происхождения жизни на Земле. Самыми ключевыми из них были теория Опарина-Холдейна и теория панспермии.

Сейчас, благодаря возможности кооперации учёных разных стран и областей знаний, ведутся интенсивные исследования не только в различных научных центрах нашей страны, но и за рубежом. Огромное количество разрозненных эмпирических данных требует новых подходов, новых принципов обобщения.

Так как проблема происхождения жизни является комплексной, то и для её решения необходимо как можно большее количество учёных из разных областей знаний. Только в этом случае они могут обсудить проблему с разных точек зрения и выдвинуть гипотезу, способную описать процесс зарождения жизни. На сегодняшний день разработаны огромное количество различных гипотез и теорий зарождения жизни на Земле. Все они имеют право на существование, но имеют свои недостатки.

Поэтому целью нашего реферата явилось  изучение происхождения жизни на Земле. Для этого были поставлены следующие задачи:

1. Рассмотреть основные критерии жизни.
2. Изучить имеющуюся информацию относительно различных теорий и гипотез происхождения жизни.
3. Выявить ключевые условия для возникновения жизни.
4. Изучить литературные данные относительно поиска жизни на других планетах. 
   

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ ЖИЗНИ

 

Учёные до середины XX века отдельно рассматривали проблему происхождения жизни и проблему её сущности. Впоследствии укрепилось понимание, что природа жизни, её происхождение и развитие могут изучаться только в неразрывной связи между собой.

В тоже время началось бурное изучение проблемы зарождения жизни многими  учёными разных стран и областей знаний (Югай, 1985).

Для понимания этой проблемы и закономерностей эволюции органического мира на Земле, необходимо иметь общие представления об эволюции и основных свойствах живого. Для этого необходимо охарактеризовать живые существа с точки зрения их ключевых особенностей и выделить основные уровни организации жизни.

Изначально считалось, что все  живые организмы имеют такие  свойствам, как обмен веществ, подвижность, раздражимость, рост, размножение, приспособляемость. Дальнейший анализ показал, что по отдельности все эти свойства встречаются и среди неживой природы, и поэтому не могут рассматриваться как специфические свойства живого. Но в комплексе эти процессы встречаются только у живых организмов (Яблоков, 1976). В одной из последних и наиболее удачных попыток живое характеризуется следующими особенностями, сформулированными Б. М. Медниковым в виде аксиом теоретической биологии.

Суть аксиомы сводится к тому, что одним из главных признаков живого является организация или структура. Аминокислоты в белках, внутриклеточные элементы, клетки в тканях и ткани в органах образуют упорядоченные структуры. Но все эти структуры возникают заново в каждом новом поколении, например, цыпленок формируется из однородной массы белка и желтка (Медников, 1982).

Суть следующей аксиомы заключается в том, что генетическая программа образуется матричным путем. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения, используется ген предшествующего поколения (аксиома Н. К. Кольцова). Эта аксиома действительна, не смотря на то, что представления о природе наследственных молекул изменились со времени открытия этой аксиомы (Чайковский, 2006).

Третья аксиома биологии имеет из всех других аксиом наиболее глубокий физический смысл. Поведение  «наследственных молекул» может  быть описано на языке статистической физики как хаотическое движение микрочастиц со случайным распределением их параметров. При физиологических  темᴨературах молекула ДНК остается относительно стабильной. Существует физическое распределение Максвелла, показывающее, что всегда возможны такие скорости движения молекул, что  эти молекулы разрушают структуру  гена и вызывают мутации (Шрёдингер, 2002). Для того чтобы вызвать мутацию, необходимо довести необходимую для этого энергию до области, где происходит мутация, размер которой определяется размерами гена. Конечная формулировка аксиомы звучит так: в процессе ᴨередачи из поколения в поколение генетические программы в результате многих причин изменяются случайно и ненаправленно, и лишь случайно эти изменения оказываются приспособительными (аксиома Дарвина) (Циммер, 2012).

Четвёртая аксиома заключается  в следующем: случайные изменения  генетических программ при становлении  фенотипов многократно усиливаются  и подвергаются отбору условиями  внешней среды (Яблоков, 1976).

