Główne hipotezy powstania życia na ziemi.
Ewolucja biochemiczna
Wśród astronomów, geologów i biologów ogólnie przyjmuje się, że wiek Ziemi wynosi około 4,5 - 5 miliardów lat.
Zdaniem wielu biologów, w przeszłości stan naszej planety niewiele przypominał obecny: prawdopodobnie temperatura na powierzchni była bardzo wysoka (4000 - 8000°C), a w miarę jak Ziemia się ochładzała, węgiel i bardziej ogniotrwałe metale ulegały kondensacji i utworzył skorupę ziemską; powierzchnia planety była prawdopodobnie naga i nierówna, ponieważ w wyniku aktywności wulkanicznej przesunięcia i skurcze skorupy spowodowane ochłodzeniem utworzyły się na niej fałdy i pęknięcia.
Uważa się, że pole grawitacyjne wciąż niewystarczająco gęstej planety nie mogło pomieścić lekkich gazów: wodoru, tlenu, azotu, helu i argonu, i opuściły atmosferę. Ale proste związki zawierające między innymi te pierwiastki (wodę, amoniak, CO2 i metan). Dopóki temperatura na Ziemi nie spadła poniżej 100°C, cała woda znajdowała się w stanie pary. Brak tlenu był prawdopodobnie koniecznym warunkiem powstania życia; jak pokazują eksperymenty laboratoryjne, substancje organiczne (podstawa życia) znacznie łatwiej powstają w atmosferze ubogiej w tlen.
W 1923 r. Oparin na podstawie rozważań teoretycznych wyraził opinię, że substancje organiczne, być może węglowodory, mogą powstać w oceanie z prostszych związków. Energii dla tych procesów dostarczało intensywne promieniowanie słoneczne, głównie promieniowanie ultrafioletowe, które padało na Ziemię zanim utworzyła się warstwa ozonowa, która zaczęła zatrzymywać jego większość. Według Oparina różnorodność prostych związków występujących w oceanach, powierzchnia Ziemi, dostępność energii i skale czasowe sugerują, że materia organiczna stopniowo gromadziła się w oceanach i tworzyła „pierwotną zupę”, w której życie mogło powstać.
Nie można zrozumieć pochodzenia człowieka bez zrozumienia pochodzenia życia. A zrozumienie pochodzenia życia jest możliwe tylko poprzez zrozumienie pochodzenia wszechświata.
Najpierw był wielki wybuch. Ta eksplozja energii miała miejsce piętnaście miliardów lat temu.
Ewolucję można porównać do Wieży Eiffla. U podstawy - energia, powyżej - materia, planety, potem życie. I wreszcie, na samym szczycie – człowiek, najbardziej złożone i ostatnie zwierzę, jakie się pojawiło.
Przebieg ewolucji:
15 miliardów lat temu: narodziny wszechświata;
5 miliardów lat temu: narodziny Układu Słonecznego;
4 miliardy lat temu: narodziny Ziemi;
3 miliardy lat temu: pierwsze ślady życia na Ziemi;
500 milionów lat temu: pierwsze kręgowce;
200 mln lat temu: pierwsze ssaki;
70 milionów lat temu: pierwsze naczelne.
Zgodnie z tą hipotezą, wysuniętą w 1865 r. przez niemieckiego naukowca G. Richtera i ostatecznie sformułowany przez szwedzkiego naukowca Arrheniusa w 1895 r., życie mogło zostać sprowadzone na Ziemię z kosmosu. Najbardziej prawdopodobne zderzenie żywych organizmów pochodzenia pozaziemskiego z meteorytami i pyłem kosmicznym. Założenie to opiera się na danych dotyczących wysokiej odporności niektórych organizmów i ich zarodników na promieniowanie, wysoką próżnię, niskie temperatury i inne czynniki.
W 1969 roku w Australii znaleziono meteoryt Murchison. Zawierał 70 nienaruszonych aminokwasów, z których osiem jest częścią ludzkiego białka!
Wielu naukowców mogłoby argumentować, że wiewiórki, które skamieniały po ponownym wejściu do atmosfery, były martwe. Jednak niedawno odkryto prion, białko, które może wytrzymać bardzo wysokie temperatury. Prion jest silniejszy niż wirus i jest w stanie przenosić chorobę znacznie szybciej. Zgodnie z teorią Panspermii, człowiek w jakiś sposób pochodzi od wirusa pochodzenia pozaziemskiego, który zaatakował małpy, które w rezultacie zmutowały.
Teoria spontanicznego powstawania życia
Teoria ta krążyła w starożytnych Chinach, Babilonie i Egipcie jako alternatywa dla kreacjonizmu, z którym współistniała.
Arystoteles (384-322 pne), często nazywany założycielem biologii, trzymał się teorii spontanicznego powstawania życia. Opierając się na własnych obserwacjach, rozwinął tę teorię dalej, łącząc wszystkie organizmy w ciągłą serię - „drabinę natury”. „Przyroda bowiem dokonuje przejścia od martwych przedmiotów do zwierząt w tak płynnym następstwie, umieszczając między nimi stworzenia, które żyją, choć nie są zwierzętami, że między sąsiednimi grupami, ze względu na ich bliskie sąsiedztwo, trudno dostrzec różnice” (Arystoteles) .
Zgodnie z hipotezą Arystotelesa o spontanicznym powstawaniu, pewne „cząsteczki” materii zawierają jakiś „substancję czynną”, która w odpowiednich warunkach może stworzyć żywy organizm. Arystoteles miał rację sądząc, że ta substancja czynna zawarta jest w zapłodnionej komórce jajowej, ale błędnie uważał, że jest ona również obecna w świetle słonecznym, błocie i gnijącym mięsie.
„Takie są fakty – żywe istoty mogą powstać nie tylko przez kojarzenie zwierząt, ale także przez rozkład gleby. To samo dotyczy roślin: niektóre rozwijają się z nasion, podczas gdy inne niejako spontanicznie generują się pod działaniem całej natury, powstając z rozkładającej się ziemi lub niektórych części roślin ”(Arystoteles).
