Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Виникнення життя



План:


Введення

Виникнення життя або абіогенез - процес перетворення неживої природи в живу.

У вузькому сенсі слова під абіогенез розуміють освіта органічних сполук, поширених в живій природі, поза організму без участі ферментів. Альтернативою абіогенез в цьому сенсі є панспермия.


1. Історія розвитку уявлень про виникнення життя

У різний час щодо виникнення життя на Землі висувалися наступні гіпотези:

1.1. Самозародження життя

Ця теорія була поширена в Стародавньому Китаї, Вавилоні і Стародавньому Єгипті як альтернатива креаціонізму, з яким вона співіснувала. Аристотель (384-322 рр.. до н. е..), якого часто проголошують засновником біології, дотримувався теорії спонтанного зародження життя. Відповідно до цієї гіпотези, певні "частки" речовини містять деякий "активний початок", який при відповідних умовах може створити живий організм. Аристотель був прав, вважаючи, що це активний початок міститься в запліднені яйці, але помилково вважав, що воно присутнє також у сонячному світлі, твані і гниючому м'ясі.

З поширенням християнства теорія спонтанного зародження життя виявилася не в честі, але ця ідея все продовжувала існувати десь на задньому плані протягом ще багатьох століть.

Відомий учений Ван Гельмонт описав експеримент, в якому він за три тижні нібито створив мишей. Для цього потрібні були брудна сорочка, темна шафа і жменя пшениці. Активним початком в процесі зародження миші Ван Гельмонт вважав людський піт.

В 1688 італійський біолог і лікар Франческо Реді підійшов до проблеми виникнення життя більш суворо і піддав сумніву теорію спонтанного зародження. Реді встановив, що маленькі білі черв'ячки, що з'являються на гниючому м'ясі, - це личинки мух. Провівши ряд експериментів, він отримав дані, підтверджуючі думку про те, що життя може виникнути тільки з попереднього життя (концепція біогенезу).

Ці експерименти, однак, не призвели до відмови від ідеї самозародження, і хоча ця ідея дещо відійшла на задній план, вона продовжувала залишатися головною версією зародження життя.

У той час як експерименти Реді, здавалося б, спростували спонтанне зародження мух, перші мікроскопічні дослідження Антоні ван Левенгука посилили цю теорію стосовно мікроорганізмам. Сам Левенгук не вступав в спори між прихильниками біогенезу і спонтанного зародження, однак його спостереження під мікроскопом давали їжу обом теоріям.

В 1860 проблемою походження життя зайнявся французький хімік Луї Пастер. Своїми дослідами він довів, що бактерії всюдисущі і що неживі матеріали легко можуть бути заражені живими істотами, якщо їх не стерилізувати належним чином. Вчений кип'ятив у воді різні середовища, в яких могли б утворитися мікроорганізми. При додатковому кип'ятінні мікроорганізми і їх спори гинули. Пастер приєднав до S-подібній трубці запаяну колбу з вільним кінцем. Спори мікроорганізмів осідали на вигнутій трубці і не могли проникнути в живильне середовище. Добре прокип'ячена живильне середовище залишалася стерильною, в ній не виявлялося зародження життя, незважаючи на те, що доступ повітря був забезпечений.

У результаті ряду експериментів Пастер довів справедливість теорії біогенезу і остаточно спростував теорію спонтанного зародження. [1]


1.2. Теорія стаціонарного стану

Згідно з теорією стаціонарного стану, Земля ніколи не виникала, а існувала вічно, вона завжди була здатна підтримувати життя, а якщо і змінювалася, то дуже незначно. Відповідно до цієї версії, види також ніколи не виникали, вони існували завжди, і у кожного вигляду є лише дві можливості - або зміна чисельності, або вимирання.

Проте гіпотеза стаціонарного стану в корені суперечить даним сучасної астрономії, які вказують на кінцевий час існування будь-яких зірочок і, відповідно, планетних систем навколо зірок. За сучасними оцінками, заснованими на обліку швидкостей радіоактивного розпаду, вік Землі, Сонця і Сонячної системи обчислюється ~ 4,6 млрд років. Тому ця гіпотеза зазвичай не розглядається академічною наукою.

