Нижегородський державний університет імені Н.І. Лобачевського
Біологічний факультет.
Реферат
Теорії виникнення життя
Виконав:
Потанін
Денис Валентинович, I курс, група 111-2.
Науковий керівник:професор, доктор медичних наук
Добротіна Наталія Аркадіївна
Нижній Новгород
1999
1. Мета роботи
Природа життя, її походження, різноманітність живих істот іоб'єднує їх структурна і функціональна близькість займають одне зцентральних місць в біології.
У цій роботі я спробую коротко викласти та обговорити різнітеорії виникнення життя, для того щоб отримати найбільшуявлення про відмінність різних точок зору на характер цієї події.
Більша частина міркувань, на яких грунтуються ці теорії,умоглядно, тому що відтворити в скільки-небудь наочному виглядіподії, що відбувалися при виникненні життя, неможливо. Цевідноситься як до наукових, так і до теологічних побудов. Проте однатеорія, теорія еволюції, все більше і більше сприймається не якякась окрема метафізична теорія, а як сукупність ряду науковихгіпотез, які можна перевірити.
2. Введення
Теорії, що стосуються виникнення Землі і життя на ній, та й усієї
Всесвіті, різноманітні і далеко не достовірні. Відповідно до теоріїстаціонарного стану, Всесвіт існував вічно. Згідно з іншимигіпотезами, Всесвіт міг виникнути із згустку нейтронів внаслідок
«Великого вибуху», народився в одній з чорних дір або ж була створена
Творцем. Всупереч існуючим уявленням, наука не може спростуватитезу про божественне створення Всесвіту, так само як теологічніпогляди не обов'язково відкидають можливість того, що життя в процесісвого розвитку придбало межі, з'ясовні на основі законів природи.
Серед безлічі теорій виникнення життя на Землі розглянемоосновні:життя було створено надприродною істотою в певний час
(креаціонізм)життя виникало неодноразово з неживої речовини (мимовільнезародження)життя існувало завжди (теорія стаціонарного стану)життя занесене на нашу планету ззовні (панспермії)життя виникло внаслідок процесів, що підкоряються хімічним іфізичним законам (біохімічна еволюція)
Розглянемо ці теорії докладніше.
3. Огляд теорій
3.1. Креаціонізм
Згідно з цією теорією, життя виникло в результаті якогосьнадприродного події в минулому; її дотримуються послідовникимайже всіх найбільш поширених релігійних навчань. У 1650 р.архієпископ Ашер з м. Арма (Ірландія) обчислив, що бог створив світ ужовтні 4004 р. до н. е.. І закінчив свою працю 23 жовтня в 9 ранку,створивши людину. Ашер отримав цю дату, склавши вік всіх людей,згадуються в біблійній генеалогії - від Адама до Христа ( «хто когонародив »). З точки зору арифметики це розумне, однак при цьомувиходить, що Адам жив в той час, коли, як показуютьархеологічні знахідки, на Близькому Сході існувала добрерозвинена міська цивілізація.
Традиційне іудейсько-християнське уявлення про створення світу,викладене в Книзі Буття, викликало і продовжує викликати суперечки. Хочавсі віруючі визнають, що Біблія - заповіт господа людям, з питання продовжині «дня», згадується в книзі Буття, існують розбіжності.
Деякі вважають, що світ, і все що населяють його організми були створеніза шість днів тривалістю по 24 години. Вони відкидають будь-які іншіточки зору і цілком покладаються на натхнення, споглядання ібожественне одкровення. Інші християни не ставляться до Біблії як донаукової книги і вважають, що в Книзі Буття викладено в зрозумілій для всіхлюдей формі теологічне одкровення про створення всіх живих істотвсемогутнім творцем. Для них опис створення живих істот швидшевідноситься до відповіді на питання «чому?», а не «яким чином?» Якщонаука в пошуках істини широко використовує спостереження і експеримент, тобогослов'я осягає істину через божественне прозріння і віру. Віравизнає речі, яким немає доказів в науковому значенні слова, тобто
Логічно не може бути суперечності між науковим і богословськупоясненням створення світу, оскільки ці дві сфери мислення взаємновиключають одна одну.
Процес божественного створення світу вважається що сталосяоднократно і тому недоступний для спостереження; цього достатньо, щобвинести всю концепцію божественного створення за рамки науковогообговорення. Наука займається тільки тими явищами, які піддаютьсяспостереження, і тому вона ніколи не зможе ні спростувати, нідовести цю концепцію.
