Естественнонаучные модели происхождения жизни на Земле

На первом этапе, около 4 млрд. лет назад, когда Земля была безжизненной, на ней происходили абиотический синтез углеродистых соединений и их последующая предбиологическая  эволюция. На данном этапе эволюции Земли были характерны многочисленные вулканические извержения с выбросом большого количества сильно расклеенной  лавы. В процессе остывания планеты  атмосферные водяные пары конденсировались и превращались в ливни, вследствие которых появлялись огромные водяные  пространства. Поскольку поверхность  Земли оставалась еще горячей, вода испарялась, охлаждаясь позже в верхних  слоях атмосферы. После охлаждения она снова превращалась в ливень. Эти процессы продолжались многие миллионы лет.

Таким образом, в водах  первичного океана были растворены различные  соли. Также в первичный океан попадали и органические соединения: сахара, аминокислоты, азотистые основания, органические кислоты и т.д., постоянно образующиеся в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения, высокой температуры и активной вулканической деятельности.

Концентрация органических соединений постоянно увеличивалась, что привело к превращению  океана в «бульон» из белковоподобных  веществ - пептидов.

 

10

На втором этапе, по мере смягчения условий на Земле, под  воздействием на химические смеси первичного океана электрических разрядов, тепловой энергии и ультрафиолетовых лучей стало возможным образование сложных органических соединений - биополимеров и нуклеотидов. Они, в свою очередь, объединялись и усложнялись, превращаясь в протобионты (доклеточные предки живых организмов). Итогом эволюции сложных органических веществ стало появление коацерватов.

 

Коацерваты представляют собой комплексы коллоидных частиц, раствор которых разделяется  на два слоя: слой, богатый коллоидными  частицами, и жидкость, почти свободную  от них. Коацерваты обладали способностью поглощать различные вещества, растворенные в водах первичного океана. В результате внутреннее строение коацерватов менялось, что вело или к их распаду, или  к накоплению веществ, т.е. к росту  и изменению химического состава, повышающего их устойчивость в постоянно  меняющихся условиях.

 

На третьем этапе по предположению Опарина начал  действовать естественный отбор. Среди  коацерватных капель происходил отбор коацерватов, наиболее устойчивых к данным условиям среды. Процесс отбора шел в течение многих миллионов лет, после этого сохранились лишь некоторые из коацерватов. Сохранившиеся коацерватные капли обладали способностью к первичному метаболизму. А обмен веществ - первейшее свойство жизни. Когда капля достигала больших размеров, она распадалась на несколько мелких. То есть у коацерватов появились свойства самовоспроизведения. Значит, на этой стадии коацерваты превратились в простейшие живые организмы.

 

Дальнейшая эволюция этих предбиологических структур была возможна только при усложнении обменных и энергетических процессов внутри коацервата. Более прочную изоляцию внутренней среды от внешних воздействий могла обеспечить только мембрана. Вокруг коацерватов, богатых органическими соединениями, возникли слои липидов, отделившие

 

11

коацерват от окружающей его  водной среды. В процессе эволюции липиды трансформировались в наружную мембрану, что значительно повысило жизнеспособность и устойчивость организмов. Появление мембраны предопределило направление дальнейшей химической эволюции по пути все более совершенной саморегуляции вплоть до возникновения первых клеток.

Модель происхождения  жизни, представленная Опариным получила весьма широкое распространение и большую популярность. Но эксперименты начали производиться только лишь в 1950 - 1960-е годы. Так, в 1953 году С. Миллер в ряде экспериментов смоделировал условия, существовавшие на раннем этапе эволюции Земли. В сделанной им установке были синтезированы многие аминокислоты, аденин, простые сахара и другие вещества, имеющие важное биологическое значение. После этого Л. Орджел в сходном эксперименте синтезировал простые нуклеиновые кислоты.

Но, несмотря на то, что данная теория имеет экспериментальную  обоснованность и теоретическую  убедительность, что является плюсом, у нее также можно выделить и минусы. Даже можно сказать, не минусы и плюсы, а ее сильные и  слабые стороны.

Сильной стороной теории является возможность экспериментальной  проверки ее основных положений. Это  касается не только лабораторного воспроизведения  предполагаемых физико-химических условий  первичной Земли, но и коацерватов, имитирующих доклеточных предков и их функциональные особенности.

Слабой стороной концепции  является невозможность объяснения самого момента скачка от сложных  органических соединений к живым  организмам, ведь ни в одном из поставленных экспериментов получить жизнь так  и не удалось. Кроме того, Опарин допускал возможность самовоспроизведения  коацерватов в отсутствие молекулярных систем с функциями генетического  кода. Иными словами, без реконструкции  эволюции механизма наследственности объяснить процесс скачка от неживого к живому не удается. Поэтому сегодня считается, что решить эту сложнейшую проблему биологии без привлечения концепции открытых каталитических систем, молекулярной биологии, а также кибернетики не получится.

