Возникновение жизни на Земле

Введение

Вопрос о появлении жизни на Земле интересовал еще философов древнего мира, в средние века ответ на него дала церковь. Тогда вопрос о происхождении жизни строился не на точных научных доказательствах, а на вере человека. В Средние века церковь, как католическая, так и протестантская и православная, в происхождении жизни видела волю бога. Црековь имела в то время достаточно сил и возможностей для того, чтобы сделать это догмой, оспаривать которую не все осмеливались.

И только в ХІХ веке начались более предметные научные поиски путей происхождения жизни на нашей планете. Они были сложными и тернистыми, и, в значительной мере, не завершены и в наше время. Все теории о происхождении жизни на Земле можно разделить на две основные теории: это эволюционная теория и теория творения. В нашей работе мы детально постараемся обсудить эти две теории и сделать вывод о том, какая из них более предпочтительна.

Другим вопросом, который также интересует человека – это вопрос о том, единственен ли человек во Вселенной. Этот вопрос также имеет отношение к возникновению жизни на Земле. Ведь если жизнь могла развиться эволюционно, то где-то в глубинах Вселенной могут существовать и другие цивилизации…

В работе мы рассмотрим попытки поиска учеными и энтузиастами внеземной жизни, способы такого поиска (проект SETI) и его перспективы.

1. Теории происхождения жизни на Земле

Человечество всегда интересовал вопрос о происхождении жизни на Земле. Как появилась жизнь на Земле?

Религия дает однозначный ответ на этот вопрос, жизнь была создана Богом, Творцом, Высшим разумом. И как будет показано далее, наводит некоторые доказательства этого. Но религия не дает никакого ответа на вопрос: как это было сделано. Поэтому учеными была сформулирована теория абиогенного синтеза. Значительный вклад в создание и развитие теории абиогенного синтеза внес известный советский ученый, академик О. Опарин. Теория абиогенного синтеза основывается на том, что биологические вещества были созданы в неком первичном океане из неорганических веществ под действием высоких температур и электрических разрядов (молний). Сложные молекулы аминокислот случайно объединялись в пептиды, которые, в свою очередь, создали первоначальные белки. Из этих белков синтезировались первичные живые существа микроскопических размеров.

У этой теории есть недостаток: нет ни одного факта, который бы подтвердил возможность абиогенного синтеза на Земле хотя бы простейшего живого организма из неорганических соединений. В многочисленных лабораториях мира проведено очень много попыток такого синтеза. Например, удалось получить молекулы аминокислот, удалось также получить довольно длинные и сложные молекулы пептидов – соединений нескольких аминокислот, первые природные биополимеры, но никому не удалось в результате подобных экспериментов получить живую клетку.

Также по математической статистике вероятность самозарождения живого организма из неорганических веществ практически равняется нулю. Вероятность случайного образования за все время существования Земли хотя бы одной молекулы ДНК составляет 10^{- 800}. Противоречат теории абиогенного синтеза и геологические данные. Как бы далеко мы не проникали в глубь геологической истории, не находим следов «азойской эры», то есть периода, когда на Земле не существовало бы никакой органической жизни.

Сейчас в результате палеонтологических исследований в древних породах, возраст которых достигает 3,8 млрд. лет, а планета Земля существует около 4,5 млрд. лет, нашли ископаемые останки достаточно сложных микроорганизмов – бактерий, сине-зеленых водорослей, простых грибков. Проблема абиогенного синтеза довольно сложна и должна рассматриваться лишь как одна из гипотез происхождения жизни на планете Земля.

Он был уверен, что жизнь геологически вечна, то есть в геологической истории не было эпохи, когда наша планета была безжизненной. Вернадский считал, что жизнь – такая же вечная основа космоса, какими есть материя и энергия. Исходя из представления о биосфере как о земном, но одновременно и космическом механизме, Вернадский связывал ее образование и эволюцию с организованностью Космоса.

Также Владимир Вернадский выступил с гипотезой космического распространения жизни, которая твердит, что жизнь в виде малейших спор и грибков может переноситься с одной планеты на другую. Вернадский считал, что пылинки вещества могут содержать споры бактерий, микроорганизмы. Под действием ветра и других атмосферных явлений эти пылинки поднимаются в высшие слои атмосферы, где они подхватываются солнечным ветром и покидают атмосферу населенной планеты. Под действием солнечного ветра пыль может путешествовать по планетной системе, пока она не попадет в поле притяжения другой планеты, таким образом, будет перенесена жизнь на другие планеты. На сегодня нет исчерпывающих доказательств этой гипотезы, как нет и ее окончательного опровержения.

