Зміст
Введення 1
Еволюція хімічних сполук на землі 2
Критерії життя 3
Теорія саморозвитку елементарних відкритих каталітичних систем 5
Концепції виникнення життя на землі 7
Гіпотеза виникнення життя академіка А. І. Опаріна 10
Спірні питання концепцій походження життя 12
Сучасні уявлення про походження життя: проблеми та рішення 13
Висновок 16
Список літератури 17

Введення

Жива природа завжди вражала людину своїм різноманіттям,складністю, доцільністю, безперервним і швидкою зміною. Відневидимого світу і мікроорганізмів, незліченних найпростіших, лишайників,мохів, трав, чагарників і дерев до світу тварин - комах, риб,земноводних, птахів, ссавців - така ланцюг життя, яка тягнеться довінця природи - людині, єдиному з біологічних істот,здатному вивчати і осмислювати закономірності природи.

Протягом тисячоліть життя, його зародження і розвиток,дивовижна пристосовність, нарешті, сам людина з її розумом - всеце здавалося людям таємничим, нез'ясовним, надприродним. Чималостоліть минуло, поки людина накопичив достатньо знань для науковогорозуміння світу живої природи. Для цього знадобилося розвиток фізики іхімії, пізнання законів будови живих організмів, діяльності їхніх органіві тканин, уміння заглянути всередину організмів, проникнути в найменшу їхструктуру. Допитлива думка і експерименти багатьох і багатьох поколіньнатуралістів привели до висновку про постійний розвиток всьогорізноманіття рослинних і тварин видів у процесі зміни незліченнихпоколінь білкових тіл.

Еволюція хімічних сполук на землі

Еволюцію, яку пройшли хімічні сполуки на нашій планеті, можнарозділити на чотири стадії: 1) неорганічну; 2) органічний; 3)біохімічну; 4) антропогенне.

Неорганічна стадія пов'язана з хімічними перетвореннями безосвіти ланцюгів з атомів вуглецю, який, як відомо, володієнайбільшим еволюційним потенціалом. На цій стадії утворювалися найбільшпрості речовини і відбувалися щодо нескладні процеси.

Друга стадія - органічна - по суті є хімія сполук вуглецю.
Тут відбувається різке ускладнення хімізму і формуються всі необхідніпередумови для виникнення життя.

Наступна стадія - біохімія, йди хімія живого. З виникненням життявищої і найбільш складною формою матерії стає біологічна. Доспецифіці співвідношення хімічного і біологічного можна віднести наступнізакономірності:

. життя виникає в ході протікання хімічних процесів, хоча перехід від неживого до живого поки відтворити не вдається;

. з виникненням життя більшість хімічних речовин продовжує існувати за своїми власними законами поза живих організмів. При цьому неживе речовина служить зовнішнім середовищем, з якою живе перебуває в постійній динамічній зв'язку (обмін речовин між організмом і середовищем);

. деяка частина хімічних речовин після виникнення живого включається до складу живих організмів. Біохімія, або хімія живого, набагато складніше хімічних процесів, що йдуть поза живим організмом. Одночасно біохімія - частина хімічної науки і в ній діють в особливих формах всі хімічні закони.

Біохімічні процеси є основою життя, вони впливають на біологічні явища, накладаючи на них певні обмеження.

. біохімічні процеси розвиваються під контролем біологічних процесів і закономірностей, наприклад природного відбору. У живому організмі хімічний синтез спрямований на підтримання його життєздатності.

. в живій природі виникає нова якість - біологічне, яке має у своїй основі складні хімічні механізми і у той же час не може бути зведене навіть до найскладнішого набору хімічних процесів.

Критерії життя

При спробі визначити сутність життя на науковому рівні виникаютьзначні труднощі. Більшість вчених переконані, що життя являєсобою особливу форму існування матеріального світу. До кінця 50-х роківкласичним вважалося визначення Ф. Енгельса, де йшлося, що життяє спосіб існування білкових тіл, що складається в постійномусамооновлення хімічних складових частин цих тіл. Проте вже до початку 60 --х років стало очевидним, що дійсна основа життя зводиться не тільки добілків, а функціональна - не тільки до притаманного живим організмам обмінуречовин. Наприклад, Е. Шредінгер визначав життя як аперіодіческійкристал, Г. Югай-як космічну організованість матерії. Деяківизначення підкреслюють енергетичний аспект життя - протистоянняентропійних процесів, інші виникнення точної просторовоїредублікаціі, або матричного копіювання, що здійснюється за допомогоюнуклеїнових кислот.

