Теория биохимической эволюции

Теория биохимической эволюции

 

До середины XX в. многие ученые полагали, что органические соединения могут возникать только в живом организме. Именно поэтому их назвали органическими соединениями в противоположность веществам неживой природы - минералам, которые получили название неорганических соединений. Считалось, что органические вещества возникают только биогенно, а природа неорганических веществ совершенно иная, поэтому возникновение даже простейших организмов из неорганических веществ совершенно невозможно. Однако после того как из обычных химических элементов было синтезировано первое органическое соединение, представление о двух разных сущностях органических и неорганических веществ оказалось несостоятельным. В результате этого открытия возникли органическая химия и биохимия, изучающие химические процессы в живых организмах.

 

Кроме того, данное научное открытие позволило создать концепцию биохимической эволюции, согласно которой жизнь на Земле возникла в результате физических и химических процессов. В основу этой гипотезы были положены данные о сходстве веществ, входящих в состав растений и животных, о возможности в лабораторных условиях синтезировать органические вещества, составляющие белок.

 

Академик А.И. Опарин опубликовал в 1924 г. свой труд «Происхождение жизни», где была изложена принципиально новая гипотеза происхождения жизни. Суть гипотезы сводилась к следующему: зарождение жизни на Земле - длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой. И произошло это путем химической эволюции, в результате которой простейшие органические вещества образовались из неорганических под влиянием сильнодействующих физико-химических факторов, и тем самым химическая эволюция постепенно поднялась на качественно новый уровень и перешла в биохимическую эволюцию.

 

Рассматривая проблему возникновения жизни путем биохимической эволюции, Опарин выделяет три этапа перехода от неживой материи к живой:

 

• синтез исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях первичной атмосферы первобытной Земли;

 

• формирование в первичных водоемах Земли из накопившихся органических соединений биополимеров, липидов, углеводородов;

 

• самоорганизация сложных органических соединений, возникновение на их основе и эволюционное совершенствование процесса обмена веществ и воспроизводства органических структур, завершающееся образованием простейшей клетки.

 

Сильной стороной концепции является достаточно точное соответствие ее химической эволюции, согласно которой зарождение жизни есть закономерный результат добиологической эволюции материи. Убедительным аргументом в пользу этой концепции выступает также возможность экспериментальной проверки ее основных положений. Это касается лабораторного воспроизведения не только предполагаемых физико-химических условий первичной Земли, но и коацерватов, имитирующих доклеточного предка и его функциональное особенности.

Слабая сторона концепции - это невозможность объяснить сам момент скачка от сложных органических соединений к живым организмам - ведь ни в одном из поставленных экспериментов получить жизнь так и не удалось. Кроме того, Опарин допускает возможность самовоспроизведения коацерватов при отсутствии молекулярных систем с функциями генетического кода. Иными словами, без реконструкции эволюции механизма наследственности объяснить процесс скачка от неживого к живому невозможно. Поэтому сегодня считается, что решить эту сложнейшую проблему биологии без привлечения концепции открытых каталитических систем, молекулярной биологии, а также кибернетики не получится.

Концепции биологической эволюции

 

Принято считать, что теория эволюции была создана Ч. Дарвином и впервые изложена в его знаменитой книге «Происхождение видов» (1859), до этой работы Ч. Дарвина уже существовали различные гипотезы об эволюции. Многих исследователей давно интересовал вопрос о происхождении видов и само понятие вида. Термин «вид» (лат. species -- взгляд, образ) был использован К. Линнеем (1707--1778) для классификации организмов по их сходству и четкому различию признаков. При этом он полагал, что виды -- это реальные образования в природе и в пределах одного вида многие его существенные признаки меняются постепенно, что позволяет их выстроить в определенный род. В его классификации брались во внимание только внешние признаки. Он считал, что роды возникли по отдельности, а виды -- варианты родов. Через 100 лет после создания этой классификации была разработана французским ученым М. Б. Ламарком (1744--1829) гипотеза об эволюции, основанная на двух предпосылках: упражнение (и не упражнение) частей организма и наследование приобретенных признаков. Эта гипотеза развивала идею о том, что организмам свойственно внутреннее стремление к совершенствованию под действием окружающей среды. Ламарк пришел к выводу, это термин «вид» имеет лишь техническое, инструментальное значение. Эта дилемма рассматривалась Ч. Дарвином. Основная идея Ч. Дарвина состоит в том, что он предложил изучение эволюции не с изучения отдельных особей, а с сообществ особей, популяций. Взаимодействие между родственными особями в популяции приводит в теории Ч. Дарвина к эволюции организмов.. Развитие эволюционной теории Ч. Дарвина произошло в определенной степени под влиянием идеи, сформулированной английским экономистом священником Т. Мальтусом (1766--1834). В 1778 г. Томас Мальтус опубликовал работу «Трактат о народонаселении», в котором описал негативные последствия не сдерживаемого ничем естественного роста населения (предположение Мальтуса о росте численности по геометрической профессии не подтвердилось, но проблема была поставлена правильно, о чем говорят современные проблемы роста численности населения).