Wraz z rozprzestrzenianiem się chrześcijaństwa teoria spontanicznego powstania życia nie była honorowana: uznawali ją tylko ci, którzy wierzyli w czary i czcili złe duchy, ale idea ta istniała gdzieś w tle jeszcze przez wiele wieków.
Teoria stanu stacjonarnego
Zgodnie z tą teorią Ziemia nigdy nie powstała, ale istniała od zawsze, zawsze jest zdolna do podtrzymywania życia, a jeśli się zmieniła, to bardzo niewiele. Gatunki też zawsze istniały.
Szacunki dotyczące wieku Ziemi były bardzo zróżnicowane, od około 6000 lat według obliczeń arcybiskupa Usshera do 5000 x 106 lat według współczesnych szacunków opartych na szybkości rozpadu radioaktywnego. Ulepszone metody datowania dają coraz wyższe szacunki wieku Ziemi, co pozwala zwolennikom teorii stanu ustalonego wierzyć, że Ziemia istniała od zawsze. Zgodnie z tą teorią gatunki również nigdy nie powstały, zawsze istniały, a każdy gatunek ma tylko dwie alternatywy - albo zmianę liczebności, albo wyginięcie.
Zwolennicy tej teorii nie uznają, że obecność lub nieobecność niektórych szczątków kopalnych może wskazywać na czas pojawienia się lub wyginięcia określonego gatunku i jako przykład podają przedstawiciela ryby płetwonogiej – celakanta. Zwolennicy teorii stanu ustalonego przekonują, że tylko badając żywe gatunki i porównując je ze szczątkami kopalnymi, można wnioskować o wyginięciu, aw tym przypadku jest bardzo prawdopodobne, że okaże się to błędne. Wykorzystując dane paleontologiczne do potwierdzenia teorii stanu ustalonego, jej nieliczni zwolennicy interpretują pojawienie się skamieniałości w aspekcie ekologicznym (wzrost liczebności, migracja do miejsc sprzyjających zachowaniu szczątków itp.). Większość argumentów przemawiających za tą teorią ma związek z niejasnymi aspektami ewolucji, takimi jak znaczenie luk w zapisie kopalnym, i została ona najbardziej rozbudowana w tym kierunku.
kreacjonizm
Kreacjonizm (łac. sgea - kreacja). Zgodnie z tą koncepcją życie i wszystkie gatunki istot żywych zamieszkujących Ziemię są wynikiem aktu stwórczego istoty wyższej w określonym czasie. Główne postanowienia kreacjonizmu zawarte są w Biblii, w Księdze Rodzaju. Uważa się, że proces boskiego stworzenia świata miał miejsce tylko raz i dlatego jest niedostępny dla obserwacji. To wystarczy, aby usunąć całą koncepcję boskiego stworzenia z zakresu badań naukowych. Nauka zajmuje się tylko obserwowalnymi zjawiskami i dlatego nigdy nie będzie w stanie ani udowodnić, ani odrzucić tej koncepcji.
Teoria pochodzenia wody człowieka
Mówi: człowiek wyszedł prosto z wody. Tych. kiedyś byliśmy czymś w rodzaju morskich naczelnych lub humanoidalnych ryb.
„Teoria wody” pochodzenia człowieka została wysunięta przez Alistaira Hardy'ego (1960) i rozwinięta przez Elaine Morgan. Następnie pomysł został rozpowszechniony przez wielu popularyzatorów, na przykład Jana Lindblada i legendarnego okrętu podwodnego Jacquesa Maillola. Według Hardy'ego i Morgana jednym z naszych przodków była mioceńska małpa człekokształtna z rodziny prokonsulów, która żyła w wodzie przez wiele milionów lat, zanim stała się ziemska.
Na korzyść pochodzenia „małpy wodnej” podaje się następujące cechy ludzkie:
1. Możliwość wstrzymania oddechu, bezdechu (w tym podczas wokalizacji) czyni z człowieka nurka.
2. Praca zręcznymi pędzlami i narzędziami jest podobna do zachowania szopa pracza i wydry morskiej.
3. Podczas brodzenia w zbiornikach wodnych naczelne stoją na tylnych kończynach. Półwodny tryb życia przyczynił się do rozwoju dwunożnego poruszania się.
4. Wypadanie sierści i rozwój tłuszczu podskórnego (u ludzi jest on zwykle grubszy niż u innych naczelnych) są charakterystyczne dla ssaków wodnych.
5. Duże piersi pomagały utrzymać ciało w wodzie i ogrzać serce.
6. Włosy na głowie pomogły utrzymać dziecko.
7. Wydłużona stopa pomagała pływać.
8. Między palcami znajduje się fałd skórny.
9. Marszcząc nos, osoba może zamknąć nozdrza (małpy - nie)
10. Ludzkie ucho wchłania mniej wody.
I na przykład, jeśli noworodek zostanie umieszczony w wodzie zaraz po opuszczeniu łona matki, będzie się czuł świetnie. On już umie pływać. W końcu, aby noworodek przeszedł z etapu ryby do etapu oddychającego powietrzem ssaka, trzeba go poklepać po plecach.
50 milionów lat temu delfiny wyłoniły się z wody i stały się zwierzętami lądowymi. A potem z nieznanych przyczyn postanowili wrócić nad wodę. Musimy po prostu iść za ich przykładem.
Transformizm
Nominowany w 1815 przez Jeana-Baptiste'a Lamarcka
Zmiany w środowisku zewnętrznym pociągają za sobą zmianę w komórkach.
Usterka zmusiła (!!) pierwszych prehistorycznych ludzi do życia na bezdrzewnej sawannie. Nie mogli już wspinać się na drzewa, aby uciec przed drapieżnikami. Ludzie musieli stawać na tylnych łapach, aby zobaczyć wroga z daleka w wysokiej trawie. Ciągle obawiając się ataku, ludzie wyprostowali się i zmienili z „zwierząt żyjących głównie na drzewach, a czasem wyprostowanych” na „wyprostowane zwierzęta, czasami wpatrujące się w drzewa”.