Сучасна біологія в питанні про сутність живого все частіше йде шляхомперерахування основних властивостей живих організмів або критеріїв життя. Прицьому підкреслюється те, що тільки сукупність таких властивостей може датиуявлення про специфіку життя. До числа критеріїв життя зазвичай відносятьнаступні:

. живі організми характеризуються впорядкованої складною структурою, рівень їх організації значно вище, ніж у неживих системах;

. живі організми одержують енергію з навколишнього середовища, причому більшість з них прямо або побічно використовують сонячну енергію;

. всі живі організми, як рослини, так і тварини, що реагують на зміни в навколишньому середовищі (подразливість);

. живі організми не тільки змінюються, а й ускладнюються;

. все живе розмножується. Здатність до самовідтворення - основний ознака життя, оскільки при цьому проявляється дія механізму спадковості і мінливості, які визначають еволюцію всіх видів живої природи;

. живі організми передають у спадок закладену в них інформацію, необхідну для розвитку та розмноження потомства.

Ця інформація закладена в генах - одиницях спадковості, найдрібніших внутрішньоклітинних структурах. Генетичний матеріал визначає напрямок розвитку організму. Інформація в процесі передачі дещо змінюється, тому потомство не тільки схоже на батьків, але і відрізняється від них;

. живі організми добре пристосовані до місця існування і відповідного способу життя.

У спрощеному вигляді можна вважати, що всі живі організми харчуються,дихають, ростуть, розмножуються і поширюються в природі, а неживі тіла нехарчуються, не дихають, не ростуть і не розмножуються.

Теорія саморозвитку елементарних відкритих каталітичних систем

Жива речовина розділене на дискретні освіти - організми, більшпростими прообразами яких є елементарні каталітичні системи
А. П. Руденко. Теорія саморозвитку елементарних відкритих каталітичнихсистем (ЕОКС) у загальному вигляді була висунута професором Московськогоуніверситету А. П. Руденко в 1964 році і в розгорнутій формі з'явилася в
1969 році. Вона є найбільш докладно розробленим варіантом загальноїтеорії хімічної еволюції і біогенезу, вирішує в комплексі питання прорушійні сили і механізм еволюційного процесу, тобто про законихімічної еволюції, про відбір елементів і структур та їх причинногообумовленості, про рівень хімічної організації та ієрархії хімічнихсистем в процесі еволюції.

Ряд хімічних процесів взагалі неможливо провести без участікаталізаторів. Найбільш складним випадком каталізу є Автокаталіз,що виникає при каталітичному впливі продукту реакції на що вступають унеї вихідні речовини. Таким чином, на хімічному рівні організаціїматерії виникає здатність багаторазового самоускоренія, зміни ірозвитку.

Каталітичні реакції виключно різноманітні, численні йє головним предметом досліджень сучасної хімії.

Свою теорію А. П. Руденко засновував на мультіплетной теорії каталізуакадеміка А. А. Баландина.

Основні положення теорії А. А. Баландина зводяться до трьох висновків:
1. Каталізатор збільшує швидкість реакції, тобто каталіз може бути тільки позитивним.
2. Каталізатори здатні орієнтувати реакції в одному з можливих напрямків.
3. Каталізатори хімічно взаємодіють з реагентами і утворюють проміжний (мультіплетний) комплекс, що має властивості перехідного стану (за іншою термінологією - активоване комплекс).

А. П. Руденко називає такий проміжний комплекс елементарноїкаталітичної системою. Якщо каталітична реакція супроводжуєтьсяпостійним припливом ззовні нових реактивів, відведенням готових продуктів івиконанням ще деяких умов, реакція може протікати необмеженодовго, перебуваючи на одному і тому ж стаціонарному рівні. Такі багаторазовопоновлювані комплекси набувають статусу елементарних відкритихкаталітичних систем.

