– 2 –
СОДЕРЖАНИЕ:
Введение…………………………………………………………………………..3
1. Основные подходы к проблеме происхождения жизни. Гипотеза А.И.
Опарина о коацерватной стадии в процессе возникновения жизни…………5
2. Этапы химической и предбиологической эволюции на пути к жизни…8
3. Новая гипотеза об особой роли малых молекул в первичном
зарождении белково-нуклеиновых систем……………………………………10
Заключение……………………………………………………………………….11
Литература…………………………………………………………………….…13
Приложение………………………………………………………………………14
ВВЕДЕНИЕ:
Чтобы создать полную теорию эволюции, надо в первую очередь определить
ее отправную точку.
На сегодня есть ряд концепций зарождения жизни на Земле: от
божественного происхождения, зарождение через эволюцию неживого вещества
до информации в гене Вселенной, которая реализуется в уникальных
условиях: сочетание антропоцентристского принципа и внешних условий
космического объекта Вселенной.
Для того чтобы установить начало жизни, нужно определить границу,
отделяющую живое от неживого, и есть ли она? К сожалению, однозначно
дать определение живому не удается, но принципиальные отличительные
характеристики указать можно.
Считается, что первые убедительные научные факты представил Л. Пастер в
1860 г., проведя пастеризацию мяса. Однако из его опытов не следует, что
жизнь не может зарождаться из неживого, так как нет сведений о
длительности такого процесса. Им были созданы закритические условия для
ее существования и зарождения, то есть Среда была умерщвлена и
изолирована.
Суть опыта Пастера, основателя микробиологии заключается в том, что он
прокипятил мясной бульон и герметично закрыл его. Будучи специалистом по
кристаллографии, он отметил, что вещества небиологического происхождения
имеют симметричную структуру, а микроорганизмы — асимметричную. Но и это
не убедительно, ибо и у кристалла можно нарушить симметрию, но он не
оживет и не разрушится, а живое может быть симметричным.
Приверженцами гена Вселенной, несущего информацию о жизни, были
Аррениус, лорд У. Кельвин (1824-1907), Г. Гельмгольц, С. Либих, К. А.
Тимирязев (1843-1905) и др. И если колебательно-волновое и вращательное
движения наиболее характерны для Природы, то “дыхание” Вселенной
(расширение — сжатие) должно восприниматься естественно, и ее ген должен
нести зачатки жизни. Иначе нарушается вся логика развития Природы.
Кроме логики и философии, существуют и физические предпосылки,
объясняющие зарождение жизни. В 1975 г. обнаружены в лунном грунте и в
метеоритах составляющие аминокислот. Правда и эти части Вселенной могли
быть порождены Землей.
В 1999 г. жизнь обнаружена на расстояниях до 11 км в верхних слоях
атмосферы и на таких же глубинах в гидросфере и земной коры.
Для создания углеводородов нужны существенные затраты энергии. И жизнь
при соответствующих внешних условиях может возникнуть из неживой материи
скачком при появлении необходимой энергии (Менделеев, Опарин, Джине и
др.) — от сложных органических веществ перейти к простым живым
организмам. Лауреат Нобелевской премии американский генетик -Г. Миллер
заявил, что жизнь возникла в форме гена — элемента наследственксстх —
путем случайного сочетания атомных-групп и молекул.
Российский академик А. И. Опарин (1894-1980)в 1936 г. дал описание
коллоидной фазы развития жизни и возникновения способности к фотосинтезу
у предшественников растительных организмов. Коацерваты уже могут
увеличиваться в размерах, делиться на части и подвергаться химическим
изменениям на границе, которые носят зачатки метаболизма, а переход к
живому происходит, когда на смену “соревнованию в скорости роста
приходит борьба за существование”. С ним созвучен и Д. С. Холдейн
(1860-1936), а сама гипотеза носит название Холдейна -Опарина.
В 60-е-70гг.ХХ столетия опыты и расчеты Г.С. Юри, Б. С. Соколова, X.
Оро, К. Миллера, К. Сагана показали, что солнечное излучение способно
обеспечить ход мощных процессов синтеза и неорганического фотосинтеза,
что могло привести к “выживанию” более сложных молекул вместо простых.
Итак, теория Опарина получила признание, но переход от сложных
органических веществ к простым живым организмам остается тайной.
Наиболее лаконичное и нетрадиционное для биологов-натуралистов
определение жизни дал физик Ф. Типлер (амер.): жизнь — это
закодированная информация, которая сохраняется естественным отбором, не
привязанная к нуклеиновым кислотам обязательным образом. То есть к
белково-нуклеиновой основе жизни можно прийти только через какой-то или
какие-то промежуточные переходные этапы. Прямой синтез, возможно, и не
реализуем.
