Происхождение жизни на Земле
& С глубокой древности и до нашего времени было высказано множество гипотез о происхождении жизни на земле. Однако все их многообразие сводится к двум взаимоисключающим точкам зрения:
- биогенез – все живое от живого;
- абиогенез – происхождение живого от неживого (в том числе и самозарождение).
& Развитие представлений о возникновении жизни.
ü Многие средневековые ученые допускали, что рыбы могли зарождаться из ила, черви – из почвы, мухи из мяса и т.д.
ü Против теории самозарождения в XVII в. выступил флорентийский врач и натуралист Франческо Реди, поставив гениальный по своей простоте опыт. Он поместил кусочки мяса в несколько сосудов. Часть из них прикрыл кисеей. Через некоторое время на мясе в открытых сосудах было множество личинок мух.
ü В XVIII веке теорию самозарождения жизни защищали виталисты (от лат. вита – жизнь): нем. математик Г.Лейбниц, фр. натуралист Ж.Бюффон, ирландский физик, аббат Дж. Нидхем. Они утверждали, что в живых организмах существует особая «жизненная сила», она повсюду, достаточно лишь «вдохнуть» ее и неживое становиться живым.
ü Микроскоп открыл людям микромир. Дж. Нидхем прокипятил мясо в закрытом сосуде и через некоторое время обнаружил в бульоне микроорганизмы. Казалось, самозарождение бактерий было доказано.
ü Против ирландского аббата выступил итальянский аббат Лаццаро Спаланцани. Прокипятив мясной бульон в течение часа, он запаял ее. В запаянной колбе микроорганизмы не возникали. Виталисты заявили, что длительное кипячение убивает «жизненную силу», которая не может проникнуть в запаянный сосуд.
ü Споры вокруг самозарождения жизни возникли с новой силой в середине XIX века в связи с трактатом о самозарождении жизни фр. медика Пуше и появлением эволюционного учения Ч.Дарвина (книга «Происхождение видов» 1859г.) Французская академия наук в 1859г. Назначила специальную премию за попытку осветить по-новому, осветить вопрос о самозарождении жизни.
ü Эту премию в 1862 году получил французский ученый Луи Пастер. Соединив колбу с S -образной трубкой он кипятил различные питательные среды. Среда оставалась стерильной (споры оседали на стенках тонкой изогнутой трубки), хотя доступ воздуха (вместе с пресловутой «жизненной силой») был обеспечен.
ü Опыт Л.Пастера вполне согласовывался с мнением идеалистов о том, что для возникновения жизни необходимо вмешательство нематериального начала – творца. Материалистически мыслящие естествоиспытатели надолго лишились возможности говорить о естественном возникновении жизни на Земле.
& Современные теории и гипотезы возникновения жизни.
Креационизм (лат. creatio – единый акт творения) - жизнь была создана сверхъестественными силами в определенное время.
Гипотезы стационарного состояния:- жизнь вечна и существовала всегда.
Гипотеза панспермии: жизнь существует вечно и переносится с планеты на планету метеоритами или под давлением светового потока (середина XIX нем. химик Ю.Либих; шведский химик С.Аррениус; рус. академик В.И.Вернадский).
Гипотезы «засевания»: простейшие были принесены на Землю иными цивилизациями (ам. ученые Крик и Орчел).
Физические гипотезы: жизнь возникла в результате естественных процессов, подчиняющихся физическим законам (например, гипотезы «катастроф»).
Химические гипотезы:
Ä1922-1924г. первая концепция химической эволюции А.И.Опарина (абиогенный синтез органических соединений в бескислородной среде);
Ä1947г теория биопоэза англ. ученого Дж. Бернала (абиогенное возникновение биологических полимеров, образование биологических полимеров, формирование мембранных структур и первичных организмов пробионтов);
Ä1988г. гипотеза Г.В. Войткевича о возникновении органических веществ в космосе и продолжение биохимической эволюции на Земле.
& Стадии истории Земли (гипотеза О.Ю.Шмидта)
1. Звездная: возникновение газопылевого облака после вспышки сверхновой звезды около 6 млрд. лет назад; t0 до 10000С элементы в виде атомов; вращение вызвало понижение t0 , тяжелые металлы образуют ядро, легкие атомы образуют на поверхности горные породы.