Дискретность и целостность  – два фундаментальных свойства организации жизни на Земле. Живые  объекты в природе относительно обособлены друг от друга (особи, популяции, виды). Любая особь многоклеточного  животного состоит из клеток, а  любая клетка и одноклеточные  существа – из определенных органелл (Шрёдингер, 2002). Органеллы состоят из дискретных высокомолекулярных органических веществ, которые в свою очередь состоят из дискретных атомов и элементарных частиц. В то же время сложная организация немыслима без взаимодействия ее частей и структур – без целостности (Габдулин, 2005).

Целостность биологических систем качественно отличается от целостности  неживого, и прежде всего тем, что  целостность живого поддерживается в процессе развития. Живые системы  – это открытые системы, они постоянно обмениваются веществами и энергией со средой. Для них характерна отрицательная энтропия (увеличение упорядоченности), повышающаяся, видимо, в процессе органической эволюции. Вероятно, что в живом проявляется способность к самоорганизации материи (Вернадский, 1989).

Среди живых систем нет двух одинаковых особей, популяция и видов. Эта  уникальность проявления дискретности и целостности живого основана на явлении ковариантной редупликации, т. е. самовоспроизведение с изменениями, осуществляемое на основе матричного принципа (Аносов, 1999).

Существует множество определений  сущности жизни, которые можно свести к двум основным. Согласно первому  жизнь определяется субстратом, носителем  её свойств (например, белок). Во втором варианте жизнь рассматривается  как совокупность специфических  физико-химических процессов.

Наиболее точное определение жизни  дал около 100 лет назад Ф. Энгельс: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причём с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка». При этом Энгельс имел в виду не собственно белки, а структуры, содержащие белок (Биологический энциклопедический словарь, 1986).

Как уже говорилось, живые тела отличаются от неживых наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, активной регуляцией своего состава и функций, способностью к движению, раздражимостью, приспособленностью к среде и т. д. Неотъемлемым свойством живого является деятельность, активность. Все живые существа должны или действовать, или погибнуть (Галимов, 2006).

Жизнь возможна лишь при определённых физических и химических условиях (температура, присутствие воды, ряда солей и  т. д.). Однако прекращение жизненных  процессов, например, при высушивании семян или глубоком замораживании мелких организмов, не ведёт к потере жизнеспособности. Если сохраняется неповрежденной структура, она при возвращении к нормальным условиям обеспечивает восстановление жизненных процессов (Айала, 2009).

Однако строго научное разграничение  живого и неживого встречает определенные трудности. Так, например, вирусы вне  клеток другого организма-хозяина не обладают ни одним из признаков живого. У них есть наследственный аппарат, но отсутствуют основные необходимые для обмена веществ ферменты, и поэтому они могут расти и размножаться, лишь проникая в клетки организма-хозяина и используя его ферментные системы. В зависимости от того, какой критерий в данном конкретном случае является ключевым, учёные относят вирусы к живым системам или к неживым (Медников, 1982).

Итак, суммируя все выше сказанное, можно дать определение «жизни». Жизнь – процесс существования биологических систем (например, клетка, организм растения, животного), основу которых составляет сложные органические вещества и способные самовоспроизводиться, поддерживать свое существование в результате обмена энергией, веществом и информацией со средой.

Проявление жизни на Земле чрезвычайно  многообразны. С одной стороны  жизнь на Земле представлена ядерными и доядерными организмами, одно- и  многоклеточными существами. Из них более детально изучены многоклеточные организмы, но сейчас проводится много исследований относительно одноклеточных организмов, различных вирусов, бактерий и т. п. Многоклеточные организмы делятся на царства растений, животных, грибов. Любое из этих царств объединяет различные типы, классы, отряды, семейства, роды, виды, популяции и индивидуумы. С другой стороны живое обладает молекулярной, клеточной, тканевой и иной структурностью.

Но и сами живые организмы в природе обитают, как правило, разными группами. При этом такие сообщества могут иметь более или менее сложную структуру (Габдулин, 2005).

При таком многообразии жизни всё  же можно выделить уровни организации  живого.

