Fra gammelt av til vår tid har det blitt fremsatt utallige hypoteser om livets opprinnelse på jorden.

Det er for tiden 5 vitenskapelige konsepter livets opprinnelse:

1. Fremveksten av levende ting fra ikke-levende ting, underlagt visse fysiske og kjemiske lover (abiotisk konsept);

2. Hypotese "golobiosis"- konseptet med en protobiont eller biod, en viss pre-cellulær stamfar, innledende "levedyktige" strukturer;

3. "Genobiose"-hypotesen dvs. søker etter genomet som en relikt stamfar til alle levende ting cellulære strukturer, vurderer

det var RNA som spilte en primær rolle i livets opprinnelse;

4. Konseptet med en stasjonær livstilstand - livet har alltid eksistert, livets begynnelse eksisterer ikke;

5. Utenomjordisk opprinnelse til liv - liv ble brakt til jorden fra verdensrommet (panspermikonsept).

I utviklingen av doktriner om livets opprinnelse inntar en betydelig plass av teorien som hevder at alt levende bare kommer fra levende ting – teorien om biogenese.

I 1688 beviste den italienske biologen F. Redi, gjennom en rekke eksperimenter med åpne og lukkede kar, at de små hvite ormene som dukker opp i kjøtt er fluelarver og formulerte prinsippet: alt levende er fra levende ting.

I 1860 viste Pasteur at bakterier kan være overalt og infisere ikke-levende stoffer. For å bli kvitt dem er sterilisering, kalt pasteurisering, nødvendig.

Imidlertid, som en teori om livets opprinnelse, er biogenese uholdbar, siden den kontrasterer det levende med det ikke-levende og bekrefter ideen om livets evighet, avvist av vitenskapen.

Abiotisk konsept.

Abiogenese - ideen om opprinnelsen til levende ting fra ikke-levende ting er den første hypotesen til den moderne teorien om livets opprinnelse.

I 1924 foreslo den berømte biokjemikeren A.I. Oparin at med kraftige elektriske utladninger i jordens atmosfære, som for 4-4,5 milliarder år siden besto av ammoniakk, metan, karbondioksid og vanndamp, kunne de enkleste organiske forbindelsene oppstå, nødvendige for fremveksten av liv.

Akademiker Oparins spådommer gikk i oppfyllelse. I 1955 oppnådde den amerikanske forskeren S. Miller, som sendte elektriske ladninger gjennom en blanding av gasser og damper, de enkleste fettsyrene, urea, eddiksyre og maursyre og flere aminosyrer.

Således, i midten av det tjuende århundre, abiogenetisk syntese av proteinlignende og andre organisk materiale under forhold som gjengir forholdene til den primitive jorden.

Oparins hypotese om opprinnelsen til livet på jorden er basert på ideen om gradvis komplikasjon kjemisk struktur og det morfologiske utseendet til livets forløpere (probionter) på veien til levende organismer. I krysset mellom hav, land og luft ble det skapt gunstige forhold for dannelse av komplekse organiske forbindelser. I konsentrerte løsninger av proteiner og nukleinsyrer kan det dannes koagler, som ligner på vandige løsninger av gelatin. A.I. Oparin kalte disse blodproppene koacervate dråper eller koacervater.

Koacervater er organiske multimolekylære strukturer isolert i løsning. Disse er ikke levende vesener ennå. Deres forekomst betraktes som et stadium i utviklingen av pre-life. Det viktigste stadiet i livets opprinnelse var fremveksten av en mekanisme for å reprodusere sin egen art og arve egenskapene til tidligere generasjoner. Dette ble mulig på grunn av dannelsen av komplekse komplekser av nukleinsyrer og proteiner. Nukleinsyrer, i stand til selvreproduksjon, begynte å kontrollere syntesen av proteiner, og bestemme rekkefølgen av aminosyrer i dem. Og proteiner - enzymer utførte prosessen med å lage nye kopier av nukleinsyrer. Slik oppsto hovedegenskapen for livet - evnen til å reprodusere lignende molekyler.

Styrken til den abiogenetiske hypotesen er dens evolusjonære natur; livet er et naturlig stadium i materiens utvikling. Mulighet for eksperimentell verifisering av hovedbestemmelsene i hypotesen.

Ved å bruke koacervat-dråper er det mulig å simulere de precellulære fasene av livets opprinnelse.

Den svake siden av Oparins hypotese tillot reproduksjon av proto-levende strukturer i fravær av de molekylære strukturene til den genetiske koden. Oparins hypotese stiller spesielle krav til eksperimentell reproduksjon av koacervatstrukturer: en "primærbuljong" med en kjemisk kompleks struktur, elementer av biogen opprinnelse (enzymer og koenzymer).

Den abiogene hypotesen inkluderer en avgjørende avvisning fra forskere som støtter ideen om evighet og begynnelsesløshet av biologisk liv.

Den russiske biokjemikeren S.P. Kostychev bemerker i sin brosjyre "Om fremveksten av liv på jorden" at de enkleste organismene er mer komplekse enn alle fabrikker og fabrikker, og tilfeldig fremvekst av liv er usannsynlig; liv skapes aldri på død materie."

Når det gjelder den spontane genereringen av organismer, bør det bemerkes at det franske vitenskapsakademiet, tilbake i 1859, utnevnte en spesialpris for et forsøk på å kaste nytt lys over spørsmålet om den spontane genereringen av liv. Denne prisen ble mottatt i 1862 av den berømte franske forskeren Louis Pasteur, som med sine eksperimenter beviste umuligheten av spontan generering av mikroorganismer.

For tiden kan ikke liv på jorden oppstå abiogenisk. Darwin skrev i 1871: «Men hvis nå ... i en varm vannmasse, som inneholder alle nødvendige ammonium- og fosforsalter og tilgjengelig for påvirkning av lys, varme, elektrisitet, ble det kjemisk dannet et protein som er i stand til å bli mer komplekst transformasjoner, da ville dette stoffet umiddelbart bli ødelagt og absorbert, noe som var umulig i perioden med fremveksten av levende vesener." Livet oppsto på jorden abiogenisk. Foreløpig kommer levende ting bare fra levende ting (biogen opprinnelse). Muligheten for at liv gjenoppstår på jorden er utelukket.

Panspermi teori.

I 1865 la den tyske legen G. Richter frem kosmozoisk hypotese

(kosmiske rudimenter) ifølge hvilke livet er evig og rudimentene som bor i det kosmiske rommet kan overføres fra en planet til en annen.

En lignende hypotese ble fremsatt av den svenske naturforskeren S. Arrhenius i 1907, og antydet at livets embryoer eksisterer for alltid i universet - panspermi hypotese. Han beskrev hvordan partikler av materie, støvkorn og levende sporer av mikroorganismer rømmer ut i verdensrommet fra planeter bebodd av andre skapninger. De opprettholder sin levedyktighet ved å fly i universets rom på grunn av lett trykk. En gang på en planet med passende forhold for liv, begynner de nytt liv på denne planeten. Denne hypotesen ble støttet av mange, inkludert russiske forskere S. P. Kostychev, L. S. Berg og P. P. Lazarev.

Denne hypotesen forutsetter ingen mekanisme for å forklare livets primære opprinnelse og overfører problemet til et annet sted i universet. Liebig mente at "atmosfæren til himmellegemer, så vel som roterende kosmiske tåker, kan betraktes som evige depoter av animert form, som evige plantasjer av organiske embryoer," hvorfra livet er spredt i form av disse embryoene i universet.

For å rettferdiggjøre panspermia bruker de huletegninger som viser gjenstander som ser ut som raketter eller astronauter, eller utseendet til en UFO. Romfartøysflyvninger ødela troen på eksistens intelligent liv på planetene solsystemet, som dukket opp etter oppdagelsen av kanaler på Mars av Schiparelli i 1877.

Lovell telte 700 kanaler på Mars. Kanalnettverket dekket alle kontinenter. I 1924 ble kanalene fotografert, og de fleste forskere så dem som bevis på eksistensen av intelligent liv. Fotografier av 500 kanaler ble tatt opp og sesongmessige endringer farger som bekreftet ideene til den sovjetiske astronomen G. A. Tikhov om vegetasjon på Mars, siden innsjøene og kanalene var grønne.

Verdifull informasjon om de fysiske forholdene på Mars ble innhentet av sovjeten romfartøy"Mars" og de amerikanske landingsstasjonene "Viking - 1" og "Viking - 2". Så, polare iskapper, som opplevde sesongmessige endringer, viste seg å bestå av vanndamp blandet med mineralstøv og fast karbondioksid (tørris). Men så langt er det ikke funnet spor etter liv på Mars.

Studier av overflaten fra kunstige satellitter har antydet at kanalene og elvene på Mars kunne ha oppstått som et resultat av smelting av vannis under overflaten i soner med økt aktivitet eller intern varme på planeten, eller under periodiske klimaendringer.

På slutten av sekstitallet av det tjuende århundre økte interessen for hypotesene om panspermi igjen. Når man studerte stoffet til meteoritter og kometer, ble "forløpere til levende ting" oppdaget - organiske forbindelser, blåsyre, vann, formaldehyd, cyanogener.

Formaldehyd ble påvist i 60 % av tilfellene i 22 studerte områder, med skyer med konsentrasjoner på omtrent 1000 molekyler/cm. kube fylle store rom.

I 1975 ble aminosyreforløpere funnet i månejord og meteoritter.

