CCE въпрос 42

Хипотези за произхода на живота на земята

1. Креационизъм

2. Спонтанно (спонтанно) поколение

3. Хипотеза за панспермия

4. Био хипотеза химическа еволюция

5. Стационарно състояние

1. креационизъм. Според тази концепция животът и всички видове живи същества, обитаващи Земята, са резултат от творчески акт на висше същество в определено време. Основните разпоредби на креационизма са изложени в Библията, в Книгата Битие. Процесът на божественото създаване на света се схваща като осъществен само веднъж и следователно недостъпен за наблюдение. Това е достатъчно, за да извади цялата концепция за божественото творение извън обхвата на научните изследвания. Науката се занимава само с наблюдавани явления и следователно никога няма да може нито да докаже, нито да отхвърли тази концепция.

2. Спонтанно (спонтанно) поколение. Идеите за произхода на живите същества от нежива материя бяха широко разпространени в Древен Китай, Вавилон, Египет. Най-големият философ на древна Гърция, Аристотел, предполага, че определени "частици" материя съдържат някакъв вид "активен принцип", който при подходящи условия може да създаде жив организъм.

Ван Хелмонт (1579-1644), холандски лекар и натурален философ, описва експеримент, в който се твърди, че е създал мишки за три седмици. За това са били нужни мръсна риза, тъмен килер и шепа жито. Ван Хелмонт смята човешката пот за активен принцип в процеса на раждане на мишката. И до появата в средата на десети век на работата на основателя на микробиологията Луи Пастьор тази доктрина продължава да намира привърженици.

Развитието на идеята за спонтанното поколение се отнася по същество до ерата, когато религиозните идеи доминират в общественото съзнание. Онези философи и естествоизпитатели, които не искаха да приемат учението на Църквата за „сътворяването на живота“, при тогавашното ниво на познанието лесно стигнаха до идеята за неговото спонтанно пораждане. Доколкото, за разлика от вярата в сътворението, беше подчертана идеята за естествения произход на организмите, идеята за спонтанното поколение беше на определен етап от прогресивно значение. Затова тази идея често се противопоставяше на Църквата и теолозите.

3. Хипотеза за панспермия.Според тази хипотеза, предложена през 1865г. от немския учен Г. Рихтер и окончателно формулиран от шведския учен Арениус през 1895 г., животът може да бъде донесен на Земята от космоса. Най-вероятният удар на живи организми от извънземен произход с метеорити и космически прах. Това предположение се основава на данни за високата устойчивост на някои организми и техните спори към радиация, висок вакуум, ниски температури и други влияния. Все още обаче няма надеждни факти, потвърждаващи извънземния произход на микроорганизмите, открити в метеорити. Но дори да стигнат до Земята и да създадат живот на нашата планета, въпросът за първоначалния произход на живота ще остане без отговор.

4. Хипотеза за биохимичната еволюция. През 1924 г. биохимикът А. И. Опарин, а по-късно и английският учен Дж. Халдейн (1929 г.) формулират хипотеза, която разглежда живота като резултат от продължителна еволюция на въглеродните съединения.

Понастоящем в процеса на формиране на живота условно се разграничават четири етапа:

1. Синтез на нискомолекулни органични съединения (биологични мономери) от газове на първичната атмосфера.

2. Образуване на биологични полимери.

3. Образуване на фазово разделени системи от органични вещества, отделени от външната среда чрез мембрани (протобионти).

4. Появата на най-простите клетки, които имат свойствата на живо същество, включително репродуктивния апарат, който осигурява прехвърлянето на свойствата на родителските клетки към дъщерните клетки.

"PRIMARY SOFT" (по избор)

През 1923 г. руският учен Александър Иванович Опарин предполага, че в условията на първобитната Земя органичните вещества са възникнали от най-простите съединения - амоняк, метан, водород и вода. Енергията, необходима за такива трансформации, може да се получи или от ултравиолетово лъчение, или от чести светкавични електрически разряди - мълнии. Може би тези органични вещества постепенно са се натрупали в древния океан, образувайки първичен бульонкъдето се е зародил животът.

Според хипотезата на А. И. Опарин в първичния бульон дългите нишковидни протеинови молекули могат да се сгънат на топки, да се „залепят“ една за друга, да стават по-големи. Благодарение на това те станаха устойчиви на разрушителното действие на прибоя и ултравиолетова радиация. нещо се случваше така, което може да се наблюдава чрез изливане на живак от счупен термометър върху чинийка: живакът, който се е разпаднал на много малки капчици, постепенно се събира в малко по-големи капки и след това в една голяма топка. Протеиновите "топки" в "първичния бульон" привличат към себе си, свързани водни молекули, както и мазнини. Мазнините се утаяват на повърхността на протеиновите тела, обгръщайки ги със слой, чиято структура отдалечено наподобява клетъчна мембрана. Опарин нарече този процес коацервация (от латински coacervus - „съсирек“), а получените тела бяха наречени коацерватни капки или просто коацервати. С течение на времето коацерватите абсорбират все повече и повече части от веществото от заобикалящия ги разтвор, структурата им става по-сложна, докато се превърнат в много примитивни, но вече живи клетки.

5. Стационарно състояние

Според теорията за стационарното състояние Земята никога не е възниквала, а е съществувала вечно; то винаги е било в състояние да поддържа живота и ако се е променило, то се е променило много малко. Според тази версия видовете също никога не са възниквали, те винаги са съществували и всеки вид има само две възможности - или промяна в числеността, или изчезване.

Въпросът за произхода на живота на Земята е един от най- трудни въпроси съвременна естествена наука, на които до момента няма ясен отговор.

Има няколко теории за произхода на живота на Земята, най-известните от които са:

• теория за спонтанното (спонтанното) зараждане;
• теорията на креационизма (или сътворението);
• теория на стационарното състояние;
• теория на панспермията;
• теория на биохимичната еволюция (теорията на A.I. Oparin).

Помислете за основните положения на тези теории.

Теория за спонтанното (спонтанното) зараждане

Теорията за спонтанното зараждане на живот е била широко разпространена в древния свят - Вавилон, Китай, Древен Египет и Древна Гърция (Аристотел, в частност, се придържа към тази теория).

Учени древен святи средновековна Европа вярвали, че живите същества постоянно възникват от неживата материя: червеите от калта, жабите от калта, светулките от утринната роса и т.н. И така, известният холандски учен от 17 век. Ван Хелмонт съвсем сериозно описва в своя научен трактат опит, при който той получава мишки в заключен тъмен килер директно от мръсна риза и шепа жито за 3 седмици. За първи път италианският учен Франческо Реди (1688) решава да подложи на експериментална проверка широко приета теория. Той постави няколко парчета месо в съдове и покри някои от тях с муселин. В отворени съдове на повърхността на гниещо месо се появиха бели червеи - ларви на мухи. В съдовете, покрити с муселин, нямаше ларви на мухи. Така Ф. Реди успя да докаже, че ларвите на мухите не се появяват от гниещо месо, а от яйца, снесени от мухи на повърхността му.

През 1765 г. известният италиански учен и лекар Лазаро Спаланцани вари месни и зеленчукови бульони в запечатани стъклени колби. Бульоните в запечатани колби не се развалиха. Той заключи, че под въздействието на висока температура умират всички живи същества, способни да причинят разваляне на бульона. Експериментите на Ф. Реди и Л. Спаланцани обаче не убедиха всички. Учени виталисти (от лат. вита- живот) смята, че спонтанното генериране на живи същества не се случва във варения бульон, тъй като специален „ жизнена сила”, който не може да проникне в запечатания съд, тъй като се пренася по въздуха.

Споровете за възможността за спонтанно генериране на живот се засилиха във връзка с откриването на микроорганизми. Ако сложните живи същества не могат да се възпроизвеждат спонтанно, може би микроорганизмите могат?

В тази връзка през 1859 г. Френската академия обявява присъждането на награда на този, който окончателно реши въпроса за възможността или невъзможността за спонтанно генериране на живот. Тази награда е получена през 1862 г. от известния френски химик и микробиолог Луи Пастьор. Точно като Спаланцани, той вареше хранителен бульон в стъклена колба, но колбата не беше обикновена, а с гърло под формата на 5-образна тръба. Въздухът, а оттам и „жизнената сила“, можеха да проникнат в колбата, но прахът, а с него и микроорганизмите, присъстващи във въздуха, се утаиха в долното коляно на 5-образната тръба и бульонът в колбата остана стерилен (Фиг. 1). Въпреки това си струваше да счупите гърлото на колбата или да изплакнете долното коляно на 5-образната тръба със стерилен бульон, тъй като бульонът започна бързо да става мътен - в него се появиха микроорганизми.

Така, благодарение на работата на Луи Пастьор, теорията за спонтанното генериране беше призната за несъстоятелна и теорията за биогенезата беше установена в научния свят, чиято кратка формулировка е - "всичко живо е от живи същества."

