Походження життя на Землі

ЗМІСТ:
Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 3
1. Основні підходи до проблеми походження життя. Гіпотеза А.І. Опаріна про коацерватной стадії в процесі виникнення життя ... ... ... ... 5
2. Етапи хімічної та передбіологічній еволюції на шляху до життя ... 8
3. Нова гіпотеза про особливу роль малих молекул в первинному
зародження білково-нуклеїнових систем ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .11
Література ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... 13
Додаток ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 14

ВСТУП:
Щоб створити повну теорію еволюції, треба в першу чергу визначити її відправну точку.
На сьогодні є ряд концепцій зародження життя на Землі: від божественного походження, зародження через еволюцію неживого речовини до інформації в гені Всесвіту, яка реалізується в унікальних умовах: поєднання антропоцентриського принципу і зовнішніх умов космічного об'єкту Всесвіту.
Для того щоб встановити початок життя, потрібно визначити межу, яка відокремлює живе від неживого, і чи є вона? На жаль, однозначно дати визначення живому не вдається, але принципові відмінні характеристики вказати можна.
Вважається, що перші переконливі наукові факти представив Л. Пастер в 1860 р ., Провівши пастеризацію м'яса. Проте з його дослідів не випливає, що життя не може зароджуватися з неживого, так як немає відомостей про тривалість такого процесу. Їм були створені закритичні умови для її існування і зародження, тобто середу була вбита і ізольована.
Суть досвіду Пастера, засновника мікробіології полягає в тому, що він прокип'ятив м'ясний бульйон і герметично закрив його. Будучи фахівцем з кристалографії, він зазначив, що речовини небіологічного походження мають симетричну структуру, а мікроорганізми - асиметричну. Але і це не переконливо, бо й у кристала можна порушити симетрію, але він не оживе і не зруйнується, а живе може бути симетричним.
Прихильниками гена Всесвіту, що несе інформацію про життя, були Арреніус, лорд У. Кельвін (1824-1907), Г. Гельмгольц, С. Лібіх, К. А. Тімірязєв ​​(1843-1905) та ін І якщо коливально-хвильове і обертальний руху найбільш характерні для Природи, то "дихання" Всесвіту (розширення - стиснення) повинно сприйматися природно, і її ген повинен нести зачатки життя. Інакше порушується вся логіка розвитку Природи.
Крім логіки та філософії, існують і фізичні передумови, що пояснюють зародження життя. У 1975 р . виявлені в місячному грунті та в метеоритах складові амінокислот. Правда і ці частини Всесвіту могли бути породжені Землею.
У 1999 р . життя виявлена ​​на відстанях до 11 км у верхніх шарах атмосфери і на таких же глибинах в гідросфері і земної кори.
Для створення вуглеводнів потрібні істотні витрати енергії. І життя при відповідних зовнішніх умов може виникнути з неживої матерії стрибком при появі необхідної енергії (Менделєєв, Опарін, Джині та ін) - від складних органічних речовин перейти до простих живих організмів. Лауреат Нобелівської премії американський генетик-Г. Міллер заявив, що життя виникло у формі гена - елементу наследственксстх - шляхом випадкового поєднання атомних-груп і молекул.
Російський академік А. І. Опарін (1894-1980) в 1936 р . дав опис колоїдної фази розвитку життя і виникнення здатності до фотосинтезу у попередників рослинних організмів. Коацервати вже можуть збільшуватися в розмірах, ділитися на частини і піддаватися хімічним змінам на кордоні, які носять зачатки метаболізму, а перехід до живого відбувається, коли на зміну "змагання у швидкості зростання приходить боротьба за існування". З ним співзвучний і Д. С. Холдейн (1860-1936), а сама гіпотеза носить назву Холдейна-Опаріна.
У 60-е-70гг.ХХ століття досліди і розрахунки Г.С. Юрі, Б. С. Соколова, X. Оро, К. Міллера, К. Сагана показали, що сонячне випромінювання здатне забезпечити хід потужних процесів синтезу і неорганічного фотосинтезу, що могло призвести до "виживання" більш складних молекул замість простих. Отже, теорія Опаріна отримала визнання, але перехід від складних органічних речовин до простих живих організмів залишається таємницею.
Найбільш лаконічне і нетрадиційне для біологів-натуралістів визначення життя дав фізик Ф. Тіплер (амер.): життя - це закодована інформація, яка зберігається природним відбором, не прив'язана до нуклеїнових кислот обов'язковим чином. Тобто до білково-нуклеїнової основі життя можна прийти тільки через якийсь чи якісь проміжні перехідні етапи. Прямий синтез, можливо, і не реалізуємо.
Інший підхід: виявлення в метеоритах органічних речовин дозволило припустити, що життя була занесена на Землю з космосу. Як могли на Землі в ході хімічної еволюції скластися з неживої речовини такі високоупорядоченние системи обміну речовин і відтворення? Поява і еволюція людини нерозривно пов'язують біологію з філософією, як біологічна еволюція призвела до появи розуму, адже принципових відмінностей в будові мозку людини і шимпанзе немає?
З'ясувалося, що найпростішої структурною одиницею мозку служить не окрема нервова клітина, а їх ансамбль зі складними, але фіксованими взаємозв'язками. Еволюція мозку, його ускладнення йде за рахунок зростання організованості, впорядкованості
Перехід від приматів до людини пов'язаний з переходом від біологічних регуляторів всередині спільноти до регуляторів соціальним. Цього вимагала організація трудового процесу.
Будова ансамблів нервових клітин, їх зв'язку в мозку програмуються генетичним апаратом. Розвиненість мовних і рухово-трудових структурних ансамблів мозку людини успадковується від батьків. Але успадковуються не мова і не трудові навички, а лише потенційна можливість їх подальшого придбання.