Другой подход: обнаружение в метеоритах органических веществ позволило
предположить, что жизнь была занесена на Землю из космоса. Как могли на
Земле в ходе химической эволюции сложиться из неживого вещества такие
высокоупорядоченные системы обмена веществ и воспроизведения? Появление
и эволюция человека неразрывно связывают биологию с философией, как
биологическая эволюция привела к появлению разума, ведь принципиальных
различий в строении мозга человека и шимпанзе нет?
Выяснилось, что простейшей структурной единицей мозга служит не
отдельная нервная клетка, а их ансамбль со сложными, но фиксированными
взаимосвязями. Эволюция мозга, его усложнение идет за счет роста
организованности, упорядоченности
Переход от приматов к человеку связан с переходом от биологических
регуляторов внутри сообщества к регуляторам социальным. Этого требовала
организация трудового процесса.
Строение ансамблей нервных клеток, их связи в мозге программируются
генетическим аппаратом. Развитость речевых и двигательно-трудовых
структурных ансамблей мозга человека наследуется от родителей. Но
наследуются не речь и не трудовые навыки, а лишь потенциальная
возможность их последующего приобретения.
1. Основные подходы к проблеме происхождения жизни. Гипотеза А.И.
Опарина о коацерватной стадии в процессе возникновения жизни.
Вначале в науке вообще не существовало проблемы возникновения жизни.
Допускалась возможность постоянного зарождения живого из неживого.
Великий Аристотель (IV в. до н.э.) не сомневался в самозарождении
лягушек, мышей. В III в. н.э. философ Плотин (ярко выраженный идеалист)
говорил о самозарождении живых существ из земли в процессе гниения. В
XVII в. голландский ученый Я.Б. Ван-Гельмонт составлял рецепты получения
мышей из пшеницы и загрязненного потом белья. В. Гарвей, Р. Декарт, Г.
Галилей, Ж.Б. Ламарк, Г. Гегель тоже придерживались мысли о постоянно
осуществляющемся самопроизвольном зарождении живого из неживого.
Но с XVII в. стали накапливаться данные против такого понимания. В 1668
г. тосканский врач Франческо Реди доказал, что белые черви в гниющем
мясе есть не что иное, как личинки мух. Через 100 лет итальянец Л.
Спаллацани и русский М. Тереховский поставили под сомнение представления
о самозарождении микроорганизмов.
Окончательно же ученые отказались от подобных представлений лишь во
второй половине XIX в. В 1862 г. Луи Пастер убедительными опытами
доказал невозможность самопроизвольного зарождения простейших организмов
в современных условиях и утвердил принцип «все живое из живого».
После этого одни ученые поставили вопрос об историческом возникновении
жизни в первобытных условиях Земли, другие же склонились к тому, что
жизнь на нашей планете никогда не зарождалась, а была занесена на нее из
Космоса, где она существует вечно. Однако такой подход просто снимает
проблему возникновения жизни.
Существует также точка зрения, что жизнь возникла чисто случайно и
совершенно внезапно. Американский генетик Г. Меллер (лауреат Нобелевской
премии) допускает, что живая молекула, способная размножаться, могла
возникнуть вдруг, случайно в результате взаимодействия простейших
веществ.
Он считает, что элементарная единица наследственности — ген — является и
основой жизни. И жизнь в форме гена, по его мнению, возникла путем
случайного сочетания атомных группировок и молекул, существовавших в
водах первичного океана. Но подсчеты показывают невероятность такого
события. Трудно рассчитывать получить одну молекулу РНК вируса табачной
мозаики за 109 лет даже в том случае, если бы весь Космос представлял
собой реагирующую смесь нуклеотидов, входящих в РНК.
Большинство ученых отказалось от такого предположения.
Ф. Энгельс одним из первых высказал мысль, что жизнь возникла не
внезапно, а сформировалась в ходе длительной эволюции материи.
Эволюционная идея положена в основу гипотезы сложного, многоступенчатого
пути развития материи, предшествовавшего зарождению жизни на Земле,
выдвинутой А.И. Опариным в 1924 г. и английским исследователем Дж.
Холдейном в 1929 г.
Гипотеза А.И. Опарина о коацерватной стадии в процессе возникновения
жизни.
Коацерваты — это комплексы коллоидных частиц. Они могут возникать,
например, из комплексных солей кобальта, кремнекислого натрия и
нашатырного спирта, в растворе ацетилцеллюлозы, в хлороформе или
бензоле, при смешивании растворов различных белков. Такой раствор, как
правило, разделяется на два слоя — слой, богатый коллоидными частицами,
и жидкость, почти свободную от них.