 

Непосредственно натолкнуло Дарвина на мысль об эволюции органических форм обнаружение в одном и том же регионе в Южной Америке ископаемого и современного скелета ленивца, огромного в прошлом и маленького сейчас.

 

Рассуждения Т. Мальтуса были должным образом оценены двумя исследователями независимо друг от друга Ч. Дарвином и А. Уоллесом (1823--1913), который первым стал использовать термин «дарвинизм».

 

В 1853 г. Уоллес изложил на 20 страницах собственные идеи объяснения, каким образом происходит эволюция, и послал их Ч. Дарвину. Далее Дарвин и Уоллес выступили в июне 1858 г. с докладами о своих идеях на заседании Лондонского Королевского общества. Спустя почти год Дарвин опубликовал свою знаменитую книгу «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859).

 

Теория Дарвина -- Уоллеса не доказывала существования эволюции в живой природе, а предлагала объяснение механизма, как она может происходить. В частности, она утверждала, что естественный отбор дает объяснение возникновению новых видов из предшествующих:

 

Факт 1. Особи, входящие в состав популяции, обладают большим потенциалом размножения.

 

Факт 2. Число особей в каждой данной популяции примерно постоянно.

 

Факт 3. Во всех популяциях существует изменчивость.

 

Выводы из этих фактов: 1. Многие особи не могут оставить после себя потомство. В популяции идет борьба за существование. 2. В популяции наиболее приспособленные к условиям жизни имеют больше преимуществ оставить после себя потомство, чем менее приспособленные. Вывод под номером 2 выражает гипотезу о естественном отборе как механизме эволюции. Авторы трехтомного труда «Биология»1 считают, что теория эволюции Дарвина обрела множество неверных представлений о ней: 1) Дарвин не пытался объяснить возникновение жизни на Земле, поскольку в его время для этого не было достаточных знаний; 2) естественный отбор -- это не разрушающая негативная сила, а механизм, с помощью которого в популяцию вносятся новшества. 3. Прямолинейная трактовка прессой того времени концепции естественного «происхождения человека от обезьяны» создала негативное отношение религиозного общества к эволюционным идеям Ч. Дарвина.

 

Данные в поддержку гипотезы Дарвина дают различные науки. Палеонтология, которая занимается изучением ископаемых остатков, подтверждает факт прогрессивного возрастания сложности организмов. В соответствии с данными палеонтологии можно считать, что в протерозойскую геологическую эру (700 млн. лет назад) появились бактерии, простейшие водоросли, примитивные морские организмы; в палеозойскую (365 млн. лет назад) -- наземные растения, пресмыкающиеся; в мезозойскую (185 млн. лет назад) -- млекопитающие, птицы, хвойные растения; в кайнозойскую (70 млн. лет назад) современные виды. Конечно, следует иметь в виду, что палеонто логическая летопись неполна.

 

Дарвин показал, что в процессе естественного отбора неизбежно происходит аккумуляция полезных изменений, но целесообразность всегда носит относительный характер, так как любые приспособления оказываются полезными только в конкретных условиях существования.

 

Ведущую роль в эволюции он отводил взаимодействиям «живого с живым», вскрывая тем самым внутренний источник развития органического мира. Органическая эволюция понималась Дарвином как непрерывный процесс возникновения все новых и новых форм. Узловым моментом органической эволюции является возникновение вида как качественно нового способа адаптации к окружающей среде.

 

 

Теория биохимической эволюции – жизнь возникла в результате биохимической эволюции. Эта теория тесно связана с эволюцией самой планеты Земля. Земля существует почти 4,5 млрд лет. Сначала Земля была горячей планетой. Затем она начала остывать. В процессе снижения температуры Земли ее химический состав эволюционно изменялся и 3,5 млрд лет назад возникла органическая жизнь в виде пограничных форм - коацерватов (А.С.Опарин).