1. Основні підходи до проблеми походження життя. Гіпотеза А.І. Опаріна про коацерватной стадії в процесі виникнення життя.
Спочатку в науці взагалі не існувало проблеми виникнення життя. Допускалася можливість постійного зародження живого з неживого.
Великий Аристотель (IV ст. До н.е.) не сумнівався в самозародження жаб, мишей. У III в. н.е. філософ Плотін (яскраво виражений ідеаліст) говорив про самозародження живих істот із землі в процесі гниття. У XVII ст. голландський вчений Я.Б. Ван-Гельмонт становив рецепти отримання мишей з пшениці та забрудненого потім білизни. В. Гарвей, Р. Декарт, Г. Галілей, ж.б. Ламарк, Г. Гегель теж дотримувалися думки про постійно здійснюється мимовільному зародження живого з неживого.
Але з XVII ст. стали накопичуватися дані проти такого розуміння. У 1668 р . тосканський лікар Франческо Реді довів, що білі черви в гниючому м'ясі є не що інше, як личинки мух. Через 100 років італієць Л. Спаллацані і російська М. Тереховський поставили під сумнів уявлення про самозародження мікроорганізмів.
Остаточно ж учені відмовилися від подібних уявлень лише в другій половині XIX ст. У 1862 р . Луї Пастер переконливими дослідами довів неможливість самовільного зародження найпростіших організмів в сучасних умовах і затвердив принцип «все живе з живого».
Після цього одні вчені поставили питання про історичне виникнення життя в первісних умовах Землі, інші ж схилилися до того, що життя на нашій планеті ніколи не зароджувалася, а була занесена на неї з Космосу, де вона існує вічно. Однак такий підхід є просто знімає проблему виникнення життя.
Існує також точка зору, що життя виникла чисто випадково і зовсім раптово. Американський генетик Г. Меллер (лауреат Нобелівської премії) допускає, що жива молекула, здатна розмножуватися, могла виникнути раптом, випадково в результаті взаємодії найпростіших речовин.
Він вважає, що елементарна одиниця спадковості - ген - є і основою життя. І життя у формі гена, на його думку, виникла шляхом випадкового поєднання атомних угруповань і молекул, що існували у водах первинного океану. Але підрахунки показують неймовірність такої події. Важко розраховувати отримати одну молекулу РНК вірусу тютюнової мозаїки за 10 ⁹ років навіть у тому випадку, якщо б весь Космос являв собою суміш, що реагує нуклеотидів, які входять в РНК.
Більшість вчених відмовилося від такого припущення.
Ф. Енгельс одним з перших висловив думку, що життя виникло не раптово, а сформувалася в ході тривалої еволюції матерії. Еволюційна ідея покладена в основу гіпотези складного, багатоступеневого шляху розвитку матерії, що передував зародженню життя на Землі, висунутої А.І. Опаріним в 1924 р . і англійським дослідником Дж. Холдейна в 1929 р .
Гіпотеза А.І. Опаріна про коацерватной стадії в процесі виникнення життя.
Коацервати - це комплекси колоїдних частинок. Вони можуть виникати, наприклад, з комплексних солей кобальту, кремнекіслого натрію і нашатирного спирту, в розчині ацетилцелюлози, в хлороформі або бензолі, при змішуванні розчинів різних білків. Такий розчин, як правило, поділяється на два шари - шар, багатий колоїдними частинками, і рідина, майже вільну від них.
У деяких випадках коацервати утворюються у вигляді окремих крапель, видимих ​​під мікроскопом. Для їх утворення необхідна присутність в розчині кількох (хоча б двох) різнойменно заряджених високомолекулярних речовин. Оскільки у водах первинного океану ця умова була дотримана, утворення в ньому коацерватів могло бути реальним.
А.І. Опарін припустив, що в масі коацерватних крапель повинен був йти відбір найбільш стійких в існували умовах. Багато мільйонів років йшов процес природного відбору коацерватних крапель. Зберігалася лише незначна їх частина.
Здатність до вибіркової адсорбції поступово перетворилася в стійкий обмін речовин. Разом з цим у процесі відбору залишалися лише ті краплі, які при розпаді на дочірні зберігали особливості своєї структури, тобто набували властивість самовідтворення - найважливішого ознаки життя.
По досягненні цієї стадії коацерватная крапля перетворилася в найпростіший живий організм. Коацерватние краплі були місцем зустрічі та взаємодії до цього незалежно виникали простих білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів та ліпідів.
Окрема молекула, навіть дуже складна, не може бути живою. Вчені вважають, що спочатку на молекулярному рівні могли виникати лише білково-і нуклєїн-подібні полімери, позбавлені будь-якої біологічної доцільності своєї будови. Тільки при об'єднанні цих полімерів у багатомолекулярних фазовообособленние системи могло виникнути взаємоузгодження їх структур і біологічне функціонування нових цілісних систем.
Це значить, що не розрізнені частини визначають собою організацію цілого, а ціле, продовжуючи еволюціонувати, обумовлює доцільність будови частин.
Десь на тій же стадії виникає і природний відбір, що сприяє збереженню найбільш досконалих і доцільних структур. Тут багато неясного, але в працях провідних синергетіків І. Пригожина та М. Ейгена і багатьох інших вчених дається все більше обгрунтовується картина дії відбору на високомолекулярному і надмолекулярному рівнях.