В некоторых случаях коацерваты образуются в виде отдельных капель,
видимых под микроскопом. Для их образования необходимо присутствие в
растворе нескольких (хотя бы двух) разноименно заряженных
высокомолекулярных веществ. Поскольку в водах первичного океана это
условие было соблюдено, образование в нем коацерватов могло быть
реальным.
А.И. Опарин предположил, что в массе коацерватных капель должен был идти
отбор наиболее устойчивых в существовавших условиях. Многие миллионы лет
шел процесс естественного отбора коацерватных капель. Сохранялась лишь
ничтожная их часть.
Способность к избирательной адсорбции постепенно преобразовалась в
устойчивый обмен веществ. Вместе с этим в процессе отбора оставались
лишь те капли, которые при распаде на дочерние сохраняли особенности
своей структуры, т.е. приобретали свойство самовоспроизведения —
важнейшего признака жизни.
По достижении этой стадии коацерватная капля превратилась в простейший
живой организм. Коацерватные капли были местом встречи и
взаимодействия до этого независимо возникавших простых белков,
нуклеиновых кислот, полисахаридов и липидов.
Отдельная молекула, даже очень сложная, не может быть живой. Ученые
считают, что первоначально на молекулярном уровне могли возникать лишь
белково- и нуклеино-подобные полимеры, лишенные какой-либо биологической
целесообразности своего строения. Только при объединении этих полимеров
в многомолекулярные фазовообособленные системы могло возникнуть
взаимосогласование их структур и биологическое функционирование новых
целостных систем.
Это значит, что не разрозненные части определяют собой организацию
целого, а целое, продолжая эволюционировать, обусловливает
целесообразность строения частей.
Где-то на той же стадии возникает и естественный отбор, способствующий
сохранению наиболее совершенных и целесообразных структур. Здесь много
неясного, но в трудах ведущих синергетиков И. Пригожина и М. Эйгена и
многих других ученых дается все более обосновываемая картина действия
отбора на высокомолекулярном и надмолекулярном уровнях.
2. Этапы химической и предбиологической эволюции на пути к жизни
Гипотеза А.И. Опарина способствовала конкретному изучению происхождения
простейших форм жизни. Она положила начало физико-химическому
моделированию процессов образования молекул аминокислот, нуклеиновых
оснований, углеводородов в условиях предполагаемой первичной атмосферы
Земли.
После работ немецкого исследователя С. Мюллера и других стало известно,
что под воздействием физических излучений эти биоорганические молекулы
могут образовываться в самых различных смесях, содержащих водород, азот,
аммиак, воду, углекислый газ, метан, синильную кислоту и т.п.
Имеется ли этот исходный материал в реальном космическом пространстве?
Сейчас установлено наличие в межзвездной среде облаков пыли и газа, в
которых обнаружены многие неорганические молекулы Н2О, NH3, SO, SiO, H2S
и т.д. Особенно показательно присутствие в космосе таких органических
соединений, как формальдегид, цианацетилен, ацетальдегид, формамид,
метилформиат.
Сенсацией явилось открытие космических облаков этилового спирта с
температурой 200 К и с концентрацией молекул 1012-1013 в 1 см3.
Подобные соединения близки к биоорганическим молекулам или легко могут
превратиться в них. Таким образом, достоверно установлено, что в космосе
имеются необходимые компоненты для синтеза более сложных соединений,
важных для формирования белков, углеводов, нуклеиновых полимеров и
липидов.
Следующие, более сложные звенья эволюционной цепочки обнаружены при
изучении вещественного состава метеоритов и лунных пород, доставленных
космическим аппаратом. В них обнаружены аминокислоты, алифатические и
ароматические углеводороды, предшественники нуклеиновых кислот -аденин и
гуанин, порфирин — простейший химический предшественник хлорофилла. И на
земле, в древних отложениях с возрастом порядка сотен миллионов и
нескольких миллиардов лет, обнаружено множество органических соединений,
которые подсказывают возможные пути возникновения жизни (аминокислоты,
углеводороды, порфирины и др.).
Обращает на себя внимание следующий факт. В нашей галактике наиболее
распространены водород, углерод, азот, кислород, составляющие основу
живого. В земной же коре, в лунных породах и метеоритах их очень мало, а
преобладают здесь кремний, алюминий, железо. Для первой, космической
группы элементов характерна молекулярная форма существования и
склонность к флюидному, текучему состоянию (жидкость, газ). Для
планетарной группы элементов типично твердое агрегатное состояние в виде
бесконечных кристаллических структур, в которых невозможно выделить
отдельные молекулы.
