Проблема происхождения жизни с точки зрения современной физики

Происхождение жизни на Земле является одной из важнейших проблем естествознания. Еще в глубокой древности люди задавали себе вопросы, откуда произошла живая природа, как появилась жизнь на Земле, где грань перехода от неживого к жизни и пр. На протяжении десятков веков менялись взгляды на проблему жизни, высказывались разные идеи, гипотезы и концепции. Этот вопрос волнует человечество и по настоящее время.

Некоторые идеи и гипотезы о происхождении жизни получили широкое распространение в разные периоды истории развития естествознания. В настоящее время существует пять гипотез возникновения жизни:

Креационизм – гипотеза, утверждающая, что жизнь создана сверхъестественным существом в результате акта творения, то есть Богом.

Гипотеза стационарного состояния, согласно которой жизнь существовала всегда.

Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни, которая основывается на идее многократного возникновения жизни из неживого вещества.

Гипотеза панспермии, согласно которой жизнь была занесена на Землю из космического пространства.

Гипотеза исторического происхождения жизни путем биохимической эволюции.

Согласно креационистской гипотезе, которая имеет самую длинную историю, создание жизни есть акт божественного творения. Свидетельством этому является наличие в живых организмах особой силы, «души», управляющей всеми жизненными процессами. Гипотеза креационизма навеяна религиозными воззрениями и к науке отношения не имеет.

Согласно гипотезе стационарного состояния, жизнь никогда не возникала, а существовала вечно вместе с Землей, отличаясь большим разнообразием живого. С изменением условий жизни на Земле происходило и изменение видов: одни исчезали, другие появлялись. Эта гипотеза основывается в основном на исследованиях палеонтологии. По своей сущности эта гипотеза не относится к концепциям возникновения жизни, поскольку вопрос о происхождении жизни она принципиально не затрагивает.

Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни была выдвинута в древнем Китае и Индии как альтернатива креационизму. Представления этой гипотезы поддерживали мыслители Древней Греции (Платон, Аристотель), а также ученые периода Нового времени (Галилей, Декарт, Ламарк). Согласно этой гипотезе, живые организмы (низшие) могут появиться путем саморождения из неживого вещества, содержащего некое «активное начало». Так, например, по Аристотелю, насекомые и лягушки при определенных условиях могут заводиться в иле, сырой почве; черви и водоросли в стоячей воде, а вот личинки мух – в протухшем мясе при его гниении.

Однако уже с начала XVII в. такое понимание происхождения жизни стало подвергаться сомнению. Ощутимый удар по этой гипотезе нанес итальянский естествоиспытатель и врач Ф. Реди (1626–1698), который в 1688 г. раскрыл сущность появления жизни в гниющем мясе. Ф. Реди сформулировал свой принцип: «Все живое – от живого» и стал основоположником концепции биогенеза, утверждавшей, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни.

Французский микробиолог Л. Пастер (1822–1895) своими опытами с вирусами окончательно доказал несостоятельность идеи спонтанного самозарождения жизни. Однако, опровергнув эту гипотезу, он не предложил свою, не пролил свет на вопрос о возникновении жизни.

Тем не менее опыты Л. Пастера имели большое значение в получении богатого эмпирического материала в области микробиологии его времени.

Гипотеза панспермии – о неземном происхождении жизни путем занесения «зародышей жизни» из космоса на Землю – впервые была высказана немецким биологом и врачом Г. Рихтером в конце XIX в. Концепция панспермии (от греч. pan – весь, sperma – семя) допускает возможность происхождения жизни в разное время в разных частях Вселенной и переноса ее различными путями на Землю (метеориты, астероиды, космическая пыль).

Действительно, в настоящее время получены некоторые данные, указывающие на возможность образования органических веществ химическим путем в условиях космоса. Так, в 1975 г. предшественники аминокислот были найдены в лунном грунте. В межзвездных облаках обнаружены простейшие соединения углерода, в том числе и близкие к аминокислотам. В составе метеоритов найдены альдегиды, вода, спирты, синильная кислота и т. д.

Концепцию панспермии разделяли крупнейшие ученые конца XIX – начала XX в.: немецкий химик и агроном Ю. Либих, английский физик У. Томсон, немецкий естествоиспытатель Г. Гельмгольц, шведский физико-химик С. Аррениус. С. Аррениус в 1907 г. в своих трудах даже описывал, как с других планет в космическое пространство уходят с пылинками и живые споры организмов. Носясь в бескрайних просторах космоса под действием давления звездного света, они попадали на планеты и там, где были благоприятные условия (в том числе на Земле) начинали новую жизнь. Идеи панспермии поддерживали и некоторые русские ученые: геофизик П. Лазарев, биолог Л. Берг, биолог-почвовед С. Костычев.

Существует идея о возникновении жизни на Земле почти с момента ее образования. Как известно, Земля образовалась около 5 млрд лет назад. Значит, жизнь могла зародиться во время образования Солнечной системы, то есть в космосе. Поскольку длительность эволюции Земли и жизни на ней разнится незначительно, то существует версия, что жизнь на Земле – это продолжение вечного ее существования. Эта позиция близка к теории вечного существования жизни во Вселенной. В масштабе глобального эволюционного процесса можно полагать, что возникновение жизни на Земле может, по-видимому, совпадать с образованием и существованием материи. Академик В. Вернадский разделял идею вечности жизни не в контексте ее перераспределения в космосе, а в смысле неразрывности и взаимосвязанности материи и жизни. Он писал, что «жизнь и материя неразрывны, взаимосвязаны и между ними нет временной последовательности». На эту же мысль указывает и русский биолог и генетик Тимофеев-Ресовский (19001982). В своем кратком очерке теории эволюции (1977 г.) он остроумно заметил: «Мы все такие материалисты, что нас всех безумно волнует, как возникла жизнь. При этом нас почти не волнует, как возникла материя. Тут все просто. Материя вечна, она ведь всегда была, и ненужно никаких вопросов. Всегда была. А вот жизнь, видите ли, обязательно должна возникнуть. А может быть, она тоже была всегда. И не надо вопросов, просто всегда была, и все».

Для обоснования панспермии в научно-популярной литературе приводятся «факты» о неопознанных летающих объектах, прилете инопланетян на Землю, наскальные топологические рисунки.

Однако серьезных доказательств эта концепция не имеет, а многие доводы выступают против нее. Известно, что диапазон жизненных условий для существования живого довольно узок. Поэтому вряд ли живые организмы выжили бы в космосе под действием ультрафиолетовых лучей, рентгеновского и космического излучения. Но и не исключается возможность занесения отдельных предпосылочных факторов жизни на нашу планету из космоса. Следует отметить, что это принципиального значения не имеет, поскольку концепция панспермии в корне не решает проблемы происхождения жизни, а лишь переносит ее за пределы Земли, не раскрывая самого механизма ее образования.

Таким образом, ни одна из перечисленных четырех гипотез до настоящего времени не подтверждена надежными экспериментальными исследованиями.

Наиболее доказательно с точки зрения современной науки выглядит пятая гипотеза – гипотеза происхождения жизни в историческом прошлом в результате биохимической эволюции. Ее авторами являются отечественный биохимик академик А. Опарин (1923 г.) и английский физиолог С. Холдейн (1929 г.). Об этой гипотезе мы подробно будем говорить в следующем разделе.

Гипотеза происхождения жизни в историческом прошлом в результате биохимической эволюции А. И. Опарина

С точки зрения гипотезы А. Опарина, а также с позиций современной науки возникновение жизни из неживого вещества произошло в результате естественных процессов во Вселенной при длительной эволюции материи. Жизнь есть свойство материи, которое появилось на Земле в определенный момент ее истории. Это результат процессов, протекающих сначала многие миллиарды лет в масштабе Вселенной, а потом сотни миллионов лет на Земле.

А. Опарин выделил несколько этапов биохимической эволюции, конечной целью которых явилась примитивная живая клетка. Эволюция шла по схеме:

Геохимическая эволюция планеты Земля, синтез простейших соединений, таких как СО₂,1 ч[Н₃,Н₂0 и т. д., переход воды из парообразного состояния в жидкое в результате постепенного охлаждения Земли. Эволюция атмосферы и гидросферы.

Образование из неорганических соединений органических веществ – аминокислот – и их накопление в первичном океане в результате электромагнитного воздействия Солнца, космического излучения и электрических разрядов.

Постепенное усложнение органических соединений и образование белковых структур.

Выделение белковых структур из среды, образование водных комплексов и создание вокруг белков водной оболочки.

Слияние таких комплексов и образование коацерватов (от лат. coacervus– сгусток, куча, накопление), способных обмениваться веществом и энергией с окружающей средой.

Поглощение коацерватами металлов, что привело к образованию ферментов, ускоряющих биохимические процессы.

Образование гидрофобных липидных границ между коацерватами и внешней средой, что привело к образованию полупроницаемых мембран, что обеспечивало стабильность функционирования коацервата.

Выработка в ходе эволюции у этих образований процессов саморегуляции и самовоспроизведения.

Так, по гипотезе А. Опарина, появилась примитивная форма живого вещества. Такова, по его мнению, предбиологическая эволюция вещества.

Академик В. Вернадский возникновение жизни связывал с мощным скачком, прервавшим безжизненную эволюцию земной коры. Этот скачок (бифуркация) внес в эволюцию столько противоречий, что они создали условия для зарождения жизни.

Эта публикация цитируется в 38 научных статьях (всего в 39 статьях)

ОБЗОРЫ АКТУАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ

Проблема происхождения жизни и мышления с точки зрения современной физики

Аннотация: При попытках физического описания возникновения живых существ из неживой материи возникают трудности, связанные с оценками маловероятных событий. Показано, что эти трудности — результат предвзятого понимания слова «кодирует». Они снимаются, если принять, что в первичных организмах (гиперциклах) полинуклеотид не «кодировал», а катализировал образование белка. Рассмотрен реалистический сценарий такого процесса, включая возникновение единого кода. Обсуждается проблема мышления и образование соответствующего аппарата в эволюции. Для этой цели приведен анализ понятий: информация, ценная информация и генерация информации. Показано, что мышление в значительной мере сводится к распознаванию образа. Рассмотрен возможный молекулярный механизм процесса распознавания. Показано, что возникновение подобного механизма в эволюции вполне вероятно.

Полный текст: PDF файл (5669 kB)
Полный текст: http://www.ufn.ru/ru/articles/2000/2/c/
Список литературы: PDF файл HTML файл

Англоязычная версия:
Physics–Uspekhi, 2000, 43:2,

Реферативные базы данных:

Тип публикации: Статья
PACS: 87.10.+e, 87.15.-v , 87.90.+y , 89.70.+c
Поступила:

Образец цитирования: Д. С. Чернавский, “Проблема происхождения жизни и мышления с точки зрения современной физики”, УФН, 170:2 (2000), ; Phys. Usp., 43:2 (2000),

Проблемы возникновения жизни

Исследование жизни как совокупности явлений, происходящих в организмах, особой формы существования материи, с философской и научной точки зрения. Предпосылки возникновения и этапы развития жизни на планете, существующие в данной сфере теории и концепции.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проблемы возникновения жизни

Жизнь — это совокупность явлений, происходящих в организмах, особая форма существования материи.

Жизнь — это физиологическое существование человека, животного, всего живого.

Жизнь — это время такого существования от его возникновения до конца, а также в какой-нибудь его период.

Жизнь — это деятельность общества и человека в тех или иных её проявлениях.

Жизнь — это реальная действительность.

Жизнь — это оживление, проявление деятельности, энергии.

1.1 Жизнь с философской точки зрения

Философия жизни — общее обозрение чрезвычайно широкого спектра философских концепций, в большинстве случаев термин использовался теми или иными мыслителями не для характеристики своей философии в целом, а для прояснения отдельных ее аспектов.

Иногда «философами жизни» называли Сократа, французских моралистов и Гёте. Понятие осталось наиболее популярным в немецкоязычной англо- и франкоязычной культуре и использовалось оно, как интерпретация с биологической позиции.

Большее внимание уделялось проблеме человека, попытки рассмотреть его в «целостности» и во всем многообразии его душевных сил и выделить отдельные аспекты его природы в качестве основных.

Понятие «человек», или «жизнь», становится одним из ключевых. К философии жизни в широком смысле относят Ницше, Дильтея, Бергсона, Шпенглера, Зиммеля, Клагеса, Шпрангера и др. Философию жизни в узком смысле представляют и Дильтей, и основывающаяся на его философии школа. Работа Риккерта «Философия жизни» объединяет все разнородные философии в одно «течение», в которой автор пытается опровергнуть идеи, приобретающие необычайную популярность в первых десятилетиях 20 в., и показать, что они являются симптомом общего кризиса философии.

На рубеже 18-19 вв. философия жизни является синонимом «философии практической жизни» в качестве реакции на рационалистическую философию Канта, Вольфа и их школы с ее разделением на теоретическую и практическую философию. В последние десятилетия 18 в. сформировалось философское направление, впервые ставшее употреблять этот термин. Эта «практическая философия» должна была быть нацелена на распространение этических и прагматических принципов поведения, быть обращена не к «специалисту», но к тому, кто находится в реальной жизни. В этом же смысле о философии жизни говорили и философы эпохи Просвещения. Развитие прагматически ориентированной философии жизни подготавливается пробуждением интереса к педагогическим проблемам (под влиянием Руссо), переплетение педагогики и психологии.

К середине 19 в. философия жизни достаточно часто используется для обозначения философских дисциплин об органических и биологических процессах жизни, а также в качестве общего понятия для различных биологических теорий жизни, Ницше выступает против органицистского понимания. Именно на этом понимании жизни как «присвоения, повреждения, преодоления и подавления чуждого, более слабого» основывается одна из ключевых для Ницше идей — «воля к власти».

К концу 19 в. становится заметной тенденция, направленная на преодоление рационалистического дуализма между субъектом и объектом (Бергсон, Дильтей). Полагают, что в феноменах внутренней жизни, ее психических и исторически-культурных проявлениях (Дильтей) невозможно найти точку опоры для новой философии.

В начале 20 в. наиболее крупными представителями философии жизни являются Зиммель, Шелер и Шпенглер. Зиммель полагает, что интеллект «разрывает материал» жизни и вещей, превращая его в инструменты, системы и понятия. В философии жизни Шпенглера соединяются отдельные элементы философии Дильтея, однако отвергается метод описания.

В 20 в. идеи философии жизни развивались мыслителями, опирающимися на Дильтея. Между тем отдельные представители философии жизни (Литт, Шпрангер, Клагес) зачастую упрекаются в чрезмерной акцептации иррационального аспекта философии жизни.

1.2 Жизнь с научной точки зрения

Никто точно не знает, когда именно возникла первая живая клетка. Возраст самых ранних следов жизни (остатков бактерий), найденных в древних отложениях земной коры, — около 3,5 млрд. лет. Допустим, что возраст жизни на нашей планете — 3 млрд. 600 млн. лет.

Самая древняя эпоха развития жизни — докембрийская — длилась невероятно долго: свыше 3 млрд. лет. Или, по нашей шкале, с начала суток до 8 часов вечера.

Мы уже рассказали об условиях, в которых жили первые живые организмы. Пищей им служил «первичный бульон» окружающего океана или их менее удачливые собратья. Постепенно, однако, в течение миллионов лет этот бульон становился всё более «разбавленным», и, наконец, запасы питательных веществ исчерпались.

Развитие жизни зашло в тупик. Но эволюция благополучно нашла из него выход. Появились первые организмы (бактерии), способные с помощью солнечного света превращать неорганические вещества в органические. (О том, как это происходит, рассказано в статье «Фотосинтез»). Чтобы строить свои организмы, всему живому требуется, в частности, водород. Зелёные растения получают его, расщепляя воду и выделяя кислород. Но бактерии этого делать ещё не умеют. Они разлагают не воду, а сероводород, что гораздо проще. При этом выделяется не кислород, а сера. (Поэтому на поверхности некоторых болот можно встретить плёнку из серы.)

Так и поступали древние бактерии. Но количество сероводорода на Земле было довольно ограничено. Наступил новый кризис в развитии жизни.

Выход из него «нашли» сине-зелёные водоросли. Они научились расщеплять воду. Молекула воды — непростой «орешек», не так-то легко «растащить» водород и кислород. Это в 7 раз труднее, чем расщепить сероводород. Можно сказать, что сине-зелёные водоросли совершили настоящий подвиг. Это произошло 2 млрд. 300 млн. лет назад (по нашей шкале — около 9 часов утра).

Теперь в качестве побочного продукта в атмосферу начал выделяться кислород. Накопление кислорода представляло серьёзную угрозу для жизни. Начиная с 11 часов утра новое самозарождение жизни на Земле стало невозможным — содержание кислорода достигло 1% от современного. А перед живыми организмами встала новая проблема — как бороться с возрастающим количеством этого агрессивного вещества. Но эволюция сумела преодолеть и это испытание, одержав новую блестящую победу. Около 11 часов утра на Земле появился первый организм, вдохнувший кислород. Так возникло дыхание.

До этого момента живые организмы жили в океане, укрываясь в водной толще от губительных для всего живого потоков солнечного ультрафиолета. Теперь благодаря кислороду в верхних слоях атмосферы возник слой озона, смягчивший излучение. Под защитой озона жизнь смогла выйти на сушу.

Американский писатель-фантаст Клиффорд Саймак в повести «Кто там в толще скал?» так описывает воображаемое путешествие своего героя во времени — в докембрий: «Дышать было трудно. Кислорода ещё хватало, хоть и с грехом пополам, — из-за этого он и дышал гораздо чаще обычного. Отступи он в прошлое ещё на миллион лет — кислорода перестало бы хватать. А отступи ещё немного дальше — и свободного кислорода не оказалось бы совсем.

Всмотревшись в береговую кромку, он приметил, что она населена множеством крохотных созданий, снующих туда-сюда, копошащихся в пенном прибрежном соре или сверлящих булавочные норки в грязи. Он опустил руку и слегка поскрёб камень, на котором сидел. На камне проступало зеленоватое пятно — оно тут же отделилось и прилипло к ладони толстой плёнкой, склизкой на ощупь.

Значит, перед ним была первая жизнь, осмелившаяся выбраться на сушу, — существа, не готовые, да и не способные оторваться от подола ласковой матери-воды, которая бессменно пестовала жизнь с самого её начала.

Здесь происходило многое, что даст себя знать в грядущем, но происходило тайно, исподволь. Снующие козявки и осклизлый налёт на скалах — отважные в своём неразумии предвестники далёких дней — внушали почтение…»

В течение докембрия природа сделала ещё целый ряд замечательных «изобретений». Около 2 часов дня (по нашей шкале) клетки получили ядро. Примерно тогда же возникло половое размножение, резко ускорившее темпы эволюции. Появились первые многоклеточные существа. К концу докембрия (как мы помним, это 8 часов вечера) земные моря населяли разнообразные животные: медузы, плоские черви, губки, полипы. Все они были мягкотелыми, лишёнными скелета. Возникновение у животных скелета — раковин, панцирей и т.д. — обозначило начало новой геологической эры.

Палеозойская эра, начавшаяся 570 млн. лет назад, длилась 340 млн. лет. (То есть, по нашей шкале, с начала девятого вечера до половины одиннадцатого.) Учёные делят её на шесть периодов.

Самый ранний из них — кембрий (он продолжался 70 млн. лет). Как мы уже сказали, в этот период у самых разнообразных животных начинает развиваться скелет, будь то раковина, панцирь или просто колючие шипики. Видимо, мягкотелость становится к этому моменту слишком небезопасной.

Творчество природы, создающей новые формы жизни, в кембрии необычайно плодотворно и разнообразно: почти все типы животного царства получают своих первых представителей. Хордо-вых, например, представляют существа, похожие на современного ланцетника. Пропуская воду через жаберные щели, они таким образом процеживают из ила съедобные частички.

Как ни трудно нам представить моря без рыб, но в морях кембрия их ещё не было. Моря были густо заселены знаменитыми трилобитами — вымершими предками пауков, скорпионов и клещей.

За кембрием следует ордовик (он длился 60 млн. лет). В море по-прежнему процветают трилобиты. Появляются первые круглоротые — родичи современных миног и миксин. Челюстей у них ещё нет, но строение рта позволяет хватать живую добычу, что, конечно, гораздо выгоднее бесконечного процеживания ила.

В следующем периоде — силуре (30 млн. лет) на сушу выходят первые растения (псилофиты), покрывая берега зелёным ковром высотой до 25 см. Вслед за ними на сушу начинают переселяться животные, приучаясь дышать атмосферным воздухом, — многоножки, черви, пауки и скорпионы.

В морях трилобитов уже теснят гигантские ракоскорпионы, длина которых порой превышает 2 м. У позвоночных появляется новый, неизвестный прежде орган — челюсти, развившиеся из безобидных жаберных щелей бесчерепных (например, ланцетника). Чтобы добыча не ускользнула из этих челюстей, рыбы приобретают одновременно парные плавники, увеличивающие манёвренность.

Следующий период — девон (60 млн. лет). Сушу заселяют плауны, папоротники, хвощи, мхи. В их зарослях уже живут первые насекомые.

Выбираются на сушу и позвоночные. Как и почему это происходит? Климат в девоне был сухой, температура в течение года резко изменялась. Многие водоёмы пересыхали. Некоторые рыбы стали на время засухи зарываться в ил. Для этого нужно было уметь дышать атмосферным воздухом. Но особенно многообещающей для дальнейшей эволюции оказалась группа кистепёрых рыб. Помимо лёгочного дыхания они имели подвижные мускулистые плавники, похожие на лапы. С их помощью они ползали по дну. Чтобы не погибнуть в пересохшем водоёме, кистепёрые рыбы отправлялись в сухопутные странствия в поисках воды. При этом они путешествовали на довольно большие расстояния. Естественно, выживали те, которые лучше могли двигаться по суше. Правда, слабых лёгких для дыхания было недостаточно. Как ещё дышать, если жабры на суше не годятся? Только через кожу. Поэтому рыбья чешуя уступила место гладкой влажной коже.

Так в девоне кистепёрые рыбы постепенно покинули родную стихию и дали начало первым земноводным — стегоцефалам (панцирноголовым).

Вслед за девоном наступил карбон, или каменноугольный период (65 млн. лет). Впервые огромные пространства суши покрылись болотистыми лесами из древовидных папоротников, хвощей и плаунов.

Глядя на современные небольшие плауны, трудно поверить, что их предки (например, чешуедрев, или лепидодендрон) достигали 40 м в высоту и 6 м в обхвате.

Из падавших в воду и постепенно превращавшихся в уголь стволов образовались залежи каменного угля. Самый ценный уголь (антрацит) получился из скоплений множества спор, которые роняли в воду деревья того времени.

Сжигая в печке каменный уголь, мы чувствуем тепло солнечных лучей, падавших на Землю без малого треть миллиарда лет назад. Под ними грелись наши далёкие предки — земноводные, царствовавшие в карбоне.

Впервые жизнь, освоившая воду и сушу, сделала шаг и в третью стихию — воздух. Первыми и единственными, кто поднялся в воздух в лесах каменноугольного периода, были насекомые. Порой они вырастали до невероятных размеров. Размах крыльев некоторых стрекоз достигал 70 см. А в зарослях помимо пауков и скорпионов стали встречаться, например, тараканы (размером иногда с морскую свинку).

Жизнь сумела окончательно оторваться от породившей её водной стихии. Почти одновременно это удалось рептилиям и семенным папоротникам, предкам хвойных. У растений появились семена вместо спор, у яиц рептилий — скорлупа. Зародыши в семени и яйце были защищены оболочками, обеспечены пищей. Из яиц рептилий вылуплялся уже не беспомощный головастик, а уменьшенная копия родителя.

Рептилиям уже не нужна была голая кожа для дыхания — вполне хватало лёгких. Они «заковались обратно в панцирь» из чешуи или роговых щитков.

Последний период эры древней жизни — пермь, или пермский период (55 млн. лет). Климат стал холоднее и суше. Влажные леса из папоротников и плаунов исчезли. Вместо них появились и широко разрослись хвойные.

Земноводных всё больше теснили рептилии, шедшие к своему господству на планете.

Мезозойская эра наступила 230 млн. лет назад и длилась 163 млн. лет. (То есть с половины одиннадцатого вечера до половины двенадцатого по нашей шкале.) Она делится на 3 периода: триас (35 млн. лет), юру, или юрский период (58 млн. лет), и мел, или меловой период (70 млн. лет).

В морях ещё в пермский период окончательно вымерли трилобиты. Но это не было закатом морских беспозвоночных. Напротив: на смену каждой вымершей форме приходило несколько новых. В течение мезозойской эры океаны Земли изобиловали моллюсками: белемнитами, похожими на кальмаров (их ископаемые раковины зовут «чёртовыми пальцами»), и аммонитами. Раковины некоторых аммонитов достигали 3 м в диаметре. Ни у кого больше на нашей планете, ни до того, ни позднее, не было таких колоссальных раковин!

В лесах мезозоя господствовали хвойные, похожие на современные сосны и кипарисы, а также саговники. Мы привыкли видеть насекомых, вьющихся над цветами. Но такое зрелище стало возможным лишь с середины мезозоя, когда на Земле расцвёл первый цветок. К меловому периоду цветковые растения уже начали теснить хвойные и саговники.

Мезозой, особенно юру, можно назвать царством рептилий (о гигантских рептилиях юры рассказано в статье «Динозавры»). Но ещё в самом начале мезозоя, когда рептилии только шли к своему господству, рядом с ними появились мелкие, покрытые шерстью теплокровные животные — млекопитающие. Долгие 100 миллионов лет они жили рядом с динозаврами, почти незаметные на их фоне, терпеливо дожидаясь своего часа.

В юре у динозавров появились и другие теплокровные соперники — первоптицы (археоптериксы). Они имели ещё очень много общего с рептилиями: например, челюсти, усеянные острыми зубами. В меловом периоде от них произошли и настоящие птицы.

В конце мелового периода климат на Земле стал холоднее. Природа уже не могла прокормить животных, весивших более десяти килограммов. (Правда, есть научные теории, иначе объясняющие вымирание динозавров.) Началось массовое вымирание (растянувшееся, однако, на миллионы лет) гигантов-динозавров. Теперь освободившееся место могли занять звери и птицы.

Кайнозойская эра, начавшаяся «за полчаса до полуночи» (67 млн. лет назад), стала царством птиц, млекопитающих, насекомых и цветковых растений. Она продолжается и сейчас.

Учёные разделяют её на 3 периода: палеоген, неоген и антропоген. Последний из этих периодов, в котором появляется человек, начался около 2 млн. лет назад (по нашему счёту — 50 секунд назад). А время существования всей человеческой цивилизации (если считать её возрастом 10 тыс. лет) на нашей шкале — всего «четверть секунды»!

2.1 Предпосылки возникновения жизни

В астрономии считается, что Земля и другие планеты Солнечной системы образовались из газово-пылевого облака около 4,5 миллиардов лет тому назад. Такая газово-пылевая материя встречается в межзвёздном пространстве и в настоящее время. Водород — преобладающий элемент Вселенной. Путём реакции ядерного синтеза из него возникает гелий, из которого, в свою очередь, образуется углерод. Ядерные процессы внутри облака продолжались длительное время (сотни миллионов лет). Ядра гелия объединялись с ядрами углерода и формировали ядра кислорода, затем неона, магния, серы и т.д.

Таким образом, под действием высоких температур и гравитационного сжатия, обусловленного вращением облака вокруг своей оси, возникают различные химические элементы, составляющие основную массу звёзд, планет и их атмосферы. Образование химических элементов при возникновении звездных систем, в том числе и таких, как наша Солнечная система, — закономерное явление в эволюции материи. Однако для её дальнейшего развития на пути к возникновению жизни необходимы были некоторые космические и планетарные условия. Одно из таких условий — размеры планеты. Масса ее не должна была быть слишком большой, так как энергия атомного распада природных радиоактивных веществ может привести к перегреванию планеты или, что еще более важно, к радиоактивному загрязнению среды, несовместимому с жизнью. Маленькие планеты не способны удерживать около себя атмосферу, потому что сила притяжения их невелика. Это обстоятельство исключает возможность развития жизни. Примером таких планет может служить спутница Земли — Луна.

Второе, не менее важное условие — движение планеты вокруг звезды по круговой или близкой к круговой орбите, позволяющее постоянно и равномерно получать необходимое количество энергии. Наконец, третье необходимое условие для развития материи и возникновения живых организмов — постоянная интенсивность излучения светила. Последнее условие также очень важно, потому что в противном случае поток лучистой энергии, поступающий на планету, не будет равномерным. Неравномерность потока энергии, приводя к резким колебаниям температуры, неизбежно препятствовала бы возникновению и развитию жизни, так как существование живых организмов возможно в пределах весьма жестких температурных рамок. Стоит вспомнить, что живые существа на 80-90% состоят из воды, причем не газообразной (пар) и не твердой (лед), а жидкой. Следовательно, температурные границы жизни определяются еще и жидким состоянием воды.

Всем этим условиям удовлетворяла наша планета — Земля. Итак, около 4,5 млрд. лет назад на Земле создались космические, планетарные и химические условия для развития материи в направлении возникновения жизни.

Существует несколько теорий происхождения жизни на Земле:

1. теория самопроизвольного (спонтанного) зарождения;

2. теория креационизма (или сотворения);

3. теория стационарного состояния;

4. теория панспермии;

5. теория биохимической эволюции (теория А.И. Опарина).

Теория самопроизвольного зарождения жизни широко распространялась в Древнем мире — Вавилоне, Китае, Древнем Египте и Древней Греции.

Ученые Древнего мира и средневековой Европы верили в то, что живые существа постоянно возникают из неживой материи. Данное утверждение проверили известный голландский ученый 17 в. Ван-Гельмонт, итальянский ученый Франческо Реди, известный итальянский ученый и врач Ладзаро Спаланцани.

Активизировались споры по поводу возможности самозарождения жизни в связи с открытием микроорганизмов. В связи с этим в 1859 г. французская Академия объявила о присуждении премии тому, кто окончательно решит вопрос о возможности или невозможности самозарождения жизни. Эту премию получил в 1862 г. знаменитый французский химик и микробиолог Луи Пастер. Благодаря работам Луи Пастера теория самозарождения была признана несостоятельной и в научном мире утвердилась теория биогенеза, краткая формулировка которой — «все живое — от живого».

Теория креационизма полагала, что все живые организмы были в определенный период времени сотворены неким сверхъестественным существом.

Теория креационизма и в настоящее время достаточно широко распространена. Обычно ее используют для объяснения наиболее сложных, не имеющих на сегодняшний день решения вопросов биохимической и биологической эволюции, связанных с возникновением белков и нуклеиновых кислот, формированием механизма взаимодействия между ними, возникновением и формированием отдельных сложных органелл или органов.

Теории стационарного состояния и панспермии представляют собой взаимодополняющие элементы единой картины мира, сущность которой заключается в следующем: вселенная существует вечно и в ней вечно существует жизнь (стационарное состояние). Жизнь переносится с планеты на планету путешествующими в космическом пространстве «семенами жизни», которые могут входить в состав комет и метеоритов (панспермия). Подобных взглядов на происхождение жизни придерживался, в частности, основоположник учения о биосфере академик В.И. Вернадский.

Теория стационарного состояния, предполагающая бесконечно долгое существование вселенной, не согласуется с данными современной астрофизики, согласно которым вселенная возникла сравнительно недавно (около 16 млрд лет т.н.) путем первичного взрыва.

Теории (панспермии и стационарного состояния) вообще не предлагают объяснения механизма первичного возникновения жизни, перенося его на другие планеты (панспермия) либо отодвигая по времени в бесконечность (теория стационарного состояния).

Из всех теорий происхождения жизни наиболее распространенной и признанной в научном мире является теория биохимической эволюции, предложенная в 1924 г. советским биохимиком академиком А.И.

Теория А.И. Опарина состоит в том, что биологической эволюции — т.е. появлению, развитию и усложнению различных форм живых организмов, предшествовала химическая эволюция — длительный период в истории Земли, связанный с появлением, усложнением и совершенствованием взаимодействия между элементарными единицами, «кирпичиками», из которых состоит все живое — органическими молекулами.

3. Проблемы возникновения жизни

жизнь планета философский

Проблема возникновения жизни на нашей планете встала перед человеком с той поры, как он начал познавать себя и окружающий мир. За многовековую историю человечества была выдвинута не одна гипотеза о путях возникновения жизни и о месте человека в системе живых существ. Однако только около ста лет назад, после создания Ч. Дарвином теории происхождения видов и особенно появления теории диалектического материализма, проблема происхождения жизни вошла в рамки рациональной науки.

Фундаментальные положения диалектического материализма о жизни как особой форме движения материи открыли методологические подходы к разрешению проблемы возникновения жизни.

В конце прошлого и начале нашего века в представлениях о происхождении жизни господствовало механистическое метафизическое направление, сторонники которого считали, что происхождение жизни может быть понято только в результате обнаружения в природе самозарождения. Наряду с такой точкой зрения широкое распространение имела теория панспермии С. Аррениуса (1895; лауреат Нобелевской премии, 1903) о заносе на Землю живых существ из космического пространства. При этом вопрос о первичном возникновении жизни на космических телах не затрагивался.

Особенно широкое хождение имели предположения о заносе зародышей живых организмов на Землю с метеоритами или с космической пылью. Однако все попытки обнаружить в метеоритах какие-либо признаки живого не увенчались успехом. Было убедительно показано, что ‘Обнаруживаемые в метеоритах микроорганизмы попадали туда при падении метеорита на Землю. В недавнее время американский исследователь Б. Наги (1962) и другие сообщили об обнаружении ими в углистых хондритах «оргей» остатков организмов, якобы обитавших в прошлом на метеоритном материале. Но вскоре было показано, что найденные структурированные образования фактически являются минеральными гранулами и лишь по виду напоминают биологические структуры.

Некоторые биологи в нашей стране длительное время также находились под влиянием взглядов С. Аррениуса. Так, В.И. Вернадский (1939), говоря о несостоятельности теории самозарождения, пришел к выводу, что жизнь должна была когда-то иметь другое начало, отличное от того, которое мы наблюдаем сейчас при зарождении живого организма из такого же живого. По его мнению, историю жизни следует искать не в геологической, а в космической истории Земли. Позже Вернадский уже не говорил о непреодолимой пропасти, разделяющей живую и неживую материю, а лишь отмечал их различный изотопный состав. В 1944 г. он писал: «В наше время этот вопрос едва ли мог так просто трактоваться, как это было возможно в прошлом столетии, когда вопрос об абиогенезе, казалось, был решен окончательно в отрицательном смысле после работ Л. Пастера…».