Używanie kończyn dolnych uwalniało górne łapy, teraz można było trzymać w dłoniach kij i używać go jako broni.
Dwunożność zapoczątkowała erę innych zmian, zwłaszcza w szkielecie, miednica stała się koszem dla wnętrzności. Wcześniej połączenie kręgosłupa i czaszki było poziome. Teraz stał się pionowy, a objętość czaszki wzrosła, ponieważ rdzeń kręgowy już jej nie przeszkadza.
W ciągu 2 milionów lat objętość mózgu rośnie z 450 do 1000 centymetrów sześciennych, potem z 1000 do dzisiejszych 1450.
Wełny prawie nie mamy. Wełna była potrzebna, aby dzieci mogły przylgnąć do brzucha matki. Stało się to niepotrzebne, gdy matki mogły wziąć swoje dzieci w ramiona. A wełnę pozostawiono na czubku czaszki, aby chronić przed słońcem. Powyżej oczu (brwi) ochrona przed deszczem.
Różnica w stosunku do darwinizmu polega na tym, że darwiniści wierzą, że ludzie to zwierzęta, które przypadkowo miały gen, który pozwalał im stać na tylnych łapach. A Lamarckowie wierzą, że każde zwierzę, jeśli to konieczne, może przekształcić swoje geny.
Pomysły Lamarcka dają wszystkim nadzieję na najlepsze. A Darwin, jeśli jesteś przedstawicielem gatunku, który nie odnosi największych sukcesów, nie pozostawia ci szans.
Rozwijając się w ciągu 9 miesięcy, ludzki embrion przeżywa całą historię swojego gatunku.
12-dniowy zarodek przypominał małego, wydłużonego robaka z dużymi oczami. Wygląda jak zarodek ryby.
Kiedy embrion ludzki ma trzydzieści jeden dni, wygląda jak jaszczurka, w wieku 9 tygodni wygląda jak mała ryjówka, w wieku 18 tygodni nie różni się niczym od zarodka małpy.
darwinizm
Materialistyczna teoria ewolucji (rozwoju historycznego) świata organicznego Ziemi, oparta na poglądach Karola Darwina.
Dwa główne motory ewolucji. Pierwsza to przypadek, druga to dobór gatunków. Natura przeprowadziła tysiące eksperymentów w tym samym czasie. A następnie dobór naturalny eliminuje najmniej dopasowane.
Obraz historii przodków człowieka.
70 milionów lat temu: Pojawienie się pierwszych naczelnych. Były owadożerne i bardzo podobne do ryjówek.
40 milionów lat temu; pojawienie się pierwszych lemurów Zwierzęta te miały już cechy charakterystyczne dla ludzi: wystający kciuk, ostre pazury i płaską twarz. Kciuk ustawiony pod kątem do dłoni pozwala chwytać przedmioty i używać ich jako narzędzi. Płaskie paznokcie zamiast pazurów umożliwiają zaciśnięcie pięści. Lemury jako pierwsze miały rękę.Dzięki płaskim twarzom lemury zaczęły widzieć w objętości. Zwierzęta, których oczy znajdują się po bokach kufy, nie potrafią określić odległości i rozróżnić reliefu. Pysk Ulemurowa przestał się wydłużać, a jego oczy znajdowały się w tej samej płaszczyźnie. Lemury zyskały zdolność widzenia świata w trzech wymiarach.
20 milionów lat temu lemury zostały wyprzedzone przez małpy człekokształtne, ich znacznie bardziej zręcznych zmutowanych kuzynów.
Pomiędzy około 4,4 a 2,8 miliona lat temu pojawiła się gałąź małp Australopithecus, z której później wyewoluował człowiek. Człowiek stał się inny niż goryl czy szympans z powodu zmian klimatu. Małpy zamieszkiwały Afrykę Wschodnią, gdzie doszło do trzęsienia ziemi, które wywołało pęknięcie w glebie, tzw. ryft. Uskok spowodował powstanie trzech specjalnych stref klimatycznych: strefy gęstych lasów, strefy górskiej i strefy sawanny z rzadką roślinnością. W gęstych lasach przetrwali tylko przodkowie szympansów, w górach przodkowie goryli, aw strefie sawanny z rzadką roślinnością australopiteki, czyli nasi przodkowie.
Główną różnicą między australopitekiem a prehistorycznym gorylem lub szympansem był zanik ogona, który był niezbędny do zachowania równowagi podczas przeskakiwania z gałęzi na gałąź. Dotknij swojej kości ogonowej. Ten bezużyteczny mały kikut ogona na grzbiecie jest ostatnią oznaką małpy drzewnej, którą był człowiek przed rozpadem.
Brak ogona nie jest jedyną różnicą między człowiekiem a małpą. Tułów stopniowo się wyprostował, objętość czaszki zwiększyła się, twarz stała się płaska, a osoba uzyskała widzenie stereoskopowe. Nie zapominajmy o obniżeniu krtani. Wcześniej naczelne wydawały tylko chrząknięcia, podczas gdy obniżanie krtani znacznie rozszerzało zakres dźwięków, zanikały włosy, wydłużał się okres dzieciństwa, czyli wydłużał się czas nauczania dzieci, powstawały bardziej złożone relacje społeczne.
I oto on, Homo sapiens, czyli my. Jedna z doskonałych form kreacji natury.
Czy znasz pochodzenie życia?
3. Jaka jest podstawowa zasada metody naukowej?
Problem pochodzenia życia na naszej planecie jest jednym z centralnych we współczesnych naukach przyrodniczych. Od czasów starożytnych ludzie próbowali znaleźć odpowiedź na to pytanie.
Kreacjonizm (łac. sgeatio – kreacja).
W różnych czasach różne ludy miały własne wyobrażenia o pochodzeniu życia. Znajdują one odzwierciedlenie w świętych księgach różnych religii, które wyjaśniają powstanie życia jako akt Stwórcy (wola Boga). Hipotezę o boskim pochodzeniu istot żywych można przyjąć tylko na wiarę, ponieważ nie można jej zweryfikować ani obalić eksperymentalnie. Dlatego nie może być brane pod uwagę naukowy punkty widzenia.