Мертвые, застывшие, окаменевшие пространства Луны, Меркурия, Марса —
результат утраты ими подвижных флюидных элементов, осуществляющих
транспортировку вещества и энергии.
На Земле же до сих пор продолжаются более активные химические процессы.
И это благодаря остаткам флюидной группы элементов: наличию
значительного количества воды, метана, аммиака, других газов и жидкостей
в атмосфере, гидросфере, в твердой коре и глубинных породах, откуда
легкие соединения выделяются в форме вулканических газов или в виде
общего газового обмена планеты и окружающей части космоса.
Химическая эволюция на поверхности планет реализуется тогда, когда
энергия звездного излучения может превратиться в энергию возбуждения
молекулярных структур. Поэтому решающим условием зарождения жизни на
Земле явился фотосинтез.
Возраст нашей Земли более 4 млрд. лет, а следы остатков древних
организмов насчитывают 3,2—3,8 млрд. лет.
Если сейчас в атмосфере Земли 78% азота и 21% кислорода, то более 3
млрд. лет назад в атмосфере Земли свободного кислорода практически не
было. Тогда температура поверхности Земли была намного выше современной,
а атмосфера состояла из паров воды и примеси вулканических газов (азота,
углекислого газа, аммиака, метана и др.) Единственным источником
ничтожных количеств кислорода были реакции фотодиссоциации молекул воды
в верхних частях атмосферы под воздействием солнечной радиации.
Около 3 млрд. лет назад на Земле пошли энергичные процессы окисления за
счет кислорода, источником которого явились фотосинтсзирующие живые
организмы. Активность биосферы, в конечном счете, и определила
современный состав атмосферы Земли.
Первые достоверные следы жизни обнаружены в отложениях, возраст которых
около 3 млрд. лет. К ним относятся следы, оставшиеся от сине-зеленых
водорослей в известняках Южной Африки, остатки организмов в песчаниках
Канады. Но им предшествовали более древние и примитивные формы жизни, а
еще ранее — стадии предбиологической и химической эволюции.
3. Новая гипотеза об особой роли малых молекул в первичном зарождении
белково-нуклеиновых систем
На очередном совещании по философским вопросам современной медицины в
Президиуме Российской академии медицинских наук исследователи А.В.
Олескин, И.В. Ботвинко и Т.А. Кировская сообщили следующее:
«В последние десятилетия накапливаются данные о том, что не белок и не
ДНК/РНК, вероятно, положили начало доклеточным предшественникам
современной жизни — гипотетическим пробионтам. Жизнь, что
представляется все более правдоподобным в свете современных данных,
эволюционировала на базе динамичной игры малых молекул (органических и
неорганических). Это были ионы металлов (Fe2t, Zn2t, AP% N Cu2 Co2+,
Mg2+, Са2+), соединения серы (дисульфиды, полисульфиды), фосфора
(ортофосфат, нитрофосфат, полифосфаты), азота (особенно NO и N2O), а
также небольшие органические молекулы типа аминов (этаноламин, холин,
гисталины и др.), аминокислот (особенно глицин, гдуатамат, аслартат),
углеводородов (например, этилен). …
Имеется предположение, что даже функция наследственной передачи
признаков, ныне выполняемая нуклеиновыми кислотами, первоначально
зависела от неорганических генов” – матриц для синтеза молекул (вначале
даже небелковой природы), построенных на основе алюмосиликатов глины.
Первые биополимеры могли быть результатом автокаталитических реакций
малых молекул…
Имеется общий сценарий “возникновения жизни в облаках”, где мельчайшие
дождевые капли, озаренные ультрафиолетом первобытного Солнца и
поглощающие частицы соединений металлов и неметаллов в ходе пыльных
бурь, обеспечивали достаточную суммарную поверхность для
фотоиндуцированного гетерогенного катализа и последующего синтеза более
сложных, органических молекул, поступавших с дождевыми потоками в океан,
где жизнь “дозревала” уже в соответствии с опаринским сценарием
“первичного бульона” и “коацерватных капель”»1.
Изложенный подход представляется весьма интересным развитием гипотезы
А.И. Опарина. Главное теперь — в окончательном экспериментальном
подтверждении (или отрицании!) и старой, и новой гипотез.
_________________________________________________________________
1 Совещание по философским проблемам современной медицины. 16 января
1997 г. – М., 1997. – С. 88-89.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ:
Естествознание затрагивает широкий спектр вопросов о многочисленных и
всесторонних проявлениях свойств Природы.