2. Етапи хімічної та передбіологічній еволюції на шляху до життя
Гіпотеза А.І. Опаріна сприяла конкретного вивчення походження простих форм життя. Вона поклала початок фізико-хімічному моделюванню процесів утворення молекул амінокислот, нуклеїнових основ, вуглеводнів в умовах передбачуваної первинної атмосфери Землі.
Після робіт німецького дослідника С. Мюллера та інших стало відомо, що під впливом фізичних випромінювань ці біоорганічні молекули можуть утворюватися в самих різних сумішах, що містять водень, азот, аміак, воду, вуглекислий газ, метан, синильну кислоту і т.п.
Чи є цей вихідний матеріал у реальному космічному просторі? Зараз встановлено наявність в міжзоряному середовищі хмар пилу і газу, в яких виявлені багато неорганічні молекули Н ₂ О, NH _3, SO, SiO, H ₂ S і т.д. Особливо показово присутність в космосі таких органічних сполук, як формальдегід, ціанацетілен, ацетальдегід, формамід, метілформіат.
Сенсацією стало відкриття космічних хмар етилового спирту з температурою 200 К і з концентрацією молекул ^жовтня 1912 -10 ¹³ в 1 см ^3. Такі сполуки близькі до біоорганічних молекул або легко можуть перетворитися на них. Таким чином, достовірно встановлено, що в космосі є необхідні компоненти для синтезу більш складних з'єднань, важливих для формування білків, вуглеводів, нуклеїнових полімерів і ліпідів.
Наступні, більш складні ланки еволюційної ланцюжка виявлені при вивченні речовинного складу метеоритів і місячних порід, доставлених космічним апаратом. У них виявлені амінокислоти, аліфатичні і ароматичні вуглеводні, попередники нуклеїнових кислот-аденін і гуанін, порфірин - найпростіший хімічний попередник хлорофілу. І на землі, в стародавніх відкладеннях з віком порядку сотень мільйонів і декількох мільярдів років, виявлено безліч органічних сполук, які підказують можливі шляхи виникнення життя (амінокислоти, вуглеводні, порфірини та ін.)
Звертає на себе увагу такий факт. У нашій галактиці найбільш поширені водень, вуглець, азот, кисень, що становлять основу живого. У земній корі ж, в місячних породах і метеоритах їх дуже мало, а переважають тут кремній, алюміній, залізо. Для першої, космічної групи елементів характерна молекулярна форма існування і схильність до флюидной, текучий стан (рідина, газ). Для планетарної групи елементів типово тверде агрегатний стан у вигляді нескінченних кристалічних структур, в яких неможливо виділити окремі молекули.
Мертві, застиглі, скам'янілі простору Місяця, Меркурія, Марса - результат втрати ними рухомих флюїдних елементів, які здійснюють транспортування речовини та енергії.
На Землі ж до цих пір продовжуються більш активні хімічні процеси. І це завдяки залишкам флюидной групи елементів: наявності значної кількості води, метану, аміаку, інших газів і рідин в атмосфері, гідросфері, у твердій корі і глибинних породах, звідки легкі сполуки виділяються у формі вулканічних газів або у вигляді загального газового обміну планети і навколишнього частини космосу.
Хімічна еволюція на поверхні планет реалізується тоді, коли енергія зоряного випромінювання може перетворитися в енергію збудження молекулярних структур. Тому вирішальним умовою зародження життя на Землі з'явилася фотосинтез.
Вік нашої Землі більше 4 млрд. років, а сліди залишків давніх організмів налічують 3,2-3,8 млрд. років.
Якщо зараз в атмосфері Землі 78% азоту і 21% кисню, то більше 3 млрд. років тому в атмосфері Землі вільного кисню практично не було. Тоді температура поверхні Землі була набагато вище сучасної, а атмосфера складалася з водяної пари і домішки вулканічних газів (азоту, вуглекислого газу, аміаку, метану та ін) Єдиним джерелом незначних кількостей кисню були реакції фотодиссоціації молекул води у верхніх частинах атмосфери під впливом сонячної радіації .
Близько 3 млрд. років тому на Землі пішли енергійні процеси окислення за рахунок кисню, джерелом якого з'явилися фотосінтсзірующіе живі організми. Активність біосфери, в кінцевому рахунку, і визначила сучасний склад атмосфери Землі.
Перші достовірні сліди життя виявлені у відкладеннях, вік яких близько 3 млрд. років. До них відносяться сліди, що залишилися від синьо-зелених водоростей у вапняках Південної Африки, залишки організмів у пісковиках Канади. Але їм передували давніші і примітивні форми життя, а ще раніше - стадії передбіологічній та хімічної еволюції.