 

 

12

2. СОВРЕМЕННЫЕ ГИПОТЕЗЫ
1. Биоэнергоинформационная

Одной из новейших концепций  происхождения жизни на Земле является концепция о биоэнергоинформационном обмене. Понятие биоэнергоинформационного обмена возникло в сфере биофизики, биоэнергетики и экологии в связи с последними достижениями в  этих областях науки. Термин биоэнергоинформатика был введен доктором технических наук, профессором МГТУ им. Н.Э. Баумана В.Н. Волченко в 1989 году, когда им его единомышленниками была проведена первая Всесоюзная конференция по биоэнергоинформатике в Москве. Изучение биоэнергоинформационного обмена дало основание высказать предположение об информационном единстве Вселенной, о наличии в ней такой субстанции, как «Информация – Сознание», а не только известных форм материи и энергии. Одним из элементов этой концепции выступает наличие во Вселенной общего замысла, плана. Эта гипотеза подтверждается современной астрофизикой, согласно которой фундаментальные свойства Вселенной, значения основных физических констант и даже формы физических закономерностей тесно связаны со структурой Вселенной во всех ее масштабах и с возможностью Жизни. Отсюда следует второй элемент концепции биоэнергоинформатики – Вселенную нужно рассматривать как живую систему. А в живых системах фактор Сознания (информации) наряду с материей и энергией, должен занимать весьма существенное место.

Таким образом , можно говорить о необходимости триединства Вселенной: материи, энергии и информации. О триединстве окружающего нас мира в последних своих научных трудах много писал знаменитый советский ученый, математик Б. Раушенбах. В связи с этим, христианский догмат «Един в трех лицах» приобретает невероятно современное звучание.

 

 

 

 

 

 

13

2. Концепция генного происхождения.

Автором этой концепции являетсяамериканский генетик Г. Меллер. Он допускает, что живая молекула,способная размножаться, могла возникнуть вдруг, случайно в результатевзаимодействия простейших веществ. Он считает, что элементарнаяединица наследственности – ген – является и основой жизни. И жизнь вформе гена, по его мнению, возникла путем случайного сочетания атомныхгруппировок и молекул, существовавших в водах первичного океана. Номатематические расчеты этой концепции показывают полную невероятностьтакого события.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3.Ген

 

 

 

 

 

 

 

 

14

3. Концепция происхождения жизни из каменных пород.

Ученые Уильям Мартин и Майкл Рассел утверждают, что первые живые организмы на Земле могли появиться внутри камней, выстилающих дно океана.

Более 4 миллиардов лет назад  крошечные полости внутри минералов  могли выступить в роли клеток.

Ключевой момент в этой теории - отложения сульфида железа (FeS). В горячих источниках на морском дне это соединение образует "соты" с ячейками шириной в несколько сотых миллиметра. Как считают Мартин и Рассел, эти ячейки - идеальное место для возникновения жизни. По сравнению с другими гипотезами возникновения жизни на Земле, теория Мартина и Рассела уникальна тем, что она предполагают, что возникновение клетки предшествовало возникновению белков и самореплицирующихся молекул. С притоком горячей воды в ячейки попадают ионы аммония (NH4+) и монооксид углерода (CO), и сульфид железа выступает в роли одного из катализаторов синтеза органических веществ из неорганики. Простые соединения концентрировались в "камерах" из сульфида железа, что могло привести к возникновению сложных молекул - белков и нуклеиновых кислот.

Мартин и Рассел предположили, что живые организмы покинули каменные ячейки, когда научились  сами строить клеточную стенку. Поэтому  они выдвинули довольно спорное  предположение о том, что жизнь  на Земле возникала дважды. Об этом, по их мнению, свидетельствует большая  разница в строении клеточной  стенки у двух основных царств примитивных прокариот - бактерий и архебактерий.

 

 

 

 

 

Рис.4.Каменная порода

15

4. Концепция происхождения жизни из газов.

Ученые Британии выдвинули  новую версию, согласно которой первые клетки на нашей планете зародились из газов, а свою энергию они получили благодаря химической реакции из гидротермальных источников, находящихся  на дне океана.

Подтверждением новой  теории служит то, что размер и ориентация протонного градиента современных  живых клеток такой же, как и  у неорганических пузырьков, находящихся  в глубоководных источниках. Основное то, что эта гипотеза помогает заполнить  пробел в предыдущей версии, который  заключается в том, что отсутствовала  внешняя энергия, побудившая создать  протоклетки.

В качестве этой внешней  энергии ученые предлагают рассмотреть  хемиосмос. То есть, сначала ранние клетки использовали энергию химической реакции, а потом уже смогли научиться производить и собственную.

 

 

 

 

 

 

 

 

                Рис.5.Газы, выходящие из дна океана

 

 

 

16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, я изучила  основные теории возникновения жизни  на Земле, а так же ряд новейших теорий. Каждая гипотеза имеет свои положительные стороны, так же как  и отрицательные. Именно поэтому  ученые не могут прийти к выводу, какая из всех существующих сейчас гипотез является истинной. Я же склоняюсь к мнению, что среди  современных людей самой актуальной и ясной является теория биохимической  эволюции. За ней следует теория креационизма.

Подводя итоги, можно сказать, что проблема определения происхождения  жизни вряд ли будет решена в скором времени и будет оставаться актуальной еще многие годы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Выдвинута новая теория рождения жизни на Земле/http://2012over.ru/vidvinuta-novaja-teorija-rozhdenija-zhizni-na-zemle.html/

Новая теория происхождения  жизни на Земле/http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1193200/

Теории происхождения  жизни/http://evoluts.ru/index.php/2009-11-28-09-04-37.html/

Естественнонаучные модели происхождения жизни/http://revolution.allbest.ru/biology/00071126_0.html/

Проблема возникновения  жизни на земле и варианты ее решения/http://www.ref.by/refs/90/21072/1.html/

Гипотезы возникновения  жизни на Земле/http://www.poluchi5.ru/000730-1.html/

Гипотезы  о происхождении жизни на Земле/http://www.medbiol.ru/medbiol/microbiol/000d76bb.htm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18