1. Молекулярно-генетический уровень. Любая система, как бы сложно она ни была организована, состоит из биологических макромолекул, нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов и других органических веществ. Это наиболее примитивный уровень организации. Но именно на этом уровне начинаются основные процессы жизнедеятельности, например, обмен веществ, передача наследственной информации и другие (Яблоков, 1976).
2. Клеточный уровень. Клетка является структурной и функциональной единицей, а так же единицей развития всех обитающих на Земле живых организмов. На этом уровне прослеживается наиболее чёткая работа функций передачи информации и превращения веществ и энергии (Габдулин, 2005).
3. Организменный уровень. Жизнь всегда представлена в виде дискретных индивидуумов - особей. Это в равной степени присуще, микроорганизмам растениям и животным (Яблоков, 1976). При этом особь необходимо рассматривать в непрерывном развитии как биологическую систему, от момента зарождения до момента прекращения существования (Габдулин, 2005).
4. Популяционно-видовой уровень. Объединяет надорганизменные системы: микропопуляции (демы), популяции, подвиды и виды. При этом объединение в демы, популяции, подвиды и виды осуществляется на основе генетического и экологического единства. При этом изучают основные элементарные явления и факторы, лежащие в основе организации популяционно-видового уровня (Яблоков, 1976).
5. Биогеоценотический уровень. Основной системой этого уровня является биогеоценоз – совокупность организмов разных видов и различной сложности организации в сочетании с факторами среды их обитания. В процессе эволюционного развития биогеоценозы постоянно взаимодействуют друг с другом и находятся в постоянном движении, так называемом динамическом равновесии (Габдулин, 2005).
6. Биосферный уровень. Биогеоценозы в совокупности образуют биосферу, они взаимосвязаны круговоротом вещества и энергии. При этом ведущую роль в круговороте играют живые организмы во всём своём многообразии (Яблоков, 1976).

Такая градация уровней организации живого не является единственной. Их разработано огромное множество. В зависимости от поставленных исследователем целей выделяются более дробные классификации уровней организации живого.

 

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ

2. 1. Теория креацеонизма

 

Креацеонисты по-разному объясняют происхождение мира, как правило, все они опираются на Книгу Бытия или другие священные тексты. Согласно этой теории, возникновение жизни на Земле не могло осуществиться естественным, объективным, закономерным образом. Жизнь является следствием божественного творческого акта, а все люди являются потомками Ноя (Мортон, 2001).

Приверженцы креационизма –  это не только христиане, склонные к буквальному пониманию того, что написано в Библии. Некоторые представители других религий также стремятся подменить естественнонаучные объяснения сверхъестественными и ненаучными, основанными на представлениях своей религии. Идеи креационистов отстаивают небольшие группы политически активных религиозных фундаменталистов, убеждённых, что объяснить наблюдаемые во Вселенной физические процессы и биологическое разнообразие жизни на Земле можно только непосредственным вмешательством сверхъестественного (Айала, 2009).

Некоторые авторы, занимающиеся разработкой теории криоционизма готовы признать, что так называемые дни  творения, описанные в Книге Бытия, можно сопоставить с геологическими эрами, при условии, что эволюционное развитие живых организмов происходило с Божественного помысла (Мортон, 2001).

В 1650 г. архиепископ Ашер из Ирландии вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н.э., а в 9 часов утра 23 октября и человека. Это число он получил из анализа  возрастов и родственных связей всех упоминаемых в Библии лиц, от Адама до Христа (Маклинг, 1993). С точки зрения арифметики, это разумно, однако при этом получается, что Адам жил в то время, когда, согласно археологическим находкам, на Ближнем Востоке существовала хорошо развитая городская цивилизация (Мортон, 2001).

Традиционное иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в Книге Бытия, вызывало и продолжает вызывать споры. Хотя все  христиане признают, что Библия –  это завет Господа людям, по вопросу  о длине «дня», упоминающегося в  Книге бытия, существуют разногласия. Некоторые считают, что мир и  все населяющие его организмы  были созданы за шесть дней продолжительностью по 24 часа. Они отвергают любые другие точки зрения и целиком полагаются на вдохновение, созерцание и божественное откровение (Маклинг, 1993).