Основные концепции гипотеза происхождение жизни на земле. Гипотезы происхождения жизни на земле

«Многообразие теорий возникновения жизни на Земле».

1. Теория креационизм.

Согласно этой теории жизнь возникла в результате какого-то сверхъестественного события в прошлом. Ее при­держиваются последователи почти всех наиболее распро­страненных религиозных учений.

Традиционное иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в Книге Бытия, вызывало и продолжает вызывать споры. Хотя все христиане призна­ют, что Библия - это завет Господа людям, по вопросу одлине «дня», упоминавшегося в Книге Бытия, суще­ствуют разногласия.

Некоторые считают, что мир и все населяющие его организмы были созданы за 6 дней по 24 часа. Другие христиане не относятся к Библии как к научной книге и считают, что в Книге Бытия изложено в понятной для людей форме теологическое откровение о сотворении всех живых существ всемогущим Творцом.

Процесс божественного сотворения мира мыслится как имевший место лишь однажды и потому недоступный для наблюдения. Этого достаточно, чтобы вынести всю концеп­цию божественного сотворения за рамки научного иссле­дования. Наука занимается только теми явлениями, кото­рые поддаются наблюдению, а потому она никогда не будет в состоянии ни доказать, ни опровергнуть эту концепцию.

2. Теория стационарного состояния.

Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды тоже существовали всегда.

Современные методы датирования дают все более вы­сокие оценки возраста Земли, что позволяет сторонни­кам теории стационарного состояния полагать, что Земля и виды существовали всегда. У каждого вида есть две возможности - либо изменение численности, либо вы­мирание.

Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводят в качестве примера представителя кистеперых рыб - латимерию. По палеонтологическим данным, кистеперые вымерли около 70 млн. лет назад. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что, только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми остатками, можно делать вывод о вымирании, да и то он может оказаться невер­ным. Внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте объясняется увеличением числен­ности его популяции или перемещением в места, благо­приятные для сохранения остатков.

3. Теория панспермии.

Эта теория не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни, а выдвига­ет идею о ее внеземном происхождении. Поэтому ее нельзя считать теорией возникновения жизни как таковой; она просто переносит проблему в какое-то другое место во Вселенной. Гипотеза была выдвинута Ю. Либихом и Г. Рихтером в середине XIX века.

Согласно гипотезе панспермии жизнь существует веч­но и переносится с планеты на планету метеоритами. Простейшие организмы или их споры («семена жизни»), попадая на новую планету и найдя здесь благоприятные условия, размножаются, давая начало эволюции от про­стейших форм к сложным. Возможно, что жизнь на Земле возникла из одной-едидственной колонии микроорганиз­мов, заброшенных из космоса.

Для обоснования этой теории используются многократ­ные появления НЛО, наскальные изображения предме­тов, похожих на ракеты и «космонавтов», а также сооб­щения якобы о встречах с инопланетянами. При изучении материалов метеоритов и комет в них были обнаружены многие «предшественники живого» - такие вещества, как цианогены, синильная кислота и органические соедине­ния, которые, возможно, сыграли роль «семян», падав­ших на голую Землю.

Сторонниками этой гипотезы были лауреаты Нобелев­ской премии Ф. Крик, Л. Оргел. Ф. Крик основывался на двух косвенных доказательствах:

Универсальности генетического кода;

Необходимости для нормального метаболизма всех живых существ молибдена, который встречается сей­час на планете крайне редко.

Но если жизнь возникла не на Земле, то как она воз­никла вне ее?

4. Физические гипотезы.

В основе физических гипотез лежит признание корен­ных отличий живого вещества от неживого. Рассмотрим гипотезу происхождения жизни, выдвинутую в 30-е годы XX века В. И. Вернадским.

Взгляды на сущность жизни привели Вернадского к выводу, что она появилась на Земле в форме биосферы. Коренные, фундаментальные особенности живого веще­ства требуют для его возникновения не химических, а физических процессов. Это должна быть своеобразная катастрофа, потрясение самих основ мироздания.

В соответствии с распространенными в 30-х годах XX века гипотезами образования Луны в результате отрыва от Земли вещества, заполнявшего ранее Тихоокеанскую впадину, Вернадский предположил, что этот процесс мог вызвать то спиральное, вихревое движение земного веще­ства, которое больше не повторилось.

Вернадский происхождение жизни осмысливал в тех же масштабах и интервалах времени, что и возникнове­ние самой Вселенной. При катастрофе условия внезапно меняются, и из протоматерии возникают живая и неживая материя.

5. Химические гипотезы.

Эта группа гипотез основывается на химической спе-дифике жизни и связывает ее происхождение с историей Земли. Рассмотрим некоторые гипотезы этой группы.

У истоков истории химических гипотез стояли воззре­ния Э. Геккеля. Геккель считал, что сначала под дей­ствием химических и физических причин появились со­единения углерода. Эти вещества представляли собой не растворы, а взвеси маленьких комочков. Первичные комочки были способны к накоплению разных веществ и росту, за которым следовало деление. Затем появи­лась безъядерная клетка - исходная форма для всех живых существ на Земле.

Определенным этапом в развитии химических гипотез абиогенеза стала концепция А. И. Опарина, выдвинутая им в 1922-1924 гг. XX века. Гипотеза Опарина пред­ставляет собой синтез дарвинизма с биохимией. По Опарину, наследственность стала следствием отбора. В гипотезе Опарина желаемое выдастся за действитель­ное. Сначала нее особенности жизни сводятся к обмену веществ, а затем его моделирование объявляется реше­нном загадки возникновения жизни.

Гипотеза Дж. Берпапа предполагает, что абиогенно воз­никшие небольшие молекулы нуклеиновых кислот из нескольких нуклеотидов могли сразу же соединяться с теми аминокислотами, которые они кодируют. В этой гипотезе первичная живая система видится как биохи­мическая жизнь без организмов, осуществляющая са­мовоспроизведение и обмен веществ. Организмы же, по Дж. Берналу, появляются вторично, в ходе обособ­ления отдельных участков такой биохимической жизни с помощью мембран.

В качестве последней химической гипотезы возникнове­ния жизни на нашей планете рассмотрим гипотезу Г. В. Войткевича, выдвинутую в 1988 году. Согласно этой гипотезе, возникновение органических веществ пе­реносится в космическое пространство. В специфичес­ких условиях космоса идет синтез органических веществ (многочисленные орпанические вещества найдены в ме­теоритах - углеводы, углеводороды, азотистые осно­вания, аминокислоты, жирные кислоты и др.). Не ис­ключено, что в космических просторах могли образо­ваться нуклеотиды и даже молекулы ДНК. Однако, по мнению Войткевича, химическая эволюция на большин­стве планет Солнечной системы оказалась замороженной и продолжилась лишь на Земле, найдя там подхо­дящие условия. При охлаждении и конденсации газовой туманности на первичной Земле оказался весь набор органических соединений. В этих условиях живое веще­ство появилось и конденсировалось вокруг возникших абиогенно молекул ДНК. Итак, по гипотезе Войткевича первоначально появилась жизнь биохимическая, а в ходе ее эволюции появились отдельные организмы.

Введение

1. Креационизм

2. Концепция самопроизвольного (спонтанного) зарождения жизни

3. Концепция стационарного состояния

4. Концепция панспермии

Введение

С первых шагов сознательной жизни человечество стремилось разрешить проблемы мироздания, среди которых наиболее сложным и интересным является вопрос о происхождении жизни.

Жизнь – одна из высших форм бытия. Однако при всей очевидности феномена жизни познание её сущности – дело чрезвычайно сложное. До сих пор отсутствует определение жизни и закономерностей ее развития, которое удовлетворяло бы научным требованиям. Естественнонаучное познание жизни осуществляется по многим направлениям. Практически в него вовлечены все науки, основной из которых является биология.

Жизнь - это естественный природный процесс, обладающий специфи-ческими свойствами, которые делают ее принципиально отличной от всех процессов и явлений материального мира.

Жизнь на Земле представлена громадным разнообразием форм, которым присуща возрастающая сложность строения и функций. В ходе индивидуального развития и изменения (онтогенеза) организмы приспосабливаются к внешним условиям, а смена поколений приобретает эволюционно-исторический характер (филогенез). Организмы выработали способность к относительной независимости от внешней среды благодаря процессам саморегуляции.

Одним из главных свойств живого организма является обмен веществ. Всем живым организмам свойственны целостность и самовоспроизведение. Наряду с ними существенными признаками жизни являются единство химического строения, раздражимость, рост и развитие, изменчивость, наследственность, ритмичность, дискретность. Всякий живой организм как бы стремится к главному – воспроизведению себе подобных.

Сущность жизни есть функция определенной материальной организации. Долгое время в науке применялось понятие жизни, предложенное Ф. Энгельсом: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является обмен веществ».

Важным результатом естественнонаучного познания является вывод о единстве жизни на Земле. За последние годы интерес к проблеме происхождения жизни и возможности ее существования в других областях Вселенной значительно возрос.

Это обусловлено: во-первых, значительными успехами в лабораторном моделировании некоторых этапов эволюции материи, приведшей к зарождению жизни, и, во-вторых, стремительным развитием космических исследований, делающих все более реальным непосредственный поиск каких-либо форм жизни на планетах Солнечной системы и за ее пределами.

1. Креационизм(от лат. creatio - творение) возник в рамках религиозного мировоззрения и не является научной концепцией. Согласно библии Бог создал мир из ничего. Всему сущему предшествовала безначальная вечность, в которой творил один Господь. Именно им было положено новое начало - бытие. В соответствии с Библией, начало жизни на Земле связано с пятым днём творения, когда Бог сотворил рыб, птиц и др. воздушные творения. На шестой день на Земле появляются различные животные, обитающие на суше. А на седьмой день Бог сотворил человека из глины и вдохнул в него жизнь. « И создал Господь Бог человека из праха земного и вдунул в лицо его дыхание жизни; и стал человек душою живою». И, наконец, последним актом было сотворение женщины из ребра Адама.

В 1650 г. ирландский архиепископ Ашер вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н.э. и закончил свой труд 23 октября, в 9 часов утра, создав человека. Ашер получил эту дату, сложив возрасты всех людей, упоминающихся в библейской генеалогии от Адама до Христа. При этом, согласно археологическим находкам, получается, что Адам жил в то время, когда на Ближнем Востоке существовала хорошо развитая городская цивилизация.

Креационизм утверждает, что жизнь такова как она есть, потому что такой ее сотворил Бог. Рассматривая вопрос о происхождении жизни, креационизм отвечает на вопрос «почему?», а не на вопрос «каким образом?». Ученый в своих исследованиях использует для установления истины наблюдение, эксперимент, анализ и др. методы познания. Богословие постигает истину через божественное откровение и веру. Вера признает вещи, которые не могут быть научно доказаны, но для верующего теологическая истина абсолютна. Процесс божественного сотворения мира мыслится как однократный и потому недоступный для наблюдения. Поэтому наука не в состоянии ни доказать, ни опровергнуть эту концепцию.

2. Гипотеза самопроизвольного (спонтанного) зарождения жизнибыла распространена в Древнем Китае, Вавилоне, Египте в качестве альтернативы креационизму. Отвергая идею творения мира, некоторые ученые вплоть до середины XIX века считали, что жизнь может возникнуть из различных предметов неживой природы. Еще Аристотель (384-322 гг. до н.э.) утверждал, что определенные частицы вещества содержат некое «активное начало», способное при подходящих условиях создать живой организм. Он справедливо считал, что это «начало» содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.

Подобной точки зрения придерживались такие крупные ученые как Парацельс, Коперник, Галилей и др. их авторитет способствовал широкому распространению и длительному существованию идеи самозарождения.

С распространением христианства гипотеза спонтанного зарождения жизни оказалась не в чести: ее признавали лишь те, кто верил в колдовство, но она продолжала существовать еще несколько веков.

Ученый ван Гельмонт в начале XVII в. описал эксперимент, в котором он за 3 недели якобы создал мышей, поместив грязную рубашку и горсть пшеницы в темный шкаф. Активным началом он считал человеческий пот.

В 1688 г. итальянский биолог Франческо Реди экспериментально доказывает невозможность самозарождения червей (личинок мух) в гниющем мясе при отсутствии мух и провозглашает знаменитый принцип: «все живое - от живого» (концепция биогенеза). В своих опытах Реди раскладывал сырое мясо и рыбу по нескольким сосудам, часть из которых он оставлял открытыми, а часть – плотно закрывал. В запечатанных сосудах черви не «зарождались».

Однако первые микроскопические исследования Антони ван Левенгука усилили позиции гипотезы самозарождения применительно к микроорганизмам. «В моем рту, - писал Левенгук, - микробов больше, чем людей в соединенном королевстве».

В середине XVIII века шотландский священник Нидхэм попытался экспериментально доказать самозарождение микроорганизмов из неживой материи. Он брал мясной бульон или отвары растительных веществ, помещал их в плотно закрывающиеся сосуды и короткое время кипятил. При этом, по мнению Нидхэма, должны были погибнуть все микроорганизмы, новые же не могли попасть извне, так как сосуды были плотно закрыты. Однако спустя некоторое время в жидкостях появлялись бактерии. Отсюда ученый делал вывод о самозарождении микроорганизмов.

В 1765 г. итальянец Ладзаро Спалланцани повторяя опыты Нидхэма, убедился, что при более длительном кипячении, самозарождения жизни в запечатанных сосудах не происходит. Из этого он сделал вывод, что высокая температура уничтожила все формы живых существ, а без них ничто живое возникнуть уже не может.

Между оппонентами разгорелся ожесточенный спор. Спалланцани доказывал, что жидкости в опытах Нидхэма не были достаточно прогреты и там оставались зародыши живых существ (цисты). На это Нидхэм возражал, что, наоборот, Спалланцани кипятил их слишком долго и тем самым разрушил «зарождающую силу» органических настоев, которая очень капризна и непостоянна.

Каждый из спорящих остался при своем мнении, а вопрос о возможности самозарождения жизни остался неразрешенным еще в течение целого столетия. И лишь в 1860 г. французский микробиолог Луи Пастер смог разрешить этот спор.

Он показал, что бактерии вездесущи и что неживые материалы могут легко наполняться ими, если их не простерилизовать должным образом. Таинственное появление микроорганизмов в опытах предыдущих исследователей Пастер объяснял или неполным обеспложиванием среды, или недостаточной защитой жидкостей от проникновения микроорганизмов.

В основе экспериментов Пастера лежали методы Спалланцани. Для обеспложивания притекающего в колбу воздуха Пастер применял разнообразные приемы: прокаливал воздух в стеклянных и металлических трубках, защищал горло колбы ватной пробкой, в которой задерживались все микробы, или, пропускал воздух через тонкую S-образно изогнутую стеклянную трубку. В последнем случае все зародыши механически задерживались на влажных поверхностях изгибов трубки. Во всех вариантах появление жизни в жидкости не наблюдалось.

Возможно, продолжительное кипячение химически изменило среду и сделало ее непригодной для поддержания жизни? Пастер легко опроверг и это возражение. Стоило поместить в покипяченную жидкость ватную пробку, через которую в колбу пропускался воздух и которая, следовательно, содержала микроорганизмы, - жидкость быстро загнивала.

Опыты Л. Пастера блестяще подтвердили справедливость теории биогенеза Ф. Реди и окончательно опровергли теорию спонтанного зарождения. Но и они не давали ответа на вопрос: как появилась жизнь? Ведь если каждый организм появился от другого организма, то откуда взялся самый первый? Только гипотеза стационарного состояния не требует ответа на этот вопрос.

3. Концепция стационарного состоянияиз-за своей оригинальности и умозрительности всегда имела небольшое количество сторонников. Согласно ей,Земля существовала вечно и всегда была способна поддерживать жизнь.

Оценки возраста Земли сильно варьировали - от 6000 лет по расчетам архиепископа Ашера до 5 млрд. лет по современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада. Более совершенные методы датирования дают все более высокие оценки возраста Земли, что позволяет сторонникам гипотезы стационарного состояния полагать, что Земля существовала всегда. Виды также никогда не возникали, а существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности - изменение численности, либо вымирание.

Сторонники этой гипотезы не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводят в качестве примера представителя кистеперых рыб - латимерию. По палеонтологическим данным кистеперые вымерли в конце мелового периода 70 млн. лет назад. Однако, в районе Мадагаскара и сейчас живут представители кистеперых.

Внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте сторонники данной гипотезы объясняют увеличением численности его популяции или перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков.

4. Концепция панспермии

Эта гипотеза не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни, а выдвигает идею о ее внеземном происхождении. Поэтому ее нельзя считать гипотезой возникновения жизни; она просто переносит проблему в другое место во Вселенной. Согласно ей, жизнь могла возникнуть один или несколько раз в разное время, в разных частях Вселенной. Для обоснования гипотезы панспермии используются многократные наблюдения НЛО, наскальные изображения предметов, похожих на ракеты и «космонавтов», а также сообщения о «встречах» с инопланетянами.

Концепцию панспермии разработал в 1865 г. немецкий ученый Г.Э. Рихтер. Его точку зрения разделяли шведский химик С. Аррениус, немецкий физик Г.Л. Гельмгольц, советский академик В.И. Вернадский и другие крупные ученые.

Английский биолог Френсис Крик, расшифровавший код ДНК считает, что «…человек (Homo sapiens) служит только орудием, упаковкой для распространяющегося Истинного Разума, скрывающегося в разумной крупинке рибонуклеиновой кислоты. Это ДНК творит цивилизацию!» Согласно его гипотезе внеземные существа, сеют семена жизни в различных частях Вселенной, чтобы, в конечном счете, господствовать над ней. Подтверждением тому служит наличие в белке молибдена в количестве непропорционально большем, чем имеется его на Земле, что может свидетельствовать о космическом генезисе ДНК и жизни на нашей планете.

Концепция панспермии актуальна и в наши дни. Ее суть заключается в том, что зародыши простых организмов могли попасть на Землю вместе с метеоритами и космической пылью и положить начало эволюции живого на нашей планете. При изучении метеоритного и кометного вещества были обнаружены многие «предшественники живого» - синильная кислота (НСN), аммиак (NH 3), углекислый газ (СО 2) и органические соединения, которые возможно явились «семенами» жизни, занесенными на Землю.

Согласно гипотезеанглийских астрономов Ф. Хойла и Ч. Викрамасингха,наша планета ежегодно получает более 10 18 частиц кометного материала, рассеянного в Солнечной системе. Химический состав комет сходен с содержанием элементов в живой материи. Кометы содержат воду и органическое вещество, являющееся превосходной питательной средой для микроорганизмов. Исследования комет показали, что в них неопределенно долго могут сохраняться почти все формы микроорганизмов, известных на Земле. Более того, к нам постоянно поступают из космоса бактерии и вирусы.

Ряд ученых считают, что живые организмы должны погибнуть в космосе под действием жестких ультрафиолетовых и космических лучей. Современные космические исследования позволяют считать, что вероятность обнаружить жизнь в пределах Солнечной системы ничтожна. Однако за ее пределами жизнь возможно существует. Имеются сообщения о нахождении в метеоритах объектов, напоминающих примитивные формы жизни, но их биологическая природа не установлена.

Таким образом, полного научного обоснования гипотеза панспермии не получила. К тому же она не решает проблемы происхождения жизни, а лишь выносит ее за пределы нашей планеты.

5. Биохимическая эволюция А.И. Опарина

По современным научным представлениям возраст Земли составляет около 5 млрд. лет. В далеком прошлом температура ее поверхности была очень высокой (4000-8000 0 С), и по мере того как Земля остывала, углерод и тугоплавкие металлы конденсировались и образовали земную кору. Поверхность планеты была голой и неровной, так как на ней в результате вулканической активности происходило образование складок и разрывов.

В 1923 г. А.И. Опарин в своей книге «Происхождение жизни»высказал мнение, что атмосфера первичной Земли была не такой, как сейчас. Легкие газы - водород, гелий, азот, кислород и аргон - уходили из атмосферы, так как гравитационное поле нашей еще недостаточно плотной планеты не могло их удержать. Однако такие соединения как вода, аммиак, углекислый газ и метан должны были удерживаться. До тех пор, пока температура Земли не упала ниже 100 0 С, вся вода находилась в парообразном состоянии. Атмосфера была «восстановительной», о чем свидетельствует наличие в самых древних породах Земли металлов в восстановительной форме, таких как двухвалентное железо. Более молодые горные породы содержат металлы в окисленной форме (трехвалентное железо). Отсутствие в атмосфере кислорода было важным условием для возникновения жизни. Опытным путем установлено, что органические вещества (основа живых организмов) гораздо легче создаются в восстановительной среде, чем в атмосфере, богатой кислородом.

Опарин полагал, что органические вещества (углеводороды) могли создаваться в океане из более простых соединений под действием интенсивной солнечной радиации (главным образом ультрафиолетовой), падавшая на Землю до того, как образовался слой озона, который стал задерживать большую ее часть. Разнообразие находившихся в океане простых соединений, огромная площадь поверхности Земли, доступность энергии (молнии, вулканы) и масштабы времени позволяют предположить, что в океанах постепенно накопились органические вещества, и образовался тот «первичный бульон», в котором могла возникнуть жизнь.

Схожую мысль еще в 1871 г. высказал Ч. Дарвин: «Часто говорят, что все необходимые для создания живого организма условия, которые могли когда-то существовать, имеются и в настоящее время, но если представить себе, что в каком-то небольшом теплом пруду, содержащем всевозможные аммонийные и фосфорные соли, при наличии света, тепла, электричества и т. п. образовался бы химическим путем белок, готовый претерпеть еще более сложные превращения, то в наши дни такой материал непрерывно пожирался бы или поглощался, чего не могло случиться до того, как появились живые существа».

Появление жизни Опарин рассматривает как закономерный процесс перехода химической эволюции на качественно новый уровень – биохимическую эволюцию.