2. Абиогенная теория происхождения жизни на Земле

Зарождение жизни на Земле, в целом, по-прежнему остается загадкой.

Ископаемые останки показывают, что жизнь в виде микроорганизмов и бактерий существовала еще не менее чем 2 – 3 млрд. лет назад. Например, были найдены остатки колоний микроорганизмов в горных породах и сланцах. В них были обнаружены остатки колоний микроорганизмов, которые напоминали коралловые рифы. Находка содержащих органические останки образцов явилась открытием. Ученые всего мира возобновили изучение пород, которые они ранее считали лишенными окаменелостей. Их усилия были вознаграждены поразительными результатами: древнейшим из обнаруженных на сегодняшний день формам жизни (в западной части Австралии) около 3 500 млн. лет.

Какой же была планета 4 млрд. лет назад? Вопрос, на который нет однозначного ответа. Считается, что атмосфера Земли в те далекие времена была почти полностью лишена кислорода, а состояла из аммиака, воды, окиси углерода, метана, водорода и ряда других веществ. Большая часть поверхности Земли была покрыта слоем горячей воды, кипение которой поддерживалось магмой, расплавленной породой, находящейся под тонкой океанической земной корой.

В таких условиях и происходил абиогенный синтез. Академик Опарин считал, что, такая смесь газов и горячей воды могла привести к образованию так называемого "первичного бульона", богатого именно теми химическими элементами, которые необходимы для синтеза жизни. Реакция могла быть инициирована вулканической деятельностью, интенсивным ультрафиолетовым излучением, проходящим через тонкий слой атмосферы, или электрическим разрядом молнии.

Позже были проведены эксперименты по моделированию условий древней Земли и рассмотрен вопрос появления биологических веществ. Создавались модели первозданного мира, они состояли из колб и химических реакторов. В реакторы загружали растворы морской воды и смеси газов, через реактор пропускали разряды электрического тока. Химический реактор нагревали для получения паров воды. После нескольких произведенных разрядов полученную смесь проанализировали и выявили три аминокислоты. Дальнейшие исследования привели к тому, что исследователи получили еще большее количество аминокислот и даже простые нуклеотиды – строительные блоки ДНК.

Результаты этих экспериментов  считаются убедительными и дают основания полагать, что весь белок (и не только он) мог быть синтезирован на протяжении нескольких миллиардов лет. Предположительно, могла быть создана даже ДНК с ее тысячами строго расположенных атомов. Однажды возникнув, она могла репродуцировать себя, создавать свои собственные белки и другие сложные органические вещества и развиться в функционирующую самовоспроизводящуюся форму жизни, такую как клетка бактерии.

Нечто подобное могло произойти, но математическая вероятность создания такого сложного вещества, как белок или ДНК, в результате случайного соединения химических элементов в "первичном бульоне" бесконечно мала.

Данная теория сегодня признана многими учеными, продолжающими  поиск механизма, который способствовал  бы соединению аминокислот в белки без управления со стороны ДНК.

Если такой механизм будет найден, мы сделаем важный шаг на пути к  пониманию загадки образования  ДНК и, следовательно, происхождения  жизни.

Земная форма жизни чрезвычайно  тесно связанная с гидросферой. Об этом свидетельствует хотя бы тот факт, что вода есть основной частью массы любого земного организма (человек, например, большее как на 70 % состоит из воды, а такие организмы, как медуза или на 97-98 %). Очевидно, что жизнь на Земле сформировалось лишь тогда, если на ней появилась гидросфера, а это, за геологическими сведениями, произошло почти с начала существования нашей планеты.

Согласно теории абиогенного синтеза жизнь возникла из неорганических веществ в первичном океане, который омывал 4 млрд. лет назад нашу планету. Она возникла в виде капелек аминокислот и простейших белков, которые взаимодействовали как между собой, так и с веществами в воде и в атмосфере. Они поглощали другие капельки, синтезировались новые вещества. Этот процесс был чрезвычайно долгим. Процесс зарождения жизни на планете растянулся на многие миллионы лет.

Первым этапом было, по мнению ученых, синтезирование угдеводородов из карбидов различных металлов и воды. Карбиды металлов были получены при нагревании металлов и углерода в магме. Потом при извержении вулканов и из трещин в земной коре они были выброшены и вымыты в океан или атмосферу. Далее карбиды металлов реагируют с водой и, в результате реакции, мы получим углеводороды различного состава. Углеводороды и были той первой ступенькой к развитию жизни.