 

  Научная постановка проблемы  возникновения жизни принадлежит  Ф.Энгельсу, считавшему, что жизнь сформировалась в ходе эволюции материи.

 

  Все рассматриваемые теории, так  или иначе, связаны с человеком, так как человек интегрирует  и замыкает в себе все формы  и уровни организации материи, будучи одновременно существом  и биологическим и социальным, а главное – обладающим разумом  – высшим результатом развития  мира. Исследования таких ученых  как К.Э.Циолковский, В.И.Вернадский, П.Тейяр де Шарден, Н.И.Вавилов, А.Л.Чижевский способствовали развитию идеи, что биологическое выступает лишь непосредственной предпосылкой в общей схеме: Вселенная – Земля – Человек. Если попытаться определить место человека в истории Земли, то можно констатировать, что человек на Земле – существо еще очень молодое. Известный датский этнограф Й.Бьерре пишет, что если бы мы могли увидеть историю Земли, втиснутую в рамки одного года, то получилось бы примерно следующее: «В ноябре впервые появляется жизнь – амебы, ящеры, грибы. В середине декабря появляются гигантские животные, а за четверть часа до Нового года, то есть примерно в 23,45 в новогоднюю ночь, на сцену выходит человек. Вся наша эра занимает только последнюю минуту уходящего года».

 

  Даже если мы возьмем только  развитие биосферы, то и в этом  случае история человечества  займет лишь небольшой отрезок  времени. Действительно, история биосферы  представляет собой чередование  целого ряда этапов эволюции, каждый из которых являл все  более сложные формы развития  жизни. И только в конце этого  развития появляются человек  и общество. С точки зрения  места в истории Земли человека  и человечества эти этапы можно  разделить следующим образом: 1) период  чисто геологической эволюции, когда  на Земле еще не было жизни; 2) период геологобиологической эволюции, на последней стадии которого происходит формирование антропосоциогенеза; 3) период духовной эволюции, сфера разума. Это качественно новая эпоха в эволюции Земли. Она характеризуется развитием разума и переходом от биосферы к ноосфере – сфере взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором эволюции.

 

  Большой вклад в такое понимание  естественно-научной картины мира и места человека в истории Земли внес ^ П.Тейяр де Шарден. Согласно его теории в ходе развития Вселенной на Земле естественным «скачкообразным образом» совершился переход от неживого к живому, возникла биосфера. Ее эволюция в свою очередь привела к возникновению человека. Таким образом, человек - дитя Земли. Но речь идет не только о человеке как сугубо биологическом виде. Вместе с человеком появляются разум, мысль, сознание. По мнению Тейяра де Шардена, возникновение мысли – явление, которое знаменует собой «трансформацию, затрагивающую состояние всей планеты». Подобная позиция отражена и во взглядах В.И.Вернадского, который писал, что человек представляет собой неизбежное проявление закономерного природного процесса. В ходе эволюции формировался мозг, который стал материальной основой разума. «Научная мысль» человека в соединении с трудовой деятельностью является основной силой, которая ведет к преобразованию биосферы в ноосферу.

 

  Если сравнить высказывания этих  двух великих ученых, то ясно  прослеживается одна очень важная  мысль: появление разума (Тейяр де  Шарден) и научной мысли (Вернадский) в сочетании с трудовой деятельностью  человека ведет к превращению  биосферы в ноосферу. Следовательно, не только эволюция Земли и  биосферы приводит к возникновению  человека, но и появление человека  и его совершенствование влияют  на развитие Земли и биосферы. Отсюда следует вывод, что человек должен мыслить и действовать не «только в аспекте отдельной личности, семьи или рода, государств или их союзов», но и в глобальном масштабе всей Земли. 
Эволюционные концепции

  Существует несколько концепций  происхождения жизни:

 

• концепция самопроизвольного зарождения жизни на Земле.

 

• панспермия (от греч. pan — все, sperma — семя) — жизнь занесена на нашу планету из глубокого космоса.

 

• концепция стационарного состояния (жизнь всегда существовала на Земле).

 

• концепция биохимической эволюции (жизнь на Земле возникла в результате сложных процессов, подчиняющихся универсальным физическим и химическим законам, господствующим в природе).

 

• креационизм (жизнь была создана Богом в определенное время, и ее эволюция определяется Божественным всеобщим законом).

 

• концепция «2К» (кооперация и коммуникация) — эта концепция была разработана в 1900 г. русским ученым-философом П.А.Кропоткиным (1842—1921). В ней идет речь в основном о механизме биологической эволюции.