Естественнонаучные модели происхождения жизни на Земле

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ по курсу КСЕ:«Естественнонаучные модели происхождения жизни на Земле»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………….. 3

1. ОСНОВНЫЕ ГИПОТЕЗЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
1. Концепция креационизма…………………………………………..4
2. Концепция стационарного состояния……………………………..5
3. Концепция самопроизвольного зарождения жизни……………...5
4. Концепция панспермии…………………………………………….7
5. Концепция рибонуклеиновых кислот …………………………….8
6. Концепция закономерного происхождения жизни путем биохимической эволюции………………………………………….9
2. СОВРЕМЕННЫЕ ГИПОТЕЗЫ
1. Биоэнергоинформационная концепция…………………………..13
2. Концепция генного происхождения.………………...…………...14
3. Концепция происхождения жизни из каменных пород ……..….15
4. Концепция происхождения жизни из газов…………………...…16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………...…17

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………...…….18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

ВВЕДЕНИЕ

Вопрос возникновения  жизни на Земле всегда волновал не только ученых, но и многих обычных людей. Потому как, ответив на вопрос: «Откуда взялись живые существа на Земле?», человек может не только определить свое место в природе, понять свое предназначение, но и предвидеть будущее и, быть может, предупредить надвигающуюся катастрофу. Еще одной причиной, делающей исследование данной темы реальным, а значит насущным, стал прогресс в развитии технологий в изучении материй.

 

Цель проводимого мною исследования, заключается в том, чтобы выявить основные гипотезы происхождения жизни на Земле, их положения, а так же выделить  из них наиболее актуальную. Я, очень заинтересовавшись этим вопросом, так же уделила немного внимания малоизвестным гипотезам, которые возникают в наши дни.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

1. ОСНОВНЫЕ ГИПОТЕЗЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

 

1. Концепция креационизма

Креационизм имеет самую длинную историю, так как практически во всех религиях возникновение жизни рассматривается как акт Божественного творения, свидетельством чего является наличие в живых организмах особой силы, которая управляет всеми биологическими процессами. Процесс божественного сотворения мира и живого недоступен для наблюдения, и божественный замысел недоступен человеческому пониманию.

При более глубоком изучении этой гипотезы, многие ученые сталкивались с противоречиями.Например, в 1650 г. архиепископ Ашер из Ирландии вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н.э., а в 9 часов утра 23 октября и человека. Это число он получил из анализа возрастов и родственных связей всех упоминаемых в Библии лиц. Однако к тому времени на ближнем Востоке уже была развитая цивилизация, что доказано археологическими изысканиями. Так же, вопрос о продолжительности творения мира точно не определен в креационизме, так как в Библии сказано, что Бог сотворил мир в шесть дней. Некоторые христианские теологи верят, что это были обычные дни по 24 часа. Другие считают, что это образное выражение и на самом деле каждый день творения занимал тысячу лет. Но во всех случаях рассуждения о происхождении жизни основаны только лишь на вере в библейские откровения, сомневаться в которых нельзя. Научные же истины в соответствии с принципом фальсификации всегда подвергаются сомнению.

Таким образом, концепция  креационизма, по существу, научной  не является, ведь она возникла в  рамках религиозного мировоззрения. Она  утверждает, что жизнь такова, какова она есть, потому что такой ее сотворил Бог. Тем самым практически  снимается вопрос о научном решении  проблемы происхождения жизни, так  как все религии требуют принимать  это положение на веру, без доказательств. Несмотря на эти факты, данная модель происхождения жизни на земле  весьма популярна.

 

4                                        Рис.1.Креационизм

2. Концепция стационарного состояния

Сторонники теории вечного  существования жизни считают, что  Земля никогда не возникала, а  существовала вечно, и вместе с ней  всегда существовали различные виды живого. Но при этом некоторые виды животных вымерли, некоторые изменились, а некоторые остались прежними.

Большая часть аргументов в пользу этой теории основана на исследованиях  палеонтологов, выявивших исчезновение некоторых видов животных в процессе эволюции, отсутствие следов переходных звеньев между разными видами живого и все более высокими оценками возраста Земли. Вообще, оценки возраста Земли сильно варьируют – от примерно 6000 лет, по подсчётам Ашера, до 5000∙106 лет по современным оценкам, основанным на учёте скоростей радиоактивного распада.

