Жизнь на Земле
Происхождение жизни на Земле – один из наиболее трудных и в то же время актуальный и интересный вопрос в современном естествознании.
Земля сформировалась, вероятно, 4,5—5 млрд. лет назад из гигантского облака космической пыли. частицы которой спрессовались в раскаленный шар.
Из него в атмосферу выделялся водяной пар, а из атмосферы на медленно остывавшую Землю в течение миллионов лет в виде дождей выпадала вода. В углублениях земной поверхности образовался доисторический Океан.
В нем примерно 3,8 млрд. лет назад зародилась первоначальная жизнь.
Как произошла сама планета и как на ней появились моря? По этому поводу существует одна широко признанная теория. В соответствии с ней Земля образовалась из облаков космической пыли, содержащей все известные в природе химические элементы, которые спрессовались в шар.
Горячий водяной пар вырывался с поверхности этого раскаленного докрасна шара, окутывая его сплошным облачным покровом, Водяной пар в облаках медленно охлаждался и превращался в воду, которая выпадала в виде обильных непрерывных дождей на еще раскаленную, пылающую Землю. На ее поверхности она снова превращалась в водяной пар и возвращалась в атмосферу.
За миллионы лет Земля постепенно потеряла так много тепла, что ее жидкая поверхность, остывая, начала твердеть. Так образовалась земная кора.
Прошли миллионы лет, и температура поверхности Земли еще больше понизилась. Ливневые воды перестали испаряться и стали стекать в огромные лужи. Так началось воздействие воды на земную поверхность.
А потом из-за понижения температуры произошел настоящий потоп.
Вода, которая до этого испарялась в атмосферу и превратилась в ее составную часть, беспрерывно низвергалась на Землю, с громом и молниями обрушивались из облаков мощные ливни.
Мало-помалу в самых глубоких впадинах земной поверхности скапливалась вода, которая уже не успевала совсем испариться. Ее было так много, что постепенно на планете образовался доисторический Океан. Молнии рассекали небо. Но никто этого не видел. На Земле еще не было жизни.
Непрерывный ливень начал размывать горы. Вода стекала с них шумными ручьями и бурными реками. За миллионы лет водные потоки глубоко разъели земную поверхность и кое-где появились долины. В атмосфере уменьшалось содержание воды, а на поверхности планеты ее скапливалось все больше.
Сплошной облачный покров становился тоньше, пока в один прекрасный день Земли не коснулся первый луч солнца. Непрерывный дождь кончился. Большую часть суши покрыл доисторический Океан. Из ее верхних слоев вода вымывала огромное количество растворимых минералов и солей, которые попадали в море.
Вода из него непрерывно испарялась, образуя облака, а соли оседали, и с течением времени происходило постепенное засоление морской воды. По-видимому, при каких-то существовавших в древности условиях образовались вещества, из которых возникли особые кристаллические формы.
Они росли, как и все кристаллы, и давали начало новым кристаллам, которые присоединяли к себе все новые вещества.
Солнечный свет и, возможно, очень сильные электрические разряды служили в этом процессе источником энергии. Может быть, из таких элементов зародились первые обитатели Земли — прокариоты, организмы без оформленного ядра, похожие на современных бактерий.
Они были анаэробами, то есть не использовали для дыхания свободный кислород, которого тогда еще не было в атмосфере.
Источником пищи для них служили органические соединения, возникшие на еще безжизненной Земле в результате воздействия ультрафиолетового излучения Солнца, грозовых разрядов и тепла, образующегося при извержении вулканов.
Жизнь существовала тогда в тонкой бактериальной пленке на дне водоемов и во влажных местах. Эту эру развития жизни называют архейской. Из бактерий, а возможно, и совершенно независимым путем, возникли и крошечные одноклеточные организмы — древнейшие простейшие животные.
Перенесемся на 4 млрд лет назад. Атмосфера не содержит свободного кислорода, он находится только в составе окислов. Почти никаких звуков, кроме свиста ветра, шипения извергающейся с лавой воды и ударов метеоритов о поверхность Земли. Ни растений, ни животных, ни бактерий.
Может быть, так выглядела Земля, когда на ней появилась жизнь? Хотя эта проблема издавна волнует многих исследователей, их мнения на этот счет сильно различаются.
Об условиях на Земле того времени могли бы свидетельствовать горные породы, но они давно разрушились в результате геологических процессов и перемещений земной коры.
В этой статье мы кратко расскажем о нескольких гипотезах возникновения жизни, отражающих современные научные представления.
Как считает известный специалист в области проблемы возникновения жизни Стэнли Миллер, о возникновении жизни и начале ее эволюции можно говорить с того момента, как органические молекулы самоорганизовывались в структуры, которые смогли воспроизводить самих себя.
Но это порождает другие вопросы: как возникли эти молекулы; почему они могли самовоспроизводиться и собираться в те структуры, которые дали начало живым организмам; какие нужны для этого условия?
Есть несколько теорий о происхождении жизни на Земле. Например, одна из давних гипотез гласит, что она занесена на Землю из космоса, но неоспоримых доказательств этого нет.
Кроме того, та жизнь, которую мы знаем, удивительно приспособлена для существования именно в земных условиях, поэтому если она и возникла вне Земли, то на планете земного типа.
Большинство же современных ученых полагают, что жизнь зародилась на Земле, в ее морях.
В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория биогенеза — происхождение живого только от живого. Но многие считают ее несостоятельной, поскольку она принципиально противопоставляет живое неживому и утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни.
Абиогенез — идея о происхождении живого из неживого — исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. В 1924 г. известный биохимик А. И.
Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Предсказание академика Опарина оправдалось. В 1955 г. американский исследователь С.
Миллер, пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот. Таким образом, в середине XX века был экспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных и других органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли.
Теория панспермии — это возможности переноса органических соединений, спор микроорганизмов с одного космического тела на другое.
Но она совершенно не дает ответа на вопрос, как зародилась жизнь во Вселенной? Возникает необходимость обоснования возникновения жизни в той точке Вселенной, возраст которой, согласно теории Большого взрыва, ограничен 12-14 миллиардами лет. До этого времени не было даже элементарных частиц.
