Развитие представлений о возникновении жизни на Земле

Чередование слоев с различными свойствами проявляется не только в системах молекул и мицелл, но и в системах живых клеток, например, в тканях живых организмов (мышцы, мембраны, структура головного мозга и др.).

Таким образом, в живой и неживой природе широко распространены регулярные структуры из периодически расположенных молекулярных слоев, цилиндров или шариков, пространство между которыми заполнено водой, находящейся в состоянии, промежуточном между жидким и твердым. При набухании или осушении эти структуры перестраиваются, сохраняя свою регулярность.

«Сборка» предбиологических макромолекул на каолинитовой матрице, как считает Е.Г. Куковский (1968), шла по правилам «сборки» продукта гипергенеза из слоев, связывающихся силами межмолекулярных взаимодействий, что сохранилось в биологически активных макромолекулярных кристаллах как преемственный признак.

Природные вместилища для концентрирования, сохранения и полимеризации предбиологических систем предопределены гипергенным процессом, конечный продукт которого – каолинит. Он в достаточной мере наделен необходимыми для самоорганизации признаками. Как конечный продукт «нормального» выветривания, каолинит образуется практически по всем породам, но наиболее мощные каолинитовые толщи создаются непосредственно на поверхности раздела в кислых породах.

В качестве элювия каолин пребывает в непосредственном контакте с водой и воздухом, а при денудации коры выветривания переотлагается, в отличие от монтмориллонита, в неглубоких участках бассейнов седиментации.

Установлен факт совпадения длин полимеров ДНК и РНК и размеров областей когерентного рассеяния (ОКР) вдоль азимутального направления каолинитового слоя, рассчитанных по тонкой структуре дифракционного рентгеновского рефлекса (М. Руттен, 1973). Поэтому предполагается, что молекулы нуклеиновых кислот длиной ≈ 50 нм в своем росте ограничились дислокационными стенками в конкретной области мощностью пространства каолинита с размерами того же порядка.

Слоистый силикат каолинит положил начало диссипативной самоорганизации конденсированных в его межслоевых пространствах примитивных органических молекул.

Единообразие таких структур, в кирпиче и фарфоре, листе и почве, бактериях и высших организмах – яркий пример единства самой природы (А.А. Веденов и др., 1985).

В косной материи (минералах) уже находились изначально структуры и их функции для освоения их живой природой.

Хиральная3 (киральная) чистота живого вещества, то есть нарушение равноправия зеркально-симметричных форм биоорганических молекул в живом веществе была рассмотрена В.М. Талановым и Н.В. Фёдоровой (2005) с позиций кристаллографии. Сделан анализ образов предельных групп симметрии и выявлены условия возникновения хиральных состояний в исходных объектах при воздействии на них гипотетической скалярной (не имеющей геометрически неэквивалентных направлений) среды (рис. 12,13).

При скалярном воздействии (температура, давление и др.) на нехиральное вещество может получиться только его нехиральная модификация, а при том же воздействии на хиральное вещество могут получаться как хиральные, так и нехиральные модификации. Это означает, что самопроизвольное возникновение хиральных разновидностей молекул из нехиральных в процессе эволюции происходило под влиянием полей, имеющих нескалярную природу (В.М. Таланов, Н.В. Федорова, 2001), т.е. изменение симметрии кристаллов, по нашему мнению, при фазовых переходах второго рода.

Открытие явления образования в вулканическом процессе сложных органических соединений, в том числе аминокислот и азотосодержащей части нуклеотидов – важнейших составляющих живого вещества, означает, что процесс вулканического извержения есть первый шаг от неживой материи к живой.

Так утверждал Е.К. Мархинин (что процесс вулканического извержения и обнаружение абиогенного образования аминокислот – есть первый шаг от неживой материи к живой.)

Исследования органического вещества лав, бомб, туфа современных вулканов позволили исследователям сделать следующие выводы:

1. Вулканы дали материал, из которого в течение геологической истории Земли сформировалась среда, благоприятная для выживания и эволюции биологических структур (фото. 9).

2. Вулканические извержения, и в первую очередь пепло-газовые вулканические столбы, явились мощным природным химическим реактором, в котором в большом масштабе образовались сложные, биологически важные органические соединения – «молекулы жизни». На Земле началась молекулярная эволюция по пути и преобразованию неживой материи в живую, приведшая к возникновению жизни.