Konseptet med en stasjonær livstilstand.

I følge V.I. Vernadsky må vi snakke om livets evighet og manifestasjonene av dets organismer, akkurat som vi snakker om evigheten til det materielle underlaget til himmellegemer, deres termiske elektriske, magnetiske egenskaper og deres manifestasjoner. Alle levende ting kommer fra levende ting (Redi-prinsippet).

Primitive encellede organismer kan bare oppstå i jordens biosfære, så vel som i universets biosfære. Ifølge Vernadsky er naturvitenskap bygget på antagelsen om at livet med dets spesielle kvaliteter ikke tar noen del i universets liv. Men biosfæren må tas som en helhet, som en enkelt levende kosmisk organisme (da forsvinner spørsmålet om begynnelsen av det levende, om spranget fra ikke-levende til levende).

Hypotese« holobiose».

Det gjelder prototypen til den precellulære stamfaren og dens evner.

Spise ulike former precellulær stamfar - "bioid", "biomonad", "mikrosfære".

I følge biokjemiker P. Dekker består det strukturelle grunnlaget for "bioiden" av levedyktige dissipative strukturer som ikke er likevekt, det vil si oppdagelsen av et mikrosystem med et enzymatisk apparat som katalyserer metabolismen til "bioiden".

Denne hypotesen tolker aktiviteten før den cellulære stamfaren i en utvekslingsmetabolisk ånd.

Innenfor rammen av "holobiose"-hypotesen, modellerte biokjemikerne S. Fox og K. Doze sine biopolymerer som er i stand til metabolisme - kompleks proteinsyntese.

Hovedulempen med denne hypotesen er fraværet av et genetisk system i en slik syntese. Derav preferansen for den "molekylære stamfaderen" til alle levende ting, snarere enn den primære protocellulære strukturen.

Genobiosehypotesen.

Den amerikanske forskeren Haldane mente at den primære ikke var en struktur som er i stand til å utveksle stoffer med miljøet, men et molekylært system som ligner på et gen og er i stand til å reprodusere, og derfor det han kalte det "nakne genet." Denne hypotesen fikk generell anerkjennelse etter oppdagelsen av RNA og DNA og deres fenomenale egenskaper.

I følge denne genetiske hypotesen dukket først nukleinsyrer opp som malen for proteinsyntese. Den ble først fremmet i 1929 av G. Möller.

Det er eksperimentelt bevist at enkle nukleinsyrer kan replikere uten enzymer. Proteinsyntese på ribosomer skjer med deltakelse av t-RNA og r-RNA. De er i stand til å bygge ikke bare tilfeldige kombinasjoner av aminosyrer, men ordnede proteinpolymerer. Kanskje besto de primære ribosomer bare av RNA. Slike proteinfrie ribosomer kunne syntetisere ordnede peptider med deltakelse av tRNA-molekyler som kontakter rRNA gjennom baseparing.

På neste trinn av kjemisk evolusjon dukket det opp matriser som bestemte sekvensen til t-RNA-molekyler, og dermed sekvensen av aminosyrer som er bundet av t-RNA-molekyler. Nukleinsyrenes evne til å tjene som maler i dannelsen av komplementære kjeder (for eksempel syntese av RNA på DNA) er det mest overbevisende argumentet til fordel for ideen om den ledende betydningen i prosessen med biogenese av arveapparatet og derfor til fordel for den genetiske hypotesen om livets opprinnelse.

For tiden er det flere konsepter angående opprinnelsen til livet på jorden. La oss bare dvele ved noen av hovedteoriene som bidrar til å danne et ganske fullstendig bilde av denne komplekse prosessen.

Kreasjonisme (latinsk sgea - skapelse).

I følge dette konseptet er liv og alle arter av levende vesener som bor på jorden et resultat av en kreativ handling av et øverste vesen på et bestemt tidspunkt.

Hovedprinsippene for kreasjonisme er nedfelt i Bibelen, i Første Mosebok. Prosessen med guddommelig skapelse av verden er tenkt som å ha funnet sted bare én gang og derfor utilgjengelig for observasjon.

Dette er nok til å ta hele konseptet med guddommelig skapelse utenfor omfanget av vitenskapelig forskning. Vitenskapen omhandler kun de fenomenene som kan observeres, og derfor vil den aldri kunne enten bevise eller motbevise konseptet.

Spontan(spontan) generasjon.

Ideene om opprinnelsen til levende vesener fra livløs materie var utbredt i Det gamle Kina, Babylon, Egypt. Den største filosofen i antikkens Hellas, Aristoteles, uttrykte ideen om at visse "partikler" av et stoff inneholder et visst "aktivt prinsipp", som under passende forhold kan skape en levende organisme.

Van Helmont (1579–1644), en nederlandsk lege og naturfilosof, beskrev et eksperiment der han angivelig skapte mus på tre uker. Alt du trengte var en skitten skjorte, et mørkt skap og en håndfull hvete. Van Helmont anså menneskelig svette for å være det aktive prinsippet i prosessen med generering av mus.

På 1600- og 1700-tallet, takket være fremskritt i studiet av lavere organismer, befruktning og utvikling av dyr, samt observasjonene og eksperimentene til den italienske naturforskeren F. Redi (1626-1697), den nederlandske mikroskopisten A. Leeuwenhoek ( 1632-1723), og den italienske vitenskapsmannen L. Spallanzani (1729-1799), den russiske mikroskopisten M. M. Terekhovsky (1740-1796) og andre, ble troen på spontan generering grundig undergravd.

Men inntil verkene til grunnleggeren av mikrobiologi, Louis Pasteur, dukket opp på midten av 1000-tallet, fortsatte denne læren å finne tilhengere.

Utviklingen av ideen om spontan generering går i hovedsak tilbake til tiden da offentlig bevissthet Religiøse ideer seiret.

De filosofene og naturforskerne som ikke ønsket å akseptere kirkens lære om «skapelsen av liv» på det daværende kunnskapsnivået, kom lett på ideen om dens spontane generasjon.

I den grad, i motsetning til troen på skapelsen, ble ideen om den naturlige opprinnelsen til organismer vektlagt, hadde ideen om spontan generering på et visst stadium en progressiv betydning. Derfor motarbeidet kirken og teologer ofte denne ideen.

Panspermi hypotese.

I følge denne hypotesen, foreslått i 1865. av den tyske vitenskapsmannen G. Richter og til slutt formulert av den svenske vitenskapsmannen Arrhenius i 1895, kunne liv ha blitt brakt til jorden fra verdensrommet.

Mest sannsynlig inneholder levende organismer utenomjordisk opprinnelse med meteoritter og kosmisk støv. Denne antakelsen er basert på data om den høye motstanden til enkelte organismer og deres sporer mot stråling, høyt vakuum, lave temperaturer og andre påvirkninger.

Imidlertid er det fortsatt ingen pålitelige fakta som bekrefter den utenomjordiske opprinnelsen til mikroorganismer funnet i meteoritter.

Men selv om de kom til jorden og ga opphav til liv på planeten vår, ville spørsmålet om livets opprinnelige opprinnelse forbli ubesvart.

Hypotese biokjemisk evolusjon.

I 1924 formulerte biokjemikeren A.I. Oparin, og senere den engelske vitenskapsmannen J. Haldane (1929), en hypotese som anså livet som et resultat av en lang utvikling av karbonforbindelser.

Moderne teori opprinnelsen til livet på jorden, kalt teorien om biopoiesis, ble formulert i 1947 av den engelske vitenskapsmannen J. Bernal.

For tiden er prosessen med livsdannelse konvensjonelt delt inn i fire stadier:

• 1. Syntese av lavmolekylære organiske forbindelser (biologiske monomerer) fra gasser fra den primære atmosfæren.
• 2. Dannelse av biologiske polymerer.
• 3. Dannelse av faseseparerte systemer av organiske stoffer, separert fra eksternt miljø membraner (protobionter).
• 4. Fremveksten av de enkleste cellene med egenskapene til levende ting, inkludert et reproduksjonsapparat som sikrer overføring av egenskapene til foreldreceller til datterceller.

De tre første stadiene tilhører perioden med kjemisk evolusjon, og fra den fjerde starter den biologiske evolusjonen.

La oss vurdere mer detaljert prosessene som et resultat av at liv kan oppstå på jorden. I følge moderne ideer ble jorden dannet for rundt 4,6 milliarder år siden. Temperaturen på overflaten var veldig høy (4000-8000 ° C), og ettersom planeten ble avkjølt og virket gravitasjonskrefter Dannelsen av jordskorpen skjedde fra forbindelser av forskjellige grunnstoffer.

Avgassingsprosesser førte til dannelsen av en atmosfære som muligens var beriket med nitrogen, ammoniakk, vanndamp, karbondioksid og karbonmonoksid. En slik atmosfære var tilsynelatende gjenopprettende, noe som fremgår av tilstedeværelsen i de eldste steiner Jordmetaller i redusert form, som jernholdig jern.

Det er viktig å merke seg at i atmosfæren var det atomer av hydrogen, karbon, oksygen og nitrogen, som utgjorde 99% av atomene inkludert i bløtvevet til enhver levende organisme.

Men for at atomer skulle bli til komplekse molekyler, var enkle kollisjoner ikke nok. Ytterligere energi var nødvendig, som var tilgjengelig på jorden som et resultat av vulkansk aktivitet, elektriske lynutladninger, radioaktivitet, ultrafiolett stråling Sol.