Углеводороды под действием ультрафиолета Солнца, электрических разрядов в атмосфере, которая состояла из метана, азота начали постепенно реагировать между собой и с газами атмосферы. Углеводороды медленно, но неуклонно вступали между собой во все новые и новые химические взаимодействия. Их частицы увеличивались и усложнялись. Появлялись органические вещества все более сложного состава и строения, со все более сложными свойствами. Таким образом, были получены аминокислоты и первые биологические полимеры – звенья полипептидов. Далее они усложнялись, реагировали с другими веществами.

Так постепенно в течение  многих и многих тысячелетий сформировался  тот материал, те сложнейшие органические вещества (в частности, белки), из которых в настоящее время построены живые организмы. Это и есть теория абиогенного синтеза. Самым узким местом теории абиогенного синтеза есть пояснение возможности получения живой клетки, как она была получена из аминокислот и полипептидов теория абиогенного синтеза пока что не может. Ведь клетка - это самодостаточный организм, который может самовоспроизводиться, имеет цепочки биологического кода – ДНК и РНК, самопроизвольный синтез которых чрезвычайно маловероятен.

3. Теория творения

Как было сказано выше, существует две основные теории происхождения жизни: теория творения и теория абиогенного синтеза. Теорию абиогенного синтеза мы рассмотрели выше.

Сейчас мы рассмотрим теорию творения. Как теория абиогенного синтеза, так и теория творения имеют свои доказательства.

Рассмотрим доказательства теории творения.

Если мы начнем более глубоко рассматривать условия жизни на планете и некоторые вопросы астрономии и физики, то сразу приходится признать, что все вокруг нас прилажено так, чтобы развитие всех возможных во Вселенной процессов привело, в конечном итоге, к формированию Земли, и к появлению на ней разнообразных форм жизни, вплоть до человека, способного постичь и раскрыть эти тайны.

Вот несколько примеров, которые привлекли внимание ученых:

1. Если бы разность массы нейтрона и протона была, скажем, в 2,5 раза большей, чем есть, был бы невозможным синтез гелия, и вся Вселенная состояла бы лишь из водорода. Не было бы планет, астероидов, Земли...
2. Если бы масса электрона была втрое большей, чем есть на самом деле, состоялись бы процессы нейтронизации вещества (по схеме ) и тогда галактики и звезды состояли бы из одних нейтронов.
3. Если бы сила взаимодействия между нуклонами была хотя бы на несколько процентов большей, была бы стабильной частица бипротон (изотоп ²Не). А это значит, что вся Вселенная состояла бы из одного лишь гелия. Если бы сила этого взаимодействия была бы хотя бы на 5% меньшей, гелий образовываться не мог бы вообще. И тогда не было бы термоядерной реакции синтеза, которая есть источником энергии звезд.

Таких примеров насчитывают  свыше 20, мы же рассмотрели только три из них. Но уже трех достаточно для того, чтобы показать, насколько сложна и хрупка жизнь, насколько маловероятно ее появление в виде случайной флуктуации в первичном океане.

Существенным образом  изменился бы наш мир, если бы немного другим было соотношение между силами кулоновского отталкивания одноименных зарядов и ядерными силами притягивания. Если бы гравитационная постоянная была немного большей или меньшей и т.п.. В конце концов, лишь за имеющегося соотношения реальной и критической плотности вещества во Вселенной возможное существование звезд на протяжении миллиардов лет и существование Земли и жизнь ней. Обращает на себя внимание и «подгонка» параметров, с помощью которых описывают условия на нашей планете и которые более всего оказывают влияние на развитие жизни:

1. Наклон оси суточного обращения Земле к плоскости эклиптики смягчает климат планеты.
2. Вода имеет наибольшую плотность при температуре +4°С, благодаря чему лед находится над водоемами (в противоположном случае, а так есть для всех других веществ, лед выпадал бы на дно, вода в водоемах вымерзала бы, и жизнь в них было бы невозможной).
3. Атмосфера Земли состоит из таких газов и в таком соотношении, которые лучше всего оказывают содействие развитию и существованию жизни. Если бы концентрация кислорода здесь была большей, все, что может гореть, давно сгорело бы, а если бы была меньшей, горение вообще было бы невозможным.
4. В атмосфере Земли есть буквально «следы» углекислого газа и водной пары. Тем не менее их молекулы, интенсивно поглощают инфракрасное излучение Земли, создают «парниковый эффект», благодаря которому температура на планете приблизительно на 30°С выше, чем она была бы без этого эффекта. А тогда условия для жизни на планете были бы весьма суровыми. То же касается и содержащегося в атмосфере озона.