Однако же гипотеза стационарного состояния в корне противоречит данным современной астрономии, которые указывают на конечное время существования любых звёзд и, соответственно, планетных систем вокруг звёзд. По современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возраст Земли, Солнца и Солнечной системы исчисляется ~4,6 млрд лет.

Но так как жизнь, согласно этой теории, рассматривается как вечно существующая, то эту теорию не принято относить к естественнонаучной,  потому как она не отвечает на вопрос как появилась жизнь на Земле.

 

 

3. Концепция самопроизвольного зарождения жизни

Эта теория была распространена в древнем Китае, Вавилоне и Египте как альтернатива креационизму, с  которым она сосуществовала. Аристотель (384 – 322 до н. э.), которого часто называют основателем биологии, придерживался  теории спонтанного зарождения.

Согласно гипотезе Аристотеля о спонтанном зарождении, определенные «частицы» вещества содержат некое  «активное начало», которое при  подходящих условиях может создать  живой организм. Аристотель был прав, полагая, что это начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно

5

считал, что оно есть в  солнечном свете, тине и гниющем  мясе. С распространением христианства теория самозарождения оказалась не в чести; ее признавали те, кто верил  в колдовство и т. п.

Ван Гельмонт (1577 – 1644), весьма знаменитый и удачливый ученый, описал эксперимент, в котором он якобы создал за две недели мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом он считал человеческий пот.

В 1688 г. итальянский биолог и врач Франческо Реди, живший во Флоренции, подошел к проблеме возникновения жизни более строго и подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Реди установил, что белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе – личинки мух. Проведя ряд экспериментов, он получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).

Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеи самозарождения, и хотя она несколько отошла на задний план, она продолжала оставаться довольно популярной.

В то время как эксперименты Реди, казалось бы, опровергли теорию спонтанного зарождения, первые микроскопические исследования Антони ван Левенгука усилил эту теорию применительно к микроорганизмам. Сам Левенгук не вступал в споры между сторонниками биогенеза и спонтанного зарождения, однако его наблюдения под микроскопом давали пищу обеим теориям и, в конце концов, побудили других ученых поставить эксперименты для решения вопроса о возникновении жизни путем спонтанного зарождения.

В 1765 г. Ладзаро Спаланцани провел следующий опыт: подвергнув мясные и овощные отвары длительному кипячению, он сразу же их запечатал, а затем снял с огня. Исследовав жидкости через несколько дней, Спаланцани не обнаружил никаких признаков жизни. Из этого он сделал вывод, что высокая температура убила все формы живых существ, и без них ничто живое уже не могло возникнуть.

В 1860 г. проблемой происхождения  жизни занялся Луи Пастер. В результате ряда экспериментов, в основе которых лежали методы Спаланцани, Пастер окончательно опроверг теорию самозарождения.

6

4. Концепция панспермии

Выдвинул ее немецкий химик Ю. Либих (1803-1873). 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. Сторонником гипотезы панспермии был выдающийся отечественный естествоиспытатель В.И. Вернадский (1863-1945).Особенно активно развивал теорию панспермии шведской физико-химик С. Аррениус (1859-1927). В опытах русского физика П.Н. Лебедева (1866- 1912), открывшего давление светового потока, С. Аррениус увидел доказательство возможности переноса спор микроорганизмов с планеты на планету. Жизнь переносится, предполагал он, не в виде микроорганизмов на метеоритах, раскаляющихся при вхождении в плотные слои атмосферы, - сами споры могут перемещаться в мировом пространстве, движимые давлением солнечного света.

Однако все попытки  обнаружить живые существа (или их ископаемые остатки) вне Земли, и  прежде всего - в составе метеоритного вещества, так и не дали положительного результата. Неоднократно появлявшиеся сообщения о находках следов жизни  на метеоритах основаны или на ошибочной  интерпретации некоторых бактериоподобных неорганических включений, или на загрязнении "небесных камней" земными микроорганизмами.

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 Вселенной.

