З давнину і до нашого часу було висловлено безліч гіпотез про походження життя на Землі.

В даний час існує 5 наукових концепцій виникнення життя:

1. Виникнення живого з неживого, підкоряючись певним фізичним та хімічним закономірностям (Абіотична концепція);

2. Гіпотеза «голобіозу»- концепція протобіонта чи біоду, деякого доклітинного предка, початкових «життєздатних» структур;

3. Гіпотеза «генобіозу»,т. е. пошуку геному як реліктового предка всіх живих клітинних структур, вважаючи, що

саме РНК зіграло першорядну роль її зародженні життя;

4. Концепція стаціонарного стану життяжиття існувало завжди, початку життя немає;

5. Позаземне походження життя - життя було занесено на Землю з Космосу (Концепція панспермії).

У розвитку навчань про походження життя значне місце посідає теорія, яка стверджує, що все живе походить тільки від живого – теорія біогенезу.

У 1688 р. італійський біолог Ф. Реді серією дослідів з відкритими і закритими судинами довів, що білі маленькі хробаки, що з'являються в м'ясі, - це личинки мух і сформулював принцип: все живе - з живого.

У 1860 р. Пастер показав, що бактерії може бути скрізь і заражати неживі речовини. Для позбавлення від них необхідна стерилізація, що отримала назву пастеризації.

Проте як теорія походження життя біогенез неспроможний, оскільки протиставляє живе не живому, стверджує відкинуту наукою ідею вічності життя.

Абіотичні концепції.

Абіогенез -ідея про походження живого з неживого – вихідна гіпотеза сучасної теорії походження життя.

У 1924 р. відомий біохімік А. І. Опарін висловив припущення, що при потужних електричних розрядах у земній атмосфері, яка 4 - 4,5 млрд. років тому складалася з аміаку, метану, вуглекислого газу та пари води, могли виникнути найпростіші органічні сполуки , необхідні виникнення життя.

Пророцтва академіка Опаріна виправдалися. У 1955 р. американський дослідник С. Міллер, пропускаючи електричні заряди через суміш газів і пар, отримав найпростіші жирні кислоти, сечовину, оцтову та мурашину кислоти та кілька амінокислот.

Таким чином, у середині ХХ століття експериментально здійснено абіогенетичний синтез білковоподібних та інших органічних речовин в умовах, що відтворюють умови первісної Землі.

Гіпотеза Опаріна про виникнення життя на Землі спирається на уявлення про поступове ускладнення хімічної структури та морфологічного вигляду попередників життя (пробіонтів) на шляху до живих організмів. На стику моря, суші та повітря створювалися сприятливі умови для утворення складних органічних сполук. У концентрованих розчинах білків, нуклеїнових кислот можуть утворюватися згустки подібно до водних розчинів желатину. О. І. Опарін назвав ці згустки коацерватними краплямиабо коацерватами.

Коацервати – це відокремлені у розчині органічні багатомолекулярні структури. Це ще живі істоти. Їх виникнення розглядають як стадію розвитку переджиття. Найважливішим етапом у походження життя було виникнення механізму відтворення собі подібних та успадкування властивостей попередніх поколінь. Це стало можливим завдяки утворенню складних комплексів нуклеїнових кислот та білків. Нуклеїнові кислоти, здатні до відтворення, стали контролювати синтез білків, визначаючи в них порядок амінокислот. А білки – ферменти здійснювали процес створення нових копій нуклеїнових кислот. Так виникла головна властивість, характерна для життя – здатність до відтворення подібних до себе молекул.

Сильна сторона абіогенетичної гіпотези – її еволюційний характер, життя – закономірний етап еволюції матерії. Можливість експериментальної перевірки основних положень гіпотези.

На коацерватних краплях можна симетувати доклітинні фази зародження життя.

Слабка сторона гіпотези Опаріна допускала відтворення протоживих структур без молекулярних структур генетичного коду. Гіпотеза Опаріна пред'являє спеціальні вимоги до експериментального відтворення коацерватних структур: «первинний бульйон» з хімічно складною структурою, елементи біогенного походження (ферменти та коферменти).

Абіогенна гіпотеза включає рішучу відсіч вчених - прихильників ідеї вічності та безначальності біологічного життя.

Російський біохімік С. П. Костичев у своїй брошурі «Про появу життя на Землі» зауважує, що найпростіші організми складніші за всі фабрики і заводи, і випадкове виникнення життя малоймовірне, життя ніколи не створюється на мертвій матерії».

Щодо самозародження організмів слід зазначити, що Французька Академія наук, ще 1859 року, призначила спеціальну премію за спробу висвітлити по - новому питання самовільне зародження життя. Цю премію 1862 р. отримав знаменитий французький вчений Луї Пастер, який своїми дослідами довів неможливість самозародження мікроорганізмів.