Ориз. 1. Колба на Пастьор

Ако обаче всички живи организми в исторически обозримия период на развитие на човечеството произлизат само от други живи организми, естествено възниква въпросът: кога и как са се появили първите живи организми на Земята?

Теория на сътворението

Теория на сътворениетопредполага, че всички живи организми (или само най-простите им форми) са били в определен периодвреме, създадено („проектирано“) от някакво свръхестествено същество (божество, абсолютна идея, свръхразум, свръхцивилизация и т.н.). Очевидно е, че последователите на повечето от водещите религии в света, по-специално християнската религия, са се придържали към тази гледна точка от древни времена.

Теорията за креационизма все още е доста разпространена не само в религиозните, но и в научните среди. Обикновено се използва за обяснение на най-сложните, понастоящем неразрешени проблеми на биохимичните и биологична еволюциясвързани с появата на протеини и нуклеинови киселини, образуването на механизма на взаимодействие между тях, появата и образуването на отделни сложни органели или органи (като рибозома, око или мозък). Актовете на периодично "създаване" също обясняват липсата на ясни преходни връзки от един вид животни
на друг, например от червеи до членестоноги, от маймуни до хора и т.н. Трябва да се подчертае, че философският спор за първичността на съзнанието (свръхразум, абсолютна идея, божество) или материята не може да бъде разрешен по принцип, тъй като опитът да се обяснят всички трудности на съвременната биохимия и еволюционна теорияфундаментално неразбираемите свръхестествени актове на сътворение отвеждат тези въпроси отвъд научно изследване, теорията на креационизма не може да се класифицира като научни теориипроизход на живота на земята.

Теории за стационарно състояние и панспермия

И двете теории са допълващи се елементи на една картина на света, чиято същност е следната: Вселената съществува вечно и животът съществува в нея вечно (стационарно състояние). Животът се пренася от планета на планета от „семена на живот“, пътуващи в космоса, които могат да бъдат част от комети и метеорити (панспермия). Подобни възгледи за произхода на живота бяха поддържани по-специално от академик V.I. Вернадски.

Но теорията за стационарното състояние, която предполага безкрайно дълго съществуване на Вселената, не е в съответствие с данните на съвременната астрофизика, според които Вселената е възникнала сравнително наскоро (преди около 16 милиарда години) чрез първичен взрив .

Очевидно е, че и двете теории (панспермия и стационарно състояние) изобщо не предлагат обяснение на механизма на първичния произход на живота, пренасянето му на други планети (панспермия) или преместването му в безкрайността във времето (теорията за стационарното състояние). състояние).

Теория на биохимичната еволюция (теория на А. И. Опарин)

От всички теории за произхода на живота най-разпространената и призната в научния свят е теорията за биохимичната еволюция, предложена през 1924 г. от съветския биохимик академик А.И. Опарин (през 1936 г. го описва подробно в книгата си „Появата на живота“).

Същността на тази теория е, че биологичната еволюция – т.е. възникване, развитие и усложнение различни формиживите организми, е предшествано от химическата еволюция - дълъг период от историята на Земята, свързан с възникването, усложняването и усъвършенстването на взаимодействието между елементарни звена, "тухлички", изграждащи всичко живо - органични молекули.

Предбиологична (химическа) еволюция

Според повечето учени (предимно астрономи и геолози) Земята се е формирала като небесно тяло преди около 5 милиарда години. чрез кондензация на частици от облак газ и прах, въртящ се около Слънцето.

Под въздействието на силите на натиск частиците, от които е образувана Земята, отделят огромно количество топлина. В недрата на Земята започват термоядрени реакции. В резултат на това Земята става много гореща. Така преди 5 милиарда години Земята беше гореща топка, бързаща през космоса, чиято повърхностна температура достигаше 4000-8000°C (смях. 2).

Постепенно, поради излъчването на топлинна енергия в открития космос, Земята започва да се охлажда. Преди около 4 милиарда години Земята се охлажда толкова много, че на повърхността й се образува твърда кора; в същото време леки, газообразни вещества излизат от недрата му, издигайки се нагоре и образувайки първичната атмосфера. Съставът на първичната атмосфера беше значително различен от съвременния. Очевидно в атмосферата на древната Земя не е имало свободен кислород и нейният състав е включвал вещества в редуцирано състояние, като водород (H 2), метан (CH 4), амоняк (NH 3), водна пара (H 2 O), и вероятно също азот (N 2), въглероден оксид и въглероден диоксид (CO и CO 2).

Редукционният характер на първичната атмосфера на Земята е изключително важен за произхода на живота, тъй като веществата в редуцирано състояние имат висока реактивности при определени условия са в състояние да взаимодействат помежду си, образувайки органични молекули. Отсъствието на свободен кислород в атмосферата на първичната Земя (практически целият кислород на Земята е бил свързан под формата на оксиди) също е важна предпоставка за възникването на живот, тъй като кислородът лесно се окислява и по този начин разрушава органичните съединения. Следователно, при наличие на свободен кислород в атмосферата, натрупването на древна земязначително количество органична материя би било невъзможно.

Преди около 5 милиарда години- появата на Земята като небесно тяло; температура на повърхността — 4000-8000°C

Преди около 4 милиарда години -образуване на земната кора и първичната атмосфера

При 1000°C- в първичната атмосфера, синтезът на прости органични молекули

Енергията за синтез се дава от:

Температурата на първичната атмосфера е под 100 ° C - образуването на първичния океан -

Синтез на сложни органични молекули - биополимери от прости органични молекули:

• прости органични молекули - мономери
• сложни органични молекули – биополимери

Схема. 2. Основни етапи на химическата еволюция

Когато температурата на първичната атмосфера достигне 1000°C, в нея започва синтеза на прости органични молекули, като аминокиселини, нуклеотиди, мастни киселини, прости захари, многовалентни алкохоли, органични киселини и др. Енергията за синтеза се доставя от мълниеносни разряди, вулканична активност, твърда космическа радиация и накрая ултравиолетовото лъчение на Слънцето, от което Земята все още не е защитена от озонов екран, и именно ултравиолетовото лъчение е това, което учените смятат за основния източник на енергия за абиогенни (това е, преминавайки без участието на живи организми) синтез на органични вещества.

признание и широко разпространентеории на А.И. Опарин беше значително улеснен от факта, че процесите на абиогенен синтез на органични молекули лесно се възпроизвеждат в моделни експерименти.

Възможността за синтез на органични вещества от неорганични вещества е известна от началото на 19 век. Още през 1828 г. изключителният немски химик Ф. Вьолер синтезира органично вещество - урея от неорганичен - амониев цианат. Но възможността за абиогенен синтез на органични вещества при условия, близки до тези на древната Земя, е показана за първи път в експеримента на С. Милър.

През 1953 г. млад американски изследовател, аспирант в Чикагския университет, Стенли Милър, възпроизвежда в стъклена колба със запоени в нея електроди първичната атмосфера на Земята, която според учените от онова време се състои от водород, метан CH 4, амоняк NH и водна пара H 2 0 (фиг. 3). През тази газова смес С. Милър пропуска електрически разряди, симулиращи гръмотевични бури в продължение на една седмица. В края на експеримента в колбата бяха открити α-аминокиселини (глицин, аланин, аспарагин, глутамин), органични киселини (янтарна, млечна, оцетна, гликоколова), γ-хидроксимаслена киселина и урея. При повторение на експеримента С. Милър успя да получи отделни нуклеотиди и къси полинуклеотидни вериги от пет до шест връзки.

Ориз. 3. Инсталация от С. Милър

В по-нататъшни експерименти върху абиогенен синтез, проведени различни изследователиса използвани не само електрически разряди, но и други видове енергия, характерни за древната Земя - космическа, ултравиолетова и радиоактивно излъчване, високи температури, присъщи на вулканичната дейност, както и разнообразие от опции газови смесисимулиране на първичната атмосфера. В резултат на това се получава почти целият спектър от органични молекули, характерни за живите същества: аминокиселини, нуклеотиди, мастноподобни вещества, прости захари, органични киселини.

Освен това абиогенният синтез на органични молекули може да се случи и на Земята в момента (например в хода на вулканичната активност). В същото време не само циановодородната киселина HCN, която е предшественик на аминокиселини и нуклеотиди, но и отделни аминокиселини, нуклеотиди и дори такива сложни органични вещества като порфирини могат да бъдат намерени във вулканичните емисии. Абиогенният синтез на органични вещества е възможен не само на Земята, но и в открития космос. Най-простите аминокиселини се намират в метеоритите и кометите.

Когато температурата на първичната атмосфера падна под 100 ° C, на Земята паднаха горещи дъждове и се появи първичният океан. С потоци дъжд в първичния океан навлизат абиогенно синтезирани органични вещества, които го превръщат, но по образния израз на английския биохимик Джон Халдейн, в разредена „първична супа“. Очевидно именно в първичния океан започват процесите на образуване на прости органични молекули - мономери на сложни органични молекули - биополимери (виж фиг. 2).