Hipoteza spontanicznego powstania życia.
Od starożytności do połowy XVII wieku. naukowcy nie wątpili w możliwość spontanicznego powstania życia. Uważano, że istoty żywe mogą powstać z materii nieożywionej, np. ryby – z mułu, robaki – z gleby, myszy – ze szmat, muchy – ze zgniłego mięsa, a także, że jedne formy mogą rodzić inne, np. zwierzęta mogą również powstawać z owoców (patrz, s. 343).
Tak więc wielki Arystoteles, badając węgorze, stwierdził, że wśród nich nie ma osobników z kawiorem ani mlekiem. Na tej podstawie zasugerował, że węgorze rodzą się z „kiełbas” mułu, powstałych w wyniku tarcia dorosłej ryby o dno.
Pierwszy cios zadany koncepcji samoistnego rodzenia zadały eksperymenty włoskiej uczonej Franceski Redi, która w 1668 r. dowiodła niemożliwości samoistnego rodzenia się much w gnijącym mięsie.
Mimo to idee spontanicznego generowania życia przetrwały do połowy XIX wieku. Dopiero w 1862 roku francuski naukowiec Louis Pasteur ostatecznie obalił hipotezę spontanicznego powstawania życia.
Dzieła Mistrza pozwoliły stwierdzić, że zasada „Wszystkie żywe istoty - od żywych istot” jest prawdziwa dla wszystkich znanych organizmy na naszej planecie, ale nie rozwiązały kwestii pochodzenia życia.
Hipoteza panspermii.
Dowód na niemożność samoistnego powstania życia rodził inny problem. Jeśli do powstania żywego organizmu potrzebny jest inny żywy organizm, to skąd wziął się pierwszy żywy organizm? Dało to impuls do powstania hipotezy panspermii, która miała i ma wielu zwolenników, w tym wśród wybitnych naukowców, którzy wierzą, że po raz pierwszy życie nie powstało na Ziemi, ale zostało w jakiś sposób wprowadzone na naszą planetę.
Jednak hipoteza panspermii jedynie próbuje wyjaśnić pojawienie się życia na Ziemi. Nie odpowiada na pytanie, jak zaczęło się życie.
Negowanie faktu samoistnego powstania życia w chwili obecnej nie jest sprzeczne z poglądami o fundamentalnej możliwości rozwoju życia w przeszłości z materii nieorganicznej.
Hipoteza ewolucji biochemicznej.
W latach dwudziestych rosyjski naukowiec A. I. Oparin i Anglik J. Haldane wysunęli hipotezę o powstaniu życia w procesie biochemicznym ewolucja związki węgla, które stanowiły podstawę nowoczesnych pomysłów.
W 1924 r. AI Oparin opublikował główne założenia swojej hipotezy pochodzenia życia na Ziemi. Wyszedł z faktu, że we współczesnych warunkach pojawienie się żywych istot z przyrody nieożywionej jest niemożliwe. Abiogeniczne (tj. bez udziału żywych organizmów) pojawienie się żywej materii było możliwe tylko w warunkach antycznej atmosfery i braku żywych organizmów.
Według A. I. Oparina w pierwotnej atmosferze planety, nasyconej różnymi gazami, z silnymi wyładowaniami elektrycznymi, a także pod wpływem promieniowania ultrafioletowego (w atmosferze nie było tlenu, a zatem nie było ochronnego ekranu ozonowego , atmosfera się zmniejszała) i mogły tworzyć się związki organiczne o wysokim promieniowaniu, które gromadziły się w oceanie, tworząc „pierwotną zupę”.
Wiadomo, że w stężonych roztworach substancji organicznych (białek, kwasów nukleinowych, lipidy) w pewnych warunkach mogą tworzyć się skrzepy zwane kroplami koacerwatu lub koacerwatami. Koacerwaty nie rozpadały się w atmosferze redukującej. Z roztworu otrzymywali chemikalia, syntetyzowali nowe związki, w wyniku czego rosły i stawały się bardziej złożone.
Koacerwaty już przypominały żywe organizmy, ale jeszcze nimi nie były, ponieważ nie miały uporządkowanej struktury wewnętrznej właściwej organizmom żywym i nie były zdolne do rozmnażania się. Koacerwaty białkowe były uważane przez A.I., Oparina za probioty - prekursory żywego organizmu. Przyjął, że na pewnym etapie probiotyki białkowe zawierają kwasy nukleinowe, tworząc pojedyncze kompleksy.
Interakcja białek i kwasów nukleinowych doprowadziła do pojawienia się takich żywych właściwości, jak samoreprodukcja, zachowanie informacji dziedzicznej i przekazywanie jej kolejnym pokoleniom.
Probionty, u których połączono metabolizm ze zdolnością do samoreprodukcji, można już uznać za prymitywne prokomórki.
W 1929 r. angielski naukowiec J. Haldane również wysunął hipotezę o abiogennym pochodzeniu życia, ale zgodnie z jego poglądami pierwotnym nie był układ koarcerwatowy zdolny do wymiany substancji z otoczeniem, ale układ makrocząsteczkowy zdolny do samoistnego reprodukcja. Innymi słowy, AI Oparin dał pierwszeństwo białkom, a J. Haldane - kwasom nukleinowym.
Hipoteza Oparina-Holdeina zyskała wielu zwolenników, ponieważ uzyskała eksperymentalne potwierdzenie możliwości abiogennej syntezy biopolimerów organicznych.
W 1953 roku amerykański naukowiec Stanley Miller w stworzonej przez siebie instalacji (ryc. 141) symulował warunki, jakie przypuszczalnie panowały w pierwotnej atmosferze Ziemi. W wyniku eksperymentów otrzymano aminokwasy. Podobne eksperymenty powtarzane wielokrotnie w różnych laboratoriach pozwoliły wykazać fundamentalną możliwość syntezy praktycznie wszystkich monomerów głównych biopolimerów w takich warunkach. Następnie stwierdzono, że w pewnych warunkach możliwa jest synteza bardziej złożonych biopolimerów organicznych z monomerów: polipeptydów, polinukleotydów, polisacharydów i lipidów.
Ale hipoteza Oparina-Haldane'a ma też słabą stronę, na co wskazują jej przeciwnicy. W ramach tej hipotezy nie jest możliwe wyjaśnienie głównego problemu: w jaki sposób nastąpił jakościowy skok od nieożywionego do żywego. Rzeczywiście, do samoreprodukcji kwasów nukleinowych potrzebne są białka enzymatyczne, a do syntezy białek kwasy nukleinowe.
Kreacjonizm. Pokolenie spontaniczne. Hipoteza panspermii. Hipoteza ewolucji biochemicznej. koacerwaty. Probionty.
1. Dlaczego poglądu o boskim pochodzeniu życia nie można ani potwierdzić, ani obalić?
2. Jakie są główne założenia hipotezy Oparina-Haldane'a?
3. Jakie dowody eksperymentalne można podać na korzyść tej hipotezy?
4. Jaka jest różnica między hipotezą A. I. Oparina a hipotezą J. Haldane'a?
5. Jakich argumentów podają przeciwnicy krytykując hipotezę Oparina-Haldane'a?
Podaj możliwe argumenty „za” i „przeciw” hipotezie panspermii.
Ch. Darwin pisał w 1871 r.: „Ale teraz… w jakimś ciepłym zbiorniku zawierającym wszystkie niezbędne sole amonowe i fosforowe oraz dostępne dla światła, ciepła, elektryczności itp. białko zdolne do dalszych, coraz bardziej złożonych przemian, wówczas substancja ta zostałaby natychmiast zniszczona lub wchłonięta, co było niemożliwe w okresie przed pojawieniem się istot żywych.
Potwierdź lub odrzuć to stwierdzenie Karola Darwina.
W zrozumieniu istoty życia i jego pochodzenia w kulturze cywilizacji ludzkiej od dawna istnieją dwie idee - biogeneza i abiogeneza. Idea biogenezy (pochodzenia żywych istot z żywych istot) wywodzi się ze starożytnych wschodnich konstrukcji religijnych, dla których powszechna była idea braku początku i końca zjawisk naturalnych. Rzeczywistość życia wiecznego dla tych kultur jest logicznie akceptowalna, podobnie jak wieczność materii, Kosmosu.
Pomysł alternatywny - abiogeneza (pochodzenie żywych istot z nieożywionych) sięga cywilizacji, które istniały na długo przed naszą erą w dolinach rzek Tygrys i Eufrat. Teren ten był nieustannie zalewany i nic dziwnego, że stał się kolebką katastrofizmu, który poprzez judaizm i chrześcijaństwo wpłynął na cywilizację europejską. Katastrofy niejako przerywają połączenie, łańcuch pokoleń, sugerują jego powstanie, ponowne pojawienie się. Pod tym względem wiara w okresowe spontaniczne generowanie się organizmu pod wpływem przyczyn naturalnych lub nadprzyrodzonych była szeroko rozpowszechniona w kulturze europejskiej.
Kamensky AA, Kriksunov EV, Pasechnik VV Biologia klasa 10
Przesłane przez czytelników ze strony internetowej
Zagadnienie życia i istot żywych jest przedmiotem badań wielu dyscyplin przyrodniczych, począwszy od biologii, a skończywszy na filozofii, matematyce, która uwzględnia abstrakcyjne modele zjawisk żywych, a także fizyce, która definiuje życie z punktu widzenia praw fizyki. .
Wszystkie inne bardziej szczegółowe problemy i pytania koncentrują się wokół tego głównego problemu, a także budowane są filozoficzne uogólnienia i wnioski.
Zgodnie z dwoma stanowiskami światopoglądowymi - materialistycznym i idealistycznym - nawet w starożytnej filozofii powstały przeciwstawne koncepcje pochodzenia życia: kreacjonizm i materialistyczna teoria pochodzenia organiczny od nieorganicznego.
Zwolennicy kreacjonizm twierdzą, że życie powstało w wyniku boskiego aktu stworzenia, czego dowodem jest obecność w żywych organizmach specjalnej siły, która kontroluje wszystkie procesy biologiczne.
Zwolennicy pochodzenia życia z przyrody nieożywionej argumentują, że natura organiczna powstała w wyniku działania praw przyrody. Później koncepcja ta została skonkretyzowana w idei spontanicznego generowania życia.
Koncepcja spontanicznego generowania, pomimo błędnego przekonania, odegrał pozytywną rolę; eksperymenty mające to potwierdzić dostarczyły bogatego materiału empirycznego dla rozwijającej się nauki biologicznej. Ostateczne odrzucenie idei spontanicznego generowania nastąpiło dopiero w XIX wieku.
W 19-stym wieku został również wysunięty hipoteza wiecznego istnienia życia i jego kosmiczne pochodzenie na Ziemi. Sugerowano, że życie istnieje w kosmosie i podróżuje z jednej planety na drugą.
Na początku XX wieku. pomysł kosmiczne pochodzenie systemów biologicznych na Ziemi i wieczności istnienia życia w kosmosie opracował rosyjski akademik W I. Wernadski.
Hipoteza akademika A.I. Oparina
Akademik przedstawił całkowicie nową hipotezę pochodzenia życia sztuczna inteligencja Oparin w książce „Pochodzenie życia”, opublikowany w 1924 r. Złożył oświadczenie, że Zasada Rediego, wprowadzając monopol na biosyntezę substancji organicznych, obowiązuje tylko dla nowożytnej epoki istnienia naszej planety. Na początku swojego istnienia, gdy Ziemia była martwa, miała miejsce na niej abiotyczna synteza związków węgla i ich późniejsza prebiologiczna ewolucja.
Istota hipotezy Oparina przedstawia się następująco: powstanie życia na Ziemi to długi ewolucyjny proces formowania się materii żywej w głębinach materii nieożywionej. Stało się to poprzez ewolucję chemiczną, w wyniku której najprostsze substancje organiczne powstały z substancji nieorganicznych pod wpływem silnych procesów fizycznych i chemicznych.