Нині життя Землі неспроможна виникнути абиогенным шляхом. Ще Дарвін в 1871 році писав: «Але якби зараз… в якомусь - теплому водоймищі, що містить всі необхідні солі амонію і фосфору і доступному впливу світла, тепла, електрики, хімічно утворився білок, здатні до подальших все більш складних перетворень, речовина негайно було б зруйновано та поглинено, що було неможливо у період виникнення живих істот». Життя виникло Землі абиогенным шляхом. В даний час живе походить тільки від живого (біогенне походження). Можливість повторного виникнення життя Землі виключена.

Теорія панспермії.

У 1865 р. німецький лікар Г. Ріхтер висунув гіпотезу космозоїв

(космічних зачатків) відповідно до якої життя є вічним і зачатки, що населяють світовий простір, можуть переноситися з однієї планети на іншу.

Подібну гіпотезу в 1907 році висунув шведський натураліст С. Арреніус, припустивши, що у Всесвіті вічно існують зародки життя. гіпотезу панспермії.Він описував, як із населених іншими істотами планет йдуть у світовий простір частинки речовини, порошинки та живі суперечки мікроорганізмів. Вони зберігають свою життєздатність, літаючи у просторі Всесвіту рахунок світлового тиску. Потрапляючи на планету з відповідними умовами для життя, вони починають нове життя на цій планеті. Цю гіпотезу підтримували багато, зокрема російські вчені З. П. Костичев, Л. З. Берг і П. П. Лазарєв.

Ця гіпотеза передбачає ніякого механізму пояснення первинного виникнення життя й переносить проблему інше місце Всесвіту. Лібіх вважав, що «атмосфери небесних тіл, а також космічних туманностей, що обертаються, можна вважати, як віковічні сховища жвавої форми, як вічні плантації органічних зародків», звідки життя розсіюється у вигляді цих зародків у Всесвіті.

Для обґрунтування панспермії використовують наскельні малюнки із зображенням предметів, схожих на ракети чи космонавтів, чи появи НЛО. Польоти космічних апаратів зруйнували віру в існування розумного життя на планетах Сонячної системи, що з'явилася після відкриття каналів Скіпареллі на Марсі в 1877 році.

Ловелл нарахував на Марсі 700 каналів. Мережа каналів охоплювала всі материки. В 1924 канали були сфотографовані, і більшість учених побачили в них доказ існування розумного життя. Фото 500 каналів зафіксували і сезонні зміни кольору, які підтвердили ідеї радянського астронома Г. А. Тихова про рослинність на Марсі, оскільки озера та канали мали зелений колір.

Цінна інформація про фізичні умови на Марсі була отримана радянським космічним апаратом «Марс» та американськими посадковими станціями «Вікінг – 1» та «Вікінг – 2». Так, полярні шапки, що зазнають сезонних змін, виявилися складеними з водної пари з домішкою мінерального пилу і з твердого двоокису вуглецю сухого льоду). Але поки що слідів життя на Марсі не знайдено.

Вивчення поверхні з борту штучних супутників дозволило припустити, що канали та річки Марса могли виникнути внаслідок розтоплення під поверхневим водяним льодом у зонах підвищеної активності або внутрішнього тепла планети, або при періодичних змінах клімату.

Наприкінці шістдесятих років ХХ століття знову зріс інтерес до гіпотез панспермії. При вивченні речовини метеоритів і комет виявили «попередники живого» - органічні сполуки, синильна кислота, вода, формальдегід, ціаногени.

Формальдегід виявлено у 60 % випадків у 22 досліджених областях, його хмари з концентрацією приблизно 1000 молекул/див. куб. заповнюють великі простори.

У 1975 році попередники амінокислот знайдені в місячному ґрунті та метеоритах.

Стаціонарний стан життя концепції.

На думку В. І. Вернадського, треба говорити про одвічність життя та проявів її організмів, як ми говоримо про одвічність матеріального субстрату небесних тіл, їх теплових електричних, магнітних властивостей та їх проявів. Усе живе походить від живого (принцип Реді).

Примітивні одноклітинні організми могли виникнути лише у біосфері Землі, і навіть у біосфері Всесвіту. На думку Вернадського, природничі науки побудовані на припущенні, що життя з її особливими якостями не бере участі в житті Всесвіту. Але біосферу треба брати як ціле, як єдиний живий космічний організм (тоді й відпадає питання початку живого, про стрибку від неживого до живого).

Гіпотеза« голобіозу».

Вона стосується прообразу доклітинного предка та його здібностей.

Існують різні форми доклітинного предка – «біоїд», «біомонада», «мікросфера».