Въпреки това, процесите на полимеризация на отделни нуклеозиди, аминокиселини и захари са реакции на кондензация, те протичат с елиминирането на водата, следователно водната среда не допринася за полимеризацията, а напротив, за хидролизата на биополимерите (т.е. , разрушаването им с добавяне на вода).

Образуването на биополимери (по-специално протеини от аминокиселини) може да се извърши в атмосферата при температура около 180 ° C, откъдето те се измиват в първичния океан с атмосферни валежи. Освен това е възможно на древната Земя аминокиселините да са били концентрирани в пресъхващи резервоари и полимеризирани в суха форма под въздействието на ултравиолетова светлина и топлината на потоците лава.

Въпреки факта, че водата насърчава хидролизата на биополимерите, синтезът на биополимери в жива клетка се случва точно във водна среда. Този процес се катализира от специални каталитични протеини - ензими, а необходимата за синтеза енергия се освобождава при разграждането на аденозинтрифосфата - АТФ. Възможно е синтезът на биополимери във водната среда на първичния океан да е бил катализиран от повърхността на определени минерали. Експериментално е доказано, че разтвор на аминокиселината аланин може да полимеризира във водна среда в присъствието на специален вид двуалуминиев оксид. В този случай се образува пептидът полиаланин. Реакцията на полимеризация на аланина е придружена от разграждането на АТФ.

Полимеризацията на нуклеотидите е по-лесна от полимеризацията на аминокиселините. Доказано е, че в разтвори с висока концентрация на сол отделните нуклеотиди спонтанно полимеризират, превръщайки се в нуклеинови киселини.

Животът на всички съвременни живи същества е процес на непрекъснато взаимодействие между най-важните биополимери на живата клетка - протеини и нуклеинови киселини.

Протеините са "работещите молекули", "инженерните молекули" на живата клетка. Описвайки ролята им в метаболизма, биохимиците често използват такива образни изрази като "протеинът работи", "ензимът води реакцията". Съществена функцияпротеини - каталитични. Както знаете, катализаторите са вещества, които ускоряват химичните реакции, но самите те не са включени в крайните продукти на реакцията. Резервоарите-катализатори се наричат ​​ензими.Ензимите в завой и хиляди пъти ускоряват метаболитните реакции. Метаболизмът, а оттам и животът без тях е невъзможен.

Нуклеинова киселина - това са "молекули-компютри", молекулите са пазители на наследствената информация. Нуклеиновите киселини не съхраняват информация за всички вещества на живата клетка, а само за протеините. Достатъчно е да се възпроизведат в дъщерната клетка протеините, характерни за майчината клетка, така че те точно да пресъздадат всички химични и структурни характеристики на майчината клетка, както и естеството и скоростта на метаболизма, присъщи на нея. Самите нуклеинови киселини също се репликират от каталитична активностпротеини.

По този начин мистерията на произхода на живота е мистерията на появата на механизма на взаимодействие между протеини и нуклеинови киселини. Каква информация има съвременната наука за този процес? Какви молекули са били основната основа на живота - протеини или нуклеинови киселини?

Учените смятат, че въпреки ключовата роля на протеините в метаболизма на съвременните живи организми, първите "живи" молекули не са протеини, а нуклеинови киселини, а именно рибонуклеинови киселини (РНК).

През 1982 г. американският биохимик Томас Чек открива автокаталитичните свойства на РНК. Той експериментално показа, че в среда, съдържаща висока концентрацияминерални соли, рибонуклеотидите спонтанно (спонтанно) полимеризират, образувайки полинуклеотиди - РНК молекули. Върху оригиналните полинуклеотидни вериги на РНК, като върху матрица, копията на РНК се образуват чрез сдвояване на комплементарни азотни бази. Реакцията на копиране на РНК шаблон се катализира от оригиналната РНК молекула и не изисква участието на ензими или други протеини.

Това, което се случи след това, се обяснява доста добре от това, което може да се нарече "естествен подбор" на молекулярно ниво. При самокопиране (самосглобяване) на РНК молекули неизбежно възникват неточности и грешки. Грешните РНК копия се копират отново. При повторно копиране може отново да възникнат грешки. В резултат на това популацията от РНК молекули в определена част от първичния океан ще бъде разнородна.

Тъй като процесите на разпадане на РНК също протичат успоредно с процесите на синтез, молекули с по-голяма стабилност или по-добри автокаталитични свойства ще се натрупват в реакционната среда (т.е. молекули, които се копират по-бързо, „умножават“ се по-бързо).

На някои РНК молекули, както на матрица, може да се получи самосглобяване на малки протеинови фрагменти - пептиди. Около молекулата на РНК се образува белтъчна "обвивка".

Наред с автокаталитичните функции, Томас Чек открива феномена на самосплайсинг в РНК молекулите. В резултат на самосплайсинг, РНК региони, които не са защитени от пептиди, се отстраняват спонтанно от РНК (те са, така да се каже, „изрязани“ и „изхвърлени“), а останалите РНК региони, кодиращи протеинови фрагменти, „растат заедно ”, т.е. спонтанно се комбинират в една молекула. Тази нова РНК молекула вече ще кодира голям сложен протеин (Фигура 4).

Очевидно първоначално протеиновите обвивки са били извършени на първо място, защитна функция, защитавайки РНК от разрушаване и по този начин повишавайки нейната стабилност в разтвор (това е функцията на протеиновите обвивки в най-простите съвременни вируси).

Очевидно на определен етап от биохимичната еволюция РНК молекулите, кодиращи не само защитни протеини, но също и каталитични протеини (ензими), които рязко ускоряват скоростта на копиране на РНК. Очевидно така е възникнал процесът на взаимодействие между протеини и нуклеинови киселини, който днес наричаме живот.

В процеса на по-нататъшно развитие, поради появата на протеин с функции на ензим, обратна транскриптаза, върху едноверижни РНК молекули, започнаха да се синтезират молекули на дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК), състояща се от две вериги. Отсъствието на ОН група в позиция 2" на дезоксирибозата прави ДНК молекулите по-стабилни по отношение на хидролитичното разцепване в леко алкални разтвори, а именно реакцията на средата в първичните резервоари е леко алкална (тази реакция на средата също се запазва в цитоплазмата на съвременните клетки).

Къде е протекло развитието на сложен процес на взаимодействие между протеини и нуклеинови киселини? Според теорията на A.I. Опарин, така наречените коацерватни капки станаха родното място на живота.

Ориз. 4. Хипотеза за взаимодействието на протеини и нуклеинови киселини: а) в процеса на самокопиране на РНК се натрупват грешки (1 - нуклеотиди, съответстващи на оригиналната РНК; 2 - нуклеотиди, които не съответстват на оригиналната РНК - грешки в копиране); б) върху част от молекулата на РНК поради нейния физични и химични свойстваАминокиселините се „залепват“ (3 - РНК молекула; 4 - аминокиселини), които, взаимодействайки помежду си, се превръщат в къси протеинови молекули - пептиди. В резултат на самосплайсинг, присъщ на молекулите на РНК, частите от молекулата на РНК, които не са защитени от пептиди, се унищожават, а останалите "растат" в една молекула, кодираща голям протеин. Резултатът е РНК молекула, покрита с протеинова обвивка (най-примитивните съвременни вируси, например вирусът на тютюневата мозайка, имат подобна структура)

Феноменът на коацервацията се състои в това, че при определени условия (например в присъствието на електролити) макромолекулните вещества се отделят от разтвора, но не под формата на утайка, а под формата на по-концентриран разтвор - коацерват . При разклащане коацерватът се разпада на отделни малки капчици. Във водата такива капки са покрити с хидратна обвивка (обвивка от водни молекули), която ги стабилизира – фиг. 5.

Капките Coacervate имат някакво подобие на метаболизма: под въздействието на чисто физични и химични сили те могат избирателно да абсорбират определени вещества от разтвора и да отделят техните продукти на разпадане в околната среда. Благодарение на селективната концентрация на веществата от околната среда, те могат да растат, но когато достигнат определен размер, започват да се "размножават", пъпкувайки малки капчици, които от своя страна могат да растат и да "пъпчат".

Коацерватните капчици, получени в резултат на концентрацията на протеинови разтвори в процеса на смесване под действието на вълни и вятър, могат да бъдат покрити с липидна обвивка: единична мембрана, наподобяваща сапунени мицели (с еднократно отделяне на капчица от водната повърхност, покрита с липиден слой), или двоен, наподобяващ клетъчна мембрана (когато капка, покрита с еднослойна липидна мембрана, пада отново върху липидния филм, покриващ повърхността на резервоара - фиг. 5).