Прихильники цієї теорії не визнають, що наявність або відсутність певних викопних залишків може вказувати на час появи або вимирання того або іншого виду, і наводить як приклад представника кистеперих риб - латимерія ( целаканта). За палеонтологічними даними кістеперие вимерли в кінці крейдяного періоду. Проте цей висновок довелося переглянути, коли в районі Мадагаскару були знайдені живі представники кистеперих. Прихильники теорії стаціонарного стану стверджують, що тільки вивчаючи нині живуть види і порівнюючи їх з викопними останками, можна зробити висновок про вимирання, та й у цьому випадку цілком можливо, що він виявиться невірним. Використовуючи палеонтологічні дані для підтвердження теорії стаціонарного стану, її прихильники інтерпретують появу викопних залишків в екологічному аспекті. Так, наприклад, раптова поява будь-якого викопного виду в певному шарі вони пояснюють збільшенням чисельності його популяції або його переміщенням в місця, сприятливі для збереження залишків. Теорії самозародження і стаціонарного стану є тільки історичний чи філософський інтерес, тому що результати наукових досліджень суперечать висновкам цих теорій.


1.3. Теорія Опаріна - Холдейна

В 1924 майбутній академік Опарін опублікував статтю "Походження життя", яка в 1938 році була переведена на англійську і відродила інтерес до теорії самозародження. Опарін припустив, що в розчинах високомолекулярних сполук можуть мимоволі утворюватися зони підвищеної концентрації, які відносно відокремлені від зовнішнього середовища і можуть підтримувати обмін з нею. Він назвав їх Коацерватние краплі, або просто коацервати.

Олександр Опарін (праворуч) у лабораторії

Відповідно до його теорії процес, який призвів до виникнення життя на Землі, може бути розділений на три етапи:

  • Виникнення органічних речовин
  • Виникнення білків
  • Виникнення білкових тіл

Астрономічні дослідження показують, що як зірки, так і планетні системи виникли з газопилового речовини. Поряд з металами і їх оксидами в ньому містилися водень, аміак, вода і найпростіший вуглеводень - метан.

Умови для початку процесу формування білкових структур встановилися з моменту появи первинного океану ( бульйону). У водному середовищі похідні вуглеводнів могли піддаватися складним хімічним змінам і перетворенням. В результаті такого ускладнення молекул могли утворитися більш складні органічні речовини, а саме вуглеводи.

Наука довела, що в результаті застосування ультрафіолетових променів можна штучно синтезувати не тільки амінокислоти, а й інші біохімічні речовини. Відповідно до теорії Опаріна, подальшим кроком по шляху до виникнення білкових тіл могло з'явитися освіта коацерватних крапель. При певних умовах водна оболонка органічних молекул набувала чіткі межі і відділяла молекулу від навколишнього розчину. Молекули, оточені водяною оболонкою, об'єднувалися, утворюючи многомолекулярние комплекси - коацервати.

Коацерватние краплі також могли виникати при простому змішуванні різноманітних полімерів. При цьому відбувалася самоскладання полімерних молекул в многомолекулярние освіти - видимі під оптичним мікроскопом краплі.

Краплі були здатні поглинати ззовні речовини по типу відкритих систем. При включенні в коацерватние краплі різних каталізаторів (у тому числі і ферментів) в них відбувалися різні реакції, зокрема полімеризація надходять із зовнішнього середовища мономерів. За рахунок цього краплі могли збільшуватися в обсязі і вазі, а потім дробитися на дочірні освіти. Таким чином, коацервати могли рости, розмножуватися, здійснювати обмін речовин.

Далі коацерватние краплі піддавалися природному відбору, що забезпечило їх еволюцію.

Подібні погляди також висловлював британський біолог Джон Холдейн.

Перевірив теорію Стенлі Міллер у 1953 році в експерименті Міллера - Юрі. Він помістив суміш H 2 O, NH 3, CH 4, CO 2, CO в замкнутий посудину і став пропускати через неї електричні розряди (при температурі 80 С). Виявилося, що утворюються амінокислоти. Пізніше в різних умовах були отримані інші цукру і нуклеотиди. Він зробив висновок, що еволюція може відбутися при фазовообособленних стані з розчину (коацерватів). Однак, така система не може сама себе відтворювати.

Теорія була обгрунтована, крім однієї проблеми, на яку довго закривали очі майже всі фахівці в області походження життя. Якщо спонтанно, шляхом випадкових безматрічний синтезів в коацервати виникали поодинокі вдалі конструкції білкових молекул (наприклад, ефективні каталізатори, що забезпечують перевагу даному коацервати в рості і розмноженні), то як вони могли копіюватися для поширення всередині коацервата, а тим більше для передачі коацерватами-нащадкам? Теорія виявилася нездатною запропонувати вирішення проблеми точного відтворення - всередині коацервата і в поколіннях - одиничних, випадково з'явилися ефективних білкових структур. Однак, було показано, що перші коацервати могли утворитися мимовільно з ліпідів, синтезованих абіогенним шляхом, і вони могли вступити в симбіоз з "живими розчинами" - колоніями самовідтворюються молекул РНК, серед яких були і рібозіми, каталізують синтез ліпідів, а таке співтовариство вже можна назвати організмом [2].