Згідно з біохіміком П. Деккером, структурну основу «біоїда» складають життєздатні нерівноважні дисипативні структури, тобто відкриття мікросистеми з ферментативним апаратом, що каталізує метаболізм «біоїда».

Ця гіпотеза трактує активність до клітинного предка в обмінно-метаболічному дусі.

У рамках гіпотези «голобіозу» моделювали біохіміки С. Фокс та К. Дозе свої біополімери, здатні до метаболізму – комплексного білкового синтезу.

Головний недолік цієї гіпотези – відсутність генетичної системи за такого синтезу. Звідси перевага «молекулярного прабатька» всякого живого, а чи не первинної протоклітинної структури.

Гіпотеза генобіозу.

Американський вчений Холдейн вважав, що первинною була не структура, здатна до обміну речовин з навколишнім середовищем, а мокромолекулярна система, подібна до гена і здатна до репродукції, а тому і названим їм «голим геном». Загальне визнання дана гіпотеза отримала після відкриття РНК та ДНК та їх феноменальних властивостей.

Згідно з цією генетичною гіпотезою, на початку виникли нуклеїнові кислоти як матрична основа синтезу білків. Вперше її висунув 1929 р. Р. Меллер.

Експериментально доведено, що нескладні нуклеїнові кислоти можуть реплікуватися без ферментів. Синтез білків на рибосомах йде за участю т – РНК та р – РНК. Вони здатні будувати не просто випадкові поєднання амінокислот, а впорядковані полімери білком. Можливо, первинні рибосоми складалися лише з РНК. Такі безбілкові рибосоми могли синтезувати впорядковані пептиди за участю молекул т – РНК, які зв'язувалися з р – РНК через спарювання основ.

На наступній стадії хімічної еволюції з'явилися матриці, що визначали послідовність молекул т – РНК, а тим самим і послідовність амінокислот, що зв'язуються молекулами т – РНК. Здатність нуклеїнових кислот служити матрицями при утворенні компліментарних ланцюгів (наприклад, синтез і РНК на ДНК) - найбільш переконливий аргумент на користь уявлень про провідне значення в процесі біогенезу спадкового апарату і, отже, на користь генетичної гіпотези походження життя.

В даний час існує кілька концепцій, що розглядають походження життя на землі. Зупинимося лише з деяких головних теоріях, які допомагають скласти досить повну картину цього 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 зародження була 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 свідомості панували релігійні уявлення.

Ті філософи та натуралісти, які не хотіли приймати церковного вчення про «створення життя», за тогочасного рівня знань легко приходили до ідеї його 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 з сучасними уявленнями, 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 сил відбувалося 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 породах Землі 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 шар у 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 енергії на 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 і аналогічних 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 етапом хімічної еволюції стало утворення мембранної структури. Паралельно з появою мембрани йшло впорядкування та вдосконалення метаболізму. Надалі ускладнення обміну речовин у таких системах істотну роль мали 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 процесів використовували й енергію окисно-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 западину на 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 не 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. Усього було описано близько 500 видів тварин, що мешкають в екстремальних умовах «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 знайшли в різних частинах Світового Океану і навіть на дні озера Байкал.

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

Відомо, що наукові журнали намагаються не приймати до публікації статті, присвячені проблемам, які привертають загальну увагу, але не мають чіткого рішення, - серйозне видання з фізики не публікуватиме проект вічного двигуна. Такою темою стало походження життя Землі. Питання виникнення живої природи, про появу людини хвилює думаючих людей багато тисячоліття, а однозначну відповідь знайшли собі лише креаціоністи - прибічники божественного походження всього сущого, але наукової ця теорія перестав бути як і підлягає перевірці.

Погляди стародавніх

Про появу живих істот із води та гниючих залишків оповідають давньокитайські та давньоіндійські рукописи, про народження земноводних істот у мулистих відкладах великих річок написано давньоєгипетськими ієрогліфами та клинописом Стародавнього Вавилону. Гіпотези походження життя Землі шляхом самозародження для мудреців далекого минулого були очевидні.

Античні філософи також наводили приклади появи тварин з неживої матерії, та їх теоретичні обгрунтування мали різну природу: матеріалістичну та ідеалістичну. Демокріт (460-370 до н. е.) знаходив причину виникнення життя в особливій взаємодії найдрібніших, вічних та неподільних частинок - атомів. Платон (428-347 до зв. е.) і Аристотель (384-322 до зв. е.) походження життя Землі пояснювали чудовим впливом на неживу матерію вищого початку, вселяющего душу об'єкти природи.

Ідея про існування певної «життєвої сили», що сприяє появі живих істот, виявилася дуже стійкою. Вона формувала погляди на походження життя на Землі у багатьох учених, які жили в середні віки та пізніше, аж до кінця XIX століття.