 

 

 

 

 

Рис.2.Панспермия

 

7

5. Концепция рибонуклеиновых кислот

В последние годы всё больше сторонников находит эта теория возникновения жизни, становясь  господствующей в решении этого  вопроса. Суть её состоит в том, что  основоположниками жизни являлись не белки, а молекулы РНК. Образование компонентов мономерных звеньев РНК — углеводных циклов рибозы и гетероциклических оснований — как уже показано, не представляло принципиальных затруднений. Значительно труднее представить себе процесс образования из них непосредственно нуклеозидов, а затем и соединение последних в НК. Действительно, в условиях гомофазного процесса в газовой или жидкой среде такой синтез мог оказаться крайне затруднительным. Однако он относительно легко осуществляется в условиях гетерофазного катализа на твёрдой подложке. В качестве последней выступают многие минералы земной коры: карбонат кальция, каолинит, монтмориллонит, соединения алюминия, цеолиты. При этом они способствуют не только ускорению синтеза, но и правильной ориентации реагирующих компонентов. На таких подложках осуществлялась сшивка сначала нуклеозидов, а затем и образование межнуклеотидной связи при участии фосфорной кислоты или её производных. Например, удалось осуществить синтез олигоцитидина, т. е. короткой молекулы РНК, состоящей только из одного типа нуклеозидов, на монтмориллонитовой подложке из 5'-фосфоримидазолида цитидина. Аналогично были получены и более сложные олигонуклеотиды, содержащие нуклеозиды разных типов. Интересно, что РНК-цепь сохранялась стабильной очень длительное время. При этом длинные олигонуклеотиды, находясь на минеральной матрице, могли связываться с ди- и тринуклеотидами путём образования водородных связей между комплементарными основаниями. Между этими ди- и тринуклеотидами также могли образовываться межнуклеотидные связи. Так осуществлялся синтез дочерней РНК на РНК-матрице, т. е. аналог транскрипции. Подобная последовательность операций могла иметь место и в случае матрично-направленного синтеза пептидов на РНК: отдельные ди- и тринуклеотиды связывались с молекулами АК, например, за счёт гидрофобных взаимодействий или водородных связей и переносили их к РНК-матрице. С молекулой РНК ди- и тринуклеотиды взаимодействовали посредством водородных связей. В результате, около цепи РНК выстраивалить нуклеотиды, несущие АК. Если они располагались близко друг от друга, то становилось возможным образование пептидных связей между молекулами АК с образованием полипептида — небольшого „белка“.

8

Таким образом, реализовывалась реакция трансляции, причём без участия белков-ферментов. Здесь особенно важно подчеркнуть, что все эти процессы осуществлялись высокоспецифично, т. к. само образование водородных связей между различными молекулами является достаточно селективным: наиболее устойчивы те взаимодействия, в которых реализуется наибольшее число водородных связей. В условиях равновесности процессов такая избирательность приводила к воспроизведению определённых молекул: каждая матрица „производила“ присущие только ей продукты. Такой синтез мог проходить в первичных каплях-коацерватах. Это приводило к накоплению чётко очерченного набора биомолекул в каждой из них, однако разнообразие самих капель и условий, в которых они существовали, давало большие возможности для отбора наиболее устойчивых капель, что являлось уже протоэволюцией. Самовоспроизводящиеся делением капли всё увеличивались в размерах и постоянно усложнялись, вовлекая в себя новые и новые вещества. Таким путём могла возникнуть первая клетка.

Существует, однако, неясность, была ли РНК первой жизнеобразующей молекулой или существовали более древние предшественники. Некоторое время тому назад был осуществлён синтез вещества-химеры, называемого пептидонуклеиновая кислота (ПНК), в котором скелет цепи был образован молекулами аминокислоты, N-(2-аминоэтил)глицина, и к этому скелету крепились гетероциклические основания. Таким образом, сахарофосфатный остов был заменён на полипептидный. В настоящее время некоторые исследователи считают ПНК кандидатом на роль возможного предшественника РНК, хотя пребиотическая роль ПНК ещё строго не доказана.

 

 

 

6. Концепция закономерного происхождения жизни путем биохимической эволюции

Суть гипотезы сводилась  к следующему: зарождение жизни на Земле - длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой. Произошло же это путем химической эволюции, результатом которой стало образование органических веществ из неорганических под

9

влиянием сильнодействующих  физико-химических факторов.

Рассматривая проблему возникновения  жизни путем биохимической эволюции, Опарин выделяет три этапа перехода от неживой материи к живой:

-этап синтеза исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях первичной атмосферы ранней Земли;

-этап формирования в первичных водоемах Земли из накопившихся органических соединений биополимеров, липидов, углеводородов;

-этап самоорганизации сложных органических соединений, возникновение на их основе и эволюционное совершенствование процессов обмена веществом и воспроизводства органических структур, завершающееся образованием простейшей клетки.