А если нет ядер и электронов, нет и химических веществ. Потом в течение нескольких минут возникли протоны, нейтроны, электроны, и материя вступила на путь эволюции.
Для обоснования этой теории используются многократные появления НЛО, наскальные изображения предметов, похожих на ракеты и «космонавтов», а также сообщения якобы о встречах с инопланетянами.
При изучении материалов метеоритов и комет в них были обнаружены многие «предшественники живого» – такие вещества, как цианогены, синильная кислота и органические соединения, которые, возможно, сыграли роль «семян», падавших на голую Землю.
Сторонниками этой гипотезы были лауреаты Нобелевской премии Ф.Крик, Л.Оргел. Ф.Крик основывался на двух косвенных доказательствах: универсальности генетического кода: необходимости для нормального метаболизма всех живых существ молибдена, который встречается сейчас на планете крайне редко.
Исследователь из Техасского технологического университета, после анализа огромного объема собранной информации, выдвинул теорию о том, как же на Земле смогла образоваться жизнь.
Ученый уверен, что появление ранних форм простейшей жизни на нашей планете было бы невозможно без участия упавших на нее комет и метеоритов.
О своей работе исследователь поделился на 125-й ежегодной встрече геологического общества Америки, проходившей 31 октября в городе Денвер, Колорадо.
Автор работы, профессор геонауки в Техасском технологическом университете (ТТУ) и куратор музея палеонтологии при университете, Санкар Чаттерджи рассказал, что к такому выводу он пришел после анализа информации о ранней геологической истории нашей планеты и сопоставления этих данных с различными теориями химической эволюции.
Эксперт считает, что такой подход позволяет объяснить один из самых скрытых и не до конца изученных периодов в истории нашей планеты. По мнению многих геологов, основная масса космических «бомбардировок», в которых участвовали кометы и метеориты, приходилась на время около 4 миллиардов лет тому назад.
Чаттерджи считает, что самая ранняя жизнь на Земле образовалась в кратерах, оставленных при падении метеоритов и комет. И вероятнее всего это произошло в период «Поздней тяжелой бомбардировки» (3,8-4,1 миллиарда лет назад), когда столкновение мелких космических объектов с нашей планетой резко возросло.
На то время приходилось сразу несколько тысяч случаев падения комет. Что интересно, эту теорию косвенно поддерживает Модель Ниццы.
Согласно оной реальное число комет и метеоритов, которые должны были упасть на Землю в то время, соответствует реальному числу кратеров на Луне, явившейся в свою очередь своего рода щитом для нашей планеты и не позволившей бесконечной бомбардировке ее уничтожить.
Некоторые ученые предполагают, что результатом этой бомбардировки является заселение жизнью океанов Земли. При этом несколько исследований на эту тему указывают на то, что наша планета имеет больше запасов воды, чем должна была. А излишек этот списывают на кометы, которые прилетели к нам с Облака Оорта, находящегося предположительно в одном световом годе от нас.
Чаттерджи указывает, что образовавшиеся в результате этих столкновений кратеры заполнились растаявшей водой из самих комет, а также необходимыми химическими строительными блоками, необходимыми для образования простейших организмов. При этом ученый считает, что те места, где даже после такой бомбардировки не появилась жизнь, просто оказались непригодны для этого.
Группа учёных под руководством Дань Ло (Dan Luo) из Корнеллского университета выступила с гипотезой, что концентратором для древнейших биомолекул могла служить обычная глина.
Изначально исследователи занимались не проблемой происхождения жизни – они искали способ повысить эффективность бесклеточных систем синтеза белка.
Вместо того чтобы позволить ДНК и обслуживающим её белкам свободно плавать в реакционной смеси, учёные попробовали загнать их в частицы гидрогеля.
Этот гидрогель, словно губка, впитывал реакционную смесь, сорбировал нужные молекулы, и в результате все нужные компоненты оказывались заперты в небольшом объёме – подобно тому, как это происходит в клетке.
Затем авторы исследования попытались использовать в качестве недорогого заменителя гидрогеля глину. Частицы глины оказались похожи на частицы гидрогеля, становясь своеобразными микрореакторами для взаимодействующих биомолекул.
Получив такие результаты, учёные не могли не вспомнить о проблеме происхождения жизни.
Частицы глины с их способностью сорбировать биомолекулы могли бы на самом деле послужить самыми первыми биореакторами для самых первых биомолекул, пока те ещё не обзавелись мембранами.
В пользу такой гипотезы говорит ещё и то, что вымывание силикатов и других минералов из скал с образованием глины началось, по геологическим прикидкам, как раз перед тем, когда, по мнению биологов, древнейшие биомолекулы начали объединяться в протоклетки.
Источник: http://mirkosmosa.ru/solnechnaya-sistema/zemlya/zhizn-na-zemle
Происхождение жизни на Земле: гипотезы, теории, основные концепции :
Известно, что научные журналы стараются не принимать к публикации статьи, посвященные проблемам, привлекающим всеобщее внимание, но не имеющим четкого решения, – серьезное издание по физике не будет публиковать проект вечного двигателя.
Такой темой стало происхождение жизни на Земле.
Вопрос о возникновении живой природы, о появлении человека волнует думающих людей многие тысячелетия, а однозначный ответ нашли для себя только креационисты – сторонники божественного происхождения всего сущего, но научной эта теория не является как не подлежащая проверке.
Взгляды древних
О появлении живых существ из воды и гниющих остатков повествуют древнекитайские и древнеиндийские рукописи, о рождении земноводных существ в илистых отложениях больших рек написано древнеегипетскими иероглифами и клинописью Древнего Вавилона. Гипотезы происхождения жизни на Земле путем самозарождения для мудрецов далекого прошлого были очевидны.
https://www.youtube.com/watch?v=rXk2crKrQaY
Античные философы также приводили примеры появления животных из неживой материи, но их теоретические обоснования имели разную природу: материалистическую и идеалистическую. Демокрит (460-370 до н. э.
) находил причину возникновения жизни в особом взаимодействии мельчайших, вечных и неделимых частиц – атомов. Платон (428-347 до н. э.) и Аристотель (384-322 до н. э.
) происхождение жизни на Земле объясняли чудесным воздействием на безжизненную материю высшего начала, вселяющего душу в объекты природы.
Идея о существовании некой «жизненной силы», способствующей появлению живых существ, оказалась очень стойкой. Она формировала взгляды на происхождение жизни на Земле у многих ученых, живших в средние века и позднее, вплоть до конца XIX века.
Теория самозарождения
Антони ван Левенгук (1632-1723 гг.
) с изобретением микроскопа сделал открытые им мельчайшие микроорганизмы главным предметом спора между учеными, разделявшими две основные теории происхождения жизни на Земле – биогенез и абиогенез.
Первые считали, что все живое может быть порождением только живого, вторые полагали возможным самозарождение органической материи в растворах, помещенных в особые условия. Суть этого спора не изменилась до сих пор.
Эксперименты одних натуралистов доказывали возможность самопроизвольного возникновения простейших микроорганизмов, сторонники биогенеза полностью отрицали такую вероятность. Луи Пастер (1822-1895 гг.
) строго научными методами, высокой корректностью своих опытов доказал отсутствие мифической жизненной силы, передающейся по воздуху и порождающей живые бактерии.
Однако в своих работах он допускал возможность самозарождения в каких-то особых условиях, выяснить которые предстояло ученым будущих поколений.
Теория эволюции
Труды великого Чарльза Дарвина (1809-1882 гг.) потрясли основы многих естественных наук.
Провозглашенное им появление огромного многообразия биологических видов от одного общего предка опять сделало происхождение жизни на Земле важнейшим вопросом науки.
Теория естественного отбора и в начале с трудом находила своих сторонников, и теперь подвергается критическим атакам, которые выглядят достаточно обоснованно, но именно дарвинизм лежит в основе современных естественных наук.
После Дарвина происхождение жизни на Земле биология не могла рассматривать с прежних позиций. Ученые многих отраслей биологической науки убеждались в истинности эволюционного пути развития организмов. Пусть во многом изменились современные взгляды на общего предка, помещенного Дарвиным в основание Древа жизни, но истинность общей концепции незыблема.
Теория стационарного состояния
Лабораторное опровержение спонтанного самозарождения бактерий и других микроорганизмов, осознание сложного биохимического строения клетки вместе с идеями дарвинизма оказали особое влияние на появление альтернативных вариантов теории происхождения жизни на Земле.
В 1880 году одно из новых суждений предложил Вильям Прейер (1841-1897 гг.).
Он считал, что нет необходимости говорить о рождении жизни на нашей планете, так как она существует вечно, и у неё не было начала как такового, она неизменна и постоянно готова к возрождению в любых подходящих условиях.
Идеи Прейера и его последователей представляют собой только чисто исторический и философский интерес, потому что в дальнейшем астрономы и физики рассчитали сроки конечного существования планетарных систем, зафиксировали постоянное, но неуклонное расширение Вселенной, т. е. она никогда не была ни вечной, ни постоянной.
Стремление рассматривать мир как единую глобальную живую сущность перекликалось со взглядами великого ученого и философа из России – Владимира Ивановича Вернадского (1863-1945 гг.), также имевшего своё представление о происхождении жизни на Земле. Оно основывалось на понимании жизни как неотъемлемой характеристики Вселенной, космоса.
По мнению Вернадского, то, что наука не смогла найти пластов, не содержавших следов органических веществ, говорило о геологической вечности жизни. Одним из способов, которым жизнь появилась на молодой планете, Вернадский называл её контакты с космическими объектами – кометами, астероидами и метеоритами.
Тут его теория смыкалась с другой версией, объяснявшей происхождение жизни на Земле методом панспермии.
Колыбель жизни – космос
Панспермия (греч. – “семенная смесь”, “семена повсюду”) считает жизнь фундаментальным свойством материи и не объясняет способов её возникновения, но называет космос источником зародышей жизни, которые попадают на небесные тела с подходящими для их «прорастания» условиями.
Первое упоминание об основных концепциях панспермии можно найти в сочинениях древнегреческого философа Анаксагора (500-428 до н. э.), а в XVIII веке о ней высказывался французский дипломат и геолог Бенуа де Майе (1656-1738 гг.). Реанимировали эти идеи Сванте Август Аррениус (1859-1927 гг.), лорд Кельвин Уильям Томсон (1824-1907 гг.) и Герман фон Гельмгольц (1821-1894 гг.).
Исследование жестокого влияния на живые организмы космического излучения и температурных условий межпланетного пространства сделало подобные гипотезы происхождения жизни на Земле не слишком актуальными, но с началом космической эры интерес к панспермии усилился.
В 1973 году нобелевский лауреат Френсис Крик (1916-2004 гг.) высказал мысль о внеземном производстве молекулярных живых систем и попадании их на Землю с метеоритами и кометами. При этом шансы абиогенеза на нашей планете им оценивались как очень низкие. Происхождение и развитие жизни на Земле методом самосборки органического вещества высокого уровня видный ученый не считал реальностью.
Окаменевшие биологические структуры находили в метеоритах по всей планете, подобные следы нашли в образцах грунта, доставленных с Луны и Марса. С другой стороны, проводятся многочисленные эксперименты по обработке биоструктур воздействиями, возможными при нахождении их в космическом пространстве и при прохождении атмосферы, подобной земной.
Важный эксперимент был проведен в 2006 году в рамках миссии Deep Impact. Комета Темпеля была протаранена специальным зондом-импактором, выпущенным автоматическим аппаратом. Анализ кометного вещества, которое выделилось в результате удара, показал наличие в нем воды и многообразных органических соединений.
Вывод: со времени появления теория панспермии значительно изменилась. Современная наука по-другому трактует те первичные элементы жизни, которые могли быть доставлены на нашу молодую планету космическими объектами.
Исследования и эксперименты доказывают жизнестойкость живых клеток в условиях межпланетного путешествия. Всё это делает идею внеземного происхождения земной жизни актуальной.
Основными концепциями происхождения жизни на Земле являются теории, в которые панспермия входит или как главная часть, или как способ доставки на Землю компонентов для создания живой материи.
Теория биохимической эволюции Опарина-Холдейна
Идея самозарождения живых организмов из неорганических веществ всегда оставалась чуть ли не единственной альтернативой креационизму, и в 1924 году вышла монография из 70 страниц, придавшая этой идее силу проработанной и обоснованной теории.
Эта работа называлась «Происхождение жизни», автором её был русский ученый – Александр Иванович Опарин (1894-1980 гг.).
В 1929 году, когда труды Опарина еще не были переведены на английский язык, похожие концепции происхождения жизни на Земле высказал английский биолог Джон Холдейн (1860-1936 гг.).
Опарин предположил, что, если примитивная атмосфера молодой планеты Земля была восстановительной (то есть не содержащей кислорода), мощный всплеск энергии (например, молния или ультрафиолетовое излучение) мог способствовать синтезу органических соединений из неорганического вещества.
В дальнейшем такие молекулы могли образовывать сгустки и скопления – коацерватные капли, представляющие собой протоорганизмы, вокруг которых образуются водные рубашки – зачатки оболочки-мембраны, происходит расслоение, порождающее разность зарядов, значит, движение – начало обмена веществ, зачатки метаболизма и т. д.
Коацерваты считались основой для начала эволюционных процессов, которые привели к созданию первых жизненных форм.
Холдейн ввел понятие «первичного бульона» – начального земного океана, ставшего огромной химической лабораторией, подключенной к мощному источнику питания – солнечному свету.
Сочетание диоксида углерода, аммиака и ультрафиолетового излучения привело к появлению концентрированной популяции органических мономеров и полимеров.
Впоследствии такие образования соединялись с появлением вокруг них липидной мембраны, и их развитие привело к образованию живой клетки.
Основные этапы происхождения жизни на Земле (по Опарину-Холдейну)
Согласно теории возникновения Вселенной из сгустка энергии, Большой Взрыв произошел около 14 млрд лет назад, а около 4,6 млрд лет назад завершилось создание планет Солнечной системы.
Молодая Земля, постепенно охлаждаясь, обрела твердую оболочку, вокруг которой происходило образование атмосферы. Первичная атмосфера содержала водяные пары и газы, в дальнейшем послужившие сырьем для органического синтеза: оксид и диоксид углерода, сероводород, метан, аммиак, цианистые соединения.
Бомбардировка космическими объектами, содержащими воду в замерзшем состоянии, и конденсация водных паров в атмосфере привели к образованию Мирового океана, в котором растворялись различные химические соединения. Мощные грозы сопровождали формирование атмосферы, сквозь которую проникало сильное ультрафиолетовое излучение. В таких условиях происходил синтез аминокислот, сахаров и другой простейшей органики.
В конце первого миллиарда лет существования Земли начался процесс полимеризации в воде простейших мономеров в белки (полипептиды) и нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды). Они начали образовывать предбиологические соединения – коацерваты (с зачатками ядра, метаболизма и мембраны).
3,5-3 млрд лет до нашей эры – этап образования протобионтов, обладающих самовоспроизведением, регулируемым обменом веществ, мембраной с изменяемой проницаемостью.
3 млрд лет до н. э. – появление клеточных организмов, нуклеиновых кислот, первичных бактерий, начало биологической эволюции.
Экспериментальные доказательства гипотезы Опарина-Холдейна
Многие ученые положительно оценили основные концепции происхождения жизни на Земле на основе абиогенеза, хотя с самого начала находили в теории Опарина-Холдейна узкие места и недоговоренности.
В разных странах начались работы по проведению тестовых исследований гипотезы, из которых наиболее известен классический эксперимент, проведенный в 1953 году американскими учеными Стенли Миллером (1930-2007 гг.
) и Гарольдом Юри (1893-1981 гг.).
Суть эксперимента заключалась в моделировании в лаборатории условий ранней Земли, в которых мог происходить синтез простейших органических соединений. В приборе циркулировала газовая смесь, аналогичная по составу первичной земной атмосфере. Конструкция прибора обеспечивала имитацию вулканической деятельности, а пропускаемые через смесь электрические разряды создавали эффект молний.
После недельного циркулирования смеси по системе был отмечен переход десятой части углерода в органические соединения, были обнаружены аминокислоты, сахара, липиды и соединения, предшествующие аминокислотам. Повторные и модифицированные опыты полностью подтвердили возможность абиогенеза в имитируемых условиях ранней Земли.
В последующие годы в других лабораториях были проведены повторные опыты. К составу газовой смеси добавлялся сероводород как возможный компонент вулканических выделений, вносились другие некардинальные изменения.
В большинстве случаев опыт синтеза органических соединений удавался, хотя попытки пойти дальше и получить более сложные элементы, приближающиеся по составу к живой клетке, успехом не увенчались.
Мир РНК
К концу XX века многим ученым, которых не переставала интересовать проблема происхождения жизни на Земле, стало понятно, что при всей стройности теоретических построений и отчетливом опытном подтверждении теория Опарина-Холдейна имеет явные, может быть, непреодолимые изъяны.
Главным из них являлась невозможность объяснить появление у протобионтов определяющих для живого организма свойств – размножаться с сохранением наследственных признаков.
С открытием генетических клеточных структур, с определением функции и строения ДНК, с развитием микробиологии появился новый кандидат на роль молекулы первожизни.
Им стала молекула рибонуклеиновой кислоты – РНК.
Эта макромолекула, входящая в состав всех живых клеток, представляет собой цепь нуклеотидов – простейших органических звеньев, состоящих из атомов азота, моносахарида – рибозы и фосфатной группы.
Именно последовательность нуклеотидов является кодом наследственной информации, и у вирусов, например, РНК выполняет ту роль, что у сложных клеточных структур играет ДНК.
Кроме того, учеными открыта уникальная способность некоторых молекул РНК вносить разрывы в другие цепочки или склеивать отдельные элементы РНК, а некоторые играют роль автокатализаторов – то есть способствуют быстрому самовоспроизведению. Относительно небольшие размеры макромолекулы РНК и её упрощенное, по сравнению с ДНК, строение (в одну нить) сделали рибонуклеиновую кислоту главным кандидатом на роль основного элемента добиологических систем.
Окончательно новую теорию возникновения живой материи на планете сформулировал в 1986 году Уолтер Гилберт (род. 1932 г.) – американский физик, микробиолог и биохимик. Не все специалисты были согласны с таким взглядом на происхождение жизни на Земле.
Кратко названная «Мир РНК», теория строения добиологического мира нашей планеты не может ответить на простой вопрос, как появилась первая молекула РНК с заданными свойствами, даже если присутствовало огромное количество «строительного материала» в виде нуклеотидов и т. д.
Мир ПАУ
Ответ постарался найти в мае 2004 года Саймон Николас Платтс, а в 2006 году группа ученых под руководством Паскаль Эренфройнд. В качестве исходного материала для РНК с катализирующими свойствами были предложены полиароматические углеводороды.
Мир ПАУ был основан на большой распространенности этих соединений в видимом космосе (они наверняка присутствовали в «первичном бульоне» молодой Земли) и особенностях их кольцеобразного строения, способствующего быстрому соединению с азотистыми основаниями – ключевыми компонентами РНК. Теория ПАУ в очередной раз говорит о злободневности некоторых положений панспермии.
Уникальная жизнь на уникальной планете
Пока у ученых не будет возможности вернуться на 3 млрд лет назад, тайна возникновения жизни на нашей планете не будет раскрыта – к такому выводу приходят многие из тех, кто занимался этой проблемой.
Основными концепциями происхождения жизни на Земле являются: теория абиогенеза и теория панспермии.
Они могут во многом пересекаться, но, скорее всего, не смогут ответить: как среди огромного космоса появилась удивительно точно сбалансированная система из Земли и её спутника – Луны, как зародилась на ней жизнь…
Источник: https://www.syl.ru/article/198538/new_proishojdenie-jizni-na-zemle-gipotezyi-teorii-osnovnyie-kontseptsii
Теория возникновения жизни на нашей Земле: изучаем божественную, космическую и биохимическую версию
В современной науке рассматривают несколько теорий возникновения жизни на Земле. Большинство современных моделей свидетельствуют, что органические соединения – первые живые организмы появились на планете приблизительно 4 млрд. лет назад.
Развитие представлений о появлении жизни
В определенный исторический период ученые по-разному представляли себе, как появилась жизнь на Земле. До ХХ века огромную роль в научных кругах отыгрывали следующие гипотезы:
- Теория самозарождения.
- Теория стационарного состояния жизни.
- Теория Опарина (частично поддерживается и сейчас).
Теория самозарождения
Интересно, но теория самозарождения жизни на планете возникла еще в древние времена. Она существовала вместе с теорией божественного происхождения всех живых организмов на планете.
Древнегреческий научный деятель Аристотель считал, что гипотеза самозарождения является правдивой, тогда как божественная – лишь отклонение от действительности. Он полагал, что жизнь зародилась спонтанно.
Согласно его мыслям, теория самозарождения заключается в том, что некое неизвестное людям «активное начало» при определенных условиях способно создать из неорганического соединения простой организм.
После принятия христианства в Европе и его распространения, данное научное предположение отошло на второй план – его место заняла божественная теория.
Теория стационарного состояния
Согласно этому научному предположению нельзя ответить, когда возникла жизнь на Земле, так как она существовала вечно.
Таким образом, последователи теории свидетельствуют о том, что виды никогда не зарождались – они способны только исчезнуть или изменить свою численность (популяцию).
Гипотеза стационарного состояния жизни была довольно популярной вплоть до середины XX века.
Так называемая «теория вечности жизни» потерпела всеобщий крах, когда было установлено, что Вселенная тоже не существовала всегда, а была создана после Большого взрыва. Отвечая на вопрос: сколько форм жизни существовало изначально, выплывает ответ, что все четыре, включая вирусы, что противоречит общепризнанной теории эволюции.
По этой причине гипотеза не обсуждается в академических научных кругах. «Теория вечности жизни» представляет собой исключительно философский интерес, так как ее выводы во многом не сходятся с современными достижениями науки.
Теория Опарина
В ХХ веке внимание ученых привлекла статья академика Опарина, которая вернула интерес к теории самозарождения жизни. Он рассматривал в ней некие «праогранизмы» – коацерватные капли или просто «первичный бульон», как окрестили их в научных кругах.
Эти капли представляли собой белковые шарики, притягивающие молекулы воды и жиры, которые затем связывались. Так были созданы первые носители информации – первые праклетки, в которых содержится ДНК.
Данная гипотеза не дает ответ, откуда вообще появилась ДНК, а потому в академических кругах ее многие опровергают.
Предыдущие теории возникновения жизни на Земле не рассматриваются, как основные в современной научной мысли. Небольшая группа ученых предполагает также, что жизнь могла зародиться в горячей воде, которая окружает подводные вулканы. Данная гипотеза не является основной, но ее пока не опровергли, а потому она достойна упоминания.
Основные теории зарождения жизни на Земле
Основные теории зарождения жизни на Земле появились не так давно, а именно в ХХ веке – периоде, когда человечество совершило больше открытий, нежели за всю свою предыдущую историю.
Современные гипотезы возникновения жизни на Земле в разной мере подтверждены рядом исследований, и являются ключевыми для обсуждения в академических кругах. Среди них можно отметить следующие:
- биохимическая теория возникновения жизни;
- гипотеза мира РНК;
- теория мира ПАУ.
Биохимическая теория
Ключевой считается биохимическая теория возникновения жизни на планете, которой придерживается большинство научных деятелей.
Химическая эволюция предшествовала появлению органической жизни. Именно в ходе этого этапа появляются первые живые организмы, которые возникли в результате химических реакций из неорганических молекул.
Появление органических форм жизни 4 млрд. лет назад в результате реакций весьма вероятно, так как именно тогда существовала наиболее благоприятная среда.
Температура в 1000 градусов считается оптимальной. Содержание кислорода в воздухе было минимальным, ведь в больших количествах он разрушает простые органические соединения.
Мир РНК
Мир РНК является всего лишь гипотезой, которая свидетельствует о том, что до возникновения ДНК генетическую информацию хранили РНК-соединения.
В 1980-х годах было доказано, что РНК-соединения могли существовать автономно и самовоспроизводиться.
Миллионы лет жизненного цикла РНК привели к тому, что в ходе мутаций возникли соединения ДНК, которые выступили, как специализированные хранилища генов.
Эволюция РНК была доказана множеством экспериментов, которые частично объясняют происхождение жизни на Земле и отвечают на вопрос, как развивалась жизнь на Земле.
Мир ПАУ (полиароматических углеводородов)
Мир ПАУ считается этапом химической эволюции и свидетельствует о том, что из ПАУ возникли первые РНК, что в дальнейшем привело к созданию ДНК и жизни на планете.
ПАУ можно наблюдать и сейчас – они распространены во Вселенной и впервые были обнаружены в туманностях по всему космосу. Ряд исследователей называют ПАУ «семенами жизни».
Альтернативные теории
Так уж сложилось, что самые интересные теории являются альтернативными, а многие научные деятели даже высмеивают их. Достоверность альтернативных предположений подтвердить пока невозможно, и они частично, или во многом противоречат современным научным представлениям, но их упоминание обязательно.
Космическая гипотеза
Согласно данному предположению на Земле никогда не существовало жизни, и она не могла зародиться здесь, так как не было никаких предпосылок. Первые живые организмы появились на планете после падения космического тела, которое принес их на себе из другой галактики.
Данная гипотеза не отвечает на вопрос: сколько форм жизни на нем находились, какими они были, и как дальше они развивались.
Также невозможно установить, когда упало это космическое тело. Но самое главное – ученые не верят в то, что любой организм мог выжить на падающем космическом теле после его вхождения в атмосферу Земли.
В последние годы ученые обнаружили бактерии, которые способны существовать при экстремальных обстоятельствах и даже открытом космосе, но при горении метеорита или астероида они бы точно не выжили.
Гипотеза НЛО
Выделяя самые интересные гипотезы, нельзя не упомянуть о предположении, что жизнь на Земле – это дело рук пришельцев. Приверженцы данной гипотезы считают, что в такой огромной Вселенной вероятность существования других форм разумной жизни очень велика. Наука также не отрицает данного факта, так как люди до сих пор не исследовали 99% космоса.
Последователи гипотезы НЛО говорят, что одна из разумных форм жизни, которых мы называем пришельцами, специально занесла жизнь на Землю. Есть несколько предположений, почему они создали человека.
Одни говорят, что это всего лишь часть эксперимента, в ходе которого они наблюдают за людьми. Приверженцы такого предположения не могут дать достоверного ответа на то, зачем им наблюдать за людьми, и в чем смысл этого эксперимента.
Вторые свидетельствуют о том, что некая раса космических существ занимается распространением жизни во Вселенной, и люди – одна из многих созданных ими рас. Следовательно, существуют некие праотцы всего живого, которых человек мог принять за богов.
Космическая теория происхождения жизни на Земле не отвечает на главный вопрос: где первоначально зародилась жизнь, перед тем как она была занесена на Землю?
Теологическая гипотеза
Внимание! Божественная теория происхождения жизни на планете является самой древней среди всех, и вместе с тем она считается и одной из самых распространенных в XXI веке.
Приверженцы гипотезы верят в некое всемогущее существо или существ, которых принято называть богами.
В различных религиях у богов разные имена, как и их количество. Христианство говорит только об одном боге, как и ислам, а вот язычники верили в десятки, а то и сотни богов, каждый из которых отвечает за что-то определенное.
К примеру, один бог считается творцом любви, а второй — повелевает морями.
Христиане считают, что Бог создал Землю и жизнь на ней всего за семь дней. Именно он создал первого мужчину и женщину, которые и стали прародителями человечества.
Поскольку миллиарды людей на планете относят себя к определенной религии, они считают, что вся жизнь была создана именно руками бога или богов.
И хотя во многих религиях совпадают одни и те же факты, в научных кругах отрицают существование всемогущего существа, которое создало мир и жизнь в нем, так как данная теория противоречит многим научным достижениям и открытиям.
Также божественная гипотеза не дает возможности установить, когда возникла жизнь на Земле. Некоторые священные писания и вовсе не содержат этой информации, в остальных данные банально не совпадает, что ставит гипотезу под огромные сомнения.
Ни одна из выше названых теорий не является идеальной и не может всесторонне раскрыть вопрос происхождения жизни на планете. Какой теории придерживаться – решать только вам.
Современная теория возникновения жизни на Земле
Этапы развития жизни на Земле
Итог
Подытоживая вышесказанное, можно прийти к выводу, что жизнь зародилась 4 млрд. лет назад. Первым этапом развития жизни стал химический, после которого создались РНК и ДНК, а затем и все пять известных форм жизни.
Об ином говорят альтернативные теории, которые не поддерживаются в научных кругах. Среди них стоит отметить космическую и теологическую (божественную). Современные гипотезы возникновения жизни на Земле более прогрессивные, но и старые нельзя сбрасывать со счетов.
Источник: https://uchim.guru/biologiya/teorii-vozniknoveniya-zhizni-na-zemle.html
Возникновение жизни на Земле Биология, 10 класс. Автор Целовальников Илья МОУ «СОШ 50 им. 70-летия Великого Октября» класс 9 «А» Научный руководитель Андриянова. – презентация
1 Возникновение жизни на Земле Биология, 10 класс. Автор Целовальников Илья МОУ «СОШ 50 им. 70-летия Великого Октября» класс 9 «А» Научный руководитель Андриянова Наталия Евгеньевна Учитель биологии МОУ ДОД «Клуб юных космонавтов»<\p>
2 Содержание: I.История представлений о возникновении жизни 1)Представление древних и средневековых философов. 2)Теория вечности жизни. 3)Материалистические теории происхождения жизни. II. Современные представления о возникновении жизни 1)Образование Земли. 2)Химическая эволюция. 3)Биологическая эволюция. III. Методы исследования IV. Выводы V. Список литературы Введение Обзор литературы<\p>
3 Введение Как выглядела первобытная Земля? Перенесемся на 4 млрд. лет назад. Атмосфера не содержит свободного кислорода, он находится только в составе окислов. Почти никаких звуков, кроме свиста ветра, шипения извергающейся с лавой воды и ударов метеоритов о поверхность Земли. Ни растений, ни животных, ни бактерий. Может быть, так выглядела Земля, когда на ней появилась жизнь? Хотя эта проблема издавна волнует многих исследователей, их мнения на этот счет сильно различаются. Об условиях на Земле того времени могли бы свидетельствовать горные породы, но они давно разрушились в результате геологических процессов и перемещений земной коры.<\p>
4 I. История представлений о возникновении жизни. С древности существуют две противоположные теории возникновения жизни на земле Теория абиогенеза Происхождение живого из неживого Теория биогенеза Происхождение живого из живого<\p>
5 1.Представление древних и средневековых философов. Сторонники теории биогенеза. Деревья способны нести яйца Вши происходят из мяса; клопы из соков тела животных; дождевые черви из ила прудов. Аристотель (IV в. до н.э.) Эмпедокл (V в. До н.э.)<\p>
6 Итальянский ученый Ф. Реди В 17-м веке ученый Ф. Реди доказал невозможность самозарождения не только птиц и зверей, но даже насекомых, червей и всякого рода паразитов. В частности он показал, что белые мясные черви – это личинки мух: они выводятся из яичек, отложенных мухами в мясе. Выдвинул принцип «все живое – из живого». Провел опыт с мясом: мясом покрыл кисеей, не ограничивая доступ воздуха – на мясе не появились личинки мясной мухи. Портрет Франческо Реди ( ) на медали, выбитой в честь этого ученого<\p>
7 Английский ученый У. Гарвей (XVI в.) Принцип «все живое – из яйца». Возможность самозарождения для насекомых и червей. Опыт: закупоривал колбы, наполненные питательным раствором и подвергал их нагреванию. Через несколько дней в колах появились микроорганизмы. Ирландский священник В. Нидгем (1748 г.)<\p>
8 Французский микробиолог Луи Пастер (70-е годы XIX в.) Опыт: брал колбу S – образной формы, кипячением из колбы выгонялся воздух, который при остывании жидкости возвращался обратно. Микроорганизмы из воздуха оседали на изгибе шейки и жидкость оставалась стерильной. Стоило отрезать шейку колбы или наполнить колбу, сливая микроорганизмы, и уже через несколько дней в жидкости появлялись бактерии.<\p>
9 2. Теории вечности жизни «Жизнь – это лишь миг между двумя вечностями»<\p>
10 Г. Рихтер немецкий ученый, 1865 г. – теория панспермии. Жизнь занесена с других планет. Г. Томсон и Г. Гельмгольц Бактерии и другие микроорганизмы, основная масса органических веществ доставлена на планету метеоритами.<\p>
11 Немецкий ученый В. Прейер (1880 г.) Жизнь существует вечно. Происхождение неживого из живого. Раскаленные массы земного шара – живые организмы со своим обменом веществ. По мере остывания Земли эти массы распадались на части и выпадали из жизненного круговорота. Они – то и составляли неорганическую природу.<\p>
12 3. Материалистические теории происхождения жизни Теория происхождения жизни в недрах комет.<\p>
13 Немецкий ученый Э. Пфлюгер (1875 г.) Происхождение белковых веществ. Дает понятие «живой» и «мертвый» белок. Ученый говорит о содержании в молекуле «живого» белка группы циана, CN, возникшего еще в то время, когда Земля представляла собой раскаленную массу. Впоследствии, при охлаждении земной поверхности, соединения циана с водой и с другими химическими веществами привели к образованию белковых веществ.<\p>
14 Английский ученый Дж. Эллен (1899 г.) Первое появление азотистых соединений на Земле приурочивает к периоду, когда пары воды вследствие охлаждение сгустились в воду и покрыли поверхность Земли. В воде были растворены соли металлов, имевших значение для образования белка.<\p>
15 4. Современные представления о возникновении жизни<\p>
16 I Образование Земли 1) В первичной Вселенной, состоящей из чистого водорода, образовались звезды. Водород – наиболее часто встречающейся и самый простой элемент. Звезды довольно крупные гравитационно – связанные скопления вещества, в ходе образования которых начинают протекать ядерные реакции и водород превращается в гелий с выделением энергии 4H 1He +энергия<\p>
17 2) Дальнейшее взаимодействия элементов. Реакции элементов между собой выражаются в образовании более сложных молекул и их комплексов – пылевых частиц. Газы и пылевые частицы образуют в космическом пространстве скопления газово- пылевые облака.<\p>
18 3) В результате оседания и слипания межзвездного газа и пыли под действием гравитации газово-пылевое облако становится неустойчивым и сжимается. Такие облака становятся протозвездами. Представляют собой диск с утолщением в центре.<\p>
19 4) Планеты образуются из газов и пыли на периферии протозвездного диска. Во внутренней зоне планеты очень высокая температура, что испаряются металлы. Внешняя холодная зона содержит газы, как H 2 0, He и Ne, и частицы, покрытые замерзшими летучими веществами типа H 2 0, NH 3 и CH 4<\p>
20 II Химическая эволюция<\p>
21 1. В первичной атмосфере Земли главными молекулами составляющими были метан CH 4, вода H 2 O и аммиак NH 3, водород H, гелий He; за ними следуют углерод C, азот N, кремний Si, магний Mg.<\p>
22 На первичную атмосферу Земли оказывали влияние следующие источники энергии: – ультрафиолетовое излучение; – вулканизм; – удары метеоритов; – молнии. Они оказали значительное влияние на преобразование веществ на нашей планете.<\p>