Процесите на възникване на коацерватни капчици, техният растеж и "пъпкуване", както и "обличането" им с мембрана от двоен липиден слой лесно се моделират в лабораторни условия.

За коацерватните капчици също има процес на "естествен подбор", при който най-стабилните капчици остават в разтвора.

Въпреки външната прилика на коацерватните капки с живите клетки, коацерватните капки липсват основна характеристикажив - способност за точно самовъзпроизвеждане, самокопиране. Очевидно предшествениците на живите клетки са били такива коацерватни капки, които включват комплекси от репликаторни молекули (РНК или ДНК) и протеините, които те кодират. Възможно е комплексите РНК-протеин да са съществували дълго време извън коацерватните капчици под формата на така наречения „свободно живеещ ген“ или е възможно образуването им да е станало директно вътре в някои коацерватни капчици.

Възможен път на преход от коацерватни капки към примитивни пламъци:

а) образуване на коацерват; 6) стабилизиране на коацерватните капки воден разтвор; в) - образуване на двоен липиден слой около капката, подобен на клетъчна мембрана: 1 - коацерватна капка; 2 - мономолекулен слой липиди на повърхността на резервоара; 3 — образуване на един липиден слой около капката; 4 — образуване на двоен липиден слой около капката, подобен на клетъчна мембрана; г) - коацерватна капка, заобиколена от двоен липиден слой, в състава на който е включен протеиново-нуклеотиден комплекс - прототип на първата жива клетка

От историческа гледна точка, изключително сложният процес на възникване на живота на Земята, който не е напълно разбран от съвременната наука, премина изключително бързо. За 3,5 милиарда години т.нар. химическата еволюция завършва с появата на първите живи клетки и започва биологичната еволюция.

Хипотези за произхода на живота на Земята

Проблемът за живота и живота е обект на изучаване на много естествени дисциплини, като се започне от биологията и се завърши с философията, математиката, която разглежда абстрактните модели на живия феномен, както и физиката, която определя живота от гледна точка на физическите закони. . Векове изследвания и опити за разрешаване на тези проблеми са довели до различни хипотези за произхода на живота.

Според две мирогледни позиции- материалистическа и идеалистична - още в античната философия се развиват противоположни концепции за произхода на живота: креационизъм и материалистическата теория за произхода на органичната природа от неорганичната. Привържениците на креационизма твърдят, че животът е възникнал в резултат на акт на божествено сътворение, доказателство за което е наличието в живите организми на специална сила, която контролира всички биологични процеси. Привържениците на произхода на живота от неживата природа твърдят, че органичната природа е възникнала поради действието на природните закони. По-късно тази концепция беше конкретизирана в идеята за спонтанно генериране на живот.

И така, съществуват следните хипотези за произхода на живота.

1. креационизъм . Според концепцията на креационизма животът е възникнал в резултат на свръхестествени, т.е. нарушаващи законите на физиката, събития в миналото. Концепцията за креационизма се следва от последователите на почти всички най-разпространени религии. Според традиционните юдео-християнски представи за сътворението на света, изложени в Книгата Битие, светът и всички организми, които го населяват, са създадени от всемогъщия Създател за 6 дни с продължителност 24 часа. Понастоящем обаче много християни не се отнасят към Библията като към научна книга и вярват, че тя съдържа теологичното откровение за създаването на всички живи същества от Бога във форма, разбираема за всички хора от всички времена.

Логично не може да има противоречие между научните и богословските обяснения за сътворението на света. тези две области на мисълта са взаимно изключващи се. Теологията признава истината чрез божественото откровение и вяра и признава неща, за които няма доказателства в научния смисъл на думата. Науката широко използва наблюдението и експеримента, научната истина винаги съдържа елемент на хипотеза, докато за вярващия богословската истина е абсолютна. Процесът на божественото създаване на света се схваща като еднократно извършен, следователно не е достъпен за наблюдение. Концепцията за божественото сътворение на света е извън обхвата на научните изследвания, така че науката, занимаваща се с явления, които могат да бъдат наблюдавани, никога не може да докаже или отхвърли тази концепция.

В полза на неслучайния характер на процеса на възникване и развитие на живота, антропичен принципформулиран през 70-те години на нашия век. Същността му се състои в това, че дори леки отклонения в стойността на някоя от фундаментални константиводи до невъзможност за появата във Вселената на високо подредени структури и следователно на живот. По този начин увеличаването на константата на Планк с 10% прави невъзможно свързването на протон с неутрон, т.е. прави нуклеосинтезата невъзможна. Намаляването на константата на Планк с 10% би довело до образуването на стабилен изотоп 2He, което би довело до изгаряне на целия водород в ранните етапи на разширяването на Вселената. Неслучайният характер на стойностите на фундаменталните константи може да показва наличието на „творчески план“ от самото начало на формирането на Вселената, което предполага присъствието на Създателя, автора на този план.

2. Хипотеза за спонтанен произход на живота . Според Аристотел определени „частици“ материя съдържат някакъв вид „активен принцип“, който при подходящи условия може да създаде жив организъм.

Хипотезата за спонтанния произход на живота е широко разпространена в древен Китай, Вавилон и Египет като алтернатива на креационизма. Следвайки Емпедокъл, един от първите, изразили идеята за органичната еволюция, Аристотел се придържа към концепцията за спонтанния произход на живота, свързвайки всички организми в една „стълба на природата“. Според Аристотел определени „частици“ материя съдържат някакъв вид „активен принцип“, който при подходящи условия може да създаде жив организъм. Това начало, според Аристотел, присъства в оплодената яйцеклетка, в слънчева светлина, слуз и гниещо месо. През 1688 г. италианският лекар Франческо Реди поставя под въпрос теорията за спонтанното зараждане на живот и провежда серия от експерименти, в които показва, че животът може да възникне само от предишен живот (концепцията за биогенезата). Луи Пастьор (1860) окончателно опровергава теорията за спонтанния произход на живота и доказва валидността на теорията за биогенезата. Експериментите на Л. Пастьор показват, че микроорганизмите се появяват в органични разтвори поради факта, че техните ембриони са били въведени преди това там. Ако съд с хранителна среда е защитен от навлизане на микроби в него, тогава не възниква спонтанно генериране на живот.

Концепцията за спонтанно генериране, макар и погрешна, е изиграла положителна роля; експериментите, предназначени да го потвърдят, предоставиха богат емпиричен материал за развитието биологична наука. Окончателното отхвърляне на идеята за спонтанно поколение се случи едва през 19 век.

Потвърждаването на теорията за биогенезата породи проблема за първия жив организъм, от който са възникнали всички останали. Във всички теории (с изключение на теорията за стационарното състояние) се подразбира, че на някакъв етап от историята на живота е имало преход от неживо към живо. Как се случи това?

3. Хипотеза за стабилно състояние . Според тази хипотеза Земята никога не е възниквала, а е съществувала вечно; Земята винаги е била способна да поддържа живот. Видовете винаги са съществували, всеки вид има само две възможности: промяна в числеността или изчезване.

4. Хипотеза за панспермия твърди, че животът може да е възникнал един или повече пъти в различно времеи в различни части на Вселената. Тази хипотеза възниква през 60-те години XIX годинивек и се свързва с името на немския учен Г. Рихтер. По-късно концепцията за панспермия беше споделена от такива видни учени като S. Arrhenius, G. Helmholtz, V.I. Вернадски. За обосноваване на тази теория се използват наблюдения на НЛО, скални рисунки на древни, ракетоподобни и извънземни и др. Съветските и американските космически изследвания ни позволяват да считаме вероятността за намиране на извънземен живот в Слънчевата система за незначителна, но те не дават основания за потвърждаване или опровергаване на съществуването на живот извън нея. При изучаване на материала на метеорити и комети в тях са открити много „предшественици на живите“ (цианогени, циановодородна киселина и др.), Които биха могли да играят ролята на „семена“ на живота. Както и да е, теорията за панспермията не е теория за произхода на живота като такъв; то просто пренася проблема за произхода на живота на друго място във Вселената.

В началото на ХХв. идея космически произходбиологични системи на Земята и вечността на съществуването на живот в космоса е разработен от руския учен академик В.И. Вернадски.

5. Хипотезата за вечното съществуване на живота . Той е представен през 19 век. Предполага се, че животът съществува в космоса и пътува от една планета на друга.

6. Хипотеза за биохимичната еволюция. Възрастта на Земята се оценява на 4,5–5 милиарда години. В далечното минало температурата на повърхността на нашата планета е била 4000-8000 градуса по Целзий. Докато се охлаждаше, въглеродът и по-огнеупорните метали се кондензираха, образувайки се земната кора; в резултат на вулканична дейност, непрекъснати движения на кората и компресия, причинена от охлаждане, се образуват гънки и разкъсвания. Атмосферата на Земята в древността очевидно е била редуцираща (най-древните скали на Земята съдържат метали в редуцираща форма, като двувалентно желязо, по-младите скали съдържат метали в окислена форма, като фери желязо). В атмосферата практически нямаше кислород. Възникването на живота е тясно свързано с възникването земните океанитова се е случило преди около 3,8 милиарда години. Палеонтологичните данни показват, че температурата на водата в тях не е била много ниска, но не е надвишавала 58 °C. Следи древни организминамерени в слоеве, оценени на възраст 3,2–3,5 милиарда години.

