Теорія походження життя А. И. Опарина

Реферат

Мінськ 2008

Введення.

Життя - Одне з найскладніших явищ природи. З часів глибокої давнини вона здавалася людям таємничої і непізнаванне. Прихильники релігійних ідеалістичних поглядів вважали життя духовним, нематеріальних початком, які виникли в результаті божественного творіння. У середні віки життя пов'язувалася з присутністю в організмах деякої "життєвої сили", недоступною для пізнання засобами науки і практики.

Проблема виникнення життя на Землі здавна не дає спокою багатьом вченим. З тих пір, як людина почала шукати відповіді на запитання, звідки походить все живе пройшло багато років, і за весь цей час розглядалася безліч гіпотез і припущень про зародження життя. Релігійна теорія, теорія самозародження, теорія панспермії, теорія вічного існування життя ... Людство досі не може до кінця розгадати цю загадку. Мене завжди цікавили питання, відповіді на які точно невідомі й існують тільки у вигляді припущень, теорій. Однією з таких проблем є походження життя. З коротким змістом цих теорій нас знайомили ще в школі, зараз у мене з'явилася можливість розглянути одну з них, найбільш близьку мені, найбільш ймовірну, докладніше і глибше, розібратися в її положеннях, наведених доказах.

В розвитку навчань про походження життя істотне місце займає теорія, яка стверджує, що все живе походить тільки від живого - теорія біогенезу. Цю теорію в середині ХIХ століття протиставляли ненауковим уявленням про самозародження організмів (хробаків, мух та ін.) Однак як теорія походження життя - біогенезу неспроможний, оскільки принципово протиставляє живе неживому, стверджує відхилену наукою ідею вічності життя.

Теорія, запропонована А. И. Опаріним в першій половині ХХ століття, заснована на припущенні про хімічну еволюцію, яка поступово переходить до біохімічної, а потім до біологічної еволюції. Освіта клітини з'явилося складним явищем. Але воно і поклало початок розвитку життя і всьому її різноманіття. Абіогенез - ідея про походження живого з неживого - вихідна гіпотеза сучасної теорії походження життя. Це призвело до відродження теорії самозародження. Нова версія одержала назву теорія хімічних еволюції.

1894 - 1980

Олександр Опарін Іванович народився 2 березня 1894 в місті Угличі. У 1912р. закінчив Другу московську гімназію.

1912-1917 рр.. - Студент природничого відділення фізико-математичного факультету Московського університету.

1915р. - Хімік фармацевтичного заводу Всеросійського союзу міст.

1917р. - Закінчив природне відділення фізико-математичного факультету Московського університету і був залишений при кафедрі фізіології рослин для підготовки до професорського звання.

Олександр Іванович Опарін - творець всесвітньо визнаної теорії походження життя, положення якої блискуче витримали більш ніж піввікову перевірку часом; один з найбільших радянських біохіміків, що заклав фундамент досліджень в області еволюційної та порівняльної біохімії, ензимології, біохімії рослин і субклітинних структур, засновник радянської технічної біохімії; видатний педагог, організатор науки, громадський діяч і блискучий популяризатор наукових знань.

Праці А.І. Опаріна присвячені вивченню біохімічних основ переробки рослинного сировини, питань дії ферментів в живому організмі і проблемі виникнення життя на Землі. Його роботи заклали основи технічної біохімії СРСР. Досліджуючи дії ферментів в різних рослинах, А.И. Опарін прийшов до висновку, що в основі технології ряду виробництв, які мають справу із сировиною рослинного походження, лежить біологічний каталіз.

Розробляючи теоретичні основи біології, А.И. Опарін висунув теорію виникнення життя на Землі. На основі фактичних матеріалів з області астрономії, хімії, геології і біології А.І. Опарін запропонував гіпотезу розвитку матерії, що пояснює виникнення життя на Землі. Проблему походження життя він розглядав з матеріалістичної позиції і пояснював виникнення життя як визначений і закономірний якісний етап в історичному розвитку матерії.