Fraværet av fritt oksygen var sannsynligvis ikke en tilstrekkelig betingelse for fremveksten av liv. Hvis fritt oksygen var til stede på jorden i den prebiotiske perioden, ville det på den ene siden oksidere syntetiserte organiske stoffer, og på den andre siden dannet ozonlag i den øvre atmosfæren, ville absorbere høyenergi ultrafiolett stråling fra solen.

I løpet av den betraktede perioden for livets opprinnelse, som varte i omtrent 1000 millioner år, var ultrafiolett stråling sannsynligvis den viktigste energikilden for syntese av organiske stoffer.

Oparin A.I.

Fra hydrogen, nitrogen og karbonforbindelser, i nærvær av fri energi på jorden, skulle enkle molekyler (ammoniakk, metan og lignende enkle forbindelser) først ha oppstått.

Deretter kunne disse enkle molekylene i det primære havet reagere med hverandre og med andre stoffer, og danne nye forbindelser.

I 1953 simulerte den amerikanske forskeren Stanley Miller, i en serie eksperimenter, forholdene som eksisterte på jorden for omtrent 4 milliarder år siden.

Ved å føre elektriske utladninger gjennom en blanding av ammoniakk, metan, hydrogen og vanndamp oppnådde han en rekke aminosyrer, aldehyder, melkesyre, eddiksyre og andre organiske syrer. Den amerikanske biokjemikeren Cyril Ponnaperuma oppnådde dannelsen av nukleotider og ATP. Under disse og lignende reaksjoner kan vannet i det primære havet bli mettet med forskjellige stoffer, og danne den såkalte "primærbuljongen".

Det andre trinnet besto av ytterligere transformasjoner av organiske stoffer og abiogen dannelse av mer komplekse organiske forbindelser, inkludert biologiske polymerer.

Den amerikanske kjemikeren S. Fox tilberedte blandinger av aminosyrer, utsatte dem for varme og oppnådde proteinlignende stoffer. På primitiv jord kan proteinsyntese finne sted på overflaten av jordskorpen. I små fordypninger i den størknende lavaen dukket det opp reservoarer som inneholdt små molekyler oppløst i vann, inkludert aminosyrer.

Når vannet fordampet eller sprutet på de varme steinene, reagerte aminosyrene og dannet protenoider. Så vasket regnet protenoidene ut i vannet. Hvis noen av disse protenoidene hadde katalytisk aktivitet, kunne syntesen av polymerer, det vil si proteinlignende molekyler, begynne.

Det tredje trinnet var preget av frigjøring i den primære "næringsbuljongen" av spesielle koacervatdråper, som er grupper av polymerforbindelser. Det er vist i en rekke eksperimenter at dannelsen av koacervatsuspensjoner, eller mikrosfærer, er typisk for mange biologiske polymerer i løsning.

Koacervatdråper har noen egenskaper som er karakteristiske for levende protoplasma, som for eksempel å selektivt adsorbere stoffer fra den omkringliggende løsningen og på grunn av dette "vokse" og øke størrelsen.

På grunn av det faktum at konsentrasjonen av stoffer i koacervatdråper var titalls ganger større enn i den omkringliggende løsningen, økte muligheten for interaksjon mellom individuelle molekyler betydelig.

Det er kjent at molekylene til mange stoffer, spesielt polypeptider og fett, består av deler som har forskjellige forhold til vann. De hydrofile delene av molekylene som ligger ved grensen mellom koacervatene og løsningen vender seg mot løsningen, hvor vanninnholdet er høyere.

De hydrofobe delene er orientert inne i koacervatene, hvor vannkonsentrasjonen er lavere. Som et resultat får overflaten av koacervatene en viss struktur og, i forbindelse med dette, evnen til å la visse stoffer passere gjennom i en bestemt retning og ikke andre.

På grunn av denne egenskapen øker konsentrasjonen av noen stoffer inne i koacervatene enda mer, mens konsentrasjonen av andre avtar, og reaksjonene mellom komponentene i koacervatene får en viss retning. Koacervatdråper blir systemer isolert fra miljøet. Protoceller eller protobionter oppstår.

Et viktig skritt kjemisk evolusjon var dannelsen av en membranstruktur. Parallelt med utseendet til membranen var det en ordning og forbedring av stoffskiftet. I den videre komplikasjonen av metabolisme i slike systemer, skulle katalysatorer spille en betydelig rolle.

En av hovedkarakteristikkene til levende ting er evnen til å replikere, det vil si å lage kopier som ikke kan skilles fra foreldremolekylene. Denne egenskapen besittes av nukleinsyrer, som, i motsetning til proteiner, er i stand til å replikere.

Et protenoid som er i stand til å katalysere polymeriseringen av nukleotider med dannelse av korte RNA-kjeder, kan dannes i koacervater. Disse kjedene kan tjene som både et primitivt gen og budbringer-RNA. Verken DNA, ribosomer, overførings-RNA eller proteinsynteseenzymer har ennå deltatt i denne prosessen. De dukket alle opp senere.

Allerede på dannelsesstadiet av protobionter fant det sannsynligvis sted naturlig utvalg, dvs. bevaring av noen former og eliminering (død) av andre. Dermed ble progressive endringer i strukturen til protobionter fikset på grunn av seleksjon.

Utseendet til strukturer som er i stand til selvreproduksjon, replikering og variasjon bestemmer tilsynelatende det fjerde stadiet i dannelsen av liv.

Så i det sene arkeiske hav (ca. 3,5 milliarder år siden), på bunnen av små reservoarer eller grunne, varme og næringsrike hav, oppsto de første primitive levende organismer, som var heterotrofe i sin type ernæring, dvs. de matet på ferdige organiske stoffer, syntetisert under kjemisk evolusjon.

Metoden deres for metabolisme var sannsynligvis fermentering, en prosess med enzymatisk transformasjon av organiske stoffer der andre organiske stoffer tjener som elektronakseptorer.

En del av energien som frigjøres i disse prosessene lagres i form av ATP. Kanskje noen organismer livsprosesser De brukte også energien til redoksreaksjoner, det vil si at de var kjemosyntetiske midler.

Over tid ble reservene av fritt organisk materiale i miljøet redusert og organismer som var i stand til å syntetisere organiske forbindelser fra uorganiske fikk en fordel.

På denne måten, sannsynligvis for rundt 2 milliarder år siden, oppsto de første fototrofe organismene som cyanobakterier, som var i stand til å bruke lysenergi til å syntetisere organiske forbindelser fra CO2 og H2O, og frigjøre fritt oksygen.

Overgangen til autotrofisk ernæring hadde veldig viktig for utviklingen av livet på jorden, ikke bare fra synspunktet om å skape reserver av organisk materiale, men også for å mette atmosfæren med oksygen. Samtidig begynte atmosfæren å få en oksiderende karakter.

Utseendet til ozonskjoldet beskyttet primærorganismer mot de skadelige effektene ultrafiolette stråler og sette en stopper for den abiogene (ikke-biologiske) syntesen av organiske stoffer.

Dette er moderne vitenskapelige ideer om hovedstadiene i opprinnelsen og dannelsen av liv på jorden.

Et visuelt diagram over utviklingen av liv på jorden (klikkbar)

Addisjon:

Den fantastiske verdenen til "svarte røykere"

I vitenskapen har det lenge vært antatt at levende organismer bare kan eksistere fra solens energi. Jules Verne beskrev i sin roman Journey to the Center of the Earth en underjordisk verden med dinosaurer og eldgamle planter. Dette er imidlertid fiksjon. Men hvem hadde trodd at det ville være en verden isolert fra solens energi med helt forskjellige levende organismer. Og han ble funnet på bunnen av Stillehavet.

Tilbake på femtitallet av det tjuende århundre, ble det antatt at liv ikke kunne eksistere i havdypet. Oppfinnelsen av badebyen av Auguste Piccard fjernet denne tvilen.

Hans sønn, Jacques Picard, gikk sammen med Don Walsh ned i badebyen Trieste ned i Marianergraven til en dybde på over ti tusen meter. Helt nederst så dykkedeltakerne levende fisk.

Etter dette begynte oseanografiske ekspedisjoner fra mange land å finkjemme havavgrunnen med dyphavsnett og oppdage nye dyrearter, familier, ordener og til og med klasser!

Bathyscaphe-dykking har blitt bedre. Jacques-Yves Cousteau og forskere fra mange land gjorde dyre dykk til bunnen av havene.
På 70-tallet ble det gjort en oppdagelse som endret mange forskeres ideer. Nær Galapagosøyene ble det oppdaget feil på to til fire tusen meters dyp.
Og på bunnen ble det oppdaget små vulkaner - hydrotermer. Sjøvann, falt i brudd i jordskorpen, fordampet sammen med ulike mineraler gjennom små vulkaner opp til 40 meter høye.
Disse vulkanene ble kalt "svarte røykere" fordi vannet som kom ut av dem var svart.

Det mest utrolige er imidlertid at i slikt vann, fylt med hydrogensulfid, tungmetaller og div. giftige stoffer, et pulserende liv blomstrer.