Теорія самозародження

Антоні ван Левенгук (1632-1723 рр.) з винаходом мікроскопа зробив відкриті ним найдрібніші мікроорганізми головним предметом суперечки між вченими, які розділяли дві основні теорії походження життя на Землі – біогенез та абіогенез. Перші вважали, що все живе може бути породженням тільки живого, другі вважали за можливе самозародження органічної матерії в розчинах, поміщених в особливі умови. Суть цієї суперечки не змінилася досі.

Експерименти одних натуралістів доводили можливість мимовільного виникнення найпростіших мікроорганізмів, прибічники біогенезу повністю заперечували таку можливість. Луї Пастер (1822-1895 рр.) суворо науковими методами, високою коректністю своїх дослідів довів відсутність міфічної життєвої сили, що передається повітрям і породжує живі бактерії. Однак у своїх роботах він допускав можливість самозародження в якихось особливих умовах, з'ясувати які мали бути вчені майбутніх поколінь.

Теорія еволюції

Праці великого Чарльза Дарвіна (1809-1882 рр.) вразили основи багатьох природничих наук. Проголошена їм поява великого різноманіття біологічних видів від одного загального предка знову зробило походження життя Землі найважливішим питанням науки. Теорія природного відбору і спочатку важко знаходила своїх прихильників, і тепер піддається критичним атакам, які виглядають досить обґрунтовано, але саме дарвінізм лежить в основі сучасних природничих наук.

Після Дарвіна походження життя Землі біологія було розглядати з колишніх позицій. Вчені багатьох галузей біологічної науки переконувалися у істинності еволюційного шляху розвитку організмів. Нехай багато в чому змінилися сучасні погляди на спільного предка, поміщеного Дарвіним в основу Древа життя, але істинність загальної концепції є непорушною.

Теорія стаціонарного стану

Лабораторне спростування спонтанного самозародження бактерій та інших мікроорганізмів, усвідомлення складної біохімічної будови клітини разом з ідеями дарвінізму вплинули на появу альтернативних варіантів теорії походження життя на Землі. У 1880 році одне з нових суджень запропонував Вільям Преєр (1841-1897 рр.). Він вважав, що немає необхідності говорити про народження життя на нашій планеті, оскільки вона існує вічно, і в неї не було початку як такого, вона незмінна і завжди готова до відродження в будь-яких відповідних умовах.

Ідеї ​​Прейєра та її послідовників є лише суто історичний і філософський інтерес, оскільки надалі астрономи і фізики розрахували терміни кінцевого існування планетарних систем, зафіксували постійне, але неухильне розширення Всесвіту, т. е. вона ніколи була ні вічної, ні постійної.

Прагнення розглядати світ як єдину глобальну живу сутність перегукувалося з поглядами великого вченого і філософа з Росії - Володимира Івановича Вернадського (1863-1945 рр.), який також мав своє уявлення про походження життя на Землі. Воно ґрунтувалося на розумінні життя як невід'ємної характеристики Всесвіту, космосу. На думку Вернадського, те, що наука не змогла знайти пластів, які не мали слідів органічних речовин, говорило про геологічну вічність життя. Одним із способів, яким життя з'явилося на молодій планеті, Вернадський називав її контакти з космічними об'єктами - кометами, астероїдами та метеоритами. Тут його теорія стулялася з іншою версією, яка пояснювала походження життя Землі шляхом панспермії.

Колиска життя - космос

Панспермія (грецьк. - "насіннєва суміш", "насіння всюди") вважає життя фундаментальною властивістю матерії і не пояснює способів її виникнення, але називає космос джерелом зародків життя, які потрапляють на небесні тіла з відповідними для їх "проростання" умовами.

Першу згадку про основні концепції панспермії можна знайти у творах давньогрецького філософа Анаксагора (500-428 до н. е.), а у XVIII столітті про неї висловлювався французький дипломат та геолог Бенуа де Майє (1656-1738 рр.). Реанімували ці ідеї Сванте Август Арреніус (1859-1927), лорд Кельвін Вільям Томсон (1824-1907) і Герман фон Гельмгольц (1821-1894).

Дослідження жорстокого впливу живі організми космічного випромінювання і температурних умов міжпланетного простору зробило подібні гіпотези походження життя Землі дуже актуальними, але з початком космічної ери інтерес до панспермії посилився.

У 1973 році нобелівський лауреат Френсіс Крик (1916-2004 рр.) висловив думку про позаземне виробництво молекулярних живих систем та попадання їх на Землю з метеоритами та кометами. При цьому шанси абіогенезу на нашій планеті їм оцінювалися як дуже низькі. Походження та розвитку життя Землі шляхом самоскладання органічного речовини високого рівня видатний учений не вважав реальністю.