2. Сучасні наукові уявлення

2.1. Генобіоза і голобіоза

Залежно від того, що вважається первинним, розрізняють два методологічних підходи до питання виникнення життя:

Генобіоза - методологічний підхід у питанні походження життя, заснований на переконанні в первинності молекулярної системи з властивостями первинного генетичного коду.

Голобіоза - методологічний підхід у питанні походження життя, заснований на ідеї первинності структур, наділених здатністю до елементарного обміну речовин за участю ферментного механізму.


2.2. Світ РНК як попередник сучасного життя

До XXI століття теорія Опаріна-Холдейна, передбачає початкове виникнення білків, практично поступилася місцем [3] більш сучасною. Поштовхом до її розробки послужило відкриття рибозимів - молекул РНК, що володіють ферментативної активністю і тому здатних поєднувати в собі функції, які в цих клітинах в основному виконують окремо білки і ДНК, тобто каталізірованіе біохімічних реакцій і зберігання спадкової інформації. Таким чином, передбачається, що перші живі істоти були РНК-організмами без білків і ДНК, а прообразом їх міг стати автокаталітіческій цикл, утворений тими самими рібозімамі, здатними каталізувати синтез своїх власних копій. [4]


2.3. Світ поліароматичних вуглеводнів як попередник світу РНК

Гіпотеза світу поліароматичних вуглеводнів намагається відповісти на питання, як виникли перші РНК, пропонуючи варіант хімічної еволюції від поліциклічних ароматичних вуглеводнів до РНК-подібних ланцюжків.

3. Альтернативні концепції

3.1. Панспермія

Відповідно до теорії панспермії, запропонованої в 1865 німецьким вченим Г. Ріхтером і остаточно сформульованої шведським вченим Арреніус в 1895, життя могло бути занесене на Землю з космосу. Найбільш ймовірно потрапляння живих організмів позаземного походження з метеоритами та космічним пилом. Це припущення грунтується на даних про високу стійкість деяких організмів і їх суперечка до радіації, глибокому вакууму, низьких температур та інших впливів. Проте до цих пір немає достовірних фактів, що підтверджують позаземне походження мікроорганізмів, знайдених в метеоритах. Але якби навіть вони потрапили на Землю і дали початок життя на нашій планеті, питання про первинному виникненні життя залишався б без відповіді.

Френсіс Крік і Леслі Оргел запропонували в 1973 році інший варіант - керовану панспермії, тобто навмисне "зараження" Землі (поряд з іншими планетними системами) мікроорганізмами, доставленими на непілотованих космічних апаратах розвиненою інопланетної цивілізацією, яка, можливо, знаходилася перед глобальною катастрофою або ж просто сподівалася зробити Терраформирование інших планет для майбутньої колонізації [5]. На користь своєї теорії вони привели два основних аргументу - універсальність генетичного коду (відомі інші варіації коди використовуються в біосфері набагато рідше і мало відрізняються від універсального) і значну роль молібдену в деяких ферментах. Молібден - дуже рідкісний елемент для всієї Сонячної системи. За словами авторів, первісна цивілізація, можливо, жила біля зірки, збагаченої молібденом.

Проти заперечення про те, що теорія панспермії (в тому числі керованої) не вирішує питання про зародження життя, вони висунули наступний аргумент: на планетах іншого невідомого нам типу вірогідність зародження життя спочатку може бути набагато вище, ніж на Землі, наприклад, через наявності особливих мінералів з високою каталітичною активністю.

У 1981 році Ф. Крик написав книгу "Life itself: its origin and nature", в якій він більш детально, ніж в статті, і в популярній формі викладає гіпотезу керованої панспермії.


Примітки

  1. Morgulis, Sergius; Oparin, Aleksandr Ivanovich The origin of life - New York: Dover Publications, 2003. - P. 25. - ISBN 0-486-49522-1.
  2. А. В. Марков. Походження життя - macroevolution.narod.ru / paleobac.htm
  3. Клітка для Творця - oko-planet.su/phenomen/phenomenscience/35000-kletka-dlya-sozdatelya.html
  4. Народження складності. Еволюційна біологія сьогодні: несподівані відкриття і нові питання / А. В. Марков. - М.: Астрель: CORPUS, 2010. - С. 60.
  5. "" Directed Panspermia "by Francis Crick and Leslie E Orgel in Icarus (1973) Volume 19 pages 341-346" - profiles.nlm.nih.gov / SC / B / C / C / P / _ / scbccp.pdf

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Виникнення і еволюція галактик
Життя
Особисте життя
Рік як життя
Позаземне життя
Життя на Венері
Життя на Марсі
Життя на Титані
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru