Походження життя – це велика наукова проблема. За останні 10 років є величезна кількістьнових даних та досліджень. На сьогоднішній день залишаються ще невирішені питання, але загальна картина того, як з неживої матерії могло зародитися життя, дуже швидко прояснюється. Але, як відомо, у науці кожна відповідь породжує 10 нових питань.

Моделі поступової еволюції від неорганічних сполукдо перших організмів на сьогоднішній день добре опрацьовані. Але історія цього питання бере свій початок ще зі знаменитого автора .

Англійський натураліст та дослідник у своїх наукових працях нічого з цього приводу не писав і всерйоз теоріями та гіпотезами походження життя не займався. Ця тема була поза розуміння науки 19-го століття. Чарльз лише казав, як із уже існуючих перших живих організмів вийшло все те різноманіття біологічних форм, що ми бачимо.

Тільки з його листів найкращому другові ми знаємо, що Дарвін намагався розмірковувати на цю тему, але звичайно на тому рівні знань він нічого конкретно припустити не міг, крім самих загальних уявлень, Що якось все ж таки могли з неорганічної хімії, солей амонію, фосфору з використання електрики в невеликому теплому ставку зародитися органічні речовини.

Але слід зазначити, що навіть у цьому листі він дуже точно вгадав. Наприклад, хіміки виявили правдоподібний шлях абіогенного синтезу нуклеотидів, цегли з яких складається РНК. Виявилося, ці нуклеотиди можуть спонтанно синтезуватися в умовах, схожих з умовами невеликого теплого водоймища.

Версій виникнення всього живого Землі придумано дуже багато. Багато з них вигадані конспірологами та лжевченими. Але все ж таки основна частина теорій заснована на реальних фактахта дослідженнях.

Основні теорії походження життя:

- креаціонізм;

- Панспермія;

- Теорія стаціонарного стану;

- Спонтанне зародження;

- Біохімічна еволюція.

Креаціоністська гіпотезадотримуються люди, які вважають, що життя створив Творець, Бог, Всесвітній Розум. Не має доказів, а її просуванням займаються не вчені, а журналісти, богослови та теологи. До них приєднуються люди, які бажають підзаробити шляхом обману.

Ці ж креаціоністи продовжують стверджувати, що у питанні походження людей є загадка, тому що археологи не можуть знайти якесь. недостатня ланка, тобто перехідну форму від стародавньої людиникроманьйонця до сучасного homo sapiens. Надзвичайно важливі розуміння статті:

» 100% Походження людини: теорії та гіпотези

Теорія стаціонарного стануполягає в тому, що живе разом із всесвітом, а відповідно і всім світом, існувало і існуватиме завжди, незалежно від часу. Поряд з цим похідні всесвіту тіла та утворення на кшталт зірок, планетарних систем, живих організмів обмежені у часі: вони народжуються та гинуть.

На даний момент ця гіпотеза має лише історичне значення, і в наукових колах вже давно не обговорюється, оскільки спростовано сучасною наукою в ключовому моменті: всесвіт виник завдяки великому вибуху та подальшому його розширенню. Важлива стаття на цю тему простою та зрозумілою мовою: 100% Походження та еволюція всесвіту.

Теорія пансперміївже науковіша. Вона передбачає таке: живі організми на нашу планету занесли космічні тіла на кшталт метеоритів чи комет. Деякі особливо мрійливі прихильники впевнені, що це зробили НЛО та інопланетяни усвідомлено, переслідуючи свої цілі.

У нашій Сонячній системі вірогідність знайти ще десь живі організми надзвичайно мала, проте життя могло прилетіти до нас з іншої зоряної системи. Астрономічні дані показують, що згідно з біохімічним складом метеоритів, метеорів і комет у них найчастіше можна виявити органічні сполуки, наприклад, амінокислоти. Саме вони й могли стати насінням при контакті космічного тіла із Землею, подібно до того, як розлітається насіння кульбаби на сотні метрів навколо.

Основною противагою твердженням панспермістів є логічне питання, звідки ж узялося життя на інших планетах, з яких летів цей самий астероїд чи комета. Таким чином, панспермічна гіпотеза інопланетного походженняживих організмів може лише доповнити основну версію – біохімічну.

Теорія абіогенезуза допомогою біо хімічної еволюціївивчає та успішно доводить освіту органічних структурз неорганічної матерії, причому поза організмом і без застосування спеціальних ферментів.

Синтез найпростіших органічних сполук з неорганічної матерії здатний проходити у найрізноманітніших природних умовах: планети чи космосі (наприклад, у протопланетному диску — проплиде). У 1953 році було проведено знаменитий класичний експеримент Міллера-Юрі, який доводить, що така органіка як амінокислоти мають можливість з'явитися в суміші різних газів, які б імітували атмосферний склад планети.

У природі з часом утворилася і набула здатності до (До речі, на сьогоднішній день її синтез людиною дуже утруднений). Адже це основна цегла, і відповідь на питання походження життя на Землі криється саме в ньому.

Зараз абсолютно точно відомо, як виникла молекула дезоксирибонуклеїнової кислоти. Спершу біологічні істотибула заснована на іншій схожій молекулі під назвою РНК. Довгий час існував інший живий світ, в якому організми мали спадкову інформацію у формі молекули рибонуклеїнової кислоти, яка виконувала роль білків. Ця молекула здатна зберігати спадкову інформацію подібно до ДНК і виконувати активну роботу, подібну до білків.

У сучасних клітинах ці функції розділені – ДНК зберігає спадкову інформацію, білки виконують роботу, а РНК є своєрідним посередником з-поміж них. У найперших древніх організмах була лише РНК, що справлялася з обома завданнями сама.

Цікава закономірність у питанні походження всього живого полягає в тому, що за останні кілька років з'явилися десятки нових наукових статей, що максимально близько підводять до розгадки таємниці, і ніякі інші теорії та гіпотези виникнення життя крім абіогенного на даний момент вже не потрібні.

Гіпотези виникнення життя Землі

Проблема життя та живого є об'єктом дослідження багатьох природних дисциплін, починаючи з біології та завершуючи філософією, математикою, що розглядають абстрактні моделі феномена живого, а також фізикою, що визначає життя з позицій фізичних закономірностей. Багатовікові дослідження та спроби вирішення цих питань породили різні гіпотезивиникнення життя.

Відповідно до двох світоглядними позиціями– матеріалістичної та ідеалістичної – ще у давній філософії склалися протилежні концепції походження життя: креаціонізм та матеріалістична теорія походження органічної природи з неорганічної. Прихильники креаціонізму стверджують, що життя виникло внаслідок акта божественного творіння, свідченням чого є наявність у живих організмах особливої ​​сили, яка керує всіма біологічними процесами. Прихильники походження життя з неживої природи стверджують, що природа виникла завдяки дії природних законів. Пізніше цю концепцію було конкретизовано ідеї самозародження життя.

Отже, є такі гіпотези походження життя.

1. Креаціонізм . Відповідно до концепції креаціонізму, життя виникло в результаті надприродних, тобто порушують закони фізики, подій у минулому. Концепції креаціонізму дотримуються послідовники багатьох найпоширеніших релігій. Згідно з традиційними юдейсько-християнськими уявленнями про створення світу, викладеними в Книзі Буття, світ і всі організми, що його населяють, були створені всемогутнім Творцем за 6 днів тривалістю 24 години. Однак нині багато християн не ставляться до Біблії як до наукової книги і вважають, що в ній у зрозумілій для всіх людей усіх часів формі викладено теологічне одкровення про створення богом усіх живих істот.

Логічно може бути протиріччя між науковим і богословським поясненнями створення світу т.к. ці дві сфери мислення взаємно виключають одне одного. Богослов'я пізнає істину через божественне одкровення і віру і визнає речі, яким немає доказів у науковому значенні слова. Наука широко використовує спостереження та експеримент, наукова істина завжди містить елемент гіпотези, тоді як для віруючого абсолютна теологічна істина. Процес божественного створення світу мислиться як який мав місце одного разу, тому недоступний для спостереження. Концепція божественного створення світу знаходиться поза рамками наукового дослідженнятому наука, що займається явищами, що піддаються спостереженню, ніколи не зможе ні довести, ні спростувати цю концепцію.

На користь невипадкового характеру процесу зародження та розвитку життя говорить антропний принцип, сформульований у 70-ті роки ХХ століття. Його сутність полягає в тому, що навіть незначні відхилення значення будь-якої з фундаментальних констант призводить до неможливості появи у Всесвіті високоупорядкованих структур і, отже, життя. Так, збільшення постійної Планка на 10% позбавляє протон можливості поєднатися з нейтроном, тобто. унеможливлює первинний нуклеосинтез. Зменшення постійної Планка на 10% призвело б до утворення стійкого ізотопу 2 Не, наслідком чого стало б вигоряння всього водню на ранніх етапах розширення Всесвіту. Невипадковий характер значень фундаментальних констант може казати про наявність “творчого задуму” від початку освіти Всесвіту, що передбачає наявність Творця – автора цього задуму.

2. Гіпотеза спонтанного зародження життя . Згідно з Аристотелем, певні “частинки” речовини містять якийсь “активний початок”, яке за сприятливих умов може створити живий організм.

Гіпотеза спонтанного зародження життя була поширена у Давньому Китаї, Вавилоні та Єгипті як альтернативу креаціонізму. Після Емпедоклом, однією з перших висловили ідею органічної еволюції, концепції спонтанного зародження життя дотримувався Аристотель, пов'язував всі організми у єдину “сходи природи“. Згідно з Аристотелем, певні “частинки” речовини містять якийсь “активний початок”, яке за сприятливих умов може створити живий організм. Цей початок, на думку Аристотеля, присутній у заплідненому яйці, сонячному світлі, Тина і гниючий м'яса. У 1688 р. італійський лікар Франческо Реді поставив під сумнів теорію самозародження життя і провів ряд експериментів, в яких показав, що життя може виникати тільки з попереднього життя (концепція біогенезу). Остаточно спростував теорію спонтанного зародження життя і довів справедливість теорії біогенезу Луї Пастер (1860). Досліди Л. Пастера продемонстрували, що мікроорганізми з'являються в органічних розчинах через те, що туди раніше були занесені їхні зародки. Якщо посудину з живильним середовищем захистити від занесення до нього мікробів, то жодного самозародження життя не відбувається.

Концепція самозародження, попри помилковість, зіграла позитивну роль; Досліди, покликані її підтвердити, представили багатий емпіричний матеріал для розвивається біологічної науки. Остаточна відмова від ідеї самозародження відбулася лише в XIX ст.

Підтвердження теорії біогенезу породило проблему першого живого організму, з якого виникли всі інші. У всіх теоріях (крім теорії стаціонарного стану) мається на увазі, що на якійсь стадії історії життя відбувся перехід від неживого до живого. Як це сталося?

3. Гіпотеза стаціонарного стану . Згідно з цією гіпотезою, Земля ніколи не виникала, а існувала вічно; Земля завжди була здатна підтримувати життя. Види існували завжди, кожен вид має лише дві можливості: зміна чисельності чи вимирання.

4. Гіпотеза панспермії стверджує, що життя могло виникнути один або кілька разів у різний час та у різних місцях Всесвіту. Ця гіпотеза виникла у 60-ті роки XIXстоліття та пов'язана з ім'ям німецького вченого Г. Ріхтера. Пізніше концепцію панспермії поділяли такі великі вчені, як С. Арреніус, Г. Гельмгольц, В.І. Вернадський. Для обґрунтування цієї теорії використовуються спостереження за НЛО, наскельні зображення давніх, схожих на ракети та інопланетян тощо. Радянські та американські космічні дослідженнядозволяють вважати ймовірність виявлення позаземного життя в межах Сонячна системанікчемною, проте не дають підстав для підтвердження чи спростування існування життя за її межами. При вивченні матеріалу метеоритів та комет у них було виявлено багато “попередників живого” (ціаногени, синильна кислота та ін.), які могли б зіграти роль ”насіння” життя. Як би там не було, теорія панспермії не є теорією виникнення життя як такого; вона просто переносить проблему виникнення життя в інше місце Всесвіту.

На початку XX ст. ідею космічного походження біологічних систем Землі та вічності існування життя у космосі розвивав російський учений академік В.І. Вернадський.

5. Гіпотеза вічного існування життя . Вона була висунута у ХІХ ст. Було висловлено припущення, що життя існує у космосі та переноситься з однієї планети на іншу.

6. Гіпотеза біохімічної еволюції. Вік Землі оцінюється в 4,5-5 млрд років. У минулому температура на поверхні нашої планети становила 4000-8000 градусів за Цельсієм. У міру остигання вуглець і тугоплавкі метали конденсувалися, утворюючи земну кору; внаслідок вулканічної діяльності, безперервних рухів кори та стиснення, викликаного охолодженням, відбувалося утворення складок та розривів. Атмосфера Землі в давнину була, очевидно, відновною (у найдавніших породах Землі є метали у відновлювальній формі, наприклад двовалентне залізо, молодші породи містять метали в окисленій формі, наприклад, тривалентне залізо). Кисень у атмосфері практично був відсутній. Поява життя тісно пов'язана із виникненням земних океанів, що сталося близько 3,8 млрд. років тому. Палеонтологічні дані свідчать, що температура води в них була не надто низькою, але й не перевищувала 58 °С. Сліди найдавніших організмів виявлено у пластах, вік яких оцінюється в 3,2-3,5 млрд років.

Гіпотеза біохімічної еволюції було викладено академіком А.І. Опаріним (1894-1980 рр.) у книзі «Походження життя», опублікованій 1924 р. Він заявив, що принцип Реді, який запроваджує монополію біотичного синтезу органічних речовин, справедливий лише сучасної епохи існування нашої планеты. На початку ж свого існування, коли Земля була неживою, на ній відбувалися абіотичні синтези вуглецевих сполук та їх подальша передбіологічна еволюція.

Суть гіпотези Опаріна полягає у наступному: зародження життя Землі – тривалий еволюційний процес становлення живої матерії в надрах неживий. Сталося це шляхом хімічної еволюції, внаслідок якої найпростіші органічні речовини утворилися з неорганічних під впливом сильнодіючих фізико-хімічних факторів.

Поява життя А.І. Опарін розглядав як єдиний природний процес, який складався з тих, що протікали в умовах ранньої Земліпервісної хімічної еволюції, яка поступово перейшла на якісно новий рівень- Біохімічну еволюцію. Розглядаючи проблему виникнення життя шляхом біохімічної еволюції, Опарін виділяє три етапи переходу від неживої матерії до живої.

Перший етап - хімічна еволюція . Коли Земля була ще неживою (близько 4 млрд років тому), на ній відбувалися абіотичний синтез вуглецевих сполук та їх наступна передбіологічна еволюція. Для цього періоду еволюції Землі були характерні численні вулканічні виверженняз викидом великої кількості розпеченої лави. У міру остигання планети водяні пари, що знаходилися в атмосфері, конденсувалися і обрушувалися на Землю зливами, утворюючи величезні водні простори(Первинний океан). Ці процеси тривали багато мільйонів років. У водах первинного океану було розчинено різні неорганічні солі. Крім того, в океан потрапляли й різні органічні сполуки, які безперервно утворюються в атмосфері під дією ультрафіолетового випромінювання, високої температури та активної вулканічної діяльності. Концентрація органічних сполук постійно збільшувалася, і, зрештою, води океану стали « бульйоном» з білковоподібних речовин - пептидів.

Рисунок 26 – Схема виникнення життя за Опаріном

Другий етап - поява білкових речовин . У міру пом'якшення умов на Землі під впливом на хімічні суміші первинного океану електричних розрядів, теплової енергії та ультрафіолетових променівстало можливою освітоюскладних органічних сполук – біополімерів та нуклеотидів, які, поступово об'єднуючись та ускладнюючись, перетворювалися на протобіонтів (Доклітинних предків живих організмів). Підсумком еволюції складних органічних речовин стала поява коацерватів, або коацерватних крапель. Коацервати - Комплекси колоїдних частинок, розчин яких поділяється на два шари: шар, багатий колоїдними частинками, і рідина, майже вільну від них. Коацервати мали здатність поглинати різні речовини, розчинені у водах первинного океану. В результаті внутрішня будова коацерватів змінювалася у бік підвищення їх стійкості в умовах, що постійно змінюються. Теорія біохімічної еволюції розглядає коацервати як передбіологічні системи, що являють собою групи молекул, оточені водяною оболонкою. Так, наприклад, коацервати здатні поглинати речовини з навколишнього середовища, вступати у взаємодію один з одним, збільшуватися в розмірах і т.д. Однак на відміну від живих істот коацерватні краплі не здатні до самовідтворення та саморегулювання, тому їх не можна віднести до біологічних систем.

Третій етап - формування здатності до самовідтворення, поява живої клітини . У цей період почав діяти природний відбір, тобто. у масі коацерватних крапель відбувався відбір коацерватів, найбільш стійких до цих умов середовища. Процес відбору тривав багато мільйонів років. Коацерватні краплі, що збереглися, вже мали здатність до первинного метаболізму – головної властивості життя. Разом з тим, досягнувши певних розмірів, материнська крапля розпадалася на дочірні, що зберігають особливості материнської структури. Таким чином, можна говорити про набуття коацерватами властивості самовідтворення – однієї з найважливіших ознак життя. По суті, на цій стадії коацервати перетворилися на найпростіші живі організми. Подальша еволюція цих передбіологічних структур була можлива лише за ускладнення обмінних процесів усередині коацервата.

Внутрішнє середовищекоацервата потребувала захисту від впливів довкілля. Тому навколо коацерватів, багатих на органічні сполуки, виникли шари ліпідів, що відокремили коацерват від навколишнього водного середовища. У процесі еволюції ліпіди трансформувалися у зовнішню мембрану, що значно підвищило життєздатність та стійкість організмів. Поява мембрани зумовила напрямок подальшої біологічної еволюціїшляхом все більш досконалої авторегуляції, що завершилася утворенням первинної клітини - археклетки. Клітина – елементарна біологічна одиниця, структурно-функціональна основа всього живого. Клітини здійснюють самостійний обмін речовин, здатні до поділу та саморегулювання, тобто. мають всі властивості живого. Утворення нових клітин із неклітинного матеріалу неможливе, розмноження клітин відбувається лише завдяки поділу. Органічне розвиток сприймається як універсальний процесклітиноутворення.

У структурі клітини виділяють: мембрану, що відмежовує вміст клітин від зовнішнього середовища; цитоплазму, що являє собою соляний розчин з розчинними та зваженими ферментами та молекулами РНК; ядро, що містить хромосоми, що складаються з молекул ДНК та приєднаних до них білків.

Отже, початком життя слід вважати виникнення стабільної самовідтворювальної органічної системи(Клітки) з постійною послідовністю нуклеотидів. Тільки після таких систем можна говорити про початок біологічної еволюції.

Перехід від неживого до живого здійснився після того, як на базі попередників виникли та розвинулися зачатки двох основних життєвих систем: системи обміну речовин та системи відтворення матеріальних основ живої клітини.

Імовірність того, що білкова молекула, що складається зі 100 амінокислот 20 видів, буде випадковим чином сформована за певним зразком дорівнює 1/20 100 ≈1/10 130 . Жива клітина – комплекс взаємодіючих білків, ліпідів та нуклеотидів, що утворюють генетичний код. У найпростішій клітині міститься понад 2000 ферментів. Імовірність випадкової освіти таких складних структурмала.

Можливість абіогенного синтезу біополімерів було експериментально доведено в середині XX ст. У 1953 р. американський вчений С. Міллер змоделював первинну атмосферу Землі та синтезував оцтову та мурашину кислоти, сечовину та амінокислоти шляхом пропускання електричних зарядів через суміш газів (вода, вуглекислий газ, водень, азот, метан). Таким чином було продемонстровано, як під дією абіогенних факторів можливий синтез складних органічних сполук.

Незважаючи на теоретичну та експериментальну обґрунтованість, концепція Опаріна має як сильні, так і слабкі сторони. Сильною стороною концепції є досить точне експериментальне обґрунтування хімічної еволюції, за якою зародження життя є закономірним результатом передбіологічної еволюції матерії. Переконливим аргументом на користь цієї концепції є можливість експериментальної перевірки її основних положень. Слабкою стороноюКонцепцією є неможливість пояснення самого моменту стрибка від складних органічних сполук до живих організмів.

Одну з версій переходу від передбіологічної до біологічної еволюції пропонує німецький учений. Ейґен. Відповідно до його гіпотези виникнення життя пояснюється взаємодією нуклеїнових кислот та протеїнів. Нуклеїнові кислоти є носіями генетичної інформації, протеїни служать каталізаторами хімічних реакцій. Нуклеїнові кислоти відтворюють себе та передають інформацію протеїнам. Виникає замкнутий ланцюг – гіперцикл, у якому процеси хімічних реакцій самоприскорюються з допомогою каталізаторів. У гіперциклах продукт реакції одночасно виступає і каталізатором і вихідним реагентом. Такі реакції називаються автокаталітичними.

Інший теорією, у межах якої можна пояснити перехід від передбіологічної еволюції до біологічної, є синергетика . Закономірності, відкриті синергетикою, дозволяють прояснити механізм виникнення органічної матерії з неорганічної в термінах самоорганізації через спонтанне виникнення нових структур під час взаємодії відкритої системи з довкіллям.

Питання походження життя на Землі — одне з найбільших складних питаньсучасного природознавства, на який досі немає однозначної відповіді.

Існує кілька теорій походження життя на Землі, найбільш відомі з яких:

• теорія мимовільного (спонтанного) зародження;
• теорія креаціонізму (чи створення);
• теорія стаціонарного стану;
• теорія панспермії;
• теорія біохімічної еволюції (теорія А.І. Опаріна).

Розглянемо основні тези цих теорій.

Теорія мимовільного (спонтанного) зародження

Теорія мимовільного зародження життя була поширена у Стародавньому світі — Вавилоні, Китаї, Стародавньому Єгипті та Стародавню Грецію (цієї теорії дотримувався, зокрема, Аристотель).

Вчені Стародавнього світу та середньовічної Європи вірили в те, що живі істоти постійно виникають з неживої матерії: черв'яки – з бруду, жаби – з тину, світлячки – з ранкової роси тощо. Так, відомий голландський вчений 17 ст. Ван-Гельмонт цілком серйозно описував у своєму науковому трактаті досвід, у якому він за 3 тижні отримав у замкненій темній шафі мишей безпосередньо з брудної сорочки та жмені пшениці. Вперше широко поширену теорію наважився піддати експериментальній перевірці італійський учений Франческо Реді (1688). Він помістив кілька шматків м'яса в судини і частину їх закрив кисеєю. У відкритих судинах на поверхні м'яса, що гниє, з'явилися білі черв'ячки — личинки мух. У судинах, прикритих кисеєю, личинки мух були відсутні. Таким чином Ф. Реді вдалося довести, що личинки мух з'являються не з м'яса, що гниє, а з яєць, відкладених мухами на його поверхню.

У 1765 р. відомий італійський учений та лікар Ладзаро Спаланцані прокип'ятив у запаяних скляних колбах м'ясні та овочеві бульйони. Бульйони в запаяних колбах не псувалися. Він зробив висновок, що під дією високої температури загинули всі живі істоти, здатні викликати псування бульйону. Проте досліди Ф. Реді та Л. Спаланцані переконали далеко не всіх. Вчені-віталісти (від лат. vita- життя) вважали, що у прокип'яченому бульйоні немає самозародження живих істот, оскільки у ньому руйнується особлива « життєва сила», яка не може проникнути в запаяну посудину, оскільки переноситься повітрям.

Суперечки щодо можливості самозародження життя активізувалися у зв'язку з відкриттям мікроорганізмів. Якщо складні живі істоти не можуть самозароджуватись, можливо, це можуть мікроорганізми?

У зв'язку з цим у 1859 р. французька Академія оголосила про присудження премії тому, хто остаточно вирішить питання можливості чи неможливості самозародження життя. Цю премію отримав у 1862 р. знаменитий французький хімік та мікробіолог Луї Пастер. Так само як Спаланцані, він прокип'ятив поживний бульйон у скляній колбі, але колба була не звичайна, а з шийкою у вигляді 5-подібної трубки. Повітря, а отже і «життєва сила», могли проникати в колбу, але пил, а разом з нею і мікроорганізми, що були в повітрі, осідали в нижньому коліні 5-подібної трубки, і бульйон у колбі залишався стерильним (рис. 1). Однак варто було зламати горло колби або обполоснути стерильним бульйоном нижнє коліно 5-подібної трубки, як бульйон починав швидко каламутніти - у ньому з'являлися мікроорганізми.

Таким чином, завдяки роботам Луї Пастера теорія самозародження була визнана неспроможною і в науковому світі утвердилася теорія біогенезу, коротке формулювання якої "все живе - від живого".

Рис. 1. Пастерівська колба

Однак, якщо всі живі організми в історично доступний для огляду період розвитку людства походять тільки від інших живих організмів, природно виникає питання: коли і яким чином з'явилися на Землі перші живі організми?

Теорія креаціонізму

Теорія креаціонізмупередбачає, що це живі організми (чи лише найпростіші їх форми) були у певний період створені («сконструйовані») якимось надприродним істотою (божеством, абсолютної ідеєю, надрозумом, надцивілізацією тощо.). Очевидно, що саме цієї точки зору з давніх-давен дотримувалися послідовники більшості провідних релігій світу, зокрема християнської релігії.

Теорія креаціонізму й у час досить поширена, причому у релігійних, а й у наукових колах. Зазвичай її використовують для пояснення найбільш складних, що не мають на сьогоднішній день вирішення питань біохімічної та біологічної еволюції, пов'язаних із виникненням білків та нуклеїнових кислот, формуванням механізму взаємодії між ними, виникненням та формуванням окремих складних органел або органів (таких, як рибосома, око або мозок). Актами періодичної «створення» пояснюється і відсутність чітких перехідних ланок від одного типу тварин
до іншого, наприклад від черв'яків до членистоногих, від мавпи до людини і т.п. Необхідно підкреслити, що філософська суперечка про первинність свідомості (надрозуму, абсолютної ідеї, божества) або матерії принципово не вирішимо, однак, оскільки спроба пояснити будь-які труднощі сучасної біохімії та еволюційної теорії принципово незбагненними надприродними актами твори виводить ці питання за рамки не можна зарахувати до розряду наукових теорій походження життя Землі.

Теорії стаціонарного стану та панспермії

Обидві ці теорії є взаємодоповнюючі елементи єдиної картини світу, сутність якої полягає в наступному: всесвіт існує вічно і в ньому вічно існує життя (стаціонарний стан). Життя переноситься з планети на планету «насінини життя», що подорожують у космічному просторі, які можуть входити до складу комет і метеоритів (панспермія). Таких поглядів походження життя дотримувався, зокрема, основоположник вчення про біосфері академік В.І. Вернадський.

Однак теорія стаціонарного стану, що передбачає нескінченно довге існування всесвіту, не узгоджується з даними сучасної астрофізики, згідно з якими всесвіт виник порівняно недавно (близько 16 млрд років т.зв.) шляхом первинного вибуху.

Очевидно, що обидві теорії (панспермії та стаціонарного стану) взагалі не пропонують пояснення механізму первинного виникнення життя, переносячи його на інші планети (панспермія) або відсуваючи за часом у нескінченність (теорія стаціонарного стану).

Теорія біохімічної еволюції (теорія А.І. Опаріна)

З усіх теорій походження життя найбільш поширеною та визнаною у науковому світі є теорія біохімічної еволюції, запропонована у 1924 р. радянським біохіміком академіком А.І. Опаріним (1936 р. він докладно виклав її у своїй книзі «Виникнення життя»).

Сутність цієї теорії у тому, що біологічної еволюції — тобто. появі, розвитку та ускладнення різних форм живих організмів, передувала хімічна еволюція — тривалий період в історії Землі, пов'язаний з появою, ускладненням та вдосконаленням взаємодії між елементарними одиницями, «цеглинами», з яких складається все живе — органічними молекулами.

Передбіологічна (хімічна) еволюція

На думку більшості вчених (насамперед астрономів та геологів), Земля сформувалася як небесне тіло близько 5 млрд років т.зв. шляхом конденсації частинок газопилової хмари, що оберталася навколо Сонця.

Під впливом сил стиснення частки, у тому числі формується Земля, виділяють дуже багато тепла. У надрах Землі починаються термоядерні реакції. В результаті Земля сильно розігрівається. Таким чином, 5 млрд. років т.зв. Земля була розпечена куля, що мається в космічному просторі, температура поверхні якої досягала 4000-8000°С (сміху. 2).

Поступово за рахунок випромінювання теплової енергії в космічний простір Земля починає остигати. Близько 4 млрд. років т.зв. Земля остигає настільки, що на її поверхні формується тверда кора; одночасно з її надр вириваються легкі, газоподібні речовини, що піднімаються вгору і формують первинну атмосферу. За складом первинна атмосфера суттєво відрізнялася від сучасної. Вільний кисень в атмосфері древньої Землі, мабуть, був відсутній, а до її складу входили речовини у відновленому стані, такі як водень (Н 2), метан (СН 4), аміак (NH 3), пари води (Н 2 О ), а можливо, також азот (N 2), окис і двоокис вуглецю (ЗІ і С0 2).

Відновлювальний характер первинної атмосфери Землі надзвичайно важливий для зародження життя, оскільки речовини у відновленому стані мають високу реакційну здатність і в певних умовах здатні взаємодіяти один з одним, утворюючи органічні молекули. Відсутність в атмосфері первинної Землі вільного кисню (майже весь кисень Землі був пов'язаний у вигляді оксидів) також є важливою передумовою виникнення життя, оскільки кисень легко окислює і тим самим руйнує органічні сполуки. Тому за наявності в атмосфері вільного кисню накопичення на давньої Землізначної кількості органічних речовин було б неможливо.

Близько 5 млрд. років т.п.- Поява Землі як небесного тіла; температура поверхні - 4000-8000 ° С

Близько 4 млрд. років т.зв. -формування земної корита первинної атмосфери

При температурі 1000°С- У первинній атмосфері починається синтез простих органічних молекул

Енергію для синтезу дають:

Температура первинної атмосфери нижче 100 ° С - формування первинного океану.

Синтез складних органічних молекул - біополімерів із простих органічних молекул:

• прості органічні молекули - мономери
• складні органічні молекули - біополімери

Схема. 2. Основні етапи хімічної еволюції

Коли температура первинної атмосфери досягає 1000°С, у ній починається синтез простих органічних молекул, таких, як амінокислоти, нуклеотиди, жирні кислоти, прості цукру, багатоатомні спирти, органічні кислоти та ін. Енергію для синтезу постачають грозові розряди випромінювання і, нарешті, ультрафіолетове випромінювання Сонця, від якого Земля ще не захищена озоновим екраном, причому саме ультрафіолетове випромінювання вчені вважають основним джерелом енергії для абіогенного (тобто синтезу органічних речовин, що проходить без участі живих організмів).

Визнання та поширення теорії А.І. Опарину багато в чому сприяло те, що абіогенного синтезу органічних молекул легко відтворюються в модельних експериментах.

Можливість синтезу органічних речовин із неорганічних була відома з початку 19 ст. Вже 1828 р. видатний німецький хімік Ф. Велер синтезував органічну речовину — сечовину з неорганічної — ціановокислого амонію. Однак можливість абіогенного синтезу органічних речовин в умовах, близьких до умов древньої Землі, була вперше показана у досвіді С. Міллера.

У 1953 р. молодий американський дослідник, студент-дипломник університету Чикаго Стенлі Міллер відтворив у скляній колбі з впаяними в ніс електродами первинну атмосферу Землі, яка, на думку вчених тогочасу, складалася з водню метану СН 4 , аміаку NH, і водяної пари Н 2 0 (рис. 3). Через цю газову суміш С. Міллер протягом тижня пропускав електричні розряди, що імітують грозові. Після закінчення експерименту в колбі були виявлені α-амінокислоти (гліцин, аланін, аспарагін, глутамін), органічні кислоти (бурштинна, молочна, оцтова, глікоколова), у-оксимасляна кислота та сечовина. При повторенні досвіду С. Міллер вдалося отримати окремі нуклеотиди і короткі полінуклеотидні ланцюжки з п'яти-шості ланок.

Рис. 3. Встановлення С. Міллера

У подальших дослідах з абіогенного синтезу, що проводяться різними дослідниками, використовувалися не тільки електричні розряди, а й інші види енергії, характерні для древньої Землі, — космічне, ультрафіолетове та радіоактивне випромінювання, високі температури, властиві вулканічній діяльності, а також різноманітні варіанти газові суміші, що імітують первинну атмосферу В результаті було отримано практично весь спектр органічних молекул, характерних для живого: амінокислоти, нуклеотиди, жироподібні речовини, прості цукри, органічні кислоти.

Більше того, абіогенний синтез органічних молекул може відбуватися на Землі й нині (наприклад, у процесі вулканічної діяльності). При цьому в вулканічних викидах можна виявити не тільки синильну кислоту HCN, яка є попередником амінокислот і нуклеотидів, а й окремі амінокислоти, нуклеотиди і навіть такі складні органічні речовини, як порфірини. Абіогенний синтез органічних речовин можливий не лише на Землі, а й у космічному просторі. Найпростіші амінокислоти виявлені у складі метеоритів та комет.

Коли температура первинної атмосфери опустилася нижче 100 ° С, на Землю обрушилися гарячі дощі та з'явився первинний океан. З потоками дощу в первинний океан надходили абіогенно синтезовані органічні речовини, що перетворило його, але образного виразу англійського біохіміка Джона Холдейна, на розбавлений « первинний бульйон». Очевидно, саме у первинному океані починаються процеси освіти з простих органічних молекул – мономерів складних органічних молекул – біополімерів (див. рис. 2).

Однак процеси полімеризації окремих нуклеогідів, амінокислот і Сахаров - це реакції конденсації, вони протікають з відщепленням води, отже, водне середовище сприяє не полімеризації, а, навпаки, гідроліз біополімерів (тобто руйнування їх з приєднанням води).

Утворення біополімерів (зокрема білків з амінокислот) могло відбуватися в атмосфері при температурі близько 180°С, звідки вони змивалися в первинний океан з атмосферними опадами. Крім того, можливо, на древній Землі амінокислоти концентрувалися в водоймах, що пересихають, і полімеризувалися в сухому вигляді під дією ультрафіолетового світла і тепла лавових потоків.

Незважаючи на те, що вода сприяє гідролізу біополімерів, в живій клітині синтез біополімерів здійснюється саме у водному середовищі. Цей процес каталізують спеціальні білки-каталізатори - ферменти, а необхідна для синтезу енергія виділяється при розпаді аденозинтрифосфорної кислоти - АТФ. Можливо синтез біополімерів у водному середовищі первинного океану каталізувався поверхнею деяких мінералів. Експериментально показано, що розчин амінокислоти аланіну може полімеризуватися у водному середовищі у присутності особливого виду глинозему. При цьому утворюється пептид поліаланіну. Реакція полімеризації аланіну супроводжується розпадом АТФ.

Полімеризація нуклеотидів проходить легше, ніж полімеризація амінокислот. Показано, що в розчинах з високою концентрацією солей окремі нуклеотиди мимоволі полімеризуються, перетворюючись на нуклеїнові кислоти.

Життя всіх сучасних живих істот – це процес безперервної взаємодії найважливіших біополімерів живої клітини – білків та нуклеїнових кислот.

Білки - це "молекули-робітники", "молекули-інженери" живої клітини. Характеризуючи їх роль обміні речовин, біохіміки часто використовують такі образні висловлювання, як «білок працює», «фермент веде реакцію». Найважливіша функція білків-каталітична. Як відомо, каталізатори - це речовини, які прискорюють хімічні реакції, але самі кінцеві продукти реакції не входять. Бачки-каталізатори називаються ферментами.Ферменти у зігні та тисячі разів прискорюють реакції обміну речовин. Обмін речовин, отже, життя без них неможливі.

Нуклеїнові кислоти- Це "молекули-комп'ютери", молекули - зберігачі спадкової інформації. Нуклеїнові кислоти зберігають інформацію не про всі речовини живої клітини, а лише про білки. Достатньо відтворити в дочірній клітині білки, властиві материнській клітині, щоб вони точно відтворили всі хімічні та структурні особливості материнської клітини, а також властивий їй характер та темпи обміну речовин. Самі нуклеїнові кислоти відтворюються також завдяки каталітичній активності білків.

Таким чином, таємниця зародження життя - це таємниця виникнення механізму взаємодії білків та нуклеїнових кислот. Які ж відомості про цей процес має сучасна наука? Які молекули стали первинною основою життя — білки чи нуклеїнові кислоти?

Вчені вважають, що попри ключову роль білків в обміні речовин сучасних живих організмів, першими «живими» молекулами були білки, а нуклеїнові кислоти, саме рибонуклеїнові кислоти (РНК).

1982 р. американський біохімік Томас Чек відкрив автокаталітичні властивості РНК. Він експериментально показав, що у середовищі, що містить у високій концентрації мінеральні солі, рибонуклеотиди спонтанно (самовільно) полімеризуються, утворюючи полінуклеотиди – молекули РНК. На вихідних полінуклеотидних ланцюгах РНК, як на матриці, шляхом парування комплементарних азотистих основ утворюються копії РНК. Реакція матричного копіювання РНК каталізується вихідною молекулою РНК і вимагає участі ферментів чи інших білків.

Подальші події досить добре пояснюються процесом, який можна назвати «природним відбором» лише на рівні молекул. При самокопіюванні (самоскладання) молекул РНК неминуче виникають неточності, помилки. Копії РНК, що містять помилки, знову копіюються. При повторному копіюванні можуть виникнути помилки. Через війну населення молекул РНК певному ділянці первинного океану буде неоднорідна.

Оскільки паралельно з процесами синтезу йдуть і процеси розпаду РНК, в реакційному середовищі будуть накопичуватися молекули, які мають або більшу стабільність, або кращі автокаталітичні властивості (тобто молекули, які швидше себе копіюють, швидше «розмножуються»).

На деяких молекулах РНК, як і на матриці, може відбуватися самоскладання невеликих білкових фрагментів - пептидів. Навколо молекули РНК утворюється білковий "чохол".

Поряд із автокаталітичними функціями Томас Чек виявив у молекул РНК і явище самосплайсингу. Через війну самосплайсинга ділянки РНК, не захищені пептидами, мимоволі видаляються з РНК (вони хіба що «вирізуються» і «викидаються»), а ділянки РНК, що кодують білкові фрагменти, «зростаються», тобто. мимовільно поєднуються в єдину молекулу. Ця нова молекула РНК вже кодуватиме великий складний білок (рис. 4).

Очевидно, спочатку білкові чохли виконували в першу чергу, захисну функцію, оберігаючи РНК від руйнування і підвищуючи тим самим її стабільність у розчині (така функція білкових чохлів і найпростіших сучасних вірусів).

Очевидно, що на певному етапі біохімічної еволюції перевагу набули молекули РНК, що кодують не тільки захисні білки, а й білки-каталізатори (ферменти), що різко прискорюють швидкість копіювання РНК. Очевидно, саме таким чином і виник процес взаємодії білків та нуклеїнових кислот, який ми нині називаємо життям.

У процесі подальшого розвитку, завдяки появі білка з функціями ферменту — зворотної транскриптази, на одноланцюжкових молекулах РНК стали синтезуватися молекули, що складаються з двох ланцюгів, дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). Відсутність у дезоксирибози ОН-групи в 2" положенні робить молекули ДНК більш стабільними по відношенню до гідролітичного розщеплення в слаболужних розчинах, а саме слаболужною була реакція середовища в первинних водоймищах (ця реакція середовища збереглася і в цитоплазмі сучасних клітин).

Де ж відбувався розвиток складного процесу взаємодії білків та нуклеїнових кислот? За теорією А.І. Опаріна місцем зародження життя стали так звані коацерватні краплі.

Рис. 4. Гіпотеза виникнення взаємодії білків та нуклеїнових кислот: а) у процесі самокопіювання РНК накопичуються помилки (1 — нуклеотиди, що відповідають вихідній РНК; 2 — нуклеотиди, що не відповідають вихідній РНК, — помилки у копіюванні); б) на частину молекули РНК за рахунок її фізико-хімічних властивостей «налипають» амінокислоти (3 – молекула РНК; 4 – амінокислоти), які, взаємодіючи один з одним, перетворюються на короткі білкові молекули- Пептиди. В результаті властивого молекулам РНК самосплайсингу незахищені пептидами ділянки молекули РНК руйнуються, а ті, що залишилися, «зростаються» в єдину молекулу, що кодує великий білок. В результаті виникає молекула РНК, покрита білковим чохлом (подібну будову мають і найпримітивніші сучасні віруси, наприклад вірус тютюнової мозаїки)

Явище коацервації полягає в тому, що в деяких умовах (наприклад, у присутності електролітів) високомолекулярні речовини відокремлюються від розчину, але не у формі осаду, а у вигляді більш концентрованого розчину — коацервату. При струшуванні коацерват розпадається окремі дрібні крапельки. У воді такі краплі покриваються гідратною оболонкою, що їх стабілізує (оболонкою з молекул води) — рис. 5.

Коацерватні краплі мають деяку подобу обміну речовин: йод впливом суто фізико-хімічних сил вони можуть вибірково вбирати з розчину деякі речовини і виділяти в довкілля продукти їхнього розпаду. За рахунок вибіркового концентрування речовин з навколишнього середовища вони можуть зростати, але досягненні певного розміру починають «розмножуватися», відпочковуючи маленькі крапельки, які, у свою чергу, можуть рости і «брунькуватися».

Коацерватні краплі, що виникли в результаті концентрування білкових розчинів, в процесі перемішування під дією хвиль і вітру можуть покриватися оболонкою з ліпідів: одинарною, що нагадує міцели мила (при одноразовому відриві краплі від поверхні води, покритої ліпідним шаром), або подвійною, що нагадує клітинну мембрану(при повторному падінні краплі, покритої одношаровою ліпідною мембраною, на ліпідну плівку, що покриває поверхню водоймища — рис. 5).

Процеси виникнення коацерватних крапель, їх зростання та «брунькування», а також «одягання» їхньою мембраною з подвійного ліпідного шару легко моделюються в лабораторних умовах.

Для коацерватних крапель також існує процес «природного відбору», коли в розчині зберігаються найбільш стабільні краплі.

Незважаючи на зовнішню схожість коацерватних крапель з живими клітинами, у коацерватних крапель відсутня головна ознакаживого - здатність до точного самовідтворення, самокопіювання. Очевидно, попередниками живих клітин з'явилися такі коацерватні краплі, до складу яких увійшли комплекси молекул-реплікаторів (РНК або ДНК) і білків, що кодуються ними. Можливо, комплекси РНК-білок тривалий час існували поза коацерватними краплями у вигляді так званого «вільноживучого гена», а можливо, їх формування проходило безпосередньо всередині деяких коацерватних крапель.

Можливий шлях переходу від коацерватних крапель до примітивних кльош:

а) утворення коацервату; 6) стабілізація коацерватних крапель у водному розчині; в) формування навколо краплі подвійного ліпідного шару, схожого на клітинну мембрану: 1 — коацерватна крапля; 2 - мономолекулярний шар ліпіду на поверхні водойми; 3 - формування навколо краплі одинарного ліпідного шару; 4 - формування навколо краплі подвійного ліпідного шару, схожого на клітинну мембрану; г) - коацерватна крапля, оточена подвійним ліпідним шаром, з білково-нуклеотидним комплексом, що увійшов до її складу, - прообраз першої живої клітини

Винятково складний, не зовсім зрозумілий сучасної науці процес виникнення життя Землі пройшов з історичної погляду надзвичайно швидко. Вже 3,5 млрд. років т.зв. хімічна еволюція завершилася появою перших живих клітин та почалася біологічна еволюція.

Існує гіпотеза про можливе занесення бактерій, мікробів та інших дрібних організмів за допомогою занесення небесними тілами. Організми розвивалися й у результаті тривалих перетворень, поступово з'являлося життя Землі. У гіпотезі розглядаються організми, здатні функціонувати навіть у безкисневому середовищі та в аномально високих чи низьких температурах.

Це пов'язано з перебуванням бактерій-переселенців на астероїдах і метеоритах, які є уламками від зіткнень планет або інших тіл. Через наявність зносостійкої зовнішньої оболонки, а також завдяки здатності уповільнювати всі процеси життєдіяльності (іноді перетворюючись на суперечку), такого роду життя здатне пересуватися дуже тривалий час і на дуже далекі відстані.

При попаданні ж у більш гостинні умови, міжгалактичні мандрівники активують основні життєзабезпечуючі функції. І самі того не розуміючи, утворюють з часом, життя Землі.

Факт існування синтетичних та органічних речовин у наші дні незаперечний. Більш того, ще в далекому дев'ятнадцятому столітті, німецький вчений Фрідріх Велер синтезував органічну речовину (сечовину) з неорганічного (ціанат амонію). Потім було синтезовано вуглеводні. Отже, життя планети Земля цілком імовірно зародилася шляхом синтезу з неорганічного матеріалу. Через абіогенез висуваються теорії походження життя.

Оскільки основну роль будові будь-якого органічного організму становлять амінокислоти. Логічно було б припустити про їхню причетність до заселення Землі життя. На даних, отриманих від експерименту Стенлі Міллера та Гарольда Юрі (утворення амінокислот, перепусткою електричного заряду через гази), можна говорити про можливість утворення амінокислот. Адже амінокислоти – це цегла, за допомогою якої будуються складні системиорганізму та будь-якого життя відповідно.

Космогонічна гіпотеза

Напевно найпопулярніше з усіх трактування, яке знає кожен школяр. Теорія великого вибуху була і залишається актуальною темою для гарячих обговорень. Великий вибух стався від сингулярної точки скупчення енергії, внаслідок звільнення якої значно розширився Всесвіт. Утворилися космічні тіла. Незважаючи на всю спроможність, Теорія великого вибуху не пояснює утворення самого Всесвіту. Як і не може пояснити жодна існуюча гіпотеза.

Симбіоз органел ядерних організмів

Цю версію зародження життя Землі, ще називають эндосимбиозом. Чіткі положення системи були складені російським ботаніком та зоологом К. С. Мережковським. Суть даної концепції полягає у взаємовигідному співіснуванні органели з клітиною. Що у свою чергу дозволяє припустити про ендосимбіоз, як про вигідний для обох сторін симбіоз з утворенням клітин еукаріотів (клітини в яких присутні ядро). Потім за допомогою передачі генетичної інформації між бактеріями, здійснювалося їх розвиток та збільшення популяції. Відповідно до цієї версії, весь подальший розвиток життя і життєвих форм, має попереднього предка сучасних видів.

Самозародження

Такого виду твердження в дев'ятнадцятому столітті не могло не сприйматися без частки скепсису. Раптова поява видів, а саме утворення життя з неживого, здавалося фантастикою для тогочасних людей. При цьому гетерогенез (Спосіб розмноження, в результаті якого народжуються особини, які сильно відрізняються від батьківських) визнавався обґрунтованим поясненням життя. Простим прикладом буде утворення складної життєздатної системи з речовин, що розкладаються.

Приміром у тому ж Єгипті, єгипетські ієрогліфи повідомляють про появу різноманітного життя з води, піску, залишків рослин, що розкладаються і гниють. Ця новина нітрохи не здивувала б давньогрецьких філософів. Там переконання про зародження життя з неживого сприймалося як факт, що не потребує обґрунтування. Великий грецький філософ Аристотель, так говорив про зриму істину: ” попелиця утворюється з протухлих продуктів харчування, Крокодил – результат процесів у гниючих колод, що під водою”. Загадково, але незважаючи на всілякі переслідування з боку церкви, переконання під лоном таємниці, прожило ціле століття.

Суперечки про життя Землі що неспроможні тривати вічно. Саме тому, наприкінці ХІХ століття, французький мікробіолог і хімік Луї Пастер проводив свої аналізи. Його дослідження мали суворо науковий характер. Експеримент проводився у 1860–1862. Завдяки виведенню суперечки із сонного стану, Пастер зміг вирішити питання про самозародження життя. (За що йому присудила премію Французька академія наук)

Створення сущого із звичайної глини

Звучить як безумство, але насправді ця тема має право життя. Адже не дарма Шотландський учений-досліджував А.ДЖ.Кернс-Сміт, висунув білкову теорію про життя. Міцно складаючи основу з схожих досліджень, він говорив про взаємодію на молекулярному рівні між органічними складовими та простою глиною… Виявляючись під її впливом, компоненти утворювали стійкі системи, у яких відбувалися зміни у структурі обох складових, а потім і утворенням заможного життя. Ось таким унікальним та оригінальним чином пояснював свою позицію Кернс-Сміт. Кристали глини, з які у ній біологічними включеннями, зароджували життя разом, після чого їх “співробітництво” закінчувалося.

Теорія постійних катастроф

Згідно з концепцією, розробленою Жоржем Кюв'є, світ, який прямо зараз можна бачити, зовсім не є первинним. А чим він є, так це всього лише черговою ланкою ланцюжка, що послідовно розривається. Це означає, що ми живемо у світі, який згодом зазнає масового вимирання життя. При цьому не все на Землі зазнавало глобального знищення (наприклад, наступав потоп). Деякі види, у перебіг своєї пристосованості виживали, цим заселяючи Землю. Будова видів та життя, за словами Жоржа Кюв'є, залишалася незмінною.

Матерія як об'єктивна реалія

Головна тема вчення — різні сфери та галузі, що наближають до розуміння еволюції, з погляду точних наук. (матеріалізм - світогляд у філософії, що розкриває всі причинно-наслідкові обставини, явища та фактори реальності. Закони застосовні до людини, суспільства, Землі). Теорія висунута відомими прихильниками матеріалізму, які вважають, що Землі зародилася від перетворень лише на рівні хімії. При тому, що відбувалися майже 4 мільярди років тому. Пояснення життя має прямий зв'язок із ДНК, (дезокси рибонуклеїнова кислота) РНК (рибонуклеїнова кислота), а також до деяких ВМС (високомолекулярних сполук, в даному випадку – білків.)

Концепція утворилася за допомогою наукових досліджень, що розкривають суть молекулярної та генетичної біології, генетики. Джерела авторитетні, особливо з огляду на їх молодість. Адже дослідження гіпотези про світ РНК почали проводитися наприкінці двадцятого століття. Величезний внесок у теорію зробив Карл Річард Вёзе.

Вчення Чарльза Дарвіна

Говорячи про походження видів, неможливо не згадати такої воістину геніальної людини, як Чарльз Дарвін. Робота його життя – природний відбір, що поклала початок масовим атеїстичним рухам. З іншого боку, дала небувалий поштовх науці, невичерпний ґрунт для досліджень та експериментів. Суть вчення полягала у виживанні видів протягом усієї історії, шляхом пристосування організмів до місцевих умов, утворення нових ознак, що допомагають в умовах конкуренції.

Під еволюцією мають на увазі деякі процеси, спрямовані на зміну життя організму і самого організму з часом. Під спадковими ж рисами, мають на увазі передачу поведінкової, генетичної, або іншого роду інформації (передачею від материнського до дочірнього.)

Основними силами руху еволюції, за Дарвіном є боротьба право на існування, шляхом відбору та мінливості видів. Під впливом Дарвінівських ідей, на початку ХХ століття, активно проводилися дослідження щодо екології, і навіть генетики. Докорінно змінювалося викладання зоології.

Творіння Бога

Багато людей з усієї земної кулі досі сповідують віру в Бога. Креаціонізм є тлумаченням освіти життя Землі. Тлумачення складається із системи тверджень, заснованих на біблії, і розглядає життя, як створене богом-творцем істота. Дані беруться зі Старого Завіту, Євангелія та інших священних писань.

Інтерпретації створення життя різних релігіях у чомусь схожі. Орієнтуючись по біблії, Земля було створено сім днів. Небо, що світило небесне, вода тощо, створювалося п'ять днів. На шостий Бог створив Адама з глини. Побачивши самотню, самотню людину, Бог вирішив створити ще одне диво. Взявши ребро Адама, він створив Єву. Сьомий день визнавався вихідним.

Жили Адам з Євою без бід, доки зловтішний диявол в образі змії не вирішив спокусити Єву. Адже посеред раю стояло дерево пізнання добра і зла. Перша мати запропонувала Адаму розділити трапезу, тим самим порушивши слово, це Богу(Він заборонив чіпати заборонені плоди.)

Перші люди виганяються в наш світ, тим самим розпочинаючи історію всього людства та життя на Землі.

Гіпотези походження життя Землі.

В даний час існує кілька концепцій, що розглядають походження життя на землі. Зупинимося лише на деяких головних теоріях, які допомагають скласти досить повну картинуцього складного процесу.

Креаціонізм (лат. сгеа - створення).

Відповідно до цієї концепції, життя і всі види живих істот, що населяють Землю, є результатом творчого акту вищої істоти в якийсь певний час.

Основні положення креаціонізму викладені у Біблії, у Книзі Буття. Процес божественного створення світу мислиться як той, що мав місце лише один раз і тому недоступний для спостереження.

Цього достатньо, щоб винести всю концепцію божественного створення за межі наукового дослідження. Наука займається тільки тими явищами, які піддаються спостереженню, а тому вона ніколи не зможе ні довести, ні відкинути цю концепцію.

Мимовільне(Спонтанне) зародження.

Ідеї ​​походження живих істот з неживої матерії були поширені у Стародавньому Китаї, Вавилоні, Єгипті. Найбільший філософ Стародавньої Греції Аристотель висловив думку про те, що певні «частинки» речовини містять якийсь «активний початок», який за сприятливих умов може створити живий організм.

Ван Гельмонт (1579-1644), голландський лікар і натурфілософ, описав експеримент, в якому він за три тижні нібито створив мишей. Для цього потрібні були брудна сорочка, темна шафа та жменя пшениці. Активним початком у процесі зародження миші Ван Гельмонт уважав людський піт.

У ХVII—ХVIII століттях завдяки успіхам у вивченні нижчих організмів, запліднення та розвитку тварин, а також спостереженням та експериментам італійського натураліста Ф. Реді (1626—1697), голландського мікроскопіста А. Левенгука (1632—1723), італійського вченого Л. Спалланца 1729-1799), російського мікроскопіста М. М. Тереховського (1740-1796) та інших віра в мимовільне зародженнябула ґрунтовно підірвана.

Однак до появи в середині Х століття робіт засновника мікробіології Луї Пастера це вчення продовжувало знаходити прихильників.

Розвиток ідеї самозародження відноситься, по суті, до тієї епохи, коли в суспільній свідомостіпанували релігійні уявлення.

Ті філософи та натуралісти, які не хотіли приймати церковного вченняпро «створення життя», за тодішнього рівня знань легко приходили до ідеї її самозародження.

Тією мірою, якою, на противагу вірі у створення, підкреслювалася думка про природне виникнення організмів, ідея самозародження мала певному етапі прогресивне значення. Тому проти цієї ідеї часто виступали Церква та теологи.

Гіпотеза панспермії.

Згідно з цією гіпотезою, запропонованою в 1865р. німецьким вченим Г. Ріхтером і остаточно сформульованою шведським ученим Арреніусом в 1895 р. життя могло бути занесене на Землю з космосу.

Найімовірніше попадання живих організмів позаземного походження з метеоритами та космічним пилом. Це припущення ґрунтується на даних про високу стійкість деяких організмів та їх суперечку до радіації, глибокого вакууму, низьких температур та інших впливів.

Проте досі немає достовірних фактів, що підтверджують позаземне походження мікроорганізмів, знайдених у метеоритах.

Але якби навіть вони потрапили на Землю і дали початок життя на нашій планеті, питання про первісне виникнення життя залишалося б без відповіді.

Гіпотеза біохімічної еволюції.

У 1924 р. біохіміком А. І. Опаріним, а пізніше англійським вченим Дж. Холдейном (1929) була сформулювала гіпотеза, що розглядає життя як результат тривалої еволюції вуглецевих сполук.

Сучасна теорія виникнення життя Землі, звана теорією біопоезу, було сформульовано 1947 р. англійським ученим Дж. Берналом.

Нині у процесі становлення життя умовно виділяють чотири етапи:

• 1. Синтез низькомолекулярних органічних сполук (біологічних мономерів) з газів первинної атмосфери.
• 2. Утворення біологічних полімерів.
• 3. Формування фазовідокремлених систем органічних речовин, відокремлених від довкілля мембранами (протобіонтів).
• 4. Виникнення найпростіших клітин, що мають властивості живого, у тому числі репродуктивним апаратом, що забезпечує передачу дочірнім клітинам властивостей батьківських клітин.

Перші три етапи відносять до періоду хімічної еволюції, і з четвертого починається біологічна еволюція.

Розглянемо докладніше процеси, у яких Землі могла виникнути життя. Згідно сучасним уявленням, Земля сформувалася близько 4,6 млрд. Років тому. Температура її поверхні була дуже високою (4000-8000 ° С), і в міру остигання планети і дії гравітаційних силвідбувалося утворення земної кори зі з'єднань різних елементів.

Процеси дегазації призвели до створення атмосфери, збагаченої, можливо, азотом аміаком, парами води, вуглекислим та чадним газами. Така атмосфера була, мабуть, відновною, про що свідчить наявність у найдавніших гірських породахЗемлі металів у відновленій формі, таких, як, наприклад, двовалентне залізо.

Важливо при цьому, що в атмосфері були атоми водню, вуглецю, кисню та азоту, що становлять 99% атомів, що входять до м'яких тканин будь-якого живого організму.

Однак щоб атоми перетворилися на складні молекули, простих зіткнень їх було недостатньо. Потрібна була додаткова енергія, яка була на Землі як наслідок вулканічної діяльності, електричних грозових розрядів, радіоактивності, ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Відсутність вільного кисню була, мабуть, недостатньою умовою виникнення життя. Якби вільний кисень був присутній на Землі в добіотичний період, то, з одного боку, він окисляв би органічні речовини, що синтезуються, а з іншого — утворюючи озоновий шару верхніх горизонтах атмосфери поглинав би високоенергетичне ультрафіолетове випромінювання Сонця.

У період виникнення життя, що тривав приблизно 1000 млн. років, ультрафіолет був, ймовірно, основним джерелом енергії для синтезу органічних речовин.

Опарін А.І.

З водню, азоту та сполук вуглецю за наявності вільної енергіїна Землі мали виникати спочатку прості молекули (аміак, метан та подібні прості сполуки).

Надалі ці нескладні молекули в первинному океані могли вступати в реакції між собою та іншими речовинами, утворюючи нові сполуки.

У 1953 року американський дослідник Стенлі Міллер у низці експериментів моделював умови, що існували Землі приблизно 4 млрд. років тому вони.

Пропускаючи електричні розряди через суміш аміаку, метану, водню та водяної пари, він отримав ряд амінокислот, альдегідів, молочну, оцтову та інші органічні кислоти. Американський біохімік Сиріл Поннаперума домігся утворення нуклеотидів та АТФ. У ході таких та аналогічних їм реакцій води первинного океану могли насичуватися різними речовинами, утворюючи так званий «первинний бульйон»

Другий етап полягав у подальших перетвореннях органічних речовин та утворенні абіогенним шляхом складніших органічних сполук, у тому числі й біологічних полімерів.

Американський хімік С. Фокс становив суміші амінокислот, піддав їх нагріванню та отримував протеїподібні речовини. На первісній землі синтез білка міг відбуватися лежить на поверхні земної кори. У невеликих заглибленнях у лаві, що застигає, виникали водойми, що містять розчинені у воді малі молекули, у тому числі і амінокислоти.

Коли вода випаровувалась або виплескувалась на гаряче каміння, амінокислоти вступали в реакцію, утворюючи протеноїди. Потім дощі змивали протеноїди у воду. Якщо деякі з цих протеноїдів мали каталітичну активність, то міг початися синтез полімерів, тобто білковоподібних молекул.

Третій етап характеризувався виділенням у первинному «поживному бульйоні» спеціальних коацерватних крапель, що являють собою групи полімерних сполук. Було показано у низці дослідів, що утворення коацерватних суспензій, або мікросфер, типове для багатьох біологічних полімерів у розчині.

Коацерватні краплі мають деякі властивості, характерні і для живої протоплазми, як, наприклад, вибірково адсорбувати речовини з навколишнього розчину і за рахунок цього «рости», збільшувати свої розміри.

Завдяки тому, що концентрація речовин у коацерватних краплях була в десятки разів більша, ніж у навколишньому розчині, можливість взаємодії між окремими молекулами значно зростала.

Відомо, що молекули багатьох речовин, зокрема поліпептидів і жирів, складаються з частин, що мають різне відношення до води. Гідрофільні частини молекул, розташовані на межі між коацерватами та розчином, повертаються у бік розчину, де вміст води більший.

Гідрофобні частини орієнтуються всередину коацерватів, де концентрація води менша. В результаті поверхня коацерватів набуває певної структури і, у зв'язку з цим, властивість пропускати в певному напрямку одні речовини і не пропускати інші.

Завдяки цій властивості, концентрація деяких речовин усередині коацерватів ще більше зростає, а концентрація інших зменшується, і реакції між компонентами коацерватів набувають певної спрямованості. Коацерватні краплі стають системами, відокремленими від середовища. Виникають протоклетки, чи протобіонти.

Важливим етапомхімічної еволюції стало утворення мембранної структури. Паралельно з появою мембрани йшло впорядкування та вдосконалення метаболізму. У подальшому ускладненні обміну речовин у таких системах істотну рольмали грати каталізатори.

Однією з основних ознак живого є здатність до реплікації, т. е. створення копій, які відрізняються від материнських молекул. Таку властивість мають нуклеїнові кислоти, які на відміну від білків здатні до реплікації.

У коацерватах міг утворюватися протеноїд, здатний каталізувати полімеризацію нуклеотидів з утворенням коротких ланцюжків РНК. Ці ланцюжки могли виконувати роль як примітивного гена, і інформаційної РНК. У цьому процесі ще брали участь ні ДНК, ні рибосоми, ні транспортні РНК, ні ферменти білкового синтезу. Усі вони з'явилися пізніше.

Вже на стадії формування протобіонтів мав місце, мабуть, природний відбір, тобто збереження одних форм та елімінація (загибель) інших. Так прогресивні зміни у структурі протобіонтів закріплювалися завдяки добору.

Поява структур, здатних до самовідтворення, реплікації, мінливості визначає, мабуть, четвертий етап становлення життя.

Отже, в пізньому археї (приблизно 3,5 млрд. років тому) на дні невеликих водойм або мілководних, теплих і багатих на поживні речовини морів виникли перші примітивні живі організми, які за типом харчування були гетеротрофами, тобто харчувалися готовими органічними речовинами, синтезованими у ході хімічної еволюції.

Спосіб обміну речовин їм служило, ймовірно, бродіння - процес ферментативного перетворення органічних речовин, в якому акцепторами електронів служать інші органічні речовини.

Частина енергії, що виділяється у цих процесах, запасається у вигляді АТФ. Можливо, деякі організми для життєвих процесіввикористовували й енергію окислювально-відновних реакцій, тобто були хемосинтетиками.

Згодом відбувалося зменшення запасів вільної органіки у навколишньому середовищі та перевагу отримали організми, здатні синтезувати органічні сполуки з неорганічних.

Таким шляхом, ймовірно, близько 2 млрд років тому виникли перші фототрофні організми типу ціанобактерій, здатні використовувати світлову енергію для синтезу органічних сполук з СО2 і Н2О виділяючи при цьому вільний кисень.

Перехід до автотрофного харчування мав велике значення для еволюції життя Землі як з погляду створення запасів органічного речовини, а й насичення атмосфери киснем. При цьому атмосфера стала набувати окислювального характеру.

Поява озонового екрану захистила первинні організми від згубної дії ультрафіолетових променів і поклала край абіогенному (небіологічному) синтезу органічних речовин.

Такими є сучасні наукові уявлення про основні етапи походження та становлення життя в Землі.

Наочна схема розвитку життя Землі (клікабельно)

Додаток:

Дивовижний світ «чорних курців»

У науці довгий час вважалося, що живі організми можуть існувати тільки енергії Сонця. Жуль Верн у своєму романі «Подорож до центру Землі» описав підземний світ із динозаврами та стародавніми рослинами. Однак, це художня література. Але хто б міг подумати, що знайдеться відокремлений від енергії Сонця світ із абсолютно не схожими живими організмами. І знайдено його на дні Тихого океану.

Ще в п'ятдесятих роках ХХ століття вважалося, що на океанських глибинах життя бути не може. Винахід Огюст Пікара батискафа розвіяло ці сумніви.

Його син, Жак Пікар разом із Доном Уолшем спустився у батискафі «Трієст» у Маріанську западинуна глибину понад десять тисяч метрів. На дні учасники занурення побачили живу рибу.

Після цього океанографічні експедиції багатьох країн почали прочісувати глибоководними мережами океанську безодню та відкривати нові види тварин, сімейства, загони та навіть класи!

Занурення у батискафах удосконалювалися. Жак-Ів Кусто та вчені багатьох країн робили дорогі занурення на дно океанів.
У 70-х роках було здійснено відкриття, яке перевернуло багато уявлень вчених. Біля Галапагоських островів на глибині від двох до чотирьох тисяч метрів було виявлено розломи.
І на дні виявили маленькі вулкани — гідротерми. Морська вода, потрапляючи в розломи земної кори, випаровувалась разом із різними корисними копалинами через невеликі вулкани заввишки до 40 метрів.
Ці вулкани назвали «чорними курцями» через те, що вода виходила з них чорного кольору.

Однак найнеймовірніше, що в такій воді, наповненій сірководнем, важкими металами та різними отруйними речовинами, процвітає бурхливе життя.

Температура води, що виходить із чорних курців, досягає 300 ° С. На глибину чотири тисячі метрів не проникають сонячні промені, і, отже, тут може бути багатого життя.
Навіть у дрібніших глибинах дуже рідко зустрічаються донні організми, не кажучи вже про глибокі прірви. Там тварини харчуються органічними залишками, які падають згори. І чим більше глибини, тим менше бідніше донне життя.
На поверхнях чорних курців було знайдено хемоавтотрофні бактерії, які розщеплюють сполуки сірки, що вивергаються з надр планети. Бактерії покривають суцільним шаром поверхню дна та живуть у агресивних умовах.
Вони стали їжею багатьох інших видів тварин. Всього було описано близько 500 видів тварин, що мешкають у екстремальних умов"чорних курців".

Ще одним відкриттям стали вестиментифери, які належать до класу химерних тварин – погонофор.

Це маленькі трубочки, з яких висовуються довгі трубки на кінцях із щупальцями. Незвичайність цих тварин у тому, що вони немає травної системи! Вони набули симбіозу з бактеріями. Усередині вестиментифер є орган - трофосома, де мешкає багато сірчистих бактерій.

Бактерії отримують сірководень і діоксид вуглецю для життя, надлишок бактерій, що розмножуються, поїдає сама вестиментифера. Крім того, поряд були знайдені двостулкові молюски пологів Calyptogena та Bathymodiolus, які також вступили в симбіоз із бактеріями та перестали залежати від пошуків їжі.

Одні з незвичайних створінь глибоководного світка гідротерм - це помпейні черви Alvinella.

Названо їх через аналогію з виверженням вулкана Помпеї — живуть ці істоти в зоні гарячої води, що досягає 50°С, і на них постійно падає попіл із частинок сірки. Хробаки разом із вестиментиферами утворюють справжні «садки», що дають їжу та притулок багатьом організмам.

Серед колоній вестиментифер та помпейних черв'яків живуть краби та десятиногі раки, які харчуються ними. Також серед цих «садів» зустрічаються восьминоги та риби із сімейства бельдюгових. Світ чорних курців дав притулок і давно вже вимерлим тваринам, які були витіснені з інших частин океану, таких як усоногих рачків Neolepas.

Ці тварини були поширені 250 мільйонів років тому, проте потім вимерли. Тут же представники усоногих ракоподібних почуваються спокійно.

Відкриття екосистем «чорних курців» стало найбільшою подією в біології. Такі екосистеми були виявлені в різних частинахСвітового океану і навіть на дні озера Байкал.

Помпейський хробак. Фото life-grind-style.blogspot.com