Вже ранні дослідження А. І. Опаріна в області порівняльної біохімії окислювально-відновлювальних процесів у найпростіших водоростей привели його до вивчення еволюційного розвитку життя і розробці основних положень проблеми походження життя на Землі. У ті роки (на початку XX століття) серед натуралістів проблема походження життя вважалася проблемою, що не допускає експериментального підходу і не вирішуваною методами природничих наук. Найбільшою наукової за слугою А. И. Опарина є те, що він переконливо показу можливість наукового експериментального підходу до дослідження проблеми походження життя. Він виклав свої ідеї в книзі «Походження  життя », опублікованій у Радянському Союзі в 1924 році і було перекладено на англійську мову в 1938 році. Пік досліджень А. І. Опаріна і його співавторів припадав на 50-60-і роки, хоча його книга «Походження життя» була опублікована раніше.

Поява життя А.І. Опарін розглядав як єдиний природний процес, який складався з протікала в умовах ранньої Землі первісної хімічної еволюції, перейшла поступово на якісно новий рівень - біохімічну еволюцію.

1. Первісна Земля мала розріджену (тобто позбавлену кисню) атмосферу. Коли на цю атмосферу стали впливати різні природні джерела енергії - наприклад, грози і виверження вулканів - то при цьому почали мимовільно формуватися основні хімічні сполуки, необхідні для органічного життя.

З самого початку цей процес був пов'язаний з геологічною еволюцією. В даний час прийнято вважати, що вік нашої планети складає приблизно 4,3 млрд років. У далекому минулому Земля була дуже гарячою (4000-8000 ° С). У міру остигання утворювалася земна кора, а з води, аміаку, двоокису вуглецю та метану - атмосфера. Така атмосфера називається «відновною», оскільки не містить вільного кисню. При падінні температури на поверхні Землі нижче 1000C утворилися первинні водойми. Під дією електричних розрядів, теплової енергії, ультрафіолетових променів на газові суміші відбувався синтез органічних речовин-мономерів, які локально накопичувалися і з'єднувалися один з одним, утворюючи полімери. Можна припустити, що тоді ж одночасно, з полімеризацією йшло освіта надмолекулярних комплексів-мембран.

2. З плином часу молекули органічних речовин накопичувалися в океанах, поки не досягли консистенції гарячого розведеного бульйону. Однак у деяких районах концентрація молекул, необхідних для зародження життя, була особливо високою, і там утворилися нуклеїнові кислоти і протеїни.

За однотипним правилами синтезувалися в «первинному бульйоні» гідросфери Землі полімери всіх типів: амінокислоти, полісахариди, жирні кислоти, нуклеїнові кислоти, смоли, ефірні олії та ін Це припущення було перевірено експериментально в 1953 році на установці Стенлі Міллера.

Експеримент Міллера, який став поворотним пунктом в цій області, був гранично простий. Апарат складався з двох скляних колб, з'єднаних в замкнуте ланцюг. В одну з колб поміщено пристрій, що імітує грозові ефекти - два електроди, між якими відбувається розряд при напрузі близько 60 тисяч вольт; в іншій колбі постійно кипить вода. Потім апарат заповнюється атмосферою, імовірно що існувала на древній Землі: метаном, воднем і аміаком. Апарат пропрацював тиждень, після чого були досліджені продукти реакції. В основному вийшла в'язке місиво випадкових сполук; в розчині також було виявлено певну кількість органічних речовин, у тому числі і найпростіші амінокислоти - гліцин і аланін.

Первинні клітини імовірно виникли за допомогою молекул жирів (ліпідів). Молекули води, змочуючи тільки гідрофільні кінці молекул жирів, ставили їх як би «на голову », гідрофобними кінцями вгору. У такий спосіб створювався комплекс упорядкованих молекул жирів, які за рахунок додавання до них нових молекул поступово відмежовують від усієї навколишнього середовища деякий простір, яке і стало первинної клітиною, або коацерватів - просторово відокремилися цілісною системою. Коацервати виявилися здатними поглинати з зовнішнього середовища різні органічні речовини, що забезпечувало можливість первинного обміну речовин із середовищем.

3. Перші клітини були гетеротрофи, вони не могли відтворювати свої компоненти самостійно і отримували їх з бульйону. Але з часом багато з'єднання стали зникати з бульйону, і клітини були змушені відтворювати їх самостійно. Так клітини розвивали власний обмін речовин для самостійного відтворення.