У роботах А. П. Руденко викладена детально розроблена ним теоріявідкритих каталітичних систем. Виділивши чотири принципи опису процесурозвитку (імовірнісний, кінетичний, термодинамічний та інформаційний),він сформулював з їх допомогою основний закон саморозвитку ЕОКС:

У процесі розвитку каталітичних систем складаються механізмиконкуренції і природного відбору по параметрі абсолютної каталітичноїактивності.

Завдяки Автокаталіз реакції стають самоускоряющіміся, причому надеякої ступені розвитку ЕОКС досягається першого кінетичний
(температурний) межа саморозвитку, коли зростання абсолютної швидкостібазисної реакції починає лімітувати постійним рівнем температури всистемі. Окремі елементарні каталітичні центри набуваютьздатність здійснювати одночасно не один, як раніше, а декількаповних циклів базисної реакції,

При подальшому розвитку швидкість реакції починає лімітуватиконцентрацією реагуючих речовин, і ЕОКС досягає другого кінетичногомежі саморозвитку.

Другий кінетичний межа долається за допомогою просторовогоструктурного роз'єднання поліфункціонірующіх центрів каталізу.

Концепції виникнення життя на землі

Багатовікові дослідження і спроби вирішення питань про походженняприроди і сутності життя породили різні концепції виникнення життя на
Землі:
1) життя виникала неодноразово і мимовільно з неживої речовини;
2) життя існувало завжди (теорія стаціонарного стану);
3) життя занесене на нашу планету ззовні (панспермії);
4) життя виникло в результаті біохімічної еволюції.

По суті, це головний спосіб росту всіх живих тканин, ввідповідно до якого з матричних молекул ДНК або РНК зчитуєтьсяспадкова інформація і на її основі будується нова молекула. Можнавважати, що другий кінетичний межа є межею добіологіческойхімічної еволюції, тобто з досягненням здатності досамовідтворення завершується найвищий етап хімічної еволюції складнихкаталітичних систем.

Арістотель, пізніше підтримували Галілей, Декарт, Ламарк, Гегель. Однакще в 1688 році італійський біолог Франческо Реді, що жив у Флоренції,серією дослідів з відкритими та закритими судинами довів, що з'являються вгниючому м'ясі маленькі черви - це личинки мух, і сформулював свійпринцип: все живе з живого (концепцій біогенезу). У 1860 році Луї Пастердовів, що бактерії всюдисущі і можуть заражати неживі речовини, дляпозбавлення від них необхідна стерилізація. Пастер довів справедливістьтеорії біогенезу і остаточно спростував теорію спонтанного зародження.

Практично одночасно з роботами Пастера (в 1865 році) на стикукосмогонії і фізики вченим Г. Ріхтером розробляється гіпотеза занесенняживих істот на Землю з космосу - концепція панспермії. Згідно з цієюідеї зародки простих організмів могли потрапити в земні умови разом зметеоритами та космічної пилом і дати початок еволюції живого, тобтожиття могло виникнути в різний час в різних частинах Галактики і булаперенесена на Землю тим або іншим способом. Подібні думки поділялинайбільші вчені кінця XIX - початку XX століття: Лібіх, Кельвін, Гельмгольц іін У 1908 році шведський хімік Сванте Арреніус підтримав гіпотезупоходження життя з космосу. Він описував, як з населених іншимиістотами планет йдуть у світовий простір частинки речовини, пилинкиі живі спори мікроорганізмів. Частинки життя, що носять в безкрайніхпросторах космосу, переносилися тиском світла від зірок, осідали напланети з відповідними умовами для життя й починали нове життя на такихпланетах. Ці ідеї підтримували видатні російські вчені академіки С. П.
Костичев, Л. С. Берг, П. П. Лазарєв.

Трохи іншу позицію займав найбільший російський вчений академік В.
І. Вернадський. Він поділяв ідею вічності життя, але не в плані їїкосмічного перерозподілу між планетами, а в сенсі нерозривностіматерії і життя. Життя і матерія, за Вернадським, взаємопов'язані, між ниминемає тимчасової розділеності.

Для обгрунтування панспермії зазвичай використовують наскальні малюнки ззображенням предметів, схожих на ракети або космонавтів, а такожпоява НЛО. При вивченні речовини метеоритів і комет були виявленібагато «попередники живого» - органічні сполуки, синильнакислота, вода, формальдегід, ціаногени. У 1975 році попередникиамінокислот знайдені в місячному грунті і метеоритах. Прихильники гіпотезизанесення життя з космосу вважають їх «насінням», посіяні на Землі.