Хипотезата за биохимичната еволюция е представена от академик A.I. Опарин (1894-1980) в книгата "Произходът на живота", публикувана през 1924 г. Той прави твърдението, че принципът на Реди, въвеждащ монопол на биотичния синтез на органични вещества, е валиден само за модерна епохасъществуването на нашата планета. В началото на своето съществуване, когато Земята е била безжизнена, на нея е протичал абиотичен синтез на въглеродни съединения и тяхната последваща предбиологична еволюция.

Същността на хипотезата на Опарин е следната: произходът на живота на Земята е дълъг еволюционен процес на образуване на жива материя в дълбините на неживата материя. Това се случи чрез химическата еволюция, в резултат на което най-простите органични вещества се образуваха от неорганични под въздействието на мощни физикохимични фактори.

Възникването на живота A.I. Опарин се счита за единичен естествен процес, изразяващо се в процедиране при усл ранна земяпървоначална химическа еволюция, която постепенно преминава към качествено ново ниво- биохимична еволюция. Разглеждайки проблема за възникването на живота чрез биохимична еволюция, Опарин разграничава три етапа на прехода от нежива към жива материя.

Първи етап - химическа еволюция . Когато Земята все още е била безжизнена (преди около 4 милиарда години), на нея е протичал абиотичен синтез на въглеродни съединения и тяхната последваща предбиологична еволюция. Този период от еволюцията на Земята се характеризира с многобройни вулканични изригвания с освобождаването на огромно количество нажежена лава. Когато планетата се охлади, водните пари в атмосферата се кондензираха и паднаха върху Земята в дъждове, образувайки огромни водни пространства (първичния океан). Тези процеси продължиха много милиони години. Във водите на първичния океан са разтворени различни неорганични соли. Освен това в океана навлязоха различни органични съединения, които непрекъснато се образуват в атмосферата под въздействието на ултравиолетова радиация, висока температура и активна вулканична дейност. Концентрацията на органични съединения непрекъснато нарастваше и в крайна сметка водите на океана станаха " бульон» от белтъчноподобни вещества – пептиди.

Фигура 26 - Схема на произхода на живота според Опарин

Втора фаза - поява на протеини . С омекотяването на условията на Земята, под въздействието на електрически разряди, топлинна енергия и ултравиолетови лъчи върху химическите смеси на първичния океан, стана възможно образуването на сложни органични съединения - биополимери и нуклеотиди, които, постепенно комбинирайки се и усложнявайки се, се превърна в протобионти (предклетъчни предци на живите организми). Резултатът от еволюцията на сложни органични вещества е появата на коацервати или коацерватни капки. коацервати - комплекси от колоидни частици, чийто разтвор е разделен на два слоя: слой, богат на колоидни частици, и течност почти без тях. Коацерватите имат способността да абсорбират различни веществаразтворени във водите на първичния океан. Като резултат вътрешна структуракоацервати се променят в посока на повишаване на тяхната стабилност при постоянно променящи се условия. Теорията на биохимичната еволюция разглежда коацерватите като предбиологични системи, които са групи от молекули, заобиколени от водна черупка. Така например коацерватите са способни да абсорбират вещества от околната среда, да взаимодействат помежду си, да увеличават размера си и т.н. Въпреки това, за разлика от живите същества, коацерватните капки не са способни на самовъзпроизвеждане и саморегулиране, така че не могат да бъдат класифицирани като биологични системи.

Третият етап е формирането на способността за самовъзпроизвеждане, появата на жива клетка . През този период започва да действа естественият подбор, т.е. в масата на коацерватните капки се извършва селекция на коацервати, най-устойчиви на дадени условия на околната среда. Процесът на подбор продължава в продължение на много милиони години. Оцелелите коацерватни капки вече притежават способността за първичен метаболизъм, основното свойство на живота. В същото време, достигайки определен размер, родителската капка се разпада на дъщерни капчици, които запазват характеристиките на родителската структура. По този начин можем да говорим за придобиване от коацервати на свойството на самовъзпроизвеждане - едно от най-важните характеристикиживот. Всъщност на този етап коацерватите са се превърнали в най-простите живи организми. По-нататъшното развитие на тези пребиологични структури е възможно само с усложняването на метаболитните процеси вътре в коацервата.

Вътрешната среда на коацервата се нуждаеше от защита от влиянието на околната среда. Следователно около коацерватите, богати на органични съединения, възникват слоеве от липиди, отделящи коацерватите от околните водна среда. По време на еволюцията липидите са се трансформирали в външна мембрана, което значително повишава жизнеспособността и устойчивостта на организмите. Появата на мембраната предопредели посоката на по-нататъшната биологична еволюция по пътя на все по-съвършена авторегулация, завършваща с образуването на първичната клетка - архецелта. Клетката е елементарна биологична единица, структурна и функционална основа на всички живи същества. Клетките извършват независим метаболизъм, способни са на делене и саморегулация, т.е. имат всички свойства на живите същества. Образуването на нови клетки от неклетъчен материал е невъзможно, възпроизвеждането на клетките става само поради делене. Органичното развитие се разглежда като универсален процес на формиране на клетките.

В структурата на клетката има: мембрана, която ограничава съдържанието на клетката от външната среда; цитоплазма, която е физиологичен разтвор с разтворими и суспендирани ензими и РНК молекули; ядро, съдържащо хромозоми, състоящо се от ДНК молекули и протеини, прикрепени към тях.

Следователно, началото на живота трябва да се счита за появата на стабилно самовъзпроизвеждане органична система(клетки) с постоянна последователност от нуклеотиди. Едва след появата на такива системи може да се говори за началото на биологичната еволюция.

Преходът от неодушевено към живо се извършва след възникването и развитието на основите на две основни жизнени системи на базата на предшествениците: системата за метаболизъм и системата за възпроизвеждане на материалните основи на живата клетка.

Вероятността, че протеинова молекула, състоящ се от 100 аминокиселини от 20 типа, ще бъдат генерирани на случаен принцип според определен модел и равни на 1/20 100 ≈1/10 130 . жива клетка- комплекс от взаимодействащи протеини, липиди и нуклеотиди, които образуват генетичен код. Най-простата клетка съдържа повече от 2000 ензима. Вероятността за произволно образуване на такива сложни структури е малка.

Възможността за абиогенен синтез на биополимери е експериментално доказана в средата на 20 век. През 1953 г. американският учен С. Милър моделира първичната атмосфера на Земята и синтезира оцетна и мравчена киселина, урея и аминокиселини чрез преминаване на електрически заряди през смес от газове (вода, въглероден диоксид, водород, азот, метан). Така беше показано как е възможен синтезът на сложни органични съединения под действието на абиогенни фактори.

Въпреки теоретичната и експерименталната валидност, концепцията на Опарин има както силна, така и слаби страни. Силна странаКонцепцията е доста точно експериментално обосноваване на химическата еволюция, според която произходът на живота е естествен резултат от предбиологичната еволюция на материята. Убедителен аргумент в полза на тази концепция е и възможността за експериментална проверка на нейните основни положения. Слабата страна на концепцията е невъзможността да се обясни самият момент на прехода от сложни органични съединения към живи организми.

Една от версиите за прехода от предбиологична към биологична еволюция е предложена от немския учен М. Айген. Според неговата хипотеза възникването на живота се обяснява с взаимодействието на нуклеинови киселини и протеини. Нуклеиновите киселини са носители генетична информацияи протеините служат като катализатори за химични реакции. Нуклеиновите киселини се възпроизвеждат и предават информация на протеините. Появява се затворена верига - хиперцикъл, в който процесите на химичните реакции се самоускоряват поради наличието на катализатори. В хиперциклите реакционният продукт едновременно действа и като катализатор, и като първоначален реагент. Такива реакции се наричат ​​автокаталитични.

Друга теория, която може да обясни прехода от предбиологична към биологична еволюция е синергия . Моделите, открити от синергетиката, позволяват да се изясни механизмът на възникване на органична материя от неорганична материя по отношение на самоорганизацията чрез спонтанното възникване на нови структури по време на взаимодействието на отворена система с околен свят.

Съществува хипотеза за възможно въвеждане на бактерии, микроби и други миниатюрни организми чрез въвеждането небесни тела. Организмите се развиват и в резултат на дългосрочни трансформации животът постепенно се появява на Земята. Хипотезата разглежда организми, които могат да функционират дори в аноксична среда и при необичайно високи или ниски температури.

Това се дължи на наличието на мигриращи бактерии върху астероиди и метеорити, които са фрагменти от сблъсък на планети или други тела. Поради наличието на устойчива на износване външна обвивка, както и поради способността да забавят всички жизнени процеси (понякога превръщайки се в спора), този вид живот може да се движи много дълго време и много дълго разстояния.

Когато попаднат в по-гостоприемни условия, „междугалактическите пътешественици” активират основните животоподдържащи функции. И без да го осъзнават, те формират с времето живота на Земята.

Живо от неживо

Фактът за съществуването на синтетични и органични вещества днес е неоспорим. Още повече, че през деветнадесети век немският учен Фридрих Вьолер синтезира органична материя (урея) от неорганична материя (амониев цианат). След това са синтезирани въглеводороди. Следователно животът на планетата Земя вероятно е възникнал чрез синтез от неорганичен материал. Чрез абиогенезата се излагат теории за произхода на живота.

Тъй като основната роля в структурата на всеки органичен организъм се играе от аминокиселини. Би било логично да се предположи, че те са участвали в заселването на Земята с живот. На данните, получени от експеримента на Стенли Милър и Харолд Юри (образуване на аминокиселини, пропускане електрически зарядчрез газове), можем да говорим за възможността за образуване на аминокиселини. В края на краищата аминокиселините са градивните елементи, с които са изградени сложните системи на тялото и съответно всеки живот.

Космогонична хипотеза

Може би най-популярната интерпретация от всички, която всеки ученик знае. Теорията за Големия взрив беше и остава гореща тема на дискусия. Големият взрив идва от единична точка на натрупване на енергия, в резултат на което Вселената се разширява значително. Образуваха се космически тела. Въпреки цялата последователност, теорията за Големия взрив не обяснява формирането на самата Вселена. В интерес на истината никоя съществуваща хипотеза не може да го обясни.

Симбиоза на органели на ядрени организми

Тази версия за произхода на живота на Земята се нарича още ендосимбиоза. Ясните разпоредби на системата са изготвени от руския ботаник и зоолог К. С. Мережковски. Същността на тази концепция се състои във взаимноизгодното съжителство на органела с клетката. Което от своя страна предполага ендосимбиоза, като симбиоза, полезна и за двете страни с образуването на еукариотни клетки (клетки, в които има ядро). След това с помощта на трансфера на генетична информация между бактериите се извършва тяхното развитие и увеличаване на популацията. Според тази версия всички по-нататъчно развитиеживот и форми на живот, дължи на предишния прародител на съвременните видове.

Спонтанно поколение

Подобно твърдение през деветнадесети век не може да се приеме без доза скептицизъм. Внезапната поява на видове, а именно образуването на живот от неживи същества, изглеждаше като фантазия за хората от онова време. В същото време хетерогенезата (методът на размножаване, в резултат на който се раждат индивиди, които са много различни от родителите) беше призната за разумно обяснение на живота. Прост примерще има образуване на сложна жизнеспособна система от разлагащи се вещества.

Например в същия Египет египетските йероглифи съобщават за появата на разнообразен живот от вода, пясък, разлагащи се и гниещи растителни останки. Тази новина не би изненадала древногръцките философи. Там вярата за произхода на живота от неживото се възприема като факт, който не изисква обосновка. Великият гръцки философ Аристотел говори за видимата истина по следния начин: „листните въшки се образуват от гнила храна, Крокодилът е резултат от процеси в гниещи трупи под вода.“ Мистериозно, но въпреки всички видове гонения от страна на църквата, убеждението под лоното на мистерията живя цял век.

Дебатите за живота на Земята не могат да продължават вечно. Ето защо в края на деветнадесети век френският микробиолог и химик Луи Пастьор извършва своите анализи. Изследванията му бяха строго научни. Експериментът е проведен през 1860-1862 г. Благодарение на отстраняването на споровете от сънливо състояние, Пастьор успя да реши проблема със спонтанното генериране на живот. (За което е удостоен с наградата на Френската академия на науките)

Създаване на съществуване от обикновена глина

Звучи като лудост, но в действителност тази тема има право на живот. В края на краищата не напразно шотландският учен А. Дж. Кернс-Смит изложи протеинова теория за живота. Силно оформяйки основата на подобни изследвания, той говори за взаимодействието на молекулярно ниво между органичните компоненти и простата глина ... Под негово влияние компонентите образуват стабилни системи, в които настъпват промени в структурата на двата компонента, а след това и формиране на устойчив живот. По толкова уникален и оригинален начин Кернс-Смит обясни своята позиция. Глинени кристали, с биологични включвания в тях, раждат съвместен живот, след което тяхното „сътрудничество“ приключва.

Теория на постоянните катастрофи

Според концепцията, разработена от Жорж Кювие, светът, който можете да видите в момента, изобщо не е първичен. И това, което е той, така че е просто още една брънка в последователно разкъсана верига. Това означава, че живеем в свят, който в крайна сметка ще претърпи масово изчезване на живот. В същото време не всичко на Земята е било подложено на глобално унищожение (например имаше наводнение). Някои видове, в хода на своята адаптивност, оцеляват, като по този начин населяват Земята. Структурата на видовете и живота, според Жорж Кювие, остава непроменена.

Материята като обективна реалност

Основната тема на обучението са различни сфери и области, които доближават разбирането на еволюцията от гледна точка на точните науки. (материализмът е светоглед във философията, който разкрива всички причинно-следствени обстоятелства, явления и фактори на действителността. Законите са приложими към човека, обществото, Земята). Теорията е представена от известни привърженици на материализма, които вярват, че животът на Земята е възникнал от трансформации на ниво химия. Освен това те са се случили преди почти 4 милиарда години. Обяснението на живота има пряка връзка с ДНК (дезокси рибонуклеинова киселина) РНК (рибонуклеинова киселина), както и към някои ВМС (съединения с високо молекулно тегло, в този случай- протеини.)

Концепцията се формира чрез научни изследвания, разкриващи същността на молекулярната и генетична биология, генетиката. Източниците са авторитетни, особено предвид младостта им. В края на краищата, изследванията на хипотезата за света на РНК започват да се провеждат в края на ХХ век. Огромен принос към теорията има Карл Ричард Вьозе.

Учението на Чарлз Дарвин

Говорейки за произхода на видовете, е невъзможно да не споменем такъв наистина блестящ човек като Чарлз Дарвин. Делото на живота му, естественият подбор, постави основата на масовите атеистични движения. От друга страна, то даде безпрецедентен тласък на науката, неизчерпаема почва за изследвания и експерименти. Същността на доктрината беше оцеляването на видовете през цялата история, чрез адаптиране на организмите към местните условия, формирането на нови характеристики, които помагат в конкурентна среда.

Еволюцията се отнася до някои процеси, насочени към промяна на живота на даден организъм и самия организъм във времето. Под наследствени черти те означават предаването на поведенческа, генетична или друг вид информация (предаване от майка на дете).

Основните сили на движението на еволюцията, според Дарвин, е борбата за правото на съществуване чрез подбор и променливост на видовете. Под влияние на идеите на Дарвин в началото на ХХ век активно се провеждат изследвания по отношение на екологията, както и генетиката. Преподаването на зоология се промени радикално.

Творение на Бог

Много хора отвсякъде Глобусътвсе още изповядват вяра в Бог. Креационизмът е интерпретация на формирането на живота на Земята. Тълкуването се състои от система от твърдения, базирани на Библията, и разглежда живота като същество, създадено от бог-създател. Данните са взети от Старият завет”, „Евангелие” и други свещени писания.

Тълкувания на сътворението на живота различни религиидонякъде подобни. Според Библията земята е създадена за седем дни. Небето, небесното тяло, водата и други подобни бяха създадени за пет дни. На шестия ден Бог създаде Адам от глина. Виждайки отегчен, самотен човек, Бог решил да създаде още едно чудо. Вземайки реброто на Адам, той създава Ева. Седмият ден беше признат за почивен ден.

Адам и Ева живели без проблеми, докато злонамереният дявол под формата на змия не решил да изкуши Ева. В края на краищата в средата на рая стоеше дървото за познаване на доброто и злото. Първата майка покани Адам да сподели храната, като по този начин наруши думата, дадено на Бога(Той забрани докосването на забранените плодове.)

Първите хора са изгонени в нашия свят, като по този начин започва историята на цялото човечество и живота на Земята.

Цели на урока:

Разширяване и обобщаване на знанията на учениците за различни възгледи за произхода на живота на Земята;

Създаване на проблемно ориентирана развиваща среда като условие за разкриване на интелектуалния потенциал на личността на завършилия гимназия.

Оборудване:

Портрети на видни учени и философи от миналото;

Презентации: "Креационизъм", "Развитие на идеите за произхода на живота";

Карта за изпълнение на лабораторна работа: „Анализ и оценка на различни хипотези за произхода на живота”;

карта " Кратък речникусловия”;

Компютър, проектор, екран.