3. Нова гіпотеза про особливу роль малих молекул в первинному зародження білково-нуклеїнових систем
На черговій нараді з філософських питань сучасної медицини в Президії Російської академії медичних наук дослідники А.В. Олескін, І.В. Ботвинками і Т.А. Кіровська повідомили наступне:
«В останні десятиліття накопичуються дані про те, що не білок і не ДНК / РНК, ймовірно, поклали початок доклеточний попередникам сучасного життя - гіпотетичних пробіонтам.     Життя, що представляється все більш правдоподібним у світлі сучасних даних, еволюціонувала на базі динамічної гри малих молекул (Органічних і неорганічних). Це були іони металів (Fe ^{2 t,} Zn ^{2 t,} AP% N \ \ Cu ² \ Co ^{2 +,} Mg ^{2 +,} Са ^{2 +),} сполуки сірки (дисульфіди, полісульфіди), фосфору (ортофосфат, нітрофосфат, поліфосфати) , азоту (особливо NO та N ₂ O), а також невеликі органічні молекули типу амінів (етаноламін, холін, гісталіни та ін), амінокислот (особливо гліцин, гдуатамат, аслартат), вуглеводнів (наприклад, етилен). ...

Є припущення, що навіть функція спадкової передачі ознак, нині виконувана нуклеїновими кислотами, спочатку залежала від неорганічних генів "- матриць для синтезу молекул (спочатку навіть небілкової природи), побудованих на основі алюмосилікатів глини. Перші біополімери могли бути результатом автокаталітіческіх реакцій малих молекул .. .
Є загальний сценарій "виникнення життя в хмарах", де найдрібніші дощові краплі, осяяні ультрафіолетом первісного Сонця і поглинають частки сполук металів і неметалів у ході пилових бур, забезпечували достатню сумарну поверхню для фотоіндукованого гетерогенного каталізу і подальшого синтезу більш складних, органічних молекул, що надходили з дощовими потоками в океан, де життя "дозріває" вже відповідно до опарінскім сценарієм "первинного бульйону" і "коацерватних крапель" ^»1.
Викладений підхід представляється досить цікавим розвитком гіпотези А.І. Опаріна. Головне тепер - в остаточному експериментальному підтвердженні (або запереченні!) І старої, і нової гіпотез.
_________________________________________________________________
¹ Нарада з філософських проблем сучасної медицини. 16 січня 1997 р . - М., 1997. - С. 88-89.