Проте поки ця гіпотеза повного наукового обгрунтування неотримала. При всій широті спектру можливих умов існування живихорганізмів вважається, що вони повинні загинути в космосі під дієювипромінювання. Космічні дослідження до теперішнього часу дозволяютьвважати, що ймовірність виявити життя в межах Сонячної системидуже мала. Доводи на користь знаходження в метеоритах об'єктів, що нагадуютьпримітивні форми життя, поки виглядають не надто переконливими. До того ж теоріяпанспермії не пропонує ніякого механізму для пояснення первинноговиникнення життя, а переносить проблему виникнення життя в якесьінше місце Всесвіту.

Прихильники теорії вічного існування життя вважають, що Земляніколи не виникала, а існувала вічно. При цьому вона завжди булаздатна підтримувати життя, причому деякі види при змінах умовна планеті різко змінювали чисельність або вимирали. Велика частина доводів накористь цієї теорії пов'язана з такими неясними аспектами еволюції, якзначення розривів в палеонтологічному літопису, з усе більш високимиоцінками віку Землі, з виявленням деяких видів тварин, яківважалися раніше вимерлими.

Сучасні уявлення про походження життя сходять до гіпотезрадянського академіка А. И. Опарина (1923 рік) та англійськоїнатураліста Джона Скотта Холдейна (1929 рік).

Гіпотеза виникнення життя академіка А. І. Опаріна

Пік досліджень А. І. Опаріна і його співавторів припадав на 50-60-ероки, хоча його книга «Походження життя» була опублікована ще в 1924році.

З самого початку цей процес був пов'язаний з геологічною еволюцією. Уданий час прийнято вважати, що вік нашої планети складаєприблизно 4,3 млрд років. У далекому минулому Земля була дуже гарячою (4000 -
8000 ° С). За міру охолодження утворювалася земна кора, а з води, аміаку,двоокису вуглецю і метану - атмосфера. Така атмосфера називається
«Відновною», оскільки не містить вільного кисню. Припадіння температури на поверхні Землі нижче 100 ° С утворилися первинніводойми. Під дією електричних розрядів, теплової енергії,ультрафіолетових променів на газові суміші відбувався синтез органічнихречовин-мономерів, які локально накопичувалися і з'єднувалися один зодним, утворюючи полімери. Можна припустити, що тоді ж одночасно зполімеризацією йшло освіта надмолекулярних комплексів-мембран.

За однотипним правилами синтезувалися в «первинному бульйоні»гідросфери Землі полімери всіх типів: амінокислоти, полісахариди, жирнікислоти, нуклеїнові кислоти, смоли, ефірні олії та ін Це припущеннябуло підтверджено експериментально в 1953 році на установці Стенлі Міллера,якому вдалося отримати багато речовин, що мають важливе біологічнезначення, у тому числі ряд амінокислот, аденін і прості цукри. Пізніше всхожому експерименті були синтезований?? нуклеотидні ланцюга довжиною в шістьмономірних одиниць (прості нуклеїнові кислоти).

Органічні речовини накопичувалися в порівняно неглибоких водоймах,прогріваються Сонцем. Сонячне випромінювання доносило до поверхні Земліультрафіолетові промені, які в наш час стримуються озоновим шароматмосфери. Так енергією забезпечувалося протікання хімічних реакцій міжорганічними сполуками і синтез полімерів.

Молекули води, змочуючи тільки гідрофільні кінці молекул жирів,ставили їх як би «на голову», гідрофобними кінцями вгору. Таким способомстворювався комплекс упорядкованих молекул жирів, які за рахунокдодатки до них нових молекул поступово відмежовують від усієї навколишньоїсередовища деякий простір, що і стало первинної клітиною, абокоацерватів - просторово відокремилися цілісною системою. Коацервативиявилися здатними поглинати із зовнішнього середовища різні органічніречовини, що забезпечувало можливість первинного обміну речовин із середовищем.