Temperaturen på vannet som kommer ut av svarte røykere når 300 ° C. De trenger ikke inn til en dybde på fire tusen meter solstråler, og derfor kan det ikke være et rikt liv her.
Selv på grunnere dyp er bunnlevende organismer svært sjelden funnet, enn si i dype avgrunner. Der livnærer dyr seg av organisk rusk som faller ovenfra. Og jo større dybden er, jo mindre dårlig er bunnlivet.
Kjemoautotrofe bakterier ble funnet på overflaten til svarte røykere, som bryter ned svovelforbindelser som brøt ut fra dypet av planeten. Bakterier dekker bunnoverflaten med et sammenhengende lag og lever under aggressive forhold.
De ble mat for mange andre dyrearter. Totalt lever rundt 500 dyrearter i ekstreme forhold"svarte røykere"

En annen oppdagelse var vestimentifera, som tilhører klassen av bisarre dyr - pogonophora.

Dette er små rør hvorfra lange rør med tentakler stikker ut i endene. Det uvanlige med disse dyrene er at de ikke har et fordøyelsessystem! De gikk i symbiose med bakterier. Inne i vestimentifera er det et organ - trofosomet, hvor mange svovelbakterier lever.

Bakterier mottar hydrogensulfid og karbondioksid for livet; overskuddet av reproduserende bakterier spises av vestimentifera selv. I tillegg ble det funnet muslinger av slektene Calyptogena og Bathymodiolus i nærheten, som også gikk i symbiose med bakterier og sluttet å være avhengig av matsøking.

En av de mest uvanlige skapningene i den hydrotermiske dyphavsverdenen er Alvinella pompeian-ormen.

De er navngitt på grunn av analogien med utbruddet av vulkanen Pompeii - disse skapningene lever i en sone med varmt vann som når 50 ° C, og aske fra svovelpartikler faller konstant på dem. Ormer danner sammen med vestimentifera ekte "hager" som gir mat og ly for mange organismer.

Blant koloniene av vestimentifera- og pompeii-ormer lever krabber og dekapoder som lever av dem. Også blant disse "hagene" er det blekkspruter og fisk fra ålekvabbefamilien. Verden av svarte røykere inneholdt også lenge utdødde dyr som ble drevet ut av andre deler av havet, for eksempel Neolepas-hjerne.

Disse dyrene var utbredt for 250 millioner år siden, men ble deretter utryddet. Her føler representanter for brakker rolige.

Oppdagelsen av økosystemer for svarte røykere har blitt den viktigste hendelsen i biologi. Slike økosystemer har blitt funnet i forskjellige deler Verdenshavet og til og med på bunnen av Baikalsjøen.

Pompeiansk orm. Foto: life-grind-style.blogspot.com

Det er kjent at vitenskapelige tidsskrifter prøver å ikke akseptere for publisering artikler viet til problemer som tiltrekker seg alles oppmerksomhet, men uten en klar løsning vil ikke en seriøs publikasjon om fysikk publisere et prosjekt for en evighetsmaskin. Dette emnet var opprinnelsen til livet på jorden. Spørsmålet om fremveksten av levende natur, menneskets utseende har bekymret tenkende mennesker i mange årtusener, og bare kreasjonister - tilhengere av den guddommelige opprinnelsen til alle ting - har funnet et klart svar, men denne teorien er ikke vitenskapelig som den ikke kan være verifisert.

Utsikt over de gamle

Gamle kinesiske og gamle indiske manuskripter forteller om fremveksten av levende skapninger fra vann og råtnende rester, og om fødselen av amfibiske skapninger i gjørmete sedimenter store elver skrevet i gamle egyptiske hieroglyfer og kileskrift Det gamle Babylon. Hypotesene om opprinnelsen til livet på jorden gjennom spontan generering var åpenbare for vismenn fra den fjerne fortiden.

Gamle filosofer ga også eksempler på fremveksten av dyr fra livløs materie, men deres teoretiske begrunnelser hadde forskjellig natur: materialistisk og idealistisk. Demokrit (460-370 f.Kr.) fant årsaken til livets fremvekst i det spesielle samspillet mellom de minste, evige og udelelige partiklene - atomer. Platon (428-347 f.Kr.) og Aristoteles (384-322 f.Kr.) forklarte livets opprinnelse på jorden ved den mirakuløse innflytelsen av et høyere prinsipp på livløs materie, og tilførte sjeler til naturlige objekter.

Ideen om eksistensen av en slags "livskraft" som bidrar til fremveksten av levende vesener har vist seg å være veldig vedvarende. Det formet synet på livets opprinnelse på jorden blant mange vitenskapsmenn som levde i middelalderen og senere, helt t.o.m. sent XIXårhundre.

Teori om spontan generering

Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723), med oppfinnelsen av mikroskopet, laget de minste mikroorganismene han oppdaget til hovedemnet for strid mellom forskere som delte to hovedteorier om livets opprinnelse på jorden - biogenese og abiogenese. Førstnevnte mente at alle levende ting kunne være et produkt av bare levende ting, sistnevnte mente at spontan generering av organisk materiale i løsninger plassert under spesielle forhold var mulig. Essensen av denne tvisten har ikke endret seg til i dag.

Eksperimentene til noen naturforskere beviste muligheten for spontan fremvekst av de enkleste mikroorganismene; tilhengere av biogenese benektet fullstendig denne muligheten. Louis Pasteur (1822-1895) strengt tatt vitenskapelige metoder, med den høye korrektheten av eksperimentene hans, beviste fraværet av en mytisk vital kraft som overføres gjennom luften og genererer levende bakterier. Imidlertid tillot han i sine arbeider muligheten for spontan generering under noen spesielle forhold, som forskere fra fremtidige generasjoner måtte finne ut.

Evolusjonsteori

Verkene til den store Charles Darwin (1809-1882) rystet grunnlaget for mange naturvitenskap. Fremveksten av enormt mangfold som han forkynte biologiske arter fra en felles stamfar igjen gjort opprinnelsen til livet på jorden den viktigste saken Vitenskaper. Teorien om naturlig utvalg hadde vanskeligheter med å finne sine støttespillere i begynnelsen, og er nå utsatt for kritiske angrep som virker ganske rimelige, men det er darwinismen som ligger til grunn for moderne naturvitenskap.

Etter Darwin kunne ikke biologien vurdere opprinnelsen til livet på jorden fra sine tidligere posisjoner. Forskere fra mange grener av biologisk vitenskap var overbevist om sannheten om den evolusjonære veien for utvikling av organismer. La dem forandre seg på mange måter moderne utsikt på den felles stamfaren plassert av Darwin ved foten av Livets tre, men sannheten i det generelle konseptet er urokkelig.

Steady State Theory

Laboratorieavvisning av spontan generering av bakterier og andre mikroorganismer, bevissthet om den komplekse biokjemiske strukturen til cellen, sammen med ideene om darwinisme, hadde en spesiell innflytelse på fremveksten av alternative versjoner av teorien om livets opprinnelse på jorden. I 1880 ble en av de nye dommene foreslått av William Preyer (1841-1897). Han mente at det ikke var nødvendig å snakke om fødselen av liv på planeten vår, siden den eksisterer for alltid, og den ikke hadde en begynnelse som sådan, den er uforanderlig og konstant klar for gjenfødelse under alle passende forhold.

Ideene til Preyer og hans tilhengere er av rent historisk og filosofisk interesse, fordi senere astronomer og fysikere beregnet tidspunktet for den endelige eksistensen av planetariske systemer, registrerte den konstante, men jevne ekspansjonen av universet, det vil si at det aldri var evig eller konstant.

Ønsket om å se verden som en enkelt global levende enhet gjentok synspunktene til den store vitenskapsmannen og filosofen fra Russland, Vladimir Ivanovich Vernadsky (1863-1945), som også hadde sin egen idé om opprinnelsen til livet på jorden. Den var basert på forståelsen av livet som en integrert egenskap av universet, kosmos. Det faktum at vitenskapen ikke kunne finne lag som ikke inneholdt spor av organiske stoffer, talte ifølge Vernadsky om livets geologiske evighet. En av måtene livet dukket opp på den unge planeten, kalte Vernadsky kontaktene med romobjekter - kometer, asteroider og meteoritter. Her fusjonerte teorien hans med en annen versjon, som forklarte opprinnelsen til livet på jorden ved metoden panspermia.

Livets vugge er rommet

Panspermia (gresk - "frøblanding", "frø overalt") anser livet for å være en grunnleggende egenskap ved materie og forklarer ikke hvordan det oppstår, men kaller kosmos kilden til livskimene som faller på himmellegemer med forhold som er egnet for deres "spiring".

Den første omtalen av de grunnleggende begrepene panspermia kan finnes i skriftene til den antikke greske filosofen Anaxagoras (500-428 f.Kr.), og på 1700-tallet snakket den franske diplomaten og geologen Benoit de Maillet (1656-1738) om det. Disse ideene ble gjenopplivet av Svante August Arrhenius (1859-1927), Lord Kelvin William Thomson (1824-1907) og Hermann von Helmholtz (1821-1894).

Studiet av den grusomme påvirkningen av kosmisk stråling og temperaturforhold i det interplanetære rommet på levende organismer gjorde at slike hypoteser om opprinnelsen til livet på jorden ikke var særlig relevante, men med begynnelsen av romalderen økte interessen for panspermia.

I 1973 Nobelprisvinner Francis Crick (1916-2004) uttrykte ideen om utenomjordisk produksjon av molekylære levende systemer og deres ankomst til jorden med meteoritter og kometer. Samtidig vurderte han sjansene for abiogenese på planeten vår som svært lave. Opprinnelsen og utviklingen av liv på jorden ved metoden for selvmontering av organisk materiale høy level den fremtredende vitenskapsmannen anså det ikke som en realitet.

Fossiliserte biologiske strukturer er funnet i meteoritter over hele planeten, og lignende spor er funnet i jordprøver hentet tilbake fra Månen og Mars. På den annen side blir det utført en rekke eksperimenter på behandling av biologiske strukturer med påvirkninger som er mulige når de befinner seg i verdensrommet og når de passerer gjennom en atmosfære som ligner jordens.

Et viktig eksperiment ble utført i 2006 som en del av Deep Impact-oppdraget. Kometen Tempel ble rammet av en spesiell slagsonde som ble lansert av en automatisk enhet. Analyse av kometstoffet som ble frigjort som et resultat av nedslaget viste tilstedeværelsen av vann og forskjellige organiske forbindelser i det.

Konklusjon: Siden oppstarten har teorien om panspermi endret seg betydelig. Moderne vitenskap tolker forskjellig de primære elementene i livet som kunne ha blitt levert til vår unge planet av romobjekter. Forskning og eksperimenter beviser levedyktigheten til levende celler under interplanetariske reiser. Alt dette gjør ideen om den utenomjordiske opprinnelsen til jordisk liv relevant. Hovedkonseptene for opprinnelsen til livet på jorden er teorier som inkluderer panspermia enten som hoveddelen eller som en metode for å levere komponenter til jorden for å skape levende materie.

Oparin-Haldane teori om biokjemisk evolusjon

Ideen om den spontane genereringen av levende organismer fra uorganiske stoffer har alltid vært nesten det eneste alternativet til kreasjonisme, og i 1924 ble det publisert en 70-siders monografi, som ga denne ideen kraften til å bli utarbeidet og begrunnet teori. Dette verket ble kalt "The Origin of Life", forfatteren var en russisk vitenskapsmann - Alexander Ivanovich Oparin (1894-1980). I 1929, da Oparins verk ennå ikke var oversatt til engelsk, ble lignende begreper om livets opprinnelse på jorden uttrykt av engelsk biolog John Haldane (1860-1936).

Oparin foreslo at hvis den primitive atmosfæren til den unge planeten Jorden ble redusert (det vil si uten oksygen), kunne et kraftig energiutbrudd (som lyn eller ultrafiolett stråling) fremme syntesen av organiske forbindelser fra uorganisk materiale. Deretter kan slike molekyler danne klumper og klynger - koacervate dråper, som er proto-organismer, rundt hvilke vannkapper dannes - rudimentene til en skallmembran, separasjon oppstår, genererer en ladningsforskjell, som betyr bevegelse - begynnelsen av metabolisme , stoffskiftets rudimenter, etc. Koacervater ble ansett for å være grunnlaget for begynnelsen av de evolusjonære prosessene som førte til opprettelsen av de første livsformene.

Haldane introduserte konseptet "ursuppen" - det første jordhavet, som ble et enormt kjemisk laboratorium koblet til en kraftig kraftkilde - sollys. Kombinasjonen av karbondioksid, ammoniakk og ultrafiolett stråling resulterte i en konsentrert populasjon av organiske monomerer og polymerer. Deretter ble slike formasjoner kombinert med utseendet til en lipidmembran rundt dem, og deres utvikling førte til dannelsen av en levende celle.

De viktigste stadiene av livets opprinnelse på jorden (ifølge Oparin-Haldane)

I følge teorien om fremveksten av universet fra en energiklump, Det store smellet skjedde for rundt 14 milliarder år siden, og for rundt 4,6 milliarder år siden ble opprettelsen av planetene i solsystemet fullført.

Den unge jorden, som gradvis ble avkjølt, fikk et solid skall som det dannet seg en atmosfære rundt. Den primære atmosfæren inneholdt vanndamp og gasser, som senere fungerte som råmaterialer for organisk syntese: karbonoksid og -dioksid, hydrogensulfid, metan, ammoniakk og cyanidforbindelser.

Bombardement av romobjekter som inneholder frossent vann og kondensering av vanndamp i atmosfæren førte til dannelsen av verdenshavet, der ulike kjemiske forbindelser ble oppløst. Kraftige tordenvær fulgte med dannelsen av en atmosfære gjennom hvilken sterk ultrafiolett stråling penetrerte. Under slike forhold skjedde syntesen av aminosyrer, sukker og annet enkelt organisk materiale.

På slutten av de første milliarder årene av jordens eksistens begynte prosessen med polymerisering i vann av de enkleste monomerene til proteiner (polypeptider) og nukleinsyrer (polynukleotider). De begynte å danne prebiologiske forbindelser - koacervater (med rudimentene til kjernen, metabolismen og membranen).

3,5-3 milliarder år f.Kr. - stadiet for dannelse av protobioner med selvreproduksjon, regulert metabolisme og en membran med variabel permeabilitet.

3 milliarder år f.Kr e. - utseendet til cellulære organismer, nukleinsyrer, primærbakterier, begynnelsen av biologisk evolusjon.

Eksperimentelt bevis for Oparin-Haldane-hypotesen

Mange forskere vurderte positivt de grunnleggende konseptene om livets opprinnelse på jorden basert på abiogenese, selv om de helt fra begynnelsen fant flaskehalser og inkonsekvenser i Oparin-Haldane-teorien. I forskjellige land Arbeidet begynte med å gjennomføre teststudier av hypotesen, hvorav den mest kjente er det klassiske eksperimentet utført i 1953 av amerikanske forskere Stanley Miller (1930-2007) og Harold Urey (1893-1981).

Essensen av eksperimentet var å simulere forholdene i laboratoriet tidlig jord, hvor syntesen av de enkleste organiske forbindelsene kunne skje. En gassblanding som i sammensetning ligner den primære jordens atmosfære sirkulerte i enheten. Utformingen av enheten ga en imitasjon av vulkansk aktivitet, og elektriske utladninger som gikk gjennom blandingen skapte effekten av lyn.

Etter å ha sirkulert blandingen gjennom systemet i en uke, ble overgangen av en tiendedel karbon til organiske forbindelser notert, aminosyrer, sukker, lipider og forbindelser foran aminosyrer ble oppdaget. Gjentatte og modifiserte eksperimenter bekreftet fullt ut muligheten for abiogenese under simulerte forhold på den tidlige jorden. I de påfølgende årene ble gjentatte eksperimenter utført i andre laboratorier. Til komposisjonen gassblanding hydrogensulfid ble tilsatt som en mulig komponent av vulkanske utslipp, og andre ikke-drastiske endringer ble gjort. I de fleste tilfeller var erfaringen med å syntetisere organiske forbindelser vellykket, selv om forsøk på å gå lenger og få mer komplekse elementer som nærmet seg sammensetningen av en levende celle var mislykket.

RNA verden

Ved slutten av 1900-tallet ble det klart at mange forskere som aldri sluttet å være interessert i problemet med livets opprinnelse på jorden, med all harmonien mellom teoretiske konstruksjoner og klare eksperimentelle bekreftelser, har Oparin-Haldane-teorien åpenbare, kanskje uoverstigelige, mangler. Den viktigste var umuligheten av å forklare utseendet i protobionter av egenskapene som definerer en levende organisme - å reprodusere mens man opprettholder arvelige egenskaper. Med oppdagelsen av genetiske cellulære strukturer, med bestemmelse av funksjonen og strukturen til DNA, med utviklingen av mikrobiologi, ny kandidat til rollen til urlivets molekyl.

Det ble et ribonukleinsyremolekyl - RNA. Dette makromolekylet, som er en del av alle levende celler, er en kjede av nukleotider - de enkleste organiske enhetene som består av nitrogenatomer, et monosakkarid - ribose og en fosfatgruppe. Det er sekvensen av nukleotider som er koden arvelig informasjon, og i virus, for eksempel, spiller RNA den samme rollen som DNA spiller i komplekse cellulære strukturer.

I tillegg har forskere oppdaget unik evne Noen RNA-molekyler introduserer brudd i andre kjeder eller limer individuelle RNA-elementer sammen, og noen spiller rollen som autokatalysatorer - det vil si at de bidrar til rask selvreproduksjon. Den relativt lille størrelsen på RNA-makromolekylet og dets forenklede struktur sammenlignet med DNA (en tråd) gjorde ribonukleinsyre til hovedkandidaten for rollen som hovedelementet i prebiologiske systemer.

Den nye teorien om fremveksten av levende materie på planeten ble til slutt formulert i 1986 av Walter Gilbert (født 1932), en amerikansk fysiker, mikrobiolog og biokjemiker. Ikke alle eksperter var enige i dette synet på livets opprinnelse på jorden. Kort kalt "RNA World", teorien om strukturen til den prebiologiske verdenen på planeten vår kan ikke svare på det enkle spørsmålet om hvordan det første RNA-molekylet med de gitte egenskapene dukket opp, selv om en enorm mengde "byggemateriale" var til stede i form for nukleotider osv.

PAH verden

Simon Nicholas Platts prøvde å finne svaret i mai 2004, og i 2006 en gruppe forskere ledet av Pascale Ehrenfreund. Polyaromatiske hydrokarboner har blitt foreslått som utgangsmaterialer for RNA med katalytiske egenskaper.

PAH-verdenen var basert på den høye overfloden av disse forbindelsene i synlig rom (de var absolutt tilstede i " urbuljong"ung jord) og egenskapene til deres ringformede struktur, som letter rask forbindelse med nitrogenholdige baser - nøkkelkomponentene i RNA. PAH-teorien taler nok en gang om relevansen av noen bestemmelser om panspermi.

Unikt liv på en unik planet

Før forskerne har muligheten til å gå tilbake for 3 milliarder år siden, vil mysteriet om livets opprinnelse på planeten vår ikke bli avslørt - dette er konklusjonen som mange av de som har studert dette problemet kommer til. Hovedkonseptene for livets opprinnelse på jorden er: teorien om abiogenese og teorien om panspermia. De kan overlappe på mange måter, men mest sannsynlig vil de ikke være i stand til å svare: hvordan midt i det enorme kosmos dukket opp overraskende nøyaktig balansert system fra Jorden og dens satellitt - Månen, hvordan livet oppsto på den...

Hypoteser om livets opprinnelse

Livets opprinnelse på jorden er et av naturvitenskapens viktigste problemer. I løpet av dusinvis av århundrer har synet på livets problem endret seg, forskjellige ideer, hypoteser og konsepter har blitt uttrykt. Noen av dem har blitt utbredt i ulike perioder historien om utviklingen av naturvitenskap. For tiden er det fem hypoteser for livets opprinnelse:

1. Kreasjonisme er en hypotese som sier at livet ble skapt av et overnaturlig vesen som et resultat av en skapelseshandling. Har den lengste historien. Den er basert på tilstedeværelsen i levende organismer av en spesiell kraft, en "sjel", som kontrollerer alle livsprosesser.

2. Steady state-hypotesen, ifølge hvilken liv aldri oppsto, men alltid eksisterte. Etter hvert som naturforholdene endret seg, endret også arter seg: noen forsvant, andre dukket opp. Basert på forskning fra paleontologer.

3. Hypotese spontan generasjon liv, som er basert på ideen om multippel fremvekst av liv fra ikke-levende materie, ble fremsatt i det gamle Kina og India som et alternativ til kreasjonisme. Denne hypotesen ble støttet av Platon, Aristoteles, Galileo, Descartes og Lamarck. Essensen av hypotesen: lavere levende organismer oppsto fra silt, fuktig jord og råtnende kjøtt. For å tilbakevise denne hypotesen formulerte F. Redi prinsippet: "Alt som lever er fra levende ting," etter at han fant årsaken til at ormer dukket opp på råtnende kjøtt. L. Pasteur, med sine eksperimenter med virus, beviste definitivt inkonsekvensen av ideen om livets spontane opprinnelse.

4. Panspermihypotesen, ifølge hvilken liv ble brakt til jorden fra verdensrommet. Det ble først uttrykt av G. Richter på slutten av 1800-tallet. Dette konseptet åpner for muligheten for livets opprinnelse til forskjellige tider i forskjellige deler av universet og dets overføring på forskjellige måter til jorden (meteoritter, asteroider, kosmisk støv).

5. Hypotese historisk opphav liv gjennom biokjemisk evolusjon. Forfatterne er A. Oparin og S. Haldane. Fra synspunktet til A. Oparins hypotese, så vel som fra synspunktet til moderne vitenskap, skjedde fremveksten av liv fra livløs materie som et resultat av naturlige prosesser i universet under den lange utviklingen av materie. A. Oparin identifiserte flere stadier av biokjemisk evolusjon, hvis endelige mål var en primitiv levende celle. Evolusjonen fortsatte i henhold til følgende skjema:

A) geokjemisk utvikling av planeten Jorden, syntesen av de enkleste forbindelsene som CO2, NH3, H2O, etc., overgangen av vann fra en damp til en flytende tilstand som et resultat av den gradvise avkjølingen av jorden. Utvikling av atmosfæren og hydrosfæren.

B) utdanning fra uorganiske forbindelser organiske stoffer - aminosyrer - og deres akkumulering i primærhavet som følge av solens elektromagnetiske påvirkning, kosmisk stråling og elektriske utladninger.

C) gradvis komplikasjon av organiske forbindelser og dannelse av proteinstrukturer.

D) isolering av proteinstrukturer fra mediet, dannelse av vandige komplekser og dannelse av et vandig skall rundt proteiner.

E) fusjon av slike komplekser og dannelse av koacervater som er i stand til å utveksle materie og energi med miljøet.

E) absorpsjon av metaller av koacervater, noe som førte til dannelsen av enzymer som akselererer biokjemiske prosesser.

G) dannelsen av hydrofobe lipidgrenser mellom koacervatene og det ytre miljøet, noe som førte til dannelsen av semipermeable membraner som sikret bevaring av stabiliteten i funksjonen til koacervatet.

H) utvikling i løpet av evolusjonen i disse formasjonene av prosesser for selvregulering og selvreproduksjon.

I følge akademiker V. Vernadsky er livets fremvekst forbundet med et kraftig sprang, som introduserte så mange motsetninger i evolusjonen at de skapte forutsetningene for fremveksten av levende materie. Den ekstreme kompleksiteten i organiseringen av levende materie er et bevis på at livets opprinnelse er et resultat av en lang prosess med biologisk evolusjon.

6. Moderne teori om biologisk evolusjon

Evolusjon forstås som en av bevegelsesformene, som er preget av gradvise, kontinuerlige, akkumulerende endringer, som fører til kvalitative endringer i utviklingen av levende natur. I prosessen med dannelsen av det evolusjonære paradigmet skilles tre hovedstadier ut:

· Den første fasen er tradisjonell biologi; dens mest fremtredende representant er den svenske vitenskapsmannen C. Linnaeus.

· Andre fase - klassisk teori biologisk evolusjon; skaper - engelsk naturforsker Charles Darwin.

· Den tredje fasen er den syntetiske teorien om biologisk evolusjon. Innholdet var et resultat av ideene til Charles Darwin og den tsjekkiske botanikeren, grunnleggeren av genetikk G. Mendel.

Det generelle teoretiske grunnlaget for tradisjonell biologi, som dominerte biologisk tankegang fra antikken til 1800-tallet, var begrepet kreasjonisme, basert på ideen om den samtidige fremveksten av alle former for liv på jorden. Tradisjonell biologis oppgave var å konstruere en klassifisering og systematisering av alle levende vesener. Det viktigste bidraget til å løse dette problemet ble gitt av C. Linnaeus, som skapte et system for klassifisering av levende organismer, som avslørte integriteten, enheten, sammenkoblingen og kontinuiteten til organismer, noe som igjen førte forskere til ideen om at alt mangfoldet av former for levende natur er et resultat av biologisk evolusjon. Tradisjonell biologi akkumulerer sitt vitenskapelige materiale gjennom direkte observasjon av levende natur, så den fortsetter å utvikle seg på nåværende tidspunkt.

Charles Darwins teori var resultatet av en syntese av en enorm mengde varierte faktadata. Darwins forklaring av evolusjonsprosessen kan oppsummeres som følger:

1. Enhver gruppe dyr og planter er preget av variasjon. Variabilitet er en av egenskapene som ligger i levende organismer.

2. Antall organismer av hver art født inn i verden er betydelig Dessuten deres antall, som kan finne mat til seg selv, overleve og etterlate avkom. Mest av avkom dør i hver generasjon.

3. Siden det fødes flere individer enn det som kan overleve, er det konkurranse om mat og habitat.

4. Arvelige endringer som gjør det lettere for en organisme å overleve i et bestemt miljø gir eierne en fordel fremfor andre, mindre tilpassede organismer. Overlevende individer gir opphav til neste generasjon, og dermed skjer utvalget av de best passende representantene (naturlig seleksjon).

Drivkraften for dannelsen av en syntetisk evolusjonsteori var oppdagelsen av arveloven og dechiffreringen av DNA-strukturen. Innholdet i den syntetiske evolusjonsteorien er en syntese av darwinismen og prestasjonene til molekylærbiologi. Essensen av teorien er å presentere evolusjonsprosessen som en konkurranse av genetiske programmer som bestemmer den individuelle utviklingen av organismer. Dessuten spilles en viktig rolle i å bestemme den generelle utviklingsretningen av hovedprogrammeringsenheten, som er biosfæren som helhet. Det er biosfæren som bestemmer hastigheten og retningen for den evolusjonære transformasjonen av arten som utgjør dens sammensetning.

Bioetikk

Ved første øyekast ser det ut til at det ikke er noe felles mellom etikk og biologi. Tross alt er etikk en gren av sosial og humanitær kunnskap som studerer den ideelle sfæren av resepter, normer og prinsipper for menneskelig atferd, mens biologi er en av naturvitenskapene som erkjenner virkelige fakta, som karakteriserer livets essens. Det er imidlertid en sammenheng mellom biologi og etikk. Tross alt er mennesket et produkt av lang biologisk evolusjon. Og en av sidene ved evolusjonen er kampen for tilværelsen, hvor ikke bare fysiske tiltak, men også psykologiske, inkludert etiske standarder.

Bioetikk er nettopp opptatt av studiet av mentale prosesser som har oppstått i tidlige stadier evolusjon av levende ting, utviklet seg gradvis og førte til fremveksten av et sett med krav og prinsipper kalt menneskelig etikk. Bioetikk, i retning av sine interesser, kommer nærmest studieobjektet for samfunnsvitenskap og humaniora, og studerer følgende hovedproblemer:

· Problemer med de dype, biologiske kildene til etiske prinsipper for menneskelig atferd, manifestasjoner av rudimentene til disse prinsippene i oppførselen til levende organismer har allerede tidlige stadier biologisk evolusjon.