Скам'янілі біологічні структури знаходили у метеоритах по всій планеті, подібні сліди знайшли у зразках ґрунту, доставлених із Місяця та Марса. З іншого боку, проводяться численні експерименти з обробки біоструктур впливами, можливими при знаходженні їх у космічному просторі та при проходженні атмосфери, подібної до земної.

Важливий експеримент було проведено у 2006 році в рамках місії Deep Impact. Комета Темпеля була протаранена спеціальним зондом-імпактором, випущеним автоматичним апаратом. Аналіз кометної речовини, яка виділилася в результаті удару, показав наявність у ній води та різноманітних органічних сполук.

Висновок: від часу появи теорія панспермії значно змінилася. Сучасна наука по-іншому трактує первинні елементи життя, які могли бути доставлені на нашу молоду планету космічними об'єктами. Дослідження та експерименти доводять життєстійкість живих клітин в умовах міжпланетної подорожі. Усе це робить ідею позаземного походження земного життя актуальною. Основними концепціями походження життя на Землі є теорії, до яких панспермія входить або як головна частина, або як спосіб доставки компонентів Землі для створення живої матерії.

Теорія біохімічної еволюції Опаріна-Холдейна

Ідея самозародження живих організмів з неорганічних речовин завжди залишалася чи не єдиною альтернативою креаціонізму, і в 1924 вийшла монографія з 70 сторінок, що надала цій ідеї силу опрацьованої і обґрунтованої теорії. Ця робота називалася «Походження життя», автором її був російський вчений – Олександр Іванович Опарін (1894-1980 рр.). У 1929 році, коли праці Опаріна ще не були перекладені англійською мовою, схожі концепції походження життя на Землі висловив англійський біолог Джон Холдейн (1860-1936).

Опарін припустив, що, якщо примітивна атмосфера молодої планети Земля була відновною (тобто кисню, що не містить), потужний сплеск енергії (наприклад, блискавка або ультрафіолетове випромінювання) міг сприяти синтезу органічних сполук з неорганічної речовини. Надалі такі молекули могли утворювати згустки і скупчення - коацерватні краплі, що є протоорганізмами, навколо яких утворюються водні сорочки - зачатки оболонки-мембрани, відбувається розшарування, що породжує різницю зарядів, отже, рух - початок обміну речовин, зачатки метаболізму і т.д. Коацервати вважалися основою початку еволюційних процесів, які призвели до створення перших життєвих форм.

Холдейн ввів поняття «первинного бульйону» - початкового земного океану, який став величезною хімічною лабораторією, підключеною до потужного джерела живлення - сонячного світла. Поєднання діоксиду вуглецю, аміаку та ультрафіолетового випромінювання призвело до появи концентрованої популяції органічних мономерів та полімерів. Згодом такі утворення з'єднувалися з появою навколо них ліпідної мембрани, і їх розвиток спричинив утворення живої клітини.

Основні етапи походження життя на Землі (за Опаріном-Холдейном)

Згідно з теорією виникнення Всесвіту зі згустку енергії, Великий Вибух стався близько 14 млрд років тому, а близько 4,6 млрд років тому завершилося створення планет Сонячної системи.

Молода Земля, поступово охолоджуючись, набула твердої оболонки, навколо якої відбувалося утворення атмосфери. Первинна атмосфера містила водяні пари і гази, що надалі послужили сировиною для органічного синтезу: оксид і діоксид вуглецю, сірководень, метан, аміак, ціаністі сполуки.

Бомбардування космічними об'єктами, що містять воду в замерзлому стані, і конденсація водяної пари в атмосфері призвели до утворення Світового океану, в якому розчинялися різні хімічні сполуки. Потужні грози супроводжували формування атмосфери, крізь яку проникало сильне ультрафіолетове випромінювання. У таких умовах відбувався синтез амінокислот, цукрів та іншої найпростішої органіки.

Наприкінці першого мільярда років існування Землі розпочався процес полімеризації у воді найпростіших мономерів у білки (поліпептиди) та нуклеїнові кислоти (полінуклеотиди). Вони почали утворювати передбіологічні сполуки – коацервати (із зачатками ядра, метаболізму та мембрани).

3,5-3 млрд років до нашої ери - етап утворення протобіонтів, що володіють самовідтворенням, регульованим обміном речовин, мембраною зі змінною проникністю.

3 млрд. років до н. е. - Поява клітинних організмів, нуклеїнових кислот, первинних бактерій, початок біологічної еволюції.

Експериментальні докази гіпотези Опаріна-Холдейну

Багато вчених позитивно оцінили основні концепції походження життя на Землі на основі абіогенезу, хоча від початку знаходили в теорії Опаріна-Холдейна вузькі місця та недомовленості. У різних країнах розпочалися роботи з проведення тестових досліджень гіпотези, з яких найбільш відомий класичний експеримент, проведений у 1953 році американськими вченими Стенлі Міллером (1930-2007 рр.) та Гарольдом Юрі (1893-1981 рр.).