A. В. Немилов утверждал, что жизнь существовала во Вселенной и тогда, когда еще не было земного шара; он нацело исключал возможность возникновения жизни на Земле из неорганической материи, полагая, что она занесена на Землю с другого космического тела. Теорию панспермии разделяли также С.П. Костычев, П.П. Лазарев и другие.

B. И. Ленин в ряде философских произведений с позиций диалектического материализма обобщил важнейшие открытия естествознания того времени. Особо важное значение для решения проблемы происхождения жизни имело положение Ленина о важнейшей роли экспериментальных исследований в материалистической разработке нерешенных проблем естествознания.

Начало систематической разработке проблемы возникновения жизни на Земле было положено в 1924 г. в связи с выходом в свет книги «Происхождение жизни» А.И. Опарина.

Здесь он впервые в общих чертах попытался сформулировать естественнонаучную теорию возникновения жизни на Земле как результат длительного эволюционного развития материи. Диалектический принцип развития, положенный в основу философского анализа проблемы, позволил Опарину связать рассматриваемый вопрос с проблемой сущности жизни. Обобщив накопленный естествознанием фактический материал, он проследил в естественноисторическом аспекте образование и последующую эволюцию простейших структур, энергетических процессов и биохимических функций, которые могли иметь место на Земле в период возникновения и становления жизни. Как отмечал Дж. Бернал, эта теория легла в основу почти всех современных представлений о возникновении жизни.

В 1929 г. была опубликована статья Дж. Холдейна, в которой он также развивал эволюционные взгляды на проблему возникновения жизни. Но как позже отмечал сам автор, в его статье вряд ли можно было найти что-либо новое, чего бы не было в книге Опарина. В последующие годы теория Опарина в основных своих положениях получила полное подтверждение.

Как отметил Н. Горовиц (1957), огромное достоинство теории состоит в том, что большая ее часть может быть проверена или логически связана с поддающимися проверке предположениями. Именно это обстоятельство побуждало многих исследователей различных областей современного естествознания к экспериментальному воспроизведению описанных процессов, происходивших на разных этапах развития материи.

В качестве одного из возможных предшественников клетки большой интерес представляют микросферы, впервые полученные С. Фоксом и сотрудниками (1955). Фокс считает, что белок мог впервые образоваться на поверхности Земли близ областей с повышенной температурой, где смесь накопившихся аминокислот нагревалась, полимеризовалась, а затем вымывалась в океан. Р. Янгу (1964, 1970) удалось показать, что в процессе синтеза протеиноидов из аминокислот образуются гуанин, а также жирные кислоты. Это делает микросферы интересным объектом для изучения одного из возможных путей первичного образования клеток.

В XXI в. с целью прояснения проблемы возникновения жизни, исследователи проявляют повышенный интерес к двум объектам — к спутнику Юпитера, открытому еще в 1610 г. Г. Галилеем. Он находится на расстоянии от Земли, равном 671 000 км. Его диаметр составляет 3100 км. Он покрыт многокилометровым слоем льда. Однако под покровом льда находится океан, и в нем, возможно, сохранились простейшие формы древней жизни.

Другой объект — Восточное озеро, которое называют реликтовым водоемом. Находится оно в Антарктиде под четырехкилометровым слоем льда. Наши исследователи обнаружили его в результате глубоководного бурения. В настоящее время разрабатывается международная программа, ставящая своей целью проникнуть в воды этого озера, не нарушая его реликтовую чистоту. Возможно, что там существуют реликтовые организмы возрастом несколько миллионов лет.

Проявляется также большой интерес к обнаруженной на территории Румынии пещере, не имеющей доступа света. Когда же пробурили вход в эту пещеру, то обнаружили существование слепых живых организмов типа жучков, которые питаются микроорганизмами. Эти микроорганизмы используют для своего существования неорганические соединения, содержащие сероводород, поступающие изнутри дна этой пещеры. В эту пещеру не проникает свет, но там есть вода.

Особый интерес вызывают микроорганизмы, открытые в последнее время американскими учеными при исследовании одного из соленых озер.

Привлекают также большое внимание организмы, живущие в так называемых «черных курильщиках».

«Черные курильщики» — действующие на дне океанов многочисленные гидротермальные источники, приуроченные к осевым частям срединно-океанических хребтов. Из них в океаны под высоким давлением в 250 атм. поступает высокоминерализованная горячая вода (350°С). Их вклад в тепловой поток Земли составляет порядка 20%.

Гидротермальные океанические источники выносят растворенные элементы из океанической коры в океаны, изменяя кору и внося весьма значительный вклад в химический состав океанов. Совместно с циклом генерации океанической коры в океанических хребтах и ее рециклирования в мантию, гидротермальное изменение представляет двухэтапную систему переноса элементов между мантией и океанами. Рециклированная в мантию океаническая кора, видимо, ответственна за часть мантийных неоднородностей.

Гидротермальные источники в срединно-океанических хребтах — среда обитания необычных биологических сообществ, получающих энергию из разложения соединений гидротермальных флюидов (черный цвет струи).

Гидротермачьные источники вносят значительный вклад в тепловой баланс Земли. Под срединными хребтами мантия подходит наиболее близко к поверхности. Морская вода по трещинам проникает в океаническую кору на значительную глубину, вследствие теплопроводности нагревается мантийным теплом и концентрируется в магматических камерах.

Далее внутреннее давление перегретой воды в камерах приводит к выбросу высокоминерализованных струй («черных курильщиков») в толщу вод океана.

Глубокое изучение перечисленных выше «особых» объектов, несомненно, приведет ученых к более объективному пониманию проблемы происхождения жизни на нашей планете и образованию ее биосферы.

Однако следует указать, что к настоящему времени экспериментально получить жизнь не удается.