· Løsning på dette grunnlaget av spørsmål om korrelasjon i menneskets etiske prinsipper, medfødt og ervervet, biologisk og sosialt og ubevisst.

· Utvikling av et sett med nye etiske standarder, hvis relevans er forbundet med muligheten for dyptgripende konsekvenser for mennesker av de største funnene moderne biologi, spesielt genetikk.

De komplekse atferdsprogrammene som er iboende i dyreverdenen og normene for menneskelig etikk har en enkelt biogen opprinnelse. På bakgrunn av dette fremmer bioetikk som en sentral idé ideen om at prinsippene for menneskelig atferd ikke bare har sosiale, men også biologiske forutsetninger. Bioetikk oppdager i vår indre verden og i vår oppførsel, i tillegg til former generert av fornuft, kultur, samfunn, er det også former bestemt av eldgamle genetiske programmer som er arvet fra våre dyrs forfedre. En viktig retning for moderne bioetikk er søket etter nye tilnærminger til moralsk vurdering av slike fenomener som eutanasi, brudd på seksuell identitet, kloning.



Hypoteser for opprinnelsen til livet på jorden

Problemet med liv og levende ting er gjenstand for studier i mange naturdisipliner, starter med biologi og slutter med filosofi, matematikk, som vurderer abstrakte modeller av fenomenet levende ting, så vel som fysikk, som definerer livet fra et synspunkt fysiske lover. Århundrer med forskning og forsøk på å løse disse problemene har gitt opphav til ulike hypoteser om livets opprinnelse.

Ifølge to ideologiske posisjoner– materialistisk og idealistisk – selv i antikkens filosofi utviklet det seg motstridende konsepter om livets opprinnelse: kreasjonisme og den materialistiske teorien om opprinnelsen til organisk natur fra uorganisk. Tilhengere av kreasjonisme hevder at livet oppsto som et resultat av en handling av guddommelig skapelse, bevis på dette er tilstedeværelsen i levende organismer av en spesiell kraft som kontrollerer alle biologiske prosesser. Tilhengere av livets opprinnelse fra livløs natur hevder at organisk natur oppsto på grunn av virkningen av naturlover. Senere ble dette konseptet konkretisert i ideen om den spontane generasjonen av liv.

Så det er følgende hypoteser for livets opprinnelse.

1. Kreasjonisme . I henhold til begrepet kreasjonisme oppsto livet som et resultat av overnaturlige, det vil si brudd på fysikkens lover, hendelser i fortiden. Konseptet kreasjonisme følges av tilhengere av nesten alle de vanligste religionene. I henhold til tradisjonelle jødisk-kristne ideer om skapelsen av verden, som beskrevet i 1. Mosebok, ble verden og alle organismene som bor i den skapt av den allmektige Skaperen på 6 dager som varer i 24 timer. Men for tiden behandler mange kristne ikke Bibelen som en vitenskapelig bok og tror at den presenterer i en form som er forståelig for alle mennesker til alle tider, den teologiske åpenbaringen om Guds skapelse av alle levende vesener.

Logisk sett kan det ikke være en motsetning mellom vitenskapelige og teologiske forklaringer på skapelsen av verden fordi disse to tankesfærene utelukker hverandre. Teologien kjenner sannheten gjennom guddommelig åpenbaring og tro og anerkjenner ting som det ikke er bevis for i vitenskapelig forstand av ordet. Vitenskapen gjør utstrakt bruk av observasjon og eksperimenter; vitenskapelig sannhet inneholder alltid et element av hypotese, mens for en troende er teologisk sannhet absolutt. Prosessen med guddommelig skapelse av verden er tenkt som å ha funnet sted én gang, derfor er den utilgjengelig for observasjon. Konseptet om den guddommelige skapelsen av verden er utenfor omfanget av vitenskapelig forskning, derfor kan vitenskapen, som omhandler observerbare fenomener, aldri bevise eller motbevise dette konseptet.

Den ikke-tilfeldige naturen til prosessen med opprinnelse og utvikling av livet taler for antropisk prinsipp, formulert på 70-tallet av vårt århundre. Dens essens ligger i det faktum at selv mindre avvik i verdien av noen av de grunnleggende konstantene gjør det umulig for høyt ordnede strukturer og, følgelig, liv å dukke opp i universet. Dermed fratar en økning i Plancks konstant med 10 % et proton muligheten til å kombinere med et nøytron, dvs. gjør primær nukleosyntese umulig. En reduksjon i Plancks konstant med 10 % ville føre til dannelsen av en stabil isotop 2 He, som ville resultere i forbrenning av all hydrogen i de tidlige stadiene av universets ekspansjon. Den ikke-tilfeldige naturen til verdiene til grunnleggende konstanter kan indikere tilstedeværelsen av en "kreativ plan" helt fra begynnelsen av dannelsen av universet, noe som innebærer tilstedeværelsen av en Skaper - forfatteren av denne planen.

2. Spontan livsopprinnelse hypotese . Ifølge Aristoteles inneholder visse "partikler" av et stoff et visst "aktivt prinsipp", som under passende forhold kan skape en levende organisme.

Den spontane livshypotesen var utbredt i det gamle Kina, Babylon og Egypt som et alternativ til kreasjonisme. Etter Empedocles, en av de første som uttrykte ideen organisk evolusjon, ble konseptet om livets spontane opprinnelse fulgt av Aristoteles, som koblet alle organismer til en enkelt «naturstige». Ifølge Aristoteles inneholder visse "partikler" av et stoff et visst "aktivt prinsipp", som under passende forhold kan skape en levende organisme. Dette prinsippet, ifølge Aristoteles, er tilstede i det befruktede egget, i sollys, gjørme og råtnende kjøtt. I 1688 stilte den italienske legen Francesco Redi spørsmålstegn ved teorien om spontan generering av liv og gjennomførte en serie eksperimenter der han viste at liv bare kan oppstå fra tidligere liv (begrepet biogenese). Louis Pasteur (1860) tilbakeviste til slutt teorien om livets spontane opprinnelse og beviste gyldigheten av teorien om biogenese. L. Pasteurs eksperimenter viste at mikroorganismer dukker opp i organiske løsninger på grunn av at deres embryoer tidligere ble introdusert der. Hvis et kar med et næringsmedium er beskyttet mot innføring av mikrober i det, skjer det ingen spontan generering av liv.

Konseptet med spontan generering, selv om det var feilaktig, spilte en positiv rolle; eksperimenter designet for å bekrefte det ga et rikt empirisk materiale for den utviklende biologiske vitenskapen. Den endelige avvisningen av ideen om spontan generering skjedde først på 1800-tallet.

Bekreftelse av teorien om biogenese ga opphav til problemet med den første levende organismen som alle andre oppsto fra. Alle teorier (unntatt steady state-teorien) antar at det på et tidspunkt i livets historie var en overgang fra ikke-levende til levende. Hvordan skjedde dette?

3. Steady State Hypotese . I følge denne hypotesen ble Jorden aldri til, men eksisterte for alltid; Jorden har alltid vært i stand til å støtte liv. Arter har alltid eksistert; hver art har bare to muligheter: endring i antall eller utryddelse.

4. Panspermi hypotese sier at liv kunne ha oppstått en eller flere ganger til forskjellige tider og på forskjellige steder i universet. Denne hypotesen oppsto på 60-tallet år XIXårhundre og er assosiert med navnet til den tyske vitenskapsmannen G. Richter. Senere ble konseptet panspermi delt av så fremtredende forskere som S. Arrhenius, G. Helmholtz, V.I. Vernadsky. For å underbygge denne teorien brukes UFO-observasjoner, fjellmalerier av eldgamle, rakettlignende og romvesener osv. Sovjetisk og amerikansk romforskning antyder at sannsynligheten for å oppdage utenomjordisk liv i solsystemet er ubetydelig, men gir ikke grunnlag for å bekrefte eller tilbakevise eksistensen av liv utenfor dets grenser. Når man studerte materialet til meteoritter og kometer, ble mange "forløpere for liv" oppdaget i dem (cyanogener, blåsyre, etc.), som kunne spille rollen som "frø" til livet. Uansett, teorien om panspermia er ikke en teori om livets opprinnelse som sådan; den overfører ganske enkelt problemet med livets opprinnelse til et annet sted i universet.

På begynnelsen av 1900-tallet. idé kosmisk opprinnelse biologiske systemer på jorden og livets evighet i verdensrommet ble utviklet av den russiske vitenskapsmannen akademiker V.I. Vernadsky.

5. Hypotesen om livets evige eksistens . Den ble fremsatt på 1800-tallet. Det har blitt antydet at liv eksisterer i verdensrommet og overføres fra en planet til en annen.

6. Biokjemisk evolusjonshypotese. Jordens alder er beregnet til 4,5–5 milliarder år. I den fjerne fortiden var temperaturen på overflaten av planeten vår 4000-8000 grader Celsius. Etter hvert som det ble avkjølt, kondenserte karbon og flere ildfaste metaller for å danne jordskorpen; Som et resultat av vulkansk aktivitet ble det dannet kontinuerlige bevegelser av skorpen og kompresjon forårsaket av avkjøling, folder og brudd. Atmosfæren på jorden i gamle tider var åpenbart reduserende (jordens eldste bergarter inneholder metaller i reduserende form, for eksempel jernholdig jern, yngre bergarter inneholder metaller i oksidert form, for eksempel jernholdig jern). Det var praktisk talt ikke oksygen i atmosfæren. Livets fremvekst er nært knyttet til fremveksten jordens hav, som skjedde for rundt 3,8 milliarder år siden. Paleontologiske data indikerer at vanntemperaturen der ikke var for lav, men ikke oversteg 58 °C. Fotspor eldgamle organismer oppdaget i lag hvis alder er beregnet til 3,2-3,5 milliarder år.