В 1953 г. американский ученый Стэнли Миллерпровел уникальный эксперимент. Пропуская в течение недели высоковольтные электрические разряды через смесь газов (CH 4 , NH 3 , H 2 O, Н 2), предположительно составлявших первичную атмосферу Земли, он синтезировал 15 аминокислот (как лево-, так и правовращающих в т.ч. глицин, аланин и аспарагиновую к-ту), аденин и рибозу. Позже в сходном эксперименте были получены простые нуклеиновые кислоты длинной в 6 нуклеотидов.

Недавние эксперименты, проведенные с использованием установки Миллера, в которую, поместили смесь СО 2 и Н 2 О и только следовые количества других газов, повторили результаты опытов Миллера. Следовательно, первичная атмосфера Земли содержала высокую концентрацию СО 2 .

Опарин полагал, что решающая роль в превращениях неживого в живое принадлежала белкам. Благодаря амфотерности белковых молекул, они притягивают к себе молекулы воды, создающие вокруг них оболочку, в результате чего образовывались коллоидные гидрофильные комплексы. Эти комплексы обособлялись от всей массы воды, образуя своего рода эмульсию. При слиянии комплексов друг с другом образовывались коацерваты (от лат. - сгусток), которые возможно, были способны к первичному обмену веществ с окружающей средой и избирательному накоплению различных соединений. Накапливаясь в водах океана, коацерваты образовали тот «первичный бульон», в котором впоследствии зародилась жизнь.

Различие в химическом составе коацерватов поставляло сырье для «биохимического естественного отбора». Входящие в состав коацерватов вещества вступали между собой в химические реакции, в результате чего образовались ферменты, значительно ускорившие процессы обмена и синтеза веществ. На границе между коацерватами и внешней средой выстраивались молекулы липидов (жиров), образуя примитивную клеточную мембрану. В результате включения в коацерват предсуществующей молекулы, способной к самовоспроизведению возникла примитивная клетка - гетеротрофный организм, питавшийся органическими веществами первичного «бульона».

Теория А.И. Опарина завоевала широкое признание в научном мире, но имеет как сильные, так и слабые стороны. Сильными сторонами являются:

Ее соответствие теории химической эволюции, согласно которой зарождение жизни – закономерный результат абиогенной эволюции материи.

Возможность лабораторного воспроизведения предполагаемых условий первобытной Земли и коацерватов, имитирующих доклеточный предок жизни.

Слабой стороной теории является то, что она оставляет нерешенным главный вопрос – как произошел качественный скачок от неживого к живому? К тому же она предполагает случайное возникновение первичной ДНК, вероятность чего - 10 -87 . Куда более вероятно предположить, что какая-нибудь мартышка, барабаня по клавиатуре компьютера, напечатает 66-й сонет Шекспира. По современным представлениям, молекула ДНК сама по себе нежизнеспособна и может функционировать только в комплексе белками-ферментами.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БГПУ ИМ. М. ТАНКА

ФАКУЛЬТЕТ СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАФЕДРА ОСНОВ ДЕФЕКТОЛОГИИ

по дисциплине «Естествознание»

«Основные гипотезы о возникновении жизни на Земле».

Выполнила:

студентка I курса 101 группы

заочного отделения (бюджетная

форма обучения)

……… Ирина Анатольевна

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………..….1

1. КРЕАЦИОНИЗМ……………………………………………………….…….1

2. ТЕОРИЯ СТАЦИОНАРНОГО СОСТОЯНИЯ…………..……………….….2

3. ТЕОРИЯ САМОПРОИЗВОЛЬНОГО САМОЗАРОЖДЕНИЯ…………..…3

4. ТЕОРИЯ ПАНСПЕРМИИ…………………………………………...............7

5. ТЕОРИЯ А. И. ОПАРИНА……………...……………………………..……10

6. СОВРЕМЕННЫЕ ВОЗЗРЕНИЯ НА ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ…………………………………………………………………………....12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………...……..14

ЛИТЕРАТУРА …………………………………………………………...……...15

ВВЕДЕНИЕ.

Проблема происхождения жизни на Земле и возможности ее существования в других областях Вселенной издавна привлекала внимание как ученых и философов, так и простых людей. За последние годы интерес к этой "вечной проблеме" значительно возрос.

Это обусловлено двумя обстоятельствами: во-первых, значительными успехами в лабораторном моделировании некоторых этапов эволюции материи, приведшей к зарождению жизни, и, во-вторых, стремительным развитием космических исследований, делающих все более реальным непосредственный поиск каких-либо форм жизни на планетах Солнечной системы, а в будущем и за ее пределами.

Происхождение жизни - один из самых таинственных вопросов, исчерпывающий ответ на который вряд ли когда-нибудь будет получен. Множество гипотез и даже теорий о возникновении жизни, объясняющих различные стороны этого явления, неспособны пока что преодолеть существенное обстоятельство - экспериментально подтвердить факт появления жизни. Современная наука не располагает прямыми доказательствами того, как и где возникла жизнь. Существуют лишь логические построения и косвенные свидетельства, полученные путем модельных экспериментов, и данные в области палеонтологии, геологии, астрономии и т. п.

Теории, касающиеся возникновения жизни на Земле, разнообразны и далеко не достоверны. Наиболее распространенными теориями возникновения жизни на Земле являются следующие:

1. Жизнь была создана сверхъестественным существом (Творцом) в определенное время (креационизм).

2. Жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния).

3. Жизнь возникала неоднократно из неживого вещества (самопроизвольное зарождение).

4. Жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия).

5. Жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам (биохимическая эволюция).

1. КРЕАЦИОНИЗМ.

Креационизм (от лат. creaсio - создание) - философско-методологическая концепция, в рамках которой всё многообразие органического мира, человечества, планеты Земля, а также мир в целом, рассматриваются как намеренно созданные неким сверхсуществом (Творцом) или божеством. Никаких научных подтверждений этой точки зрения нет: в религии истина постигается через божественное откровение и веру. Процесс сотворения мира мыслится как имевший место лишь единожды и поэтому недоступный для наблюдения.

Теории креационизма придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений (особенно христиане, мусульмане, иудеи). Согласно этой теории, возникновение жизни относится к какому-то определённому сверхъестественному событию в прошлом, которое можно вычислить. В 1650 году архиепископ Ашер из г. Арма (Ирландия) вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н. э. и закончил свой труд 23 октября в 9 часов утра, создав человека. Ашер получил эту дату, сложив возраст всех людей, упоминающихся в Библейской генеалогии, от Адама до Христа («кто кого родил»). С точки зрения арифметики, это разумно, однако при этом получается, что Адам жил в то время, когда, как показывают археологические находки, на Ближнем Востоке уже существовала хорошо развитая городская цивилизация.

Традиционное иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в Книге Бытия, вызывало и продолжает вызывать споры. Однако существующие противоречия не опровергают концепцию творения. Гипотеза творения не может быть ни доказана, ни опровергнута и будет существовать всегда вместе с научными гипотезами происхождения жизни.

Креационизм мыслится как Божье Творение. Однако в настоящее время некоторые рассматривают его и как результат деятельности высокоразвитой цивилизации, создающей различные формы жизни и наблюдающей за их развитием.

2. ТЕОРИЯ СТАЦИОНАРНОГО СОСТОЯНИЯ.

Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности - либо изменение численности, либо вымирание.

По современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возраст Земли исчисляется 4,6 млрд. лет. Более совершенные методы датирования дают все более высокие оценки возраста Земли, что позволяет сторонникам теории стационарного состояния полагать, что Земля существовала всегда.

Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводят в качестве примера представителя кистеперых рыб - латимерию (целаканта). Считалось, что кистепёрая рыба (целакант) представляет собой переходную форму от рыб к земноводным и вымерла 60-90 млн. лет назад (в конце мелового периода). Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в 1939 году у побережья о. Мадагаскар был выловлен 1-й живой целакант, а затем и другие экземпляры. Таким образом, целакант не является переходной формой.

Были найдены и многие другие, считавшиеся вымершими, животные, например, лингула - маленькое морское животное, якобы вымершее 500 миллионов лет назад, живо и сегодня и как другие "живые ископаемые": солендон - землеройка, туатара - ящерица. За миллионы лет они не претерпели никаких эволюционных изменений.

Ещё один пример заблуждения это археоптерикс - существо, связующее птиц и пресмыкающихся, переходная форма на пути превращения рептилий в птиц. Но в 1977 году в штате Колорадо были обнаружены окаменелости птиц, возраст которых соизмерим и даже превышает возраст останков археоптерикса, т.е. он не является переходной формой.

Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, ее сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте.

Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков.

Большая часть доводов в пользу этой теории связана с такими неясными аспектами эволюции, как значение разрывов в палеонтологической летописи, и она наиболее подробно разработана именно в этом направлении.

Гипотезу стационарного состояния иногда называют гипотезой этернизма (от лат. еternus – вечный). Гипотеза этернизма была выдвинута немецким учёным В. Прейером в 1880 г.

Взгляды Прейера поддерживал академик Владимир Иванович Вернадский (1864 – 1945), автор учения о биосфере. Вернадский считал, что жизнь - такая же вечная основа космоса, которыми являются материя и энергия. «Мы знаем, и знаем это научно, - твердил он, - что Космос без материи, без энергии не может существовать. И достаточно ли материи и без выявления жизни - для построения Космоса, той Вселенной, который доступный человеческому уму?». На этот вопрос он ответил отрицательно, ссылаясь именно на научные факты, а не на личные симпатии, философские или религиозные убеждения. «...Можно говорить о вечности жизни и проявлений ее организмов, как можно твердить о вечности материального субстрата небесных тел, их тепловых, электрических, магнитных свойств и их проявлений. С этой точки зрения таким же далеким от научных поисков будет вопрос о начале жизни, как и вопрос о начале материи, теплоты, электрики, магнетизма, движения».

Исходя из представления о биосфере как о земном, но одновременно и космическом механизме, Вернадский связывал ее образование и эволюцию с организованностью Космоса. «Для нас становится понятным, - писал он, - что жизнь есть явление космическое, а не сугубо земное». Эту мысль Вернадский повторял многократно: «...начала жизни в том Космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было начала этого Космоса. Жизнь вечна, поскольку вечный Космос».

Писал знаменитый советский ученый, математик Б. Раушенбах. В связи с этим, христианский догмат «Един в трех лицах» приобретает невероятно современное звучание.Соотношение научных представлений о возникновении жизни на Земле с истинами христианской веры о сотворении мира. Наука с древнейших времен была связана с честным поиском истинного знания в сфере природы, что родственно религиозному поиску...

Мнению Г.А. Заварзина, хотя и обходят вопрос о происхождении жизни, встречают меньше противоречий, чем другие (6. С. 164). Из сказанного очевидно, что ознакомление школьников с альтернативными подходами к проблеме сущности и возникновения жизни невозможно осуществить, пока не будут изучены молекулярно-генетические основы жизни, уровни её организации (включая биосферный), закономерности эволюции. ...