Таким чином, первинна клітинна структура, на Опаріна, представляласобою відкриту хімічну мікроструктуру яка була наділена здатністюдо первинного обміну речовин, але ще не мала системи для передачігенетичної інформації на основі нуклеїнових кислот. Такі системи,що черпають з навколишнього середовища речовини та енергію, можуть протистоятинаростання ентропії і сприяти її зменшення в процесі свого зростаннята розвитку, що є характерною ознакою всіх живих систем.

Концепція А. И. Опарина в науковому світі дуже популярна. Сильною їїстороною є точна відповідність теорії хімічної еволюції, згідно зякої зародження життя - закономірний результат. Аргументом на користь цієїконцепції є можливість експериментальної перевірки її основнихположень у лабораторних умовах.

Слабкою стороною концепції А. И. Опарина є допущення можливостісамовідтворення коацерватних структур у відсутність систем,забезпечують генетичне кодування. У рамках концепції Опаріна НЕвирішена головна проблема - про рушійні сили саморозвитку хімічних систем іпереходу від хімічної еволюції до біологічної, про причини таємничогострибка від неживої матерії до живої.

Спірні питання концепцій походження життя

1) що було первинним - білки або нуклеїнові кислоти?
2) якщо припустити, що ці класи полімерів виникли не одночасно, то як і коли відбулося їх об'єднання в єдину систему передачі генетичної інформації?

Білки в організмі служать каталізаторами протікають біохімічнихреакцій і є клітинними структурними елементами. Вони представляютьсобою ланцюжки амінокислот, утримуються пептидними зв'язками. З величезногоарсеналу амінокислот для освіти тваринних і рослинних білків природавикористовувала 20 типів. Різноманітність білків в залежності від багатьохамінокислотами і послідовністю їх розташування у білкових ланцюгах. Навітьпри повній

Одним з найбільш складних питань, пов'язаних з походженням життя,є характеристика особливостей доклеточного предка. ідентичності складу і послідовності розташування амінокислотвідмінності в просторовій структурі білків призводять до різниці в їх фізико -хімічні властивості. Білки живого походження мають однакову ізомерію,тоді як абіогенне отримані білки містять рівну кількість можливихпросторових структур.

Потрібний у даний момент білок синтезується кліткою з запасеніматеріалу за допомогою системи відтворення, яка містить взакодованому вигляді необхідну інформацію. Свої функції системавідтворення здійснює за допомогою полімерних з'єднаньдезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) і рибонуклеїнової кислоти (РНК). ДНКє берегинею генетичної інформації, закладеної впослідовність підстав, розташованих уздовж її ланцюга. РНК здатназчитувати збережену в ДНК інформацію, переносити її у середу з вихідними длясинтезу білка матеріалами і будувати з них потрібні білкові молекули.

Існує одна важлива і поки що не знайшло пояснення відмінність ввластивості живого і неживого речовин.

Концепція А. И. Опарина відноситься до групи голобіоза, оскількивиходить з ідеї первинності структур типу клітинної, наділеноїздатністю до елементарного обміну речовин за участю ферментногомеханізму. Нуклеїнові кислоти при такому механізмі з'являються назавершальному етапі.

Прикладом іншої точки зору є концепція Дж. Холдейна, згідно зякої первинної була не структура, здатна до обміну речовин знавколишнім середовищем, а макромо-лекулярная система, подібна гену і здатнадо саморепродукціі, і тому названа ним «голим геном». Подібну групуконцепцій називають генобіозом або інформаційної гіпотезою.

Позиції гіпотези генобіоза помітно зміцнилися до 1970-х років, а в 1980 --і роки в уявленнях про доклеточном предка вона стала домінуючою. Загальнавизнання в рамках цієї гіпотези отримала ідея, згідно з якою хіральнічистими молекулярними «блоками», що склали основу для зародження живого,були макромолекули ДНК або РНК.

Сучасні уявлення про походження життя: проблеми та рішення

Виявилося, що РНК наділена такою ж генетичною пам'яттю, як і ДНК,і всупереч усталеної генетичної догмі можливе перенесення генетичноїінформації від РНК до ДНК за участю ферменту, що відкритий на початку 1970-хроків. Була встановлена здатність РНК до саморепродукціі у відсутностібілкових ферментів, тобто автокаталітіческая функція.