ВИСНОВОК:
Природознавство зачіпає широкий спектр питань про численні і всебічних проявах властивостей Природи.
При фізико-інформаційному підході Всесвіт - сверхсістеми, здатна до самоорганізації, самоврядуванню на всіх етапах і рівнях існування, а тому до неї застосовуються основні ідеї теорії інформації та семіотики, в тому числі принцип знакового посередника, кібернетичний і антропний принципи.
Виходячи з цього можна прийти до розуміння сутності еволюції Всесвіту з точки зору реалізації єдиного космологічного коду, спочатку заданого і що міститься в її електромагнітному спектрі. При цьому суто теоретична умоглядна реконструкція фотонної фази еволюції повинна привести до іншого розуміння істоти не тільки фізичного простору-часу і матерії, але і всього розмаїття фізико-хімічних, біохімічних, социобиологическим, соціотехнологіческіх і ноокосміческіх еволюційних процесів у Всесвіті.
Пошук нових теорій, які могли б замінити Загальну Теорію Відносності, триватимуть і надалі - така логіка розвитку науки.
А. А. Логунов стверджує, що "створення ОТО отримано ціною відмови від законів збереження речовини та гравітаційного поля разом узятих". У постньютоновском викладі його польова теорія гравітації збігається з ВМО, але при розгляді питання про сильних полях можуть бути істотні розбіжності.
ОТО не дає рішень існування Всесвіту, що не пройшла через сингулярна точку, однак ні описати, ні усвідомити її сучасна наука не в змозі, тому ряд вчених погодилися з теологами в міркуваннях про створення Світу.
Заслуговують на увагу слова Борна: "атеїстом, яким не подобається" початок ", тому що його можна витлумачити як створення, слід сказати, що початок Всесвіту в тому вигляді, як воно нам відомо, може бути кінцем іншої форми розвитку матерії, хоча практично було б абсолютно неможливо дізнатися що-небудь стосовно цього періоду, оскільки всі сліди в хаосі руйнування і перебудови ".
Один зі стовпів церкви, ідеолог католицизму, Фома Аквінський (1225 - 1274) з цього приводу сказав: "На початок Миру можна не вірити, але його неможливо ні довести, ні усвідомити розумом"
За деякими гіпотезами у мікросвіті простір і час, можуть мати інше, ніж у макросвіті, число вимірів. Безсумнівно, що з часом зв'язок мікро-і мегасвіті, фізики елементарних частинок і космології буде проявлятися все тісніше і в самих несподіваних ракурсах.
В даний час відомий генетичний код і встановлена ​​передача спадкової інформації за допомогою мови білкових молекул. Існування мови електромагнітних хвиль, який об'єднує Світ у єдине ціле, буде мати універсальне значення для системи световещества. Це повинно привести до розуміння єдиної інформаційної Природи всього сущого.
Знання концепцій сучасного природознавства допоможе людям незалежно від їх професії зрозуміти і уявити рівень матеріальних та інтелектуальних затрат сучасних досліджень, що дозволяють проникнути в суть явищ Миру і усвідомити надзвичайну важливість проблем збереження навколишнього середовища.

ЛІТЕРАТУРА:
1. Горохів В. Г. Концепції сучасного природознавства. - М: Инфра-М, 2000.
2. Горелов А. А. Концепції сучасного природознавства .- М.: Центр, 1997.
3. Дубніщева Т. Я. Концепції сучасного природознавства. -Новосибірськ. ЮКЕА, 1997.
4. Кокін А. В. Концепції сучасного природознавства. - М.: 1998.
5. Лавріенко В. Н.ідр. Концепції сучасного природознавства. - М.: Культура і спорт, ЮНИТИ, 1997.
6. Солопов Є.Ф. Концепції сучасного природознавства: Учеб. Посібник. - М.: ВЛАДОС, 2001

ДОДАТОК:
Етапи розвитку життя на Землі