23 В лабораторных экспериментах воспроизвели условие первичной бескислородной Земли Аппарат Миллера. Подвергли смесь метана, аммиака и воды действию электрических разрядов. Были получены аминокислоты (глицин, аланин, аспарагиновая и глютаминовая кислоты) Также образуется синильная кислота HNC. Из азотистых оснований в присутствии неорганических фосфорных соединений образуется АМФ, АДФ и АТФ. Американские ученые Г. Юри и С. Миллер (1953 г)<\p>
24 2. По мере охлаждения Земли водяной пар, содержавшийся в атмосфере, конденсировался, на поверхность Земли обрушивались дожди, образуя на ней большие водные пространства. Органические молекулы (аминокислоты и нуклеотиды) в водной среде могла связываться друг с другом (конденсировать) с образованием полимеров. При этом выделится вода. Две аминокислоты могут соединиться пептидной связью, а два нуклеотида – фосфодиэфирной связью. Происходит образование РНК, возникает генетический код.<\p>
25 1. Термическая теория Американский ученый C. Фокс Синтез полипептидов термическим путем в условиях, существовавших на первобытной Земле. Теории происхождения протобиополимеров<\p>
26 Английский ученый Д. Бернал Концентрирование разбавленных растворов происходит путем «адсорбции в пресноводных или морских отложениях очень тонких глин». Происходит взаимное действие веществ в процессе адсорбции. Теория адсорбции<\p>
27 Низкотемпературная теория Румынские ученые К. Симонеску и Ф. Денеш Основной источник возникновения органических соединений – энергия холодной плазмы. Холодная плазма в виде молнии, полярных сияний, ионосферы.<\p>
28 Коацерватная теория 1) Органические молекулы окружены водной оболочкой. При определенных условиях водная оболочка приобретает четкие границы и отделяется от окружающего раствора. Молекулы, окруженные водной оболочкой, могут объединяться, образуя много молекулярные комплексы – коацерваты или коацерватные капли г. Отечественный биохимик академик А.И. Опарин.<\p>
29 2)В первичном океане коацерваты обладали способностью поглощать различные вещества рост и изменение химического состава, повышающего устойчивость ватной капли. 3) В массе коацерватных капель шел отбор наиболее устойчивых в конкретных условиях. Достигнув определенных размеров, материнская к.к. могла распадаться на дочерние.<\p>
30 5) Эволюция коацерватов завершилась образованием мембраны состоящей из фосфолипидов, которая окружала РНК. Появление первых клеточных организмов (3-3,5 млрд. лет назад). Обладали способностью к самовоспроизведению, существовали в восстановительной среде, имели анаэробный тип обмена. 4) Приобрели способность к.к. поглощать из окружающей среды не всякие вещества, а лишь те, которые обеспечивали устойчивость, способность выделять наружу продукты обмена. Сократились лишь те капли, которые при распаде на дочерние не утрачивали особенностей своей структуры, т.е. приобрели свойство самовоспроизведения.<\p>
31 III Биологическая эволюция 1)Первые живые организмы гетеротрофы, использующие органические соединения вод первичного океана в качестве пиши и энергии. Имели анаэробный (бескислородный) тип обмена. Представители – бактерии. Увеличение их количества приводило к уменьшению готовых органических веществ в океане.<\p>
32 2)В преимущественном положении оказались организмы способны использовать энергию света для синтеза органических веществ из неорганических. CO 2 и N 2 в атмосфере находятся в инертном состоянии, их надо восстановить. Эту работу выполнял антивированный светом пигментный комплекс, предшественник современного хлорофила. В качестве источника водород и сероводород H 2 S. Первый фотосинтез – образование органических веществ из неорганических, но кислород не выделяется. Анаэробные фотосинтезирующие организмы (серные пурпурные бактерии сохранились и до наших дней). 3)Фотосинтезирующие организмы стали способны использовать воду в качестве источника водорода. Автотрофное усвоение CO 2 сопровождалось выделением свободного кислорода (2,7 млрд. лет назад) Появились первые фотосинтезирующие организмы, выделяющие в атмосферу кислород (аэробы) – цианобактерии (сине-зеленые водоросли).<\p>
33 4) Появление эукариот – симбиотическая гипотеза. Образуются в результате симбиоза анаэробов с аэробными клетками. 1. Амебоподобные крупные гетеротрофные клетки в процессе питания захватывают мелкие аэробные клетки. 2. Бактерии – симбионты превратились в митохондрии. 3. К поверхности клетки-хозяина прикрепилась другая группа симбионтов (жгутикоподобные бактерии) – возникли предшественники жгутиковых простейших. 4. Подвижные эукариоты путем симбиоза с фотосинтезирующими прокариотическими организмами (цианобактерии) дали начало водорослям. Фотосинтезирующие бактерии – симбионты стали хлоропластами.<\p>
34 5) Возникновение многоклеточных организмов г. – Э. Геккель. Теория гастреи. Его теория основывается на биогенетическом законе: стадия зиготы – одноклеточный предок; стадия бластулы – шарообразная колония жгутиковых; впячивание одной из сторон колонии – образовался двухслойный организм гастрея г. – И.И.Мечников. Гипотеза фагоцителлы: многоклеточные произошли от колониальных простейших – жгутиковых. Первичным способом питания был фагоцитоз. Постепенно образовывались ткани энтодерма, выполняющая пищеварительную функцию. Из клеток, оставшихся снаружи, развивалась покровная ткань – эктодерма. Часть клеток выполняли функцию размножения – половые клетки.<\p>
35 III Методы исследования Создание мультимедийного оснащения вопросов данной темы с использованием: поисковиков: программ: Adobe Photoshop, Corel Draw, Paint.Net, Microsoft Word, Microsoft Power Point, Mozilla Firefox. IV Выводы Возникновение жизни на Земле носят закономерный характер, и ее появление связано с длительным процессом химической эволюции, происходившей на нашей планете. Формирование структуры, отграничивающей организм от окружающей среды, – мембраны с присущими ей свойствами – способствовало появлению живых организмов и ознаменовало начало биологической эволюции. Как простейшие живые организмы, возникшие около 3 млрд. лет назад, так и более сложно устроенные в основе своей структурной организации имеют клетку.<\p>
36 Список литературы. 1) Аллен Р.Д. Наука о жизни – М.: Просвещение, ) Воронцов Н.Н. Теория эволюции: Истоки, постулаты и проблемы. – М.: Знание, ) Ганты Т. Жизнь и ее происхождение. – М.: Просвещение, ) Захаров В.Б. Общая биология: Учеб. Для кл. общеобразоват. учреждений/ В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин. – М.: Дрофа, ) Мамонтов С.Г. и др. Основы биологии: Курс для самообразования / С.Г. Мамонтов, В.Б. Захаров, Т.А. Козлова. – М.: Просвещение, ) Симонеску К., Денеш Ф. Происхождение жизни (химические теории). – М.: Мир, 1986.<\p>
Источник: http://www.myshared.ru/slide/259254
Загрузка...