Суть експерименту полягала у моделюванні в лабораторії умов ранньої Землі, у яких міг відбуватися синтез найпростіших органічних сполук. У приладі циркулювала газова суміш, аналогічна складу первинної земної атмосфері. Конструкція приладу забезпечувала імітацію вулканічної діяльності, а електричні розряди, що пропускаються через суміш, створювали ефект блискавок.

Після тижневого циркулювання суміші по системі було відзначено перехід десятої частини вуглецю в органічні сполуки, виявлено амінокислоти, цукру, ліпіди та сполуки, що передують амінокислотам. Повторні та модифіковані досліди повністю підтвердили можливість абіогенезу в умовах ранньої Землі, що імітуються. У наступні роки в інших лабораторіях було проведено повторні досліди. До складу газової суміші додавалася сірководень як можливий компонент вулканічних виділень, вносилися інші некардинальні зміни. У більшості випадків досвід синтезу органічних сполук вдавався, хоча спроби піти далі і отримати складніші елементи, що наближаються за складом живої клітини, успіхом не увінчалися.

Світ РНК

До кінця XX століття багатьом вченим, яких не переставала цікавити проблема походження життя на Землі, стало зрозуміло, що при всій стрункості теоретичних побудов і виразному досвідченому підтвердженні теорія Опаріна-Холдейна має явні, можливо, непереборні вади. Головним з них була неможливість пояснити появу у протобіонтів визначальних для живого організму властивостей – розмножуватися із збереженням спадкових ознак. З відкриттям генетичних клітинних структур, з визначенням функції та будови ДНК, з розвитком мікробіології з'явився новий кандидат на роль молекули першожиття.

Ним стала молекула рибонуклеїнової кислоти – РНК. Ця макромолекула, що входить до складу всіх живих клітин, є ланцюгом нуклеотидів - найпростіших органічних ланок, що складаються з атомів азоту, моносахариду - рибози і фосфатної групи. Саме послідовність нуклеотидів є кодом спадкової інформації, і у вірусів, наприклад, РНК виконує роль, що у складних клітинних структур грає ДНК.

Крім того, вченими відкрито унікальну здатність деяких молекул РНК вносити розриви в інші ланцюжки або склеювати окремі елементи РНК, а деякі відіграють роль автокаталізаторів - тобто сприяють швидкому самовідтворенню. Відносно невеликі розміри макромолекули РНК та її спрощену, порівняно з ДНК, будову (в одну нитку) зробили рибонуклеїнову кислоту головним кандидатом на роль основного елемента добіологічних систем.

Остаточно нову теорію виникнення живої матерії планети сформулював 1986 року Уолтер Гілберт (нар. 1932 р.) - американський фізик, мікробіолог і біохімік. Не всі фахівці були згодні з таким поглядом походження життя Землі. Коротко названа "Світ РНК", теорія будови добіологічного світу нашої планети не може відповісти на просте питання, як з'явилася перша молекула РНК із заданими властивостями, навіть якщо була величезна кількість "будівельного матеріалу" у вигляді нуклеотидів і т.д.

Світ ПАУ

Відповідь постаралася знайти у травні 2004 року Саймон Ніколас Платтс, а 2006 року група вчених під керівництвом Паскаль Еренфройнд. Як вихідний матеріал для РНК з каталізуючими властивостями були запропоновані поліароматичні вуглеводні.

Світ ПАУ був заснований на великій поширеності цих сполук у видимому космосі (вони, напевно, були присутні в «первинному бульйоні» молодої Землі) та особливостях їх кільцеподібної будови, що сприяє швидкому з'єднанню з азотистими основами – ключовими компонентами РНК. Теорія ПАУ вкотре свідчить про злободенність деяких положень панспермії.

Унікальне життя на унікальній планеті

Поки у вчених не буде можливості повернутися на 3 млрд років тому, таємниця виникнення життя на нашій планеті не буде розкрита - такого висновку приходять багато хто з тих, хто займався цією проблемою. Основними концепціями походження життя Землі є: теорія абіогенезу і теорія панспермії. Вони можуть багато в чому перетинатися, але, швидше за все, не зможуть відповісти: як серед величезного космосу з'явилася напрочуд точно збалансована система із Землі та її супутника - Місяця, як зародилося на ній життя…

Гіпотези походження життя

Походження життя Землі є однією з найважливіших проблем природознавства. Протягом десятків століть змінювалися погляди на проблему життя, висловлювалися різні ідеї, гіпотези та концепції. Деякі з них набули широкого поширення в різні періоди історії розвитку природознавства. В даний час існує п'ять гіпотез виникнення життя:

1. Креаціонізм - гіпотеза, яка стверджує, що життя створена надприродною істотою в результаті акта творіння. Має найдовшу історію. Ґрунтується на наявності в живих організмах особливої ​​сили, «душі», яка керує всіма життєвими процесами.