Hypotesen om biokjemisk evolusjon ble presentert av akademiker A.I. Oparin (1894-1980) i sin bok "The Origin of Life", utgitt i 1924. Han hevdet at Redi-prinsippet, som introduserer et monopol på biotisk syntese av organiske stoffer, er gyldig bare for den moderne æra av eksistensen av vår planet. I begynnelsen av dens eksistens, da jorden var livløs, fant abiotiske synteser av karbonforbindelser og deres påfølgende prebiologiske utvikling sted på den.

Essensen av Oparins hypotese er som følger: opprinnelsen til liv på jorden er en lang evolusjonær prosess for dannelse av levende materie i dypet av ikke-levende materie. Dette skjedde gjennom kjemisk evolusjon, som et resultat av at de enkleste organiske stoffene ble dannet fra uorganiske under påvirkning av sterke fysisk-kjemiske faktorer.

Livets fremvekst A.I. Oparin betraktet som singel naturlig prosess, som besto av den innledende kjemiske evolusjonen som fant sted under forholdene til den tidlige jorden, som gradvis flyttet til et kvalitativt nytt nivå - biokjemisk evolusjon. Med tanke på problemet med livets opprinnelse gjennom biokjemisk evolusjon, identifiserer Oparin tre stadier av overgang fra livløs til levende materie.

Første trinn - kjemisk evolusjon . Da jorden fortsatt var livløs (for ca. 4 milliarder år siden), fant abiotisk syntese av karbonforbindelser og deres påfølgende prebiologiske utvikling sted på den. Denne perioden av jordens utvikling var preget av mange vulkanutbrudd med utgivelsen av en enorm mengde varm lava. Etter hvert som planeten ble avkjølt, kondenserte vanndampen i atmosfæren og falt ned på jorden i dusjer og dannet enorme vannforekomster(primært hav). Disse prosessene fortsatte i mange millioner år. Ulike uorganiske salter ble oppløst i vannet i primærhavet. I tillegg kom forskjellige organiske forbindelser, kontinuerlig dannet i atmosfæren under påvirkning av ultrafiolett stråling, også inn i havet. høy temperatur og aktiv vulkansk aktivitet. Konsentrasjonen av organiske forbindelser økte stadig, og til slutt ble havvannet " buljong"fra proteinlignende stoffer - peptider.

Figur 26 – Skjema for livets opprinnelse ifølge Oparin

Andre fase - utseende av proteiner . Etter hvert som forholdene på jorden myknet opp, ble de kjemiske blandingene av urhavet påvirket av elektriske utladninger, termisk energi og ultrafiolette stråler. mulig utdanning komplekse organiske forbindelser - biopolymerer og nukleotider, som gradvis kombinerte og ble mer komplekse, ble til protobioter (precellulære forfedre til levende organismer). Resultatet av utviklingen av komplekse organiske stoffer var utseendet til koacervater, eller koacervatdråper. Koacervater - komplekser av kolloidale partikler, hvis løsning er delt inn i to lag: et lag rikt kolloidale partikler, og væske nesten fri for dem. Koacervater hadde evnen til å absorbere forskjellige stoffer oppløst i vannet i primærhavet. Som et resultat endret den indre strukturen til koacervater seg i retning av å øke deres stabilitet under konstant skiftende forhold. Teorien om biokjemisk evolusjon anser koacervater som prebiologiske systemer, som er grupper av molekyler omgitt av vannskjell. For eksempel er koacervater i stand til å absorbere stoffer fra miljø, samhandle med hverandre, øke i størrelse osv. Imidlertid, i motsetning til levende vesener, er ikke koacervate dråper i stand til selvreproduksjon og selvregulering, så de kan ikke klassifiseres som biologiske systemer.

Den tredje fasen er dannelsen av evnen til selvreproduksjon, utseendet til en levende celle . I løpet av denne perioden begynte naturlig utvalg å operere, d.v.s. I massen av koacervatdråper skjedde utvalget av koacervater som var mest motstandsdyktige mot disse miljøforholdene. Utvelgelsesprosessen pågikk i mange millioner år. De bevarte koacervatdråpene hadde allerede evnen til å gjennomgå primær metabolisme, livets hovedegenskap. På samme tid, etter å ha nådd en viss størrelse, gikk mordråpen i oppløsning til datterdråper som beholdt egenskapene til morstrukturen. Dermed kan vi snakke om ervervelsen av koacervater av egenskapen til selvreproduksjon - en av de viktigste tegnene liv. Faktisk, på dette stadiet ble koacervater til de enkleste levende organismer. Videre utvikling av disse prebiologiske strukturene var bare mulig med komplikasjonen av metabolske prosesser i koacervatet.

Det indre miljøet til koacervaten trengte beskyttelse mot miljøpåvirkninger. Derfor dukket det opp lag av lipider rundt koacervatene, rike på organiske forbindelser, og skilte koacervatet fra det omkringliggende vandige miljøet. I løpet av evolusjonsprosessen ble lipider omdannet til den ytre membranen, noe som betydelig økte levedyktigheten og stabiliteten til organismer. Utseendet til membranen forutbestemte retningen for videre biologisk evolusjon langs veien for stadig mer perfekt autoregulering, som kulminerte med dannelsen av primærcellen - erkecellen. En celle er en elementær biologisk enhet, det strukturelle og funksjonelle grunnlaget for alle levende ting. Celler utfører uavhengig metabolisme, er i stand til deling og selvregulering, dvs. har alle egenskapene til levende ting. Dannelsen av nye celler fra ikke-cellulært materiale er umulig; cellereproduksjon skjer bare gjennom deling. Organisk utvikling blir sett på som universell prosess celledannelse.

Strukturen til cellen inkluderer: en membran som skiller innholdet i cellen fra det ytre miljøet; cytoplasma, som er en saltoppløsning med løselige og suspenderte enzymer og RNA-molekyler; kjernen som inneholder kromosomer som består av DNA-molekyler og proteiner festet til dem.

Følgelig bør livets begynnelse betraktes som fremveksten av et stabilt selvreproduserende organisk system (celle) med en konstant sekvens av nukleotider. Først etter fremveksten av slike systemer kan vi snakke om begynnelsen av biologisk evolusjon.

Overgangen fra ikke-levende til levende fant sted etter at rudimentene til to grunnleggende livssystemer oppsto og utviklet seg på grunnlag av deres forgjengere: det metabolske systemet og systemet for reproduksjon av de materielle fundamentene til en levende celle.

Sannsynligheten for at protein molekyl, bestående av 100 aminosyrer av 20 typer, vil bli tilfeldig dannet i henhold til et bestemt mønster, lik 1/20 100 ≈1/10 130. Levende celle– et kompleks av interagerende proteiner, lipider og nukleotider som dannes genetisk kode. Den enkleste cellen inneholder mer enn 2000 enzymer. Sannsynligheten for tilfeldig dannelse av slike komplekse strukturer liten

Muligheten for abiogen syntese av biopolymerer ble eksperimentelt bevist på midten av 1900-tallet. I 1953 modellerte den amerikanske forskeren S. Miller den primære atmosfæren til jorden og syntetiserte eddiksyre og maursyre, urea og aminosyrer ved å passere elektriske ladninger gjennom en blanding av gasser (vann, karbondioksid, hydrogen, nitrogen, metan). Dermed ble det demonstrert hvordan syntesen av komplekse organiske forbindelser er mulig under påvirkning av abiogene faktorer.

Til tross for sin teoretiske og eksperimentelle gyldighet, har Oparins konsept både styrker og svakheter. Styrken til konseptet er en ganske nøyaktig eksperimentell underbygning av kjemisk evolusjon, ifølge hvilken opprinnelsen til livet er et naturlig resultat av den prebiologiske utviklingen av materie. Et overbevisende argument for dette konseptet er også muligheten for eksperimentell verifisering av hovedbestemmelsene. Svak side konseptet er umuligheten av å forklare selve øyeblikket av spranget fra komplekse organiske forbindelser til levende organismer.

En versjon av overgangen fra prebiologisk til biologisk evolusjon er foreslått av den tyske forskeren M. Eigen. I følge hans hypotese forklares livets fremvekst av samspillet mellom nukleinsyrer og proteiner. Nukleinsyrer er bærere genetisk informasjon, og proteiner tjener som katalysatorer kjemiske reaksjoner. Nukleinsyrer reproduserer seg selv og overfører informasjon til proteiner. En lukket kjede oppstår - en hypersyklus, der kjemiske reaksjonsprosesser blir selvakselerert på grunn av tilstedeværelsen av katalysatorer. I hypersykluser fungerer reaksjonsproduktet samtidig som både en katalysator og en startreaktant. Slike reaksjoner kalles autokatalytiske.

En annen teori der overgangen fra prebiologisk evolusjon til biologisk evolusjon kan forklares er synergetikk . Mønstrene oppdaget av synergetikk gjør det mulig å klargjøre mekanismen for fremveksten av organisk materiale fra uorganisk materiale når det gjelder selvorganisering gjennom den spontane fremveksten av nye strukturer under interaksjonen av et åpent system med miljøet.