При физико-информационном подходе Вселенная — сверхсистема, способная к
самоорганизации, самоуправлению на всех этапах и уровнях существования,
а потому к ней применимы основные идеи теории информации и семиотики, в
том числе принцип знакового посредника, кибернетический и антропный
принципы.
Исходя из этого можно прийти к пониманию сущности эволюции Вселенной с
точки зрения реализации единого космологического кода, изначально
заданного и содержащегося в ее электромагнитном спектре. При этом чисто
теоретическая умозрительная реконструкция фотонной фазы эволюции должна
привести к иному пониманию существа не только физического
пространства-времени и материи, но и всего разнообразия
физико-химических, биохимических, социобиологических,
социотехнологических и ноокосмических эволюционных процессов во
Вселенной.
Поиск новых теорий, которые могли бы заменить Общую Теорию
Относительности, будут продолжаться и впредь — такова логика развития
науки.
А. А. Логунов утверждает, что “создание ОТО получено ценой отказа от
законов сохранения вещества и гравитационного поля вместе взятых” . В
постньютоновском изложении его полевая теория гравитации совпадает с
ОТО, но при рассмотрении вопроса о сильных полях могут быть существенные
расхождения.
ОТО не дает решений существования Вселенной, не прошедшей через
сингулярную точку, однако ни описать, ни осознать ее современная наука
не в состоянии, поэтому ряд ученых согласились с теологами в
рассуждениях о сотворении Мира.
Заслуживают внимание слова Борна: “Атеистам, которым не нравится
“начало”, потому что его можно истолковать как сотворение, следует
сказать, что начало Вселенной в том виде, как оно нам известно, может
быть концом другой формы развития материи, хотя практически было бы
совершенно невозможно узнать что-нибудь относительно этого периода,
поскольку все следы в хаосе разрушения и перестройки”.
Один из столпов церкви, идеолог католицизма, Фома Аквинский (1225 –
1274) по этому поводу сказал: “В начало Мира можно не верить, но его
невозможно ни доказать, ни осознать умом”
По некоторым гипотезам в микромире пространство и время могут иметь
иное, чем в макромире, число измерений. Несомненно, что со временем
связь микро- и мегамиров, физики элементарных частиц и космологии будет
проявляться все теснее и в самых неожиданных ракурсах.
В настоящее время известен генетический код и установлена передача
наследственной информации при помощи языка белковых молекул.
Существование языка электромагнитных волн, который объединяет Мир в
единое целое, будет иметь универсальное значение для системы
световещества. Это должно привести к пониманию единой информационной
Природы всего сущего.
Знание концепций современного естествознания поможет людям вне
зависимости от их профессии понять и представить уровень материальных и
интеллектуальных затрат современных исследований, позволяющих проникнуть
в суть явлений Мира и осознать чрезвычайную важность проблем сохранения
окружающей Среды.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Горохов В. Г. Концепции современного естествознания. — М: Инфра-М,
2000.
2. Горелов А. А. Концепции современного естествознания.— М.: Центр,
1997.
3. Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания. -Новосибирск.
ЮКЭА, 1997.
4. Кокин А. В. Концепции современного естествознания. — М.: 1998.
5. Лавриенко В. Н.идр. Концепции современного естествознания. — М.:
Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.
6. Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания: Учеб. Пособие . –
М.: ВЛАДОС, 2001
ПРИЛОЖЕНИЕ:
Этапы развития жизни на Земле
Абсолютный возраст, миллионы лет назадЭраПериод (система)Важнейшие
события в эволюции жизни, уровни развития живого0-1
1-25
25-70КайнозойскаяАнтропоген
Неоген
ПалеогенЧеловек
Австралопитек
Обезьяны70-140
140-185
185-225МезозойскаяМел
Юра
ТриасПолуобезьяны
Вымирание динозавров, выход на первый план млекопитающих
Первые птицы
Господство пресмыкающихся
225-270
270-320
320-400
400-420
420-480
480-570
Палеозойская
Пермь
Карбон
Девон
Силур
Ордовик
Кембрий
Наземные позвоночные
Животные
Папоротники, хвощи, предки современных форм рыб
Массовый выход растений, а потом и животных на сушу
Панцирные рыбы – первые позвоночные животные
Членистоногие, иглокожие, медузы570-1200
1200-1500
1500-1900
ПротерозойскаяСиний
Енисей
Саян
Многоклеточные животные (медузы, губки, черви)
Появляются многоклеточные водоросли
Начало бурного развития жизни
1900-2700АрхейскаяНе расчлененаОдноклеточные водоросли и
бактерии2700-3500КатархейскаяНе расчлененаБактериоподобные одноклеточные
организмы
Предполагаемые простейшие, доклеточные формы жизни
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
