Концепции возникновения и развития жизни на Земле

В начальный период формирования Земли воды, пропитывающие земной грунт, непрерывно перемещали растворенные в них вещества из мест их образования в места накопления. Там формировались пробионты – системы органических веществ, способных взаимодействовать с окружающей средой, т. е. расти и развиваться за счет поглощения из окружающей среды разнообразных богатых энергией веществ.

Здесь уже возможен примитивный  «отбор», ведущий к постепенному усложнению и упорядоченности как  обеспечивающий преимущество в выживании. Механизм отбора действовал на самых ранних стадиях зарождения органических веществ – из множества образующихся веществ сохранялись устойчивые к дальнейшему усложнению.

Затем образуются микросферы – шаровидные тела, возникающие  при растворении и конденсации абиогенной полученных белковоподобных веществ.

В подтверждение возможности  абиогенного синтеза были проведены  следующие опыты. Воздействуя смесь  газов электрическими зарядами, имитирующими молнию, и ультрафиолетовым излучением, ученые получали сложные органические вещества, входящие в состав живых белков. Органические соединения, играющие большую роль в обмене веществ, были искусственно получены при облучении водных растворов углекислоты.

Американский ученый С. Миллер в 1953 году синтезировал ряд  аминокислот при пропускании  электрического заряда через смесь газов, предположительно составляющих земную атмосферу. Были синтезированы и простые нуклеиновые кислоты. Этими экспериментами было доказано, что абиогенное образование органических соединений во Вселенной могло происходить в результате воздействия тепловой энергии, ионизирующего и ультрафиолетового излучений и электрических разрядов. Первичным источником этих форм энергии служат термоядерные процессы, протекающие в недрах Земли. Как показывает синергетика, энергия имела для возникновения жизни не меньшее значения, чем вещество. Разумно предположить, считает И. Пригожин, что некоторые из первых стадий эволюции к жизни были связаны с возникновением механизмов, способных поглощать и трансформировать химическую энергию, как бы выталкивая систему в сильнонеравновесные условия. Итак, в образовании органических соединений большую роль играло не только вещество космического пространства, но и энергия звезд.

Начало жизни  на Земле

 

Начало жизни на Земле  – появление нуклеиновых кислот, способных к воспроизводству белков. Переход от сложных органических веществ к простым живым организмам пока неясен. Теория биохимической эволюции предлагает лишь общую схему. В соответствии с ней на границе между коацерватами – сгустками органических веществ – могли выстраиваться молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей коацерватам стабильность. В результате включения в коацерват молекулы, способной к самовоспроизведению, могла возникнуть примитивная клетка, способная к росту. Самое трудное для этой гипотезы – объяснить способность живых систем к самовоспроизведению, т. е. сам переход от сложных неживых систем к простым живым организмам.

Несомненно, в модели происхождения жизни будут включаться новые знания, и они будут все более обоснованными. Но повторимся, что чем более качественно новое отличается от старого, тем труднее объяснить его возникновение. Так или иначе, следующим шагом в организации живого должно было быть образования мембран, которые отграничивали смеси органических веществ от окружающей среды. С их появлением и получается клетка – «единица жизни», главное структурное отличие живого от неживого.

Все основные процессы, определяющие поведение живого организма, протекают  в клетках. Тысячи химических реакций происходят одновременно для того, чтобы клетка могла получить необходимые питательные вещества, синтезировать специальные биомолекулы и удалить отходы. Огромное значение для биологических процессов в клетке имеют ферменты. Они обладают часто высокой специализированностью и могут влиять только на одну реакцию. Принцип их действия в том, что молекулы других веществ, стремятся присоединиться к активным участкам молекулы фермента. Тем самым повышается вероятность их столкновения, а, следовательно, скорость химической реакции. Синтез белка осуществляется в цитоплазме клетки. Почти в каждой из клеток человека синтезируется свыше 10000 разных белков.

Эволюция форм жизни

 

Клетки без ядра, но имеющие нити ДНК, напоминают нынешние бактерии и сине-зеленые водоросли. Возраст таких самых древних организмов около 3 млрд. лет. Их свойства: 1) подвижность; 2) питание и способность записать пищу и энергию; 3) защита от нежелательных воздействий; 4) размножение; 5) раздражительность; 6) приспособление к изменяющимся внешним условиям; 7) способность к росту.