Таким чином, первинна клітинна структура, на Опаріна, являла собою відкриту хімічну мікроструктуру, яка була наділена здатністю до первинного обміну речовин, але ще не мала системи для передачі генетичної інформації на основі нуклеїнових кислот. Такі системи, що черпають з навколишнього середовища речовини та енергію, можуть протистояти наростання ентропії і сприяти її зменшення в процесі свого росту і розвитку, що є характерним ознакою всіх живих систем. Окрема молекула, навіть дуже складна, не може бути живою. Це означає, що не розрізнені частини визначають собою організацію цілого, а ціле, продовжуючи еволюціонувати, обумовлює доцільність будови частин.

Природний відбір зберігав ті системи, в яких були більш досконалими функція обміну речовин і пристосованість організму в цілому до існування в даних умовах зовнішнього середовища. Поступове ускладнення протобіонтов здійснювалося відбором таких коацерватних крапель, які мали перевагу в кращому використанні речовини і енергії середовища. Відбір як основна причина вдосконалення коацерватів до первинних живих істот - центральне положення в гіпотезі Опаріна.

4. Деякі з цих молекул виявилися здатні до самовідтворення. Взаємодія між виникли нуклеїновими кислотами та протеїнами, наприкінці -решт, призвело до виникнення генетичного коду.

В ході природного відбору вижили системи, що мали особливу будову білкових полімерів, що зумовило появу третього якості живого - спадковість (специфічної форми передачі інформації).

Теорію А.І. Опаріна гаряче підтримав кембриджський професор Дж. Голдейн. Голдейн висунув гіпотезу про те, що на первісній Землі скупчилися величезні кількості органічних сполук, утворивши те, що він назвав гарячим розведеним бульйоном (згодом прижилася назва первинний бульйон або протобульон). Сучасне двоєдиної поняття первісного бульйону і самозародження життя виходить з теорії Опаріна-Холдейна про походження  життя, теорія ця загальновизнана.

Концепція А. І. Опаріна в науковому світі дуже популярна. Сильною її стороною є точна відповідність теорії хімічної еволюції, згідно з якою зародження життя - закономірний результат. Аргументом на користь цієї концепції є можливість експериментальної перевірки її основних положень в лабораторних умовах.

Слабкою стороною концепції А. И. Опарина є допущення можливості самовідтворення коацерватних структур у відсутність систем, які забезпечують генетичне кодування. Теорія виявилася нездатною запропонувати рішення проблеми точного відтворення - всередині коацервату і в поколіннях -- одиничних, випадково з'явилися ефективних білкових структур. У рамках концепції Опаріна не вирішена головна проблема - про рушійні сили саморозвитку хімічних систем і переходу від хімічної еволюції до біологічної, про причину таємничого стрибка від неживої матерії до живої.

Всі було добре продумано і науково обгрунтовано в теорії, крім однієї проблеми, на яку довго закривали очі майже всі фахівці в області походження життя. Якщо спонтанно, шляхом випадкових безматрічних 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 коацервату, а тим більше для передачі коацерватами-нащадкам?

Гіпотеза А.І. Опаріна сприяла конкретного вивчення походження найпростіших форм життя. Вона поклала початок фізико-хімічному моделюванню процесів утворення молекул амінокислот, нуклеїнових підстав, вуглеводнів в умовах передбачуваної первинної атмосфери Землі.

А. І. Опарін, висунувши низку тез в 30 роках, намагався довести випадковість і спонтанність виникнення живої клітини, але його праця не увінчуються успіхом і він буде змушений зізнатися: "На жаль походження клітини є самим туманним питанням, що охоплює теорію еволюції в цілому. "

Роботи А.І. Опаріна з цього питання перекладено багатьма мовами народів світу. У 1950 році А.І. Опарін спільно з іншими був удостоєний премії імені А. Н. Баха та імені І. І. Мечникова, а в 1974 році - Ленінської премії. За заслуги в галузі науки він також нагороджений 5 орденами Леніна, двома іншими орденами, іноземними орденами і медалями.

Список літератури

1. Горелов А. А. Концепції сучасного природознавства .- М.: Центр, 1997.

2. Мотилева Л.С., Скоробогатов В.А., Судариков А.М. Концепції сучасного природознавства: Підручник для вузів - СПб.: Издательство Союз, 2000.

3. Найдыш В.М. Концепції сучасного природознавства: Учеб. посібник. - М.: Гардарики, 2000.

4. Опарін А.І. Життя, її природа, походження і розвиток. Ін-т біохімії. - М.: АН СРСР, 1968.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://referat.ru