Обучающие:

• Раскрыть сущность жизни.
• Выявить отличия живого от неживого.
• Ознакомить учащихся с различными взглядами на происхождение жизни.
• Изучить основные аспекты современной теории возникновения жизни на Земле - гипотезы А. И. Опарина -Дж. Холдейна.
• Сформировать у учащихся систему знаний об условиях и этапах возникновения жизни на Земле в ходе биохимической эволюции.

Развивающие:

• Совершенствовать умения работать с дополнительной литературой, самостоятельно выбирать нужный материал при составлении сообщений.
• Продолжить формирование умений сравнивать и делать выводы.
• Убедить учащихся в неповторимости жизни как способа существования.
• Расширять кругозор и эрудицию.

Воспитательные:

• Воспитывать умение дискутировать, отстаивать свою точку зрения по той или иной проблеме.
• Пробудить у учащихся интерес и позитивное отношение к биологической науке и поиску всеобъемлющей теории по проблеме возникновению жизни на Земле.

Тип урока: урок формирования и совершенствования знаний.

Вид урока: урок взаимного обучения.

Средства обучения: Сообщения учащихся. Заполнение сравнительной таблицы.

Оборудование: Таблицы, портреты ученых, графопроэктор.

План урока

I. Организационный момент.

II. Изучение нового материала.

1. Многочисленные определения жизни. (Рассказ с элементами беседы)
2. Признаки живого. (опрос учащихся).
3. Возраст Земли и сроки ее зарождения не нашей планете. (сообщение учащегося, гипотеза академика О.Ю. Шмидта).
4. Идеи биогенеза и абиогенеза. (рассказ учителя).
5. Борьба сторонников биогенеза и абиогенеза, идея самозарождения. (сообщения учащихся, опыты Ф.Реди, Л. Спалланцани, эксперимент Луи Пастера).
6. Плюрализм научных концепций происхождения жизни, креационизм, теория стационарного состояния, теория панспермии, физическая и химическая гипотезы. (сообщения учащихся).
7. Теория происхождения жизни на Земле А. И. Опарина. (рассказ учителя).

III. Закрепление материала.

1. Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала, ответы на вопросы.
2. Заполнение таблицы.

IV. Задание на дом.

Ход урока

Учитель: Сегодня, мы познакомимся с многообразием взглядов на проблему происхождения жизни на Земле, изучим сущность современной теории происхождения жизни. На последних уроках мы разобрали, как происходит размножение и развитие живых организмов на нашей планете, и отметили, что благодаря этой удивительной способности всех существ (способности к воспроизведению себе подобных), жизнь продолжается на нашей планете. Жизнь не заканчивается со смертью отдельной особи, она продолжается в ее потомках. Сохранение своего вида (рода) главнейшая задача всех живых организмов. Все многообразие гипотез сводится к двум взаимоисключающим точкам зрения, каким? Назовите их. (Биогенез - "живое из живого".

Абиогегнез - "живое из неживого".

1. Основные идеи, объясняющие происхождение жизни на Земле можно классифицировать по направлениям, назовите эти направления.(метафизическая - жизнь создана Богом, панспермия - жизнь занесена из космоса, самозарождения, биохимическая теория А. И. Опарина).
2. Каким образом образовалась клеточная мембрана у коацерватов. Что в этом положительного? (Путем выстраивания молекул липидов на поверхности коацерватов. Это обеспечивало стабильность их формы).
3. Почему стало возможна способность к самовоспроизведению у коацерватов? (благодаря включению в состав молекул нуклеиновых кислот)
4. Какой способ питания был у первых существ? Почему? (Способ питания - гетеротрофный, так как в водах первичного океана было много готовых органических веществ).
5. С чем была связана необходимость появления автотрофных организмов? (Численность живых организмов увеличивалась и конкуренция обострялась. У некоторых организмов возникла способность к синтезу органических веществ из неорганических. С использованием энергии солнца или энергии химической реакции возникли автотрофы).
6. Почему первые живые организмы были анаэробными?. (вероятно в водной среде еще отсутствовал кислород).
7. Почему возникло аэробное дыхание? (Аэробное дыхание возникло потому что появление фотосинтеза привело к накоплению кислорода в атмосфере).
8. Почему стал возможен выход организмов из воды на сушу? (Первоначально жизнь развивалась в водах океана, так как ультрафиолетовое излучение губительно влияло на них, а появление озонового слоя в результате накопления кислорода в атмосфере создало предпосылки выхода на сушу

На эти вопросы мы и должны сегодня постараться ответить в конце нашего занятия.

Известно, что живые организмы и тела неживой природы состоят из одних и тех же химических элементов. В клетках живых организмов обнаружено свыше 60 элементов периодической системы. Сходство элементарного состава живой и неживой природы указывает на их материальное единство. И вместе с тем в силу качественного своеобразия живого мы без труда одни тела относим к живым, а другие - к неживым. Вот мы говорим, что жизнь продолжается, жизнь сохраняется Что такое жизнь? Дать точное определение жизни непросто. Но все - таки попытки были предприняты неоднократно.

Рассмотрим наиболее известные определения:

Определения жизни по Ф. Энгельсу и В. М. Волькеннштейну. (Определения высвечиваются на экране).

• "Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка". (Ф.Энгельс)
• "Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот". (М.В. Волькенштейн)

Жизнь - это комплекс свойств: обмен веществ, способность к росту и развитию, воспроизведению себе подобных, раздражимость и подвижность.

Современное определение жизни

Таким образом, по Энгельсу, материальным носителем жизни является белок, способ ее существования - самообновление, а механизмом самообновления является обмен веществ. Волькештейн. указывает, что важнейшие свойства живых организмов являются: открытость, саморегуляция, самовоспроизведение.