3.2. Теорія спонтанного зародження
Ця теорія була поширена в древньому Китаї, Вавілоні і Єгиптіяк альтернатива креаціонізму, з яким вона співіснувала. Арістотель
(384 - 322 до н. Е..), Якого часто називають засновником біології,дотримувався теорії спонтанного зародження. На основі власнихспостережень він розвивав цю теорію далі, зв'язуючи всі організми вбезперервний ряд - «сходи природи» (scala naturae).
Цим твердженням Аристотель підтримав більш ранні висловлювання
Емпедокла про органічної еволюції. Згідно з гіпотезою Арістотеля проспонтанне зародження, певні «частки» речовини містять якесь
«Активний початок», який при відповідних умовах може створити живийорганізм. Аристотель був прав, вважаючи, що це початок міститься взаплідненої яйці, але помилково вважав, що воно є в сонячномусвітлі, твані і гниючому м'ясі. З поширенням християнства теоріясамозародження виявилася не в честі; її визнавали ті, хто вірив учаклунство і т. п. Але ця ідея продовжувала існувати десь на задньомуплані протягом ще багатьох століть.
Ван Гельмонт (1577 - 1644), вельми знаменитий і успішний вчений,описав експеримент, в якому він нібито створив за два тижні мишей. Дляцього потрібні були брудна сорочка, темна шафа і жменя пшениці.
Активним початком він вважав людський піт.
У 1688 р. італійський біолог і лікар Франческо Реді, що жив у
Флоренції, підійшов до проблеми виникнення життя більш суворо іпіддав сумніву теорію спонтанного зародження. Реді встановив, щобілі черевички, що з'являються на гниючому м'ясі - личинки мух. Провівши рядекспериментів, він отримав дані, що підтверджують думку про те, що життяможе виникнути тільки з попереднього життя (концепція біогенезу).
Ці експерименти, однак, не призвели до відмови від ідеїсамозародження, і хоча вона дещо відійшла на задній план, вонапродовжувала залишатися головною теорією в неклерікальной середовищі.
У той час як експерименти Реді, здавалося б, спростували теоріюспонтанного зародження, перші мікроскопічні дослідження Антоні ван
Левенгука посилили цю теорію стосовно до мікроорганізмів. Сам
Левенгук не вступав в спори між прихильниками біогенезу і спонтанногозародження, однак його спостереження під мікроскопом давали їжу обомтеоріям і, зрештою, спонукали інших вчених поставитиексперименти для вирішення питання про виникнення життя шляхомспонтанного зародження.
У 1765 р. Ладзаро Спаланцані провів наступний досвід: піддавшим'ясні і овочеві відвари тривалому кип'ятіння, він відразу ж їхзапечатав, а потім зняв з вогню. Дослідивши рідини через декількаднів, Спаланцані не виявив жодних ознак життя. З цього вінзробив висновок, що висока температура вбила всі форми живих істот, ібез них ніщо живе вже не могло виникнути.
У 1860 р. проблемою походження життя зайнявся Луї Пастер. До цьогочасу він вже багато що зробити в мікробіології зумів вирішити проблеми,загрожували шовківництву і виноробства. Він показав також, що бактеріївсюдисущі і що неживі матеріалу легко можуть бути заражені ними, якщоїх належним чином не простерилізувати.
В результаті ряду експериментів, в основі яких лежали методи
Спаланцані, Пастер довів справедливість теорії біогенезу іостаточно спростував теорію самозародження.
Однак підтвердження теорії біогенезу породило іншу проблему.
Якщо для виникнення живого організму необхідний інший живийорганізм, то звідки ж узявся самий перший живий організм? Чи було цепервинним самозародження?
3.3. Теорія стаціонарного стану
Згідно з цією теорією, Земля ніколи не виникала, а існувалавічно, вона завжди здатна підтримувати життя, а якщо і змінювалася, тодуже мало. Види також існували завжди.
Оцінки віку землі сильно варіювали - від приблизно 6000 років порозрахунками архієпископа Ашера до 5000 • 10 6 років за сучаснимиоцінками, заснованими на обліку швидкостей радіоактивного розпаду. Більшедосконалі методи датування дають все більш високі оцінки віку
Землі, що дозволяє прихильникам теорії стаціонарного станувважати, що Земля існувала вічно. Згідно з цією теорією, види такожніколи не виникали, вони існували завжди і у кожного виду єлише дві альтернативи - або зміна чисельності, або вимирання.