2. Планетарная:летучие легкие вещества образовали первичную атмосферу из Н2; Не; О2; N2; С и паров (Н2О; СН4; СО2; NН3); при понижении температуры ниже 1000С образовались водные пространства где углеводороды и газы первичной атмосферы могли образовывать сложные органические вещества.
& Предпосылки возникновения жизни на Земле.
Космические: светило средней яркости, почти круговая орбита, равномерный нагрев.
Планетарные: не слишком большая масса планеты (иначе энергия атомного распада может привести к перегреву планеты или радиоактивному загрязнению); не слишком маленькая масса (возможность удержать атмосферу).
Химические и физические: 4-4,5 млрд. лет назад в атмосфере Земли
Äпроисходилопостоянноеиспарение воды, конденсация, ливни;
Äнаблюдался избытокпаров Н2О; СН4; СО2; NН3 (восстановительный характер атмосферы);
Äотсутствовал свободный кислород, что исключало окисление восстановленных углеродистых соединений;
Ä избыток энергии: грозовые разряды, УФИ, космические лучи, внутреннее тепло (1953г. ам. Г.Юри и С.Миллер подвергли смесь метана, аммиака и паров воды действию эл. разрядов; среди полученных продуктов были аминокислоты);
Äна Земле отсутствовали живые организмы (было исключено поедание образующихся органических соединений).
& Этапы химической эволюции.
Центральные части звезд образованы из плазмы – полностью ионизированный газ, состоящий из хаотически движущихся атомных ядер (+) и электронов (-).
ü Возникновения атомов химических элементов в ходе термоядерных реакций: 4Н à 1Не + ℮ à С à О à Не.
ü Образование простейших неорганических соединений: Н – хороший восстановитель; О – окислитель; Р – образует макроэргические связи.
ü Образование простейших органических соединений: этап связан со специфической валентностью углерода, его способностью к соединению с различными элементами, образованию цепей и циклов, каталитической активностью.
ü Абиогенный синтез полимеров: в водной среде вряд ли были возможными реакции дегидратации.
ÄСогласно лагунарной гипотезе на илистом дне лагун различные мономеры подвергались полимеризации под воздействием солнца и смывались волнами опять в океан, обогащая «первичный бульон» (ам. С.Фокс 1953 год синтез полипептидных цепочек при нагревании сухих смесей аминокислот).
Ä1977г – возникла гипотеза «черных курильщиков» - глубоководные вулканические области как один из возможных источников зарождения жизни.
& Переход от биополимеров к первым живым существам.
ü Пробионты. Переход от химической эволюции к биологической по предположению А.И.Опарина связан с возникновением простейших обособленных органических систем – пробионтов, способных использовать из окружающей среды вещества и энергию и на этой основе осуществлять важнейшие жизненные функции – расти и подвергаться отбору (в эксперименте – конгломераты органических веществ коацерваты).
ü Эволюция пробионтов. Возникновение каталитических систем, генетического кода, мембран, начало биологической эволюции.
ü Прокариоты. Первые живые организмы, вероятно, были анаэробными гетеротрофными прокариотами. Затем возникли хемоавтотрофы и фотоавтотрофы.
ü Появление эукариот, многоклеточность, разделение царств живых организмов.
Контрольные вопросы.
- Чем отличаются концепции биогенеза и абиогенеза?
- В чем сущность и значение опыта Ф.Реди?
- Как объясняли происхождение жизни виталисты?
- В каком году и почему Л.Пастер получил премию французской академии наук?
- Какие гипотезы происхождения жизни вам известны? Кратко охарактеризуйте их.
- В каком году была высказана гипотеза А.И.Опарина? В чем ее сущность?
- Какие опыты послужили подтверждением гипотезы А.И.Опарина?
- Перечислите предпосылки возникновения жизни на Земле (космические, планетарные, химические).
- Раскройте сущность основных этапов химической эволюции.
- Кто такие пробионты, каковы вероятные этапы их эволюции?
- Назовите способы питания и дыхания первых живых организмов.
- Кем была предложена теория биопоэза? Какие стадии биопоэза вам известны?
- Почему невозможно повторное зарождение жизни на Земле?