2. Гіпотеза стаціонарного стану, згідно з якою життя ніколи не виникало, а існувало завжди. Зі зміною природних умов змінювалися і види: одні зникали, інші з'являлися. Ґрунтується на дослідженні палеонтологів.

3. Гіпотеза мимовільного зародження життя, що ґрунтується на ідеї багаторазового виникнення життя з неживої речовини, була висунута в стародавньому Китаї та Індії як альтернатива креаціонізму. Цю гіпотезу підтримували Платон, Арістотель, Галілей, Декарт, Ламарк. Суть гіпотези: нижчі живі організми виникли з мулу, сирого ґрунту, м'яса, що гниє. У спростування цієї гіпотези Ф.Реді сформулював принцип: «Все живе – від живого», після того, як знайшов причину появи черв'яків на м'ясі, що гниє. Л.Пастер своїми дослідами із вірусами остаточно довів неспроможність ідеї спонтанного зародження життя.

4. Гіпотеза панспермії, за якою життя було занесено Землю з космічного простору. Вперше було висловлено Г.Рихтером наприкінці 19 століття. Дана концепція допускає можливість походження життя в різний час у різних частинах Всесвіту та перенесення його різними шляхами на Землю (метеорити, астероїди, космічний пил).

5. Гіпотеза історичного походження життя шляхом біохімічної еволюції. Авторами є А.Опарін та С.Холдейн. З погляду гіпотези А.Опаріна, а також з позицій сучасної науки виникнення життя з неживої речовини відбулося внаслідок природних процесів у Всесвіті за тривалої еволюції матерії. О.Опарін виділив кілька етапів біохімічної еволюції, кінцевою метою яких стала примітивна жива клітина. Еволюція йшла за схемою:

А) геохімічна еволюція планети Земля, синтез найпростіших сполук, таких як СО2, NH3, H2O і т.д., перехід води з пароподібного стану в рідке в результаті поступового охолодження Землі. Еволюція атмосфери та гідросфери.

Б) утворення з неорганічних сполук органічних речовин – амінокислот – та їх накопичення у первинному океані внаслідок електромагнітного впливу Сонця, космічного випромінювання та електричних розрядів.

В) поступове ускладнення органічних сполук та утворення білкових структур.

Г) виділення білкових структур із середовища, утворення водних комплексів та створення навколо білків водної оболонки.

Д) злиття таких комплексів та утворення коацерватів, здатних обмінюватися речовиною та енергією з навколишнім середовищем.

е) поглинання коацерватами металів, що призвело до утворення ферментів, що прискорюють біохімічні процеси.

Ж) утворення гідрофобних ліпідних кордонів між коацерватами та зовнішнім середовищем, що призвело до утворення напівпроникних мембран, які забезпечували збереження стабільності функціонування коацервату.

З) вироблення під час еволюції в цих утворень процесів саморегуляції та самовідтворення.

На думку академіка В.Вернадського, виникнення життя пов'язане з потужним стрибком, який вніс в еволюцію стільки протиріч, що вони створили умови для зародження живої матерії. Надзвичайна складність організації живої матерії є доказом того, що зародження життя є наслідком тривалого процесу біологічної еволюції.

6. Сучасна теорія біологічної еволюції

Під еволюцією розуміють одну з форм руху, для якої характерні поступові, безперервні зміни, що накопичуються, що призводять до якісних зрушень у розвитку живої природи. У процесі становлення еволюційної парадигми виділяють три основні етапи:

· Перший етап - традиційна біологія; найяскравіший її представник – шведський вчений К.Ліней.

· Другий етап - класична теорія біологічної еволюції; автор – англійський дослідник природи Ч.Дарвін.

· Третій етап - синтетична теорія біологічної еволюції. Її зміст став результатом ідей Ч.Дарвіна і чеського ботаніка, засновника генетики Г.Менделя.

Загальнотеоретичною основою традиційної біології, яка панувала в біологічній думці з найдавніших часів аж до XIX століття, була концепція креаціонізму, що виходила з уявлення про одноразове виникнення всіх форм життя на Землі. Завданням традиційної біології була побудова класифікації та систематизація всіх живих істот. Найзначніший внесок у вирішення цього завдання зробив К.Лінней, який створив систему класифікації живих організмів, яка розкрила цілісність, єдність, взаємозв'язок і наступність організмів, що у свою чергу підвело вчених до думки, що все різноманіття форм живої природи є результатом біологічної еволюції. . Традиційна біологія накопичує свій науковий матеріал шляхом безпосереднього спостереження живої природи, тому вона продовжується розвиватися і зараз.