Uważał powstanie życia za pojedynczy naturalny proces, na który składała się początkowa ewolucja chemiczna zachodząca w warunkach wczesnej Ziemi, która stopniowo przechodziła na jakościowo nowy poziom - ewolucję biochemiczną.
Rozważając problem powstania życia poprzez ewolucję biochemiczną, Oparin wyróżnia trzy etapy przejścia od materii nieożywionej do żywej.
Pierwszym etapem jest ewolucja chemiczna. Kiedy Ziemia była jeszcze martwa (około 4 miliardy lat temu), abiotyczna synteza związków węgla i ich późniejsza ewolucja prebiologiczna.
Ten okres ewolucji Ziemi charakteryzował się licznymi erupcjami wulkanów z uwolnieniem ogromnych ilości rozpalonej do czerwoności lawy. Gdy planeta ochładzała się, para wodna w atmosferze skraplała się i opadała na Ziemię deszczami, tworząc ogromne przestrzenie wodne (pierwotny ocean). Procesy te trwały przez wiele milionów lat. W wodach pierwotnego oceanu rozpuszczono różne sole nieorganiczne. Ponadto do oceanu przedostały się różne związki organiczne, które w sposób ciągły powstają w atmosferze pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, wysokiej temperatury i aktywnej aktywności wulkanicznej.
Stężenie związków organicznych stale rosło, aż w końcu wody oceanu stały się „ Rosół»z substancji białkopodobnych — peptydów.
Drugim etapem jest pojawienie się białek. W miarę łagodzenia warunków na Ziemi, pod wpływem wyładowań elektrycznych, energii cieplnej i promieni ultrafioletowych na mieszaniny chemiczne pierwotnego oceanu, powstawały złożone związki organiczne - biopolimery i nukleotydy, które stopniowo łącząc się i stając się bardziej złożone, przekształciły się w protobionty(przedkomórkowi przodkowie żywych organizmów). Rezultatem ewolucji złożonych substancji organicznych było pojawienie się koacerwaty lub krople z koacerwatem.
koacerwaty- kompleksy cząstek koloidalnych, których roztwór dzieli się na dwie warstwy: warstwę bogatą w cząstki koloidalne i ciecz prawie ich nie zawierającą. Koacerwaty miały zdolność wchłaniania różnych substancji rozpuszczonych w wodach pierwotnego oceanu. W efekcie struktura wewnętrzna koacerwatów zmieniała się w kierunku zwiększania ich stabilności w ciągle zmieniających się warunkach.
Teoria ewolucji biochemicznej traktuje koacerwaty jako układy prebiologiczne, czyli grupy cząsteczek otoczone wodną powłoką.
Na przykład koacerwaty są w stanie wchłaniać substancje z otoczenia, oddziaływać na siebie, zwiększać rozmiar itp. Jednak w przeciwieństwie do istot żywych krople koacerwatu nie są zdolne do samoreprodukcji i samoregulacji, dlatego nie można ich zaliczyć do systemów biologicznych.
Trzecim etapem jest kształtowanie się zdolności do samoreprodukcji, pojawienie się żywej komórki. W tym okresie zaczął działać dobór naturalny, tj. W masie kropelek koacerwatu wybrano koacerwaty najbardziej odporne na dane warunki środowiskowe. Proces selekcji trwa od wielu milionów lat. Ocalałe krople koacerwatu posiadały już zdolność do pierwotnego metabolizmu, głównej właściwości życia.
W tym samym czasie, po osiągnięciu określonego rozmiaru, kropla macierzysta rozpadła się na kropelki potomne, które zachowały cechy struktury macierzystej.
Można więc mówić o nabywaniu przez koacerwaty właściwości samoprodukcji – jednego z najważniejszych przejawów życia. W rzeczywistości na tym etapie koacerwaty stały się najprostszymi żywymi organizmami.
Dalsza ewolucja tych prebiologicznych struktur była możliwa dopiero przy komplikacji procesów metabolicznych wewnątrz koacerwatu.
Środowisko wewnętrzne koacerwatu wymagało ochrony przed wpływami środowiskowymi. Dlatego wokół bogatych w związki organiczne koacerwatów powstały warstwy lipidów, oddzielające koacerwaty od otaczającego ośrodka wodnego. W procesie ewolucji lipidy zostały przekształcone w błonę zewnętrzną, co znacznie zwiększyło żywotność i odporność organizmów.
Pojawienie się błony z góry wyznaczyło kierunek dalszej ewolucji biologicznej na ścieżce coraz doskonalszej autoregulacji, której kulminacją było powstanie komórki pierwotnej, archekomórki. Komórka jest podstawową jednostką biologiczną, strukturalną i funkcjonalną podstawą wszystkich żywych istot. Komórki prowadzą niezależny metabolizm, są zdolne do podziałów i samoregulacji, tj. mają wszystkie właściwości istot żywych. Tworzenie nowych komórek z materiału niekomórkowego jest niemożliwe, rozmnażanie komórek następuje tylko w wyniku podziału. Rozwój organiczny jest uważany za uniwersalny proces tworzenia komórek.
W strukturze komórki znajdują się: błona oddzielająca zawartość komórki od środowiska zewnętrznego; cytoplazma, która jest roztworem soli z rozpuszczalnymi i zawieszonymi enzymami i cząsteczkami RNA; jądro zawierające chromosomy, składające się z cząsteczek DNA i przyłączonych do nich białek.
Dlatego za początek życia należy uznać pojawienie się stabilnego, samoreprodukującego się układu organicznego (komórki) o stałej sekwencji nukleotydów. Dopiero po pojawieniu się takich systemów można mówić o początku ewolucji biologicznej.
Możliwość abiogennej syntezy biopolimerów została eksperymentalnie udowodniona w połowie XX wieku. W 1953 roku amerykański naukowiec S.Miller modelował pierwotną atmosferę Ziemi i zsyntetyzował kwas octowy i mrówkowy, mocznik i aminokwasy, przepuszczając ładunki elektryczne przez mieszaninę gazów obojętnych. W ten sposób wykazano, w jaki sposób możliwa jest synteza złożonych związków organicznych pod wpływem czynników abiogennych.