Прихильники цієї теорії не визнають, що наявність або відсутністьпевних викопних залишків може вказувати на час появи абовимирання того або іншого виду, і наводять як прикладпредставника кістеперих риб - латимерія. Прихильники теоріїстаціонарного стану стверджують, що тільки вивчаючи нині живуть видиі порівнюючи їх з викопними залишками, можна робити висновок про вимирання,та й у цьому випадку досить імовірно, що він виявиться невірним. Використовуючипалеонтологічні дані для підтвердження теорії стаціонарногостану, її нечисленні прихильники інтерпретують появувикопних залишків в екологічному аспекті (збільшення чисельності,міграції в місця сприятливі для збереження залишків і т. п.).
Велика частина доводів на користь цієї теорії пов'язана з такими неяснимиаспектами еволюції, як значення розривів в палеонтологічномулітописі, і вона найбільш детально розроблена саме в цьомунапрямку.
3.4. Теорія панспермії
Ця теорія не пропонує ніякого механізму для поясненняпервинного виникнення життя, а висуває ідею про її неземнепоходження. Тому її не можна вважати теорією виникнення життяяк такої, вона просто переносить проблему в якесь інше місце
Всесвіту.
Теорія панспермії стверджує, що життя могло виникнути один абокілька разів у різний час в різних частинах Галактики або Всесвіту.
Для обгрунтування цієї теорії використовуються багаторазові появи НЛО,наскальні зображення предметів, схожих на ракети і «космонавтів», атакож повідомлення про нібито зустрічі з інопланетянами. Радянські іамериканські дослідження в космосі дозволяють вважати, що ймовірністьвиявлення життя в межах Сонячної системи нікчемна, однак вони недають ніяких відомостей про можливе життя поза цією системою. При вивченніматеріалів метеоритів і комет в них були виявлені багато
«Попередники живого» - такі речовини, як ціаногени, синильнакислота і органічні сполуки, можливо зіграли роль «насіння»,що падали на голу Землю. З'явився ряд повідомлень про знаходження вметеоритах об'єктів, що нагадують примітивні форми життя, однакаргументи на користь їх біологічної природи поки не здаються вченимпереконливими.
3.5. Біохімічна еволюція
Серед астрономів, геологів і біологів прийнято вважати, що вік
Землі становить приблизно 4,5 - 5 млрд. років.
На думку багатьох біологів, в минулому стан нашої планети буломало схоже на нинішнє: ймовірно температура на поверхні була дужевисокою (4000 - 8000 (С), і по мірі того, як Земля остигала, вуглець ібільше тугоплавкі метали конденсованих і утворили земну кору;поверхня планети була, ймовірно, голою і нерівною, оскільки на ній урезультаті вулканічної активності, переміщень і стиснень кори, викликанихохолоджуванням, відбувалося утворення складок і розривів.
Вважають, що гравітаційне поле ще недостатньо щільної планетине могло втримувати легкі гази: водень, кисень, азот, гелій іаргон, і вони йшли з атмосфери. Але прості з'єднання, що містятьсеред інших ці елементи (вода, аміак, CO2 і метан). До тих пір, покитемпература Землі не впала нижче за 100 (C, вся вода знаходилася впароподібному стані. Атмосфера була, по видимому,
«Відновною», про що свідчить наявність в самих древніхгорнах породах металів у відновленій формі (наприклад,двовалентне залізо). Більш молоді породи містять метали вокисленої формі (Fe3 +). Відсутність кисню, ймовірно, булонеобхідною умовою для виникнення життя; як показуютьлабораторні досліди, органічні речовини (основа життя) набагато легшеутворюються в атмосфері бідній киснем.
У 1923 р. А.І. Опарін, виходячи з теоретичних міркувань,висловив думку, що органічні речовини, можливо вуглеводні,могли створюватися в океані з більш простих сполук. Енергію дляцих процесів постачала інтенсивна сонячна радіація, головнимчином ультрафіолетове випромінювання, що падало на Землю до того, якутворилася куля озону, який став затримувати велику її частину. Задумку Опаріна, різноманітність що знаходилися в океанах простих з'єднань,площа поверхні Землі, доступність енергії і масштаби часудозволяють припустити, що в океанах поступово нагромадилисяорганічні речовини і утворився «первинний бульйон», в якому моглавиникнути життя.
У 1953 р. Стенлі Міллер у ряді експериментів моделював умови,приблизно існували на первісній Землі. У створеній нимустановці (рис. 1) йому вдалося синтезувати багато речовин, що маютьважливе біологічне значення, в тому числі ряд амінокислот, аденін іпрості цукри, такі як рибоза. Після цього Орджел в Інституті Солкав схожому експерименті синтезував нуклеотидні ланцюга довжиною в шістьмономірних одиниць (прості нуклеїнові кислоти).