Теорія Ч.Дарвіна стала результатом узагальнення величезної кількості різноманітних фактичних даних. Пояснення Дарвіним процесу еволюції можна звести до таких положень:

1. Будь-якій групі тварин і рослин властива мінливість. Мінливість одна з властивостей, що внутрішньо властиві живим організмам.

2. Число організмів кожного виду, що народжуються на світ, значно більше того числа, яке може знайти собі їжу, вижити і залишити потомство. Більшість потомства у кожному поколінні гине.

3. Оскільки народжується більше особин, ніж може вижити, існує конкуренція, боротьба за їжу та місце проживання.

4. Спадкові зміни, що полегшують організму виживання у певному середовищі, дають своїм власникам перевагу над іншими, менш пристосованими організмами. Особи, що виживають, дають початок наступному поколінню і, таким чином, відбувається відбір найбільш пристосованих представників (природний відбір).

Імпульсом для формування синтетичної теорії еволюції послужило відкриття закону наслідування та розшифрування структури ДНК. Синтетична теорія еволюції за змістом є синтезом дарвінізму і досягнень молекулярної біології. Суть теорії полягає у поданні процесу еволюції як змагання генетичних програм, що визначає індивідуальний розвиток організмів. Причому важливу роль у визначенні загального напряму еволюції грає головне програмуючий пристрій, як виступає біосфера в цілому. Саме біосфера визначає швидкість та напрямок еволюційного перетворення видів, що входять до її складу.

Біоетика

На перший погляд здається, що між етикою та біологією немає нічого спільного. Адже етика є галуззю соціально-гуманітарного знання, що досліджує ідеальну сферу розпоряджень, норм і принципів людської поведінки, тоді як біологія – одна з природничих наук, яка пізнає реальні факти, що характеризують сутність життя. Тим не менш, зв'язок між біологією та етикою є. Адже людина є продуктом тривалої біологічної еволюції. А однією зі сторін еволюції є боротьба за існування, у ході якої застосовуються як фізичні заходи, а й психологічні, зокрема і етичні норми.

Біоетика якраз і займається вивченням психічних процесів, які, виникнувши на ранніх етапах еволюції живого, поступово розвивалися і призвели до появи сукупності вимог та принципів, які називаються людською етикою. Біоетика за напрямом своїх інтересів найближче підходить до об'єкта дослідження соціально-гуманітарних наук, займаючись вивченням таких основних проблем:

· Проблеми глибинних, біологічних витоків етичних принципів людської поведінки, проявів зачатків цих принципів у поведінці живих організмів на ранніх стадіях біологічної еволюції.

· Дозвіл на цій основі питань співвідношення в етичних принципах людини вродженої та набутої, біологічної та соціальної та несвідомої.

· Розробка комплексу нових етичних норм, актуальність яких пов'язана з можливістю глибоких наслідків для людини найбільших відкриттів сучасної біології, зокрема генетики.

Складні поведінкові програми, властиві тваринному світу, та норми людської етики мають єдине біогенне походження. Ґрунтуючись на цьому, біоетика як центральна ідея висуває думку про те, що принципи людської поведінки мають не тільки соціальні, а й біологічні передумови. Біоетика виявляє в нашому внутрішньому світі і в нашій поведінці, окрім форм, породжених розумом, культурою, суспільством, є й форми, зумовлені давніми генетичними програмами, що дісталися нам від наших предків. Важливим напрямом сучасної біоетики є пошук нових підходів до моральної оцінки таких феноменів як евтаназія, порушення статевої визначеності, клонування.



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 гіпотези виникнення життя.

Відповідно до двох світоглядних позицій – матеріалістичної та ідеалістичної – ще в 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 перебуває поза рамками наукового дослідження, тому наука, що займається явищами, піддаються спостереженню, будь-коли 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, у сонячному світлі, тині та м'ясі, що гниє. 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 біологічної науки, що розвивається. 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 60-ті роки ХІХ століття пов'язана з ім'ям німецького вченого Р. 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 дослідження дозволяють вважати ймовірність виявлення позаземного життя в межах Сонячної системи нікчемною, 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. Опарин розглядав як єдиний природний процес, який складався з початкової хімічної еволюції, що протікала в умовах ранньої Землі, що перейшла поступово 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 характерні численні вулканічні виверження з викидом величезної 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 променів стало можливим утворення складних 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 є групами молекул, оточені водною 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 час 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 середовище коацервату потребувало захисту від впливів навколишнього середовища. 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 зумовило напрямок подальшої біологічної еволюції шляхом 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 процес клітиноутворення.

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 органічної системи, що самовідтворюється (клітини) 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 структур мала.

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 стороною концепції є неможливість пояснення 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.