На следующем этапе (приблизительно 2 млрд. лет тому назад) в клетке появляется ядро. Одноклеточные  организмы с ядром называются простейшими. Их 25-30 тыс. видов. Самые  простые из них – амебы. Инфузории  имеют еще и реснички. Ядро простейших окружено двухмембранной оболочкой с порами и содержит хромосомы и нуклеоли. Ископаемые простейшие – радиолярии и фораминиферы – основные части осадочных горных пород. Многие простейшие обладают сложным двигательным аппаратом.

Примерно 1 млрд. лет тому назад появились первые многоклеточные организмы, и произошел выбор  растительного или животного  образа жизни. Первый важный результат  растительной деятельности – фотосинтез – создание органического вещества из углекислоты и воды при использовании солнечной энергии, улавливаемой хлорофиллом. Продукт фотосинтеза – кислород в атмосфере.

Возникновение и распространение  растительности привело к коренному  изменению состава атмосферы, первоначально  имевшей очень мало свободного кислорода. Растения, ассимилирующие углерод из углекислого газа, создали атмосферу, содержащую свободный кислород, который не только активный химический агент, но и источник озона, преградившего путь коротким ультрафиолетовым лучам к поверхности Земли.

Веками накапливавшиеся остатки растений образовали в земной коре грандиозные энергетические запасы органических соединений (уголь, торф), а развитие жизни в Мировом океане привело к созданию осадочных горных пород, состоящих из скелетов и других остатков морских организмов.

К важным свойствам живых  систем относятся:

1. компактность. В 5х10-15гр. ДНК, содержащейся в оплодотворенной  яйцеклетке кита, заключена информация  для подавляющего большинства  признаков животного, которое  весит 5х10 7гр. (масса возрастает  на 22 порядка).

2. Способность создавать  порядок из хаотического теплового  движения молекул и тем самым  противодействовать возрастанию  энтропии. Живое потребляет отрицательную  энтропию и работает против  теплового равновесия, увеличивая, однако, энтропию окружающей среды. Чем более сложно устроено живое вещество, тем более в нем скрытой энергии и энтропии.

3. Обмен с окружающей  средой веществом, энергией и  информацией. Живое способно ассимилировать полученные извне вещества, т. е. перестраивать их, уподобляя собственным материальным структурам и за счет этого многократно воспроизводить их.

4. В метаболических  функциях большую роль играют  петли обратной связи, образующиеся  при автокаталитических реакциях. «В то время как в неорганическом  мире обратная связь между  «следствиями» (конечными продуктами) нелинейных реакций, породившими их «причинами» встречается сравнительно редко, в живых системах обратная связь (как установлено молекулярной биологией), напротив, является скорее правилом, чем исключением» (Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. – С.209).

5. Жизнь качественно  превосходит другие формы существования  материи в плане многообразия  и сложности химических компонентов и динамики, протекающая в живом превращений. Живые системы характеризуются гораздо более высоким уровнем упорядоченности и асимметрии в пространстве и времени. Структурная компактность и энергетическая экономичность живого – результат высочайшей упорядоченности на молекулярном уровне.

6. В самоорганизации  неживых систем молекулы просты, а механизмы реакций сложны; в самоорганизации живых систем, напротив, схемы реакций просты, а молекулы сложны.

7. У живых систем  есть прошлое, у неживых его  нет. «Целостные структуры атомной  физики состоит из определенного  числа элементарных ячеек, атомного  ядра и электронов и не обнаруживают никакого изменения во времени, разве что испытывают нарушение извне. В случае такого внешнего нарушения они, правда, как-то реагируют на него, но если нарушение было не слишком большим, они по прекращению его снова возвращаются в исходное положение. Но организмы – не статические образования. «Древнее сравнение живого существа с пламенем, говорит о том, что живые организмы, подобно пламени, представляют собой такую форму, через которую материя в известном смысле проходит как поток» (Гейзенберг В. Цит. Соч.-С. 233).

8. Жизнь организма зависит от двух факторов – наследственности, определяемой генетическим аппаратом, и изменчивости, зависящей от условий окружающей среды и реакции на них индивида. Интересно , что сейчас жизнь на Земле не могла бы возникнуть из-за кислородной атмосферы и противодействия других организмов. Раз зародившись, жизнь находится в процессе постоянной эволюции.

9. Способность к избыточному  самовоспроизводству. «Прогрессия  размножения, столь высокая, что  она ведет к борьбе за жизнь и ее последствию – естественному отбору» (Дарвин Ч. Соч. Т. З.-М-Л., 1939.-С 666). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Горелов А.А Концепции современного естествознания. –М. Центр – 1997
2. Рукавин Г.И. Концепции современного естествознания. –М. ЮНИТИ – 1997
3. Поннамперума С. «Происхождение жизни», М., Мир, 1999 г.