По време на часовете

1. Актуализация на знанията.

Разлики между живо и неживо и дефиниране на понятието "живот". (кратък разговор).

2. Встъпително слово на учителя.

Животът съществува на Земята от 4,5 милиарда години. Той изпълва всички кътчета на нашата планета. Езера, реки, морета, океани, планини, равнини, пустини, дори въздухът са обитавани от живи същества. Предполага се, че в цялата история на живота на Земята е имало около 4,5 милиарда вида животни и растения.

Как се е зародил и развил животът на нашата планета? Проблемът за произхода на живота от незапомнени времена е прикован човешка мисъл. От древни времена до наше време са изказани много хипотези за произхода на живота на Земята. Но и до днес няма категоричен отговор. Изследвайки историята на развитието на идеите за произхода на живота, можем да се запознаем само с научните теории, предложени от учените, с резултатите от техните изследвания по този въпрос.

От древни времена до наше време са изказани много хипотези за произхода на живота на Земята. Цялото им разнообразие обаче се свежда до две взаимно изключващи се гледни точки.

Привържениците на теорията за биогенезата (от гръцки. био - живот и генезис - произход) смятат, че всички живи същества произлизат само от живи същества. Техните противници защитаваха теорията за абиогенезата, считаха за възможно живите да произлизат от неживите, тоест в една или друга степен допускаха спонтанното зараждане на живота.

Можем да наблюдаваме елементи от материалистични и идеалистични възгледи, които проникват в цялата история на формирането на възгледите за произхода на живота от древни времена до наши дни.

Произход на Земята

От гледна точка съвременна наукаСлънцето и планетите са възникнали едновременно от междузвездна материя - частици прах и газ. Това студено вещество постепенно се кондензира, компресира и след това се разпада на няколко неравни съсиреци. Един от тях, най-големият, даде началото на Слънцето. Веществото му, продължавайки да се свива, се затопля, около него се образува въртящ се облак газ и прах, който има формата на диск. От плътни струпвания на този облак се появиха планети. Земята се е образувала преди около 4,5 милиарда години. Учените определиха това според възрастта на най-древните скали.

Теория на стационарното (постоянно) състояние

Според теорията за стационарното състояние Земята никога не е възниквала, а е съществувала вечно; условията на околната среда винаги са били възможни за поддържане на живот и ако са се променяли, то не много. Според тази версия видовете живи същества също никога не са се образували, те винаги са съществували и всеки вид има само две възможни реалности - или промяна в числеността, или изчезване. Но хипотезата за стационарно състояние коренно противоречи на данните на съвременната наука, по-специално на астрономията, тези данни показват ограниченото съществуване на живота на всякакви звезди и, съответно, планетарни системи около тези светила. Според съвременни оценки, базирани на скоростта на радиоактивен разпад, възрастта на Земята, Слънцето и Слънчевата система е ~4,6 милиарда години. Следователно тази хипотеза обикновено не се разглежда от академичната наука.

Привържениците на тази теория отказват да признаят, че наличието или отсъствието на определени фосилни останки (останки) може да фокусира вниманието върху времето на възникване или изчезване на отделни, различни видове, и цитират като пример представител на лобоперите риби - целакант (целакант).

Теория за спонтанното зараждане на живот

Теорията за спонтанното зараждане възниква в древен Китай, Вавилон и Гърция като алтернатива на креационизма, с който тя съжителства. Аристотел също е привърженик на тази теория. Неговите последователи вярвали, че определени вещества съдържат "активен принцип", който при подходящи условия може да създаде жив организъм.

Сред навигаторите бяха известни възгледи за външния вид на гъската Бернакел. Тази гъска расте върху фрагменти от бор, бързащ през морските дълбини. Първоначално изглежда като капка смола. Закрепва се с клюна си за дърво и отделя твърда черупка за безопасност, в която живее спокойно и безгрижно. След известно време на гъската растат пера, след което тя се спуска от парче кора във водата и започва да плува. И един ден то размахва крила и отлита.

По време на дълги векове, свято вярвайки в акта на Божественото сътворение, хората освен това бяха твърдо убедени, че животът постоянно възниква спонтанно. Дори древногръцкият философ Аристотел пише, че не само растения, червеи, насекоми, но дори риби, жаби и мишки могат да се родят от влажна почва или гниеща тиня. Холандският учен Ян Ван Хелмонт през 17 век. описва своя опит, твърдейки, че живите мишки уж произхождат от мръсно пране и шепа жито, заключени в килера. Друг натуралист, Гриндел фон Ах, говори за спонтанното зараждане на жива жаба, което уж е наблюдавал: „Искам да опиша раждането на жаба, което успях да наблюдавам с микроскоп. Един ден взех капка майска роса и внимателно я наблюдавах под микроскоп и забелязах, че в мен се образува някакво същество. Наблюдавайки внимателно на втория ден, забелязах, че торсът вече се е появил, но главата все още не изглежда ясно оформена; като продължих наблюденията си на третия ден, се убедих, че създанието, което наблюдавах, не беше нищо друго освен жаба с глава и крака. Приложеният чертеж обяснява всичко.

„Това са фактите“, пише Аристотел в своя труд, „живите същества могат да възникнат не само в резултат на чифтосването на организми, но и в резултат на разлагането на почвата, самогенерирайки се под въздействието на силите на природата от разлагащата се земя.”

4. Коментар на учителя относно оценката на изследванията на проблема за произхода на живота през 18-19 век.

На този подход към проблема за произхода на живота се противопостави италианският натуралист Франческо Реди. „Убеждението би било напразно“, пише той, „ако не може да бъде потвърдено чрез експеримент. Така че взех 2 съда, сложих една змиорка в тях. Единият съд беше затворен, а другият остана отворен.Виждаше се, че ларвите на мухите се появяват само в отворения съд. Това означава, че ларвите не възникват спонтанно, а от яйцата, снесени от мухите.

Но противниците на Реди, така наречените виталисти (от латински vitas - живот) - привърженици на всепроникващата жизнена сила - твърдят, че въздухът не може да влезе в затворения съд, а с него и „жизнената сила“, следователно ларвите на мухи в затворен съд не се появи.

Тогава Реди организира експеримент, който беше брилянтен в своята простота. Той поставил мъртвите змии в 2 съда, оставил единия отворен, другия покрит с муселин. След известно време ларвите на мухите се появиха само в отворен съд. Опитът убеждава, че растенията и животните се появяват само от семена или яйца, образувани от родителски индивиди, но не могат да възникнат от неживата природа. Но какво да кажем за микроорганизмите? Дебатът между привържениците на биогенезата и абиогенезата продължи.

През 1859 г. Френската академия на науките присъди награда на някой, който сложи край на дебата за спонтанното зараждане на живот. През 1862 г. Луи Пастьор получава наградата. Той проведе експеримент, който съперничи на Реди по простота. В колби той вареше месен бульон, в който можеха да се развиват микроорганизми. При варене те и техните спори умират. Пастьор прикрепи извита тръба към колбата, микробните спори се заселиха в нея и не можаха да проникнат в хранителната среда и беше осигурен достъп до прословутата „жизнена сила“. Хранителната среда остава стерилна, но веднага щом епруветката се отчупи, средата загнива. Впоследствие въз основа на опита на Пастьор са създадени методи: пастьоризация, консервиране, учението за асептиката и антисептиката. Такива бяха практическите резултати от теоретичния спор.

5. Презентации на учениците за анализ на други хипотези за произхода на живота на Земята.

Хипотези за вечността на живота във Вселената. панспермия

Опровержението на Л. Пастьор на теорията за спонтанното зараждане на живота играе двойна роля. От една страна, представителите на идеалистичната философия виждаха в неговите експерименти само пряко доказателство за фундаменталната невъзможност за преход от неорганична материя към живи същества в резултат на действието само на природните сили на природата. Това беше в пълно съгласие с мнението им, че възникването на живота изисква намесата на един нематериален принцип – твореца. От друга страна, някои материалистично мислещи естествени учени вече са загубили възможността да използват феномена на спонтанното зараждане на живот като основно доказателство за своите възгледи. Възникна идеята за вечността на живота във Вселената. Така се появява хипотезата за панспермията, изложена от немския химик Й. Либих (1803 - 1873).

Според хипотезата за панспермията животът съществува вечно и се пренася от планета на планета от метеорити. Най-простите организми или техните спори („семена на живота“), падащи върху нова планетаи намирайки тук благоприятни условия, те се размножават, пораждайки еволюция от най-простите форми към сложните. Поддръжник на хипотезата за панспермията беше изключителният руски натуралист V.I. Вернадски (1863 - 1945)

Шведският физикохимик С. Арениус (1859-1927) е особено активен в развитието на теорията за панспермията. В експериментите на руския физик П.Н. Лебедев (1866-1912), който открива налягането на светлинния поток, С. Арениус вижда доказателства за възможността за прехвърляне на спори на микроорганизми от планета на планета. Животът се транспортира, предположи той, не под формата на микроорганизми върху метеорити, нагрявани при навлизане в плътните слоеве на атмосферата - самите спори могат да се движат в световното пространство, движени от натиска на слънчевата светлина!