Гіпотеза про механізм зародження макромолекул, необхідних длябудівництва білка, висловлена Ейген в роботі «Самоорганізація матерії вході хімічної еволюції »(1971). Ейген розповсюдив на процеси, якіповинні були відбуватися за еволюційний стрибок, принцип дарвінівськоговідбору та ввів поняття конкуренції гіперциклу, або циклів хімічнихреакцій, які приводять до утворення білкових молекул. Цикли, що працюютьшвидше і ефективніше за інших, виживають і перемагають у конкурентнійборотьбі. Як можна досюда дочитати і не охуеть? Їжею служать молекулимономерів, які поглинаються при полімеризації або в ході циклів реакцій.
У «первинному бульйоні» присутні і каталізатори хімічних реакцій,які утворюються в них як проміжні продукти, тобто виникаєавтокаталітіческая самоорганізована система.

Після того, як утворився «первинний бульйон» з вуглецевихз'єднань, з'явилася можливість утворення біополімерів - нуклеїновихкислот і білків, що володіють властивостями самовідтворення. У результатіосадження органічних сполук на мінеральних тілах, наприклад на глинідна водоймищ, виникла концентрація, необхідна для утворення полімерів.
Вода в початковий період формування нашої планети безперервно переміщалирозчинені в ній речовини з місць утворення до місць накопичення, деформувалися протобіонти (системи органічних речовин, здатні рости ірозвиватися за рахунок поглинання з навколишнього середовища багатих енергієюречовин).

Далі утворилися мікросфери, або коацервати (згустки органічнихречовин), між якими шикувалися молекули складних вуглеводнів, щопризводило до утворення примітивної клітинної мембрани, що забезпечуєкоацерватами стабільність. Включення в коацервати молекули, здатної досамовідтворення, призводило до виникнення примітивної клітини, якамогла рости. Мембрани розташовувалися на поверхні клітини, а такожбагаторазово прошивали її наскрізь у різних напрямках, утворюючи внутрішнюмережа мембран. На мембранах концентрувалися абіогенне синтезованіферменти, що упорядкувало обмін речовин в клітинах. Він почав залежати відвластивостей і порядку розташування ферментів на мембранах. У нуклеїновихкислот, які синтезувалися абіогенного, ще не було однозначно заданихматриць, відповідно до яких кожна нова молекула нуклеїнових кислоткопіює послідовність азотистих основ молекули-матриці.

Будова молекул ДНК ті перші клітини через ряд наступних поколіньпередали клітинам сучасних організмів. Таким чином, сучасні клітинивідбуваються з великої кількості абіогенне сформувалися прототипів.

Найдавніша життя, ймовірно, існувала як гетеротрофнихбактерій, які отримували їжу та енергію від органічного матеріалу абіогенногопоходження, що утворився на ще більш ранній стадії еволюції Землі.
Виходячи з цього, можна уявити, що початок життя на нашій планетівідсувається більш ніж на 4 млрд років тому, то є життя на Землііснує приблизно стільки ж часу, скільки існує сама планета.

Висновок

Тих, хто замислювався над таємницями природи, з найдавніших часіввабила, а часом і відлякувала своєї недоступністю одна з найглибших таємницьв пізнанні світу - питання про сутність життя.

Тисячоліття загадка життя залишалася притулком метафізики, областювірувань, а не знання. Життя розглядалася як надприродне ітому непізнаванне явище. Багато авторів, розходячись в дрібницях, сходилисяу твердженні, що живі істоти і життєві процеси не можуть бутипояснені в логічних поняттях.

Реальне розвиток науки, як відомо, спростувало всі ці віковіомани. Чи варто нагадувати, що розкрито генетичний код, з'ясованатривимірна структура білкової молекули? Щодо хімічного складуживих об'єктів можна сказати, що практично досягнуто межа: ми знаємоцей склад з майже вичерпною повнотою, і навряд чи нас чекають якісьабо великі сюрпризи на цьому шляху.

Список літератури

Войткевич Г. В. Виникнення і розвиток життя на Землі. - М., 1988.
Кастлер Г. Виникнення біологічної організації. - М., 1967.
Кузнєцов В. І. Загальна хімія. Тенденції розвитку. - М., 1989.
Опарін А. И. Жизнь, її природа, походження і розвиток: 2-е изд.-М.,
1968.
Ейген М., Вінклер Р. Гра життя. - М., 1979.
Чіпндейл П. Порядок і безладдя в природі. - М., 1987.