Пізніше виникло припущення, що в первинній атмосфері ввідносно високої концентрації містився двоокис вуглецю.
Нещодавні експерименти, проведені з використанням установки Міллера,в яку вмістили суміш CO2 і H2O, і тільки кількості слідівінших газів, дали такі ж результати, які отримав Міллер. Теорія
Опаріна завоювала широке визнання, але вона не вирішує проблеми,пов'язані з переходом від складних органічних речовин до простих живихорганізмам. Саме в цьому аспекті теорія біохімічної еволюціїпредставляє загальну схему, прийнятну для більшості біологів.
Опарін вважав, що вирішальна роль в перетворенні неживого в живеналежала білків. Завдяки амфотерності білків вони здатні доутворення колоїдних гідрофільних комплексів - притягують до себемолекули води, що створюють навколо них оболонку. Ці комплекси можутьвідокремлюватися від водної фази, в якій вони суспендировані, іутворювати свого роду емульсію. Злиття таких комплексів один зодним призводить до відділення колоїдів від середовища - процес, званийкоацерваціей. Багаті колоїдами коацервати, можливо, були здатніобмінюватися з навколишнім середовищем речовинами і виборче нагромаджуватирізні сполуки, особливо кристалоїди. Колоїдний складу даногокоацервату, очевидно, залежав від складу середовища. Різноманітність складу
«Бульйону» в різних місцях вела до відмінностей в складі коацерватів іпостачала таким чином сировину для «біохімічного природноговідбору ».
Передбачається, що в самих коацерватах що входять до їх складуречовини вступали в подальші хімічні реакції; при цьому відбувалосяпоглинання коацерватами іонів металів і утворення ферментів. Накордоні між коацерватами і середовищем шикувалися молекули ліпідів, щопризводило до утворення примітивної клітинної мембрани, що забезпечувалакоацерватами стабільність. В результаті включення в коацерватипредсуществующей молекули, здатної до самовідтворення і внутрішньоїперебудови покритого ліпідної оболонкою коацервату, могла виникнутипервинна клітка. Збільшення розмірів коацерватів і їх фрагментація,можливо, вели до утворення ідентичних коацерватів, які моглипоглинати більше компонентів середовища, так, що цей процес мігпродовжуватися. Така можлива послідовність подій повиннабула призвести до появи примітивного самовідтворюютьсягетеротрофного організму, питались органічними речовинамипервинного бульйону.
Хоча цю гіпотезу походження життя визнають дуже багато вчених,у деяких вона викликає сумніви через велику кількість припущень іпр?? дположеній. Астроном Фред Хойл недавно висловив думку, що думка провиникнення життя внаслідок описаних вище випадковихвзаємодій молекул «так же безглузда і неправдоподібна, яктвердження, що ураган, що пронісся над сміттєзвалищем, можепризвести до збирання Боїнга-747 ».
Саме важке для цієї теорії - пояснити появу здатностіживих систем до самовідтворення. Гіпотези з цього питання покималопереконливі.
4. Висновок
Багато хто з цих «теорій» і пропоновані ними пояснення існуючогорізноманітності видів використовують одні й ті ж дані, але роблять наголос на різніїх аспекти. Наукові теорії можуть бути сверхфантастіческімі з одного боку,і сверхскептіческімі - з іншого. Теологічні міркування теж можуть знайтисобі місце в цих рамках в залежності від релігійних поглядів їх авторів.
Одним з головних пунктів розбіжностей, навіть ще в додарвіновскіе часи,бал питання про співвідношення між науковими і теологічними поглядами наісторію життя.
Схеми А - Д (рис. 2) просто відображають теорії, гіпотези або віруваннящодо походження життя, тоді як схеми Е і Ж представляють собоюспробу об'єднати деякі аспекти схем Б, В і Г у щось цілісне,прийнятне для багатьох людей. Наука і релігія на практиці не обов'язкововиключають один одного, про що свідчить кількість вчених, що дотримуютьсярелігійних переконань.
А. Стаціонарне Б. Креаціонізм
В. Спонтанне стан зародження
Виникнення Не було В певні епохи
У будь-який час
Види abcdabcdabcd
Г. панспермії
Д. Біохімічна
еволюція
Виникнення У нескінченності/
У певний час
У певний час
Еволюція
Еволюція
Види abcdabcd
Рис. 2
Е. Креаціонізм (або) Ж. панспермії
Виникнення У визначені
У нескінченності/епохи
У певний час
(мається на увазі)
Спонтанне зародження
(вопредленное час)
Біохімічна еволюція
Еволюція
Види ab c d
Рис. 2 (продовження)