Теоретически и экспериментально учеными показано, что процесс биогенеза включал три основные этапа:

- возникновение органических  веществ;

- появление сложных полимеров (нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов);

- образование первичных  живых организмов.

От простых углеродистых соединений химическая эволюция привела к высокополимерным молекулам, которые составили основу формирования примитивных живых существ.

Переход от химической эволюции к биологической характеризовался появлением новых качеств, отсутствующих на химическом уровне развития материи. Главными из них были:

- внутренняя организация  протобиотов, приспособленная к  окружающей среде благодаря устойчивому  обмену веществ и энергии;

- наследование этой организации  на основе репликации генетического  аппарата (матричного кода).

Хотя коацерваты (по А.И. Опарину) и микросферы (по С. Фоксу) не содержат нуклеиновых кислот и в них отсутствует ярко выраженный метаболизм (обмен веществ в организмах), они рассматриваются в качестве возможной модели первых самоорганизующихся структур, напоминающих примитивные клетки.

Клетки – основная элементарная единица жизни, способная к размножению, в ней протекают все главные обменные процессы (биосинтез, энергетический обмен и др.). Поэтому возникновение клеточной организации означало появление подлинной жизни и начало биологической эволюции.

Согласно второму закону термодинамики в открытой системе, какой является наша Земля, самоорганизация материи привела к появлению новой фазы, с более низкой энтропийностью и более устойчивой в изменяющейся атмосфере и литосфере, способной в своём развитии стать второй геологической силой (в лице человека), направленной на увеличение хаоса, который её и породил.

Поэтому проблема эволюции жизни на Земле и консервирование солнечной энергии в результате жизнедеятельности организмов и растений не менее актуальна, чем появление самой жизни.

 

 

 

Геохронологическая таблица

 

Эры		Периоды и их продолжительность (в млн. лет)	Животный и растительный мир
Название и продолжительность (в млн. лет)	Возраст (в млн. лет)
Кайнозойская (новой жизни), 67	67	Антропоген, 1,5	Появление и развитие человека. Животный и растительный мир принял современный облик.
		Неоген, 23,5	Господство млекопитающих, птиц
		Палеоген, 42	Появление хвостатых лемуров, долгопятов, позднее - парапитеков, дриопитеков. Бурный расцвет насекомых. Продолжается вымирание крупных пресмыкающихся. Исчезают многие группы головоногих моллюсков. Господство покрытосеменных растений.
Мезозойская (средней жизни), 163	230	Меловой, 70	Появление высших млекопитающих и настоящих птиц, хотя и зубастые птицы ещё распространены. Преобладают костистые рыбы. Сокращение папоротников и голосеменных. Появление и распространение покрытосеменных
		Юрский, 58	Господство млекопитающих. Появление археоптерикса. Процветание головоногих моллюсков. Господство голосеменных.
		Триасовый, 35	Начало расцвета пресмыкающихся. Появление первых млекопитающих, настоящих костистых рыб.
Палеозойская (древней жизни), 340	Возможно, 570	Пермский, 55	Быстрое развитие пресмыкающихся. Возникновение зверозубых пресмыкающихся. Вымирание трилобитов. Исчезновение каменноугольных лесов. Богатая флора голосеменных.
		Каменноугольный, 75-65	Расцвет земноводных. Возникновение первых пресмыкающихся. Появление летающих форм насекомых, пауков, скорпионов. Заметное уменьшение трилобитов. Расцвет папоротникообразных. Появление семенных папоротников.
		Девонский, 60	Расцвет щитковых. Появление кистепёрых рыб. Появление стегоцефалов. Распространение на суше высших споровых.
		Силурийский, 30	Пышное развитие кораллов, трилобитов. Появление бесчелюстных позвоночных - щитковых. Выход растений на сушу - псилофиты. Широкое распространение водорослей.
		Ордовикский, 60 Кембрийский, 70	Процветают морские беспозвоночные. Широкое распространение трилобитов, водорослей.
Протерозойская (ранней жизни), свыше 2000	2700		Органические остатки редки и малочисленны, но относятся ко всем типам беспозвоночных. Появление первичных хордовых - подтипа бесчерепных.
Архейская (самая древняя в истории Земли), около 1000	Возможно, >3500		Следы жизни незначительны

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Теорий возникновения жизни на Земле существует огромное множество, среди них и гипотеза о зарождении жизни из кубика льда, и теория внеземного происхождения жизни, и даже возникновение жизни в местах вулканической активности.