М.М. Камшилов выделил четыре основных этапа эволюции: 1) биохимическая эволюция, начавшаяся примерно 3 млрд. лет назад и закончившаяся к кембрию; 2) морфофизиологический прогресс, осуществляемый на протяжении 500 млн. лет до настоящего времени: 3) эволюция психики, начавшаяся около 250 млн. лет назад с момента появления насекомых; 4) эволюция сознания, связанная с возникновением и развитием человеческого общества на протяжении последних 500 тыс. лет. В этой связи он намечает и выделение этапов эволюции биосферы. Первый этап — возникновение биотического круговорота, означавшего формирование биосферы. Второй этап — усложнение жизни на планете, обусловленное появлением многоклеточных организмов. Третий этап — формирование человеческого общества, оказывающего своей хозяйственно-экономической деятельностью все большее влияние на эволюцию биосферы (ноосфера).

Попытки выделить основные этапы эволюции биосферы заслуживают внимания уже тем, что ставят эту проблему в качестве одной из важных задач современной эволюционной теории.

Жизнь представляет собой особую форму существования и движения материи с двумя характерными признаками: самовоспроизведением и регулируемым обменом веществ с окружающей средой. Все современные гипотезы происхождения жизни и попытки ее моделирования «в пробирке» исходят из этих двух фундаментальных свойств живой материи. Экспериментально удалось установить основные этапы, по которым могла возникать жизнь на Земле: синтез простых органических соединений, синтез полимеров, близких к нуклеиновым кислотам и белкам, образование первичных живых организмов (протобионтов). Собственно биологическая эволюция начинается с образования клеточной организации и в дальнейшем идет по пути совершенствования строения и функций клетки, образования многоклеточной организации, разделения живого на царства растений, животных, грибов с последующей их дифференциацией на виды.

И все же, как ни была бы сомнительна любая из теорий о развитии жизни на земле, каждая теория имеет право на существование, раз имеет сторонников. Но человечество не остановится на этом — оно будет искать единственно правильную теорию, даже если нужно будет разрушить то, что есть. Человечество поставило перед собой мучительную и сладкую загадку, теперь появилась проблема на нее ответить.

Список использованной литературы

1. Ожегов С.И., Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка. [Электронный ресурс]: толковый словарь русского языка «online». URL: http://www.classes.ru/all-russian/russian-dictionary-Ozhegov-term-8245.htm.

2. Грэхэм Л Проблема происхождения жизни. Глава III. [Электронный ресурс]: научно-просветительский журнал. URL: http://scepsis.net/library/id_797.html.

3. Деборин Г.А. Проблема возникновения жизни на земле. Глава 22. [Электронный ресурс]: биологический сайт. URL: http://biologylib.ru/books/item/f00/s00/z0000008/st024.shtml.

4. Энциклопедия для детей. Биология. — т. 2. / под ред. С. Исмаиловой. — М.: Аванта+, 1994. — с. 77-86.

5. Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение (Дарвинизм). — 3-е изд. — М.: Высш. шк., 1989.

6. Вернадский В.И. Начало и вечность жизни. — М.: Республика, 1989.

7. Войткевич Г.В. Возникновение и развитие жизни на Земле. — М., 1988.

8. Поннамперума С. Происхождение жизни. М.: Мир, 2007.

9. Опарин А.И. Происхождение жизни. М. — 1954.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Необходимые условия возникновения жизни на планете Земля. Организация коацерватной капли, появление живых существ как новой формы существования материи. Строение клетки и сравнение прокариотов и эукариотов. Основные этапы и события геологической истории.

реферат [2,1 M], добавлен 28.04.2015

Докембрийский этап развития Земли. Условия, необходимые для возникновения и начала развития жизни на Земле. Возникновение жизни согласно гипотезе академика А.И. Опарина. Первые формы жизни на планете. Основные теории появления и развития эукариот.

реферат [231,5 K], добавлен 25.07.2010

Обзор научной литературы. Гипотеза Крика–Оргела О возможностях случайного посева. Теории возникновения жизни Ю.А.Колясникова, У.Мартина и М.Рассела. Гипотеза Сванте Аррениуса и А.И.Опарина. Исследование: абиотический синтез биомономеров и полимеров.

курсовая работа [321,7 K], добавлен 11.11.2007

История развития представлений о живом в биологии, особенности каждого этапа и выдающиеся представители науки. Определение жизни с точки зрения теории информации. Специфика физического и химического обоснования жизни как особой изолированной системы.

реферат [26,4 K], добавлен 10.08.2015

Библейские представления и развитие естествознания. Взаимоотношение времени и вечности в теории сотворения. Концепции возникновения жизни, их разновидности и особенности. Основные положения естественнонаучной теории, этапы зарождения жизни на Земле.

курсовая работа [48,9 K], добавлен 11.11.2010

Содержание и отличительные признаки теорий возникновения и развития жизни на Земле: самозарождения, биохимической эволюции, панспермии, стационарного состояния жизни, креационизма. Преимущества и недостатки каждой теории, история их становления.

презентация [224,2 K], добавлен 17.12.2013

Характеристика основных теорий происхождения жизни на Земле, их преимущества и недостатки, подтверждающие факты. Научная вероятность возникновения жизни на молодой планете, эксперименты Опарина. Самые древние микробы и главные признаки их жизни.

реферат [21,4 K], добавлен 23.04.2010

Содержание креационизма — философско-методологической концепции возникновения жизни. Основные идеи гипотез стационарного состояния, самопроизвольного зарождения и панспермии. Этапы появление живых организмов по концепции биохимической эволюции Опарина.

реферат [26,0 K], добавлен 19.11.2010

Общее понятие про креационизм. Характеристика концепций: божественное сотворение всего живого; многократное самозарождение жизни. История возникновения панспермии как концепции. Вариант возникновения жизни на Земле как следствия химических процессов.

контрольная работа [192,5 K], добавлен 02.05.2009

Теории возможности и вероятности возникновения жизни на Земле (креационизм, спонтанное и стационарное зарождение жизни, панспермия, биохимическая эволюция). Стадии образования органических молекул. Возникновение живых организмов, образование атмосферы.

курсовая работа [40,5 K], добавлен 26.05.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.