По-късно това мнение беше отхвърлено. В условията на космическото пространство началото на живот в онези форми, които са ни известни на Земята, очевидно не може да съществува и всички опити за откриване на каквито и да било форми на живот в космоса все още не са дали положителни резултати. Някои съвременни учени обаче изказват хипотези за извънземен произходживот. Така американските учени Ф. Крик и Л. Оргел смятат, че Земята е била „засята“ от някакви разумни същества, обитателите на онези планетарни системи, развитието на живота на които изпревари нашата слънчева система с милиарди години. След като оборудваха ракета и поставиха в нея контейнер с най-простите организми, те я изстреляха към Земята, като предварително установиха, че има необходимите условиядо живот. Разбира се, невъзможно е да се докаже това и категорично да се опровергае.

Едно от доказателствата в полза на хипотезата за извънземен произход на живота е откритието в метеорит, наречен ALH 84001, на пръчковидни образувания, наподобяващи форма на вкаменени бактерии. Самият метеорит е бил част от марсианската кора, която е била изхвърлена в космоса преди 16 милиона години в резултат на експлозия на тази планета. И преди 13 хиляди години той падна на Земята, в Антарктида, където наскоро беше открит. Най-накрая отговорете на въпроса „Има ли живот на Марс?“ ще успее в близко бъдеще, когато докладите на американското Национално управление по аеронавтика и космически изследванияНАСА. Тази организация изстреля сателит до Марс, за да вземе проби от марсианска почва и сега обработва материала. Ако проучванията покажат, че микроорганизмите са обитавали Марс, тогава ще може да се говори с по-голяма степен на сигурност за въвеждането на живот от космоса.

Теорията за панспермията ни отдалечава от въпроса за произхода на живота на Земята: ако животът не е възникнал на Земята, тогава как е възникнал извън нея? Тази теорияне се приема от много учени (не обяснява произхода на живота)

Хипотеза за сътворението

Креационистката хипотеза е възглед за произхода на живота от гледна точка на вярващите. Според тази хипотеза животът е възникнал в резултат на някакво свръхестествено събитие в миналото. Следват последователите на всички религиозни концесии по света - ислям, християнство, будизъм, юдаизъм. От гледна точка на тези религии, Вселената се състои от материални и духовни компоненти. Живата материя, тоест животното, зеленчуков святи човекът е роден от духовния компонент, с други думи Бог. Поддръжниците на тази хипотеза дават примери за характеристиките на живата материя, които не могат да бъдат обяснени от съвременната наука и от гледна точка на религията доказват съществуването на Висшия разум. Например: вирусите се състоят от протеинова обвивка и ДНК. В клетката гостоприемник вирусът трябва да удвои ДНК молекулата, за да се възпроизведе, но това изисква огромна енергия, кой инициира този процес? В рамките на природните науки въпросът все още е без отговор.

Означава ли това, че стереотипната гледна точка, присъща на мнозина, че науката и религията по своята същност си противоречат, е вярна? Много изследователи смятат, че науката и религията са начини за познаване на двете страни обединен свят- материална и духовна реалност. На практика те не трябва да се противопоставят, а да се допълват и подкрепят. Ето защо Алберт Айнщайн е казал: „Науката без религия е погрешна, религията без наука е сляпа“. Презентация 2

Хипотеза за биохимичната еволюция

Теорията за биохимичната еволюция има най-много привърженици сред съвременните учени. Земята е възникнала преди около пет милиарда години; Първоначално повърхностната му температура е била много висока. Докато се охлаждаше, се образува твърда повърхност (литосфера). Атмосферата, която първоначално се е състояла от леки газове (водород, хелий), не може да бъде ефективно задържана от недостатъчно плътната Земя и тези газове са заменени от по-тежки газове: водна пара, въглероден двуокис, амоняк и метан. Тъй като температурата на Земята падна под 100°C, водните пари започнаха да кондензират, за да образуват световните океани. По това време сложните органични вещества се образуват от първични съединения; енергията за реакциите на термоядрения синтез се доставя от мълнии и интензивно ултравиолетово лъчение. Натрупването на вещества се улеснява от липсата на живи организми - консуматори на органични вещества - и основния окислител - кислород.

Първичните органични вещества (протеини) могат да бъдат създадени от неорганични вещества в условията на редуциращ характер на атмосферата поради енергията на мощни електрически разряди. Протеиновите структури (протобионти, според терминологията на Опарин), поради своята амфотерност, образуват колоидни хидрофилни комплекси (привличат към себе си водни молекули) с обща водна обвивка. Тези комплекси могат да се отделят от цялата маса вода и да се слеят един с друг, образувайки коацерватни капки (коацервацията е спонтанното разделяне на воден разтвор на полимери на фази с различни концентрации). В коацерватите веществата влизат в допълнителни химични реакции (има селективна абсорбция на метални йони и образуване на ензими). Усложняването на протобионтите беше постигнато чрез подбор на такива коацерватни капчици, които имаха предимството на по-добро използване на веществата и енергията на околната среда. На границата между коацервати и външна средае образувана примитивна мембрана от липиди, което е довело до появата на първата клетка.

Съвременната наука разглежда абиогенния произход на живота на Земята, считайки тази теория за най-вероятната. Абиогенезата се състои от три основни етапа в развитието на живота:

1. Абиогенна поява на биологични мономери.

2. Образуване на биологични полимери.

3. Образуване на мембранни структури и първични организми (пробионти).

В момента проблемът за произхода на живота не е решен. Учените продължават да търсят начини за разрешаването му.

7. Извършване на лабораторни упражнения

Лабораторна работа
„Анализ и оценка на различни хипотези за произхода на живота“

Цел на изследванетоДа се ​​характеризират митологичните идеи на древните учени, първите научни опити за обяснение на същността и процеса на произхода на живота, да се характеризират експерименталните доказателства за хипотези: експериментите на Ф. Реди, възгледите на В. Харви, експериментите на Л. Пастьор, теории за вечността на живота, материалистични идеи за произхода на живота на Земята. Да се ​​запознаят с изявленията на привържениците на панспермията, хипотезата за вечността на живота във Вселената. Обяснете защо тези теории не се приемат от много учени.

Представените хипотези основани ли са на доказателства? Позволяват ли те еволюционното развитие на природата? Могат ли тези хипотези да се считат за научни? Посочете със знак (+) или (-).

	Произходът на хипотезите за живота	Доказателство за хипотезата	еволюционно развитие	Научна хипотеза
1	креационизъм
2	Витализъм - теорията за спонтанното зараждане на живота
3	Теория за панспермията
4	Теория на стационарното състояние
5	Теория на биохимичната еволюция

Въз основа на направения анализ направете извод коя от хипотезите за произхода на живота на Земята е по-вероятна.

Терминологичен речник

Животът е една от формите на съществуване на материята, естествено възникваща при определени условия в процеса на нейното развитие. Организмите се различават от неодушевените по своя метаболизъм, раздразнителност, способност за възпроизвеждане, растеж, развитие, регулиране на състава и функциите, различни форми на движение, адаптивност към околната среда и др.

Абиогенезата е теорията, че животът може да възникне от неживот.

В широк смисъл абиогенезата е опит да си представим появата на живи същества от неживи същества.

Биогенезата е теорията, че животът може да възникне само от живот.

Витализмът е теория, според която навсякъде има „жизнена сила“, която е достатъчна да „диша“ и неживото оживява.

Креационизъм – теорията, че животът е възникнал в резултат на някакво свръхестествено събитие в миналото, което най-често означава божествено сътворение.

Панспермията е теория, според която „семената на живота“ са пренесени на Земята от космоса заедно с метеорити или космически прах.

Коацерватите са протеинови комплекси, изолирани от масата на водата, способни да обменят вещества с околната среда и селективно да натрупват различни съединения.

Пробионтите са примитивни хетеротрофни организми, възникнали в „първичната супа“.

8. Обобщаване

Животът е само искра в безкрайната тъмнина: ще се появи, ще трепти и ще изчезне завинаги.

В сравнение с безкрайността на времето, продължителността на един човешки живот е само изчезващо кратък миг, но това е всичко, което ни е дадено тук.

Следователно човек трябва да води живота си в светлината на вечността и да прекарва време и таланти в дела с вечна стойност.

Домашна работа. Направете презентации, за да отговорите на следните въпроси:

1. Каква е стойността на живота?

2. Какъв е смисълът на човешкия живот?

3. Защо е необходимо да се спасява живот?