Одни из них имеют научные подтверждения, иные пока еще не изучены досконально. Так или иначе, но из всех существующих теорий большая часть ученого света поддерживают теорию Чарльза Дарвина, который предположил, что жизнь на Земле зародилась в водоеме.

Скачок от неорганического мира природы к органическому и затем к живому веществу очевиден, но объяснить эти переходы на основе физических, химических и биологических теорий пока не удается.

Проблема происхождения жизни остается камнем преткновения и в современном естествознании, поскольку нет достаточного доказательства ни для одной из выдвинутых гипотез.

Таким образом, на протяжении веков менялись взгляды на проблему происхождения жизни, но наука еще далека от ее решения. Как и сто, и двести лет назад, сегодня продолжаются споры на эту тему, причем веских аргументов в пользу какой-то точки зрения нет и в наши дни. Поэтому выбор позиции определяется внутренними убеждениями каждого участника спора.

Тем не менее, все большее число ученых склоняется к тому, чтобы рассматривать жизнь как особую форму движения материи, закономерно возникшую на определенном этапе ее развития.

Разумеется, возникновение жизни содержало элемент случайности, но оно было не абсолютно случайным, а в основе своей закономерности, необходимым.

Скорее всего, появление жизни произошло в ходе процесса самоорганизации материи, когда химическая эволюция после одной из точек бифуркации4 привела к появлению живого организма и началу биологической эволюции.

Как видим, эволюция жизни на Земле весьма длительный и довольно сложный процесс. Но именно этому процессу мы обязаны своей жизнью и существованием.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сальников В.Н. Биоэнергетическое воздействие низкотемпературной электромагнитной эмиссии минералов/ Минералогия и жизнь: биоминеральные взаимодействия. Сыктывкар, 1996. – С. 119-121.

2. Кэрролл Л.Ф., Милдред А.Ф. Каменная книга. Летопись доисторической жизни. М.: Наука, 1997. – 624 С.

3. Парфёнова М.Д. Историческая геология с основами палеонтологии. Томск, 1999. – 524 С.

4. Шафрановский И.И., Плотников Л.М. Симметрия в геологии. Л.: Недра, 1975. – 144 С.

5. Гумерова Н.В. Историческая геология. Томск: ТПУ, 2003. – 35 С.

6. Крылов И.Н. Древнейшие следы жизни// Природа, 1985. - № 9. – С. 68-76.

7. Вили К. Биология. Москва: Мир, 1968. – 808 С.

8. Савенков В. Новые представления о возникновении жизни на Земле. М.: Высшая школа, 1991. – 220 С.

9. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и её окружения. М.: Наука, 1987. – 340 С.

10. Опарин А.И. Материя – жизнь – интеллект. М.: Наука, 1977. – 310 С.

11. Бернал Дж. Возникновение жизни. М.: Мир, 1969. – 391 С.

12. Кальвин В. Химическая эволюция. М.: Наука, 1971. – 190 С.

13. Камшилов М.М. Эволюция биосферы. М.: Наука, 1974. – 254 С.

14. Колесников Ю.А. К тайнам мироздания. Магадан: СВНЦДВО РАН, 1997. – 225 С.

15. Компаниченко В.Н. Возникновение жизни в глубинах гидротермальных систем. Хабаровск; 1996. – 105 С.

16. Руттен М. Происхождение жизни (естественным путем). Пер. с англ./ Перевод Фролова Ю.М.; под ред. и с предисл. А.И. Опарина. М.: Мир, 1992. – 216 С.

17. Фокс С. Энергия и эволюция жизни на Земле: пер. с англ. М.: Мир, 1992. – 216 С.

18. Фолсом К. Происхождение жизни на Земле: маленький тёплый водоём. Пер. с англ./ Перевод Кирпотина Д.Б.; под ред. и с предисл. Г.А. Деборина. М.: Мир, 1982. – 160 С.

 

1 Абиогенез - образование органических соединений, распространённых в живой природе, вне организма без участия ферментов; возникновение живого из неживого.

2 Биогенез - образование органических соединений живыми организмами; эмпирическое обобщение, утверждающее, что всё живое происходит от живого.