Дать точное определение жизни чрезвычайно трудно. Единственный способ описать жизнь - это перечислить основные свойства живых организмов. К этим свойствам относят. Перечислите, пожалуйста эти свойства. (учащиеся перечисляют свойства, учитель записывает на доске).

Перечисляют свойства живых организмов:

• обмен веществ;
• самовоспроизведение;
• наследственность;
• изменчивость;
• рост и развитие;
• раздражимость;
• дискретность;
• саморегуляция;
• ритмичность;
• энергозависимость.

На основании перечисленных свойств живого, попробуйте дать определение "жизни". (Учащиеся предлагают свои определения, учитель открывает современное определение "жизни" на графопроэкторе).

Учитель: Итак, при определении понятия "жизнь", что учитывается?

Учащиеся: При определении понятии "жизнь" должны учитываться, все свойства живого.

Учитель: Прежде чем вести разговор о времени рождения нашей планеты, познакомимся с гипотезой выдвинутой академиком О. Ю. Шмидтом в середине XX века, которая получила наибольшее признание. (сообщение учащегося, с демонстрацией фрагментов на графопроэкторе).

Знания полученные вследствие развития астрофизики, геохимии, биофизики, молекулярной биологии позволили расширить исследования по проблеме возникновения жизни на Земле, но все гипотезы о происхождении жизни на Земле сводились к двум взаимоисключающим точкам зрения - биогенез и абиогенезу.

Биогенез - все живое происходит только от живого. Абиогенез - происхождение живого из неживого. Борьба сторонников биогенеза и абиогенеза - одна из увлекательнейших страниц в истории науки. Многие ученые Средневековья допускали. Что рябы могли зарождаться из ила, черви - из почвы, мыши - из грязи, мухи - из мяса. Наиболее распространенными теориями возникновения жизни на Земле являются следующие:

• жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время (креационизм);
• жизнь возникала неоднократно из неживого вещества (самопроизвольное зарождение);
• жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния);
• жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия);
• жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам (биохимическая эволюция);

(сообщения учащихся. с параллельным заполнением таблицы).

Гипотезы происхождения жизни

Учитель: Существуют разные гипотезы происхождения жизни. Какой именно придерживаетесь вы лично? Почему?

Учитель: Предложите эксперимент. Который опровергнул бы идею о возможности самопроизвольного зарождения микроорганизмов в питательной среде.

Учащиеся: Отвечают на вопросы.

Вывод: Таким образом, вопрос о возникновении жизни на Земле сводится к выяснению того, как возникла столь универсальная система биохимических превращений и в каких реальных условиях было возможно появление живой материи и осуществление начальных этапов ее развития.

Учитель: В настоящее время наиболее широкое признание получила гипотеза о происхождении жизни академика А. И. Опарина. В далеком прошлом Земля была совсем не похожа на нынешнюю. Температура ее поверхности была 4000 - 8000 градусов по Цельсию,и по мере ее остывания углерод и тугоплавкие металлы образовали земную кору. Атмосфера была другой. Она состояла в основном из воды, аммиака, оксида углерода и метана, до тех пор пока атмосфера Земли не остыла до 100 градусов, вся вода находилась в парообразном состоянии. В атмосфере не было кислорода.

В 1923 году советский ученый биохимик академик А. И. Опарин высказал мнение, что органические вещества могли возникнуть в океане из более простых соединений. Энергию для этого синтеза, вероятно, доставляла интенсивная солнечная радиация, падавшая на Землю до того, как образовался слой озона, который стал задерживать большую ее часть, а так же энергия грозовых разрядов. Так как в тот период на Земле шли непрерывные дожди и сверкали многочисленные молнии.

Идея эта была не нова. Так как в 1871 году сходную мысль высказал Ч. Дарвин.

Опарин предполагал, что решающая роль в превращении неживого в живое принадлежит белкам. Они способны к образованию коллоидных комплексов, которые способны обособляться от всей массы воды. Слияние таких комплексов приводит к образованию коацерватов ("коацервус" - сгусток, куча). Возможно они могли обмениваться со средой веществами и накапливать различные соединения. Затем по границе между коацерватами и водной средой выстраивались молекула липидов, что привело к образованию первичной клеточной мембраны. В результате включения в коацерваты молекулы, способной к самовоспроизведению (подобие ДНК) могла возникнуть примитивная клетка - пробионт. Увеличение размеров и фрагментация могли привести к возникновению примитивного самовоспроизводящегося организма. Таким образом, по теории Опарина возникновения первых предшествовал длительный отбор коацерватных капель.

Вначале занятия я вам предложила ряд вопросов, на которые мы должны ответить после изучения темы. У каждого есть перечень вопросов на бумажном носителе:

Исходя из всего сказанного, мы должны сделать вывод.

Вывод: наиболее распространенной гипотезой является гипотеза Опарина, жизнь возникла естественным путем из неорганической материи, биологической эволюции предшествовала химическая. Я не в коей мере не хочу перечеркнуть все выше сказанное, но у этой теории тоже есть противники.

Один из них Фред Хоил - астроном. Недавно он высказал мнение, что мысль о возникновении живого в результате описанных выше случайных взаимодействий молекул " столь же нелепа и неправдоподобна, как утверждение, что ураган, пронесшийся над мусорной свалкой, может привести к сборке "Боинга -747". Этот вопрос является "белым пятном" в биологической науке.

Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение. Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.

Задание на дом: пар. 50, 51. Вопросы 4,5. С. 189.