Pomimo słuszności teoretycznej i eksperymentalnej koncepcja Oparina ma zarówno mocne, jak i słabe strony.
Siłą koncepcji jest dość trafne eksperymentalne uzasadnienie ewolucji chemicznej, zgodnie z którą powstanie życia jest naturalnym rezultatem prebiologicznej ewolucji materii.
Przekonującym argumentem przemawiającym za tą koncepcją jest również możliwość eksperymentalnej weryfikacji jej głównych postanowień.
Słabą stroną koncepcji jest niemożność wyjaśnienia samego momentu przejścia od złożonych związków organicznych do organizmów żywych.
Jedną z wersji przejścia od ewolucji prebiologicznej do biologicznej proponuje niemiecki naukowiec M. Eigen. Według jego hipotezy pochodzenie życia tłumaczy się interakcją kwasów nukleinowych i białek. Kwasy nukleinowe są nośnikami informacji genetycznej, a białka służą jako katalizatory reakcji chemicznych. Kwasy nukleinowe rozmnażają się i przekazują informacje białkom. Pojawia się zamknięty łańcuch - hipercykl, w którym procesy reakcji chemicznych są samoprzyspieszane z powodu obecności katalizatorów i zatorów.
W hipercyklach produkt reakcji działa jednocześnie zarówno jako katalizator, jak i początkowy reagent. Takie reakcje nazywane są autokatalitycznymi.
Synergetyka to kolejna teoria, która może wyjaśnić przejście od ewolucji prebiologicznej do biologicznej. Odkryte przez synergetykę wzorce pozwalają wyjaśnić mechanizm powstawania materii organicznej z materii nieorganicznej w aspekcie samoorganizacji poprzez spontaniczne powstawanie nowych struktur podczas interakcji układu otwartego z otoczeniem.
Uwagi na temat teorii powstania życia i powstania biosfery
We współczesnej nauce przyjmuje się hipotezę o abiogennym (niebiologicznym) powstaniu życia pod wpływem przyczyn naturalnych w wyniku długiego procesu kosmicznej, geologicznej i chemicznej ewolucji - abiogenezy, której podstawą była hipoteza akademika AI Oparina. Koncepcja abiogenezy nie wyklucza możliwości istnienia życia w kosmosie i jego kosmicznego pochodzenia na Ziemi.
Jednak opierając się na współczesnych osiągnięciach nauki, do hipotezy A.I. Oparin sugeruje następujące wyjaśnienia.
Życie nie mogło powstać na powierzchni (lub w jej pobliżu) wód Oceanu, ponieważ w tamtych odległych czasach Księżyc znajdował się znacznie bliżej Ziemi niż obecnie. Fale pływowe musiały mieć wielką wysokość i wielką niszczycielską moc. Protobionty po prostu nie mogły powstać w tych warunkach.
Ze względu na brak warstwy ozonowej pod wpływem twardego promieniowania ultrafioletowego protobionty również nie mogły istnieć. Sugeruje to, że życie mogło pojawić się tylko w słupie wody.
Ze względu na specjalne warunki życie mogło pojawić się tylko w wodach pierwotnego Oceanu, ale nie na powierzchni, ale na dnie w cienkich warstwach materii organicznej zaadsorbowanej przez powierzchnie kryształów pirytu i apatytu, najwyraźniej w pobliżu źródeł geotermalnych. Od tego czasu ustalono, że związki organiczne powstają w produktach erupcji wulkanów, a aktywność wulkaniczna pod Oceanem w starożytności była bardzo aktywna. W starożytnym Oceanie nie było rozpuszczonego tlenu zdolnego do utleniania związków organicznych.
Dziś uważa się, że protobionty były cząsteczkami RNA, ale nie DNA, ponieważ udowodniono, że proces ewolucyjny przebiegał od RNA do białka, a następnie do powstania cząsteczki DNA, w której wiązania C-H były silniejsze niż wiązania C-OH w RNA. Jednak jasne jest, że cząsteczki RNA nie mogły powstać w wyniku płynnego rozwoju ewolucyjnego. Prawdopodobnie nastąpił skok ze wszystkimi cechami samoorganizacji materii, którego mechanizm nie jest obecnie jasny.
Pierwotna biosfera w toni wodnej była prawdopodobnie reprezentowana przez bogatą różnorodność funkcjonalną. A pierwsze pojawienie się życia powinno było nastąpić nie w postaci jednego rodzaju organizmów, ale w całości organizmów. Wiele biocenoz pierwotnych powinno było pojawić się natychmiast. Składały się z najprostszych organizmów jednokomórkowych zdolnych do wykonywania wszystkich bez wyjątku funkcji żywej materii w biosferze.
Te najprostsze organizmy były heterotrofami (żywiły się gotowymi związkami organicznymi), były prokariontami (organizmy bez jądra), były beztlenowcami (wykorzystywały fermentację drożdży jako źródło energii).
Dzięki szczególnym właściwościom węgla na jego bazie powstało życie. Jednak żadne współczesne dane nie zaprzeczają możliwości powstania życia nie tylko na bazie węgla.
Niektóre przyszłe kierunki badania pochodzenia życia
W 21 wieku w celu wyjaśnienia problemu pochodzenia życia badacze wykazują wzmożone zainteresowanie dwoma obiektami - na księżyc Jowisza otwarty w 1610 r G.Galileo. Znajduje się w odległości od Ziemi równej 671 000 km. Jego średnica wynosi 3100 km. Pokryta jest wieloma kilometrami lodu. Jednak pod pokrywą lodu znajduje się ocean i być może zachowały się w nim najprostsze formy starożytnego życia.
Inny przedmiot - wschodnie jezioro, który nazywany jest zbiornikiem reliktowym. Znajduje się na Antarktydzie pod czterokilometrową warstwą lodu. Nasi badacze odkryli go w wyniku wierceń głębinowych. Obecnie opracowywany jest międzynarodowy program, którego celem jest penetracja wód tego jeziora bez naruszania jego reliktowej czystości. Możliwe, że istnieją organizmy reliktowe, które mają kilka milionów lat.
Cieszy się również dużym zainteresowaniem jaskinia odkryta w Rumunii bez dostępu do światła. Kiedy wywiercili wejście do tej jaskini, odkryli istnienie ślepych żywych organizmów, takich jak robale żywiące się mikroorganizmami. Mikroorganizmy te wykorzystują do swojego istnienia związki nieorganiczne zawierające siarkowodór pochodzące z wnętrza dna tej jaskini. W tej jaskini nie ma światła, ale jest woda.
Szczególnie interesujące są mikroorganizmy, niedawno odkryte przez amerykańskich naukowców w badaniu jedno ze słonych jezior. Mikroorganizmy te wykazują wyjątkową odporność na środowisko. Mogą żyć nawet w środowisku czysto arszenikowym.
Dużą uwagę zwracają również organizmy żyjące w tzw. „czarnych palaczach” (ryc. 2.1).
Ryż. 2.1. „Czarni palacze” dna oceanu (strumienie gorącej wody zaznaczono strzałkami)
„Czarni palacze” to liczne kominy hydrotermalne działające na dnie oceanów, ograniczone do osiowych części grzbietów śródoceanicznych. Spośród nich do oceanów pod wysokim ciśnieniem 250 atm. wpływa wysoko zmineralizowana gorąca woda (350°C). Ich udział w strumieniu ciepła Ziemi wynosi około 20%.
Hydrotermalne kominy oceaniczne przenoszą rozpuszczone pierwiastki ze skorupy oceanicznej do oceanów, zmieniając skorupę i wnosząc bardzo znaczący wkład w skład chemiczny oceanów. Wraz z cyklem tworzenia skorupy oceanicznej na grzbietach oceanicznych i jej recyklingiem do płaszcza, zmiany hydrotermalne reprezentują dwuetapowy system przenoszenia pierwiastków między płaszczem a oceanami. Skorupa oceaniczna zawracana do płaszcza jest najwyraźniej odpowiedzialna za część niejednorodności płaszcza.
Kominy hydrotermalne na grzbietach śródoceanicznych są domem dla niezwykłych społeczności biologicznych, które czerpią energię z rozkładu związków płynów hydrotermalnych (kruczoczarnych).
Najwyraźniej w skorupie oceanicznej znajdują się najgłębsze części biosfery, sięgające głębokości 2500 m.
Źródła hydrotermalne mają znaczący udział w bilansie cieplnym Ziemi. Poniżej środkowych grzbietów płaszcz jest najbliżej powierzchni. Woda morska wnika przez szczeliny w skorupę oceaniczną na znaczną głębokość, jest ogrzewana ciepłem płaszcza dzięki przewodności cieplnej i gromadzi się w komorach magmowych.
Dogłębne badanie wymienionych powyżej „specjalnych” obiektów niewątpliwie doprowadzi naukowców do bardziej obiektywnego zrozumienia problemu pochodzenia życia na naszej planecie i kształtowania się jej biosfery.
Należy jednak zaznaczyć, że do tej pory nie udało się eksperymentalnie uzyskać życia.
Hipotezy pochodzenia życia na Ziemi.Życie jest jednym z najbardziej złożonych zjawisk naturalnych. Od czasów starożytnych wydawało się tajemnicze i niepoznawalne – dlatego zawsze toczyła się ostra walka między materialistami a idealistami w kwestiach jego pochodzenia. Zwolennicy poglądów idealistycznych uważali (i nadal uważają) życie za duchowy, niematerialny początek, który powstał w wyniku boskiego stworzenia. Materialiści natomiast wierzyli, że życie na Ziemi może powstać z materii nieożywionej w drodze samoistnego powstania (abiogenezy) lub przez wprowadzenie z innych światów, tj. jest produktem innych żywych organizmów (biogeneza).
Według współczesnych koncepcji życie to proces istnienia złożonych systemów składających się z dużych cząsteczek organicznych i substancji nieorganicznych, zdolnych do samoreprodukcji, samorozwoju i utrzymywania swojego istnienia w wyniku wymiany energii i materii z otoczeniem .
Wraz z gromadzeniem się wiedzy człowieka o otaczającym nas świecie, rozwojem nauk przyrodniczych, zmieniły się poglądy na temat pochodzenia życia, wysunięto nowe hipotezy. Jednak nawet dzisiaj kwestia pochodzenia życia nie została ostatecznie rozstrzygnięta. Istnieje wiele hipotez dotyczących pochodzenia życia. Najważniejsze z nich to:
Kreacjonizm (życie zostało stworzone przez Stwórcę);
Hipotezy spontanicznego generowania (spontaniczne generowanie; życie powstawało wielokrotnie z materii nieożywionej);
Hipoteza stanu ustalonego (życie istniało zawsze);
hipoteza panspermii (życie sprowadzone na Ziemię z innych planet);
Hipotezy biochemiczne (życie powstało w warunkach Ziemi w wyniku procesów zgodnych z prawami fizycznymi i chemicznymi, czyli w wyniku ewolucji biochemicznej).
Kreacjonizm. Zgodnie z tą religijną hipotezą, mającą starożytne korzenie, wszystko, co istnieje we Wszechświecie, w tym życie, zostało stworzone przez jedną Siłę - Stwórcę w wyniku kilku aktów nadprzyrodzonego stworzenia w przeszłości. Organizmy zamieszkujące dziś Ziemię wywodzą się od oddzielnie stworzonych podstawowych typów istot żywych. Stworzone gatunki były od samego początku doskonale zorganizowane i obdarzone zdolnością do pewnej zmienności w określonych granicach (mikroewolucja). Zwolennicy prawie wszystkich najpowszechniejszych nauk religijnych wyznają tę hipotezę.
Tradycyjna judeochrześcijańska idea stworzenia świata, przedstawiona w Księdze Rodzaju, wywoływała i nadal budzi kontrowersje. Jednak istniejące sprzeczności nie obalają koncepcji stworzenia. Religia, rozważając kwestię pochodzenia życia, poszukuje odpowiedzi głównie na pytania „dlaczego?” i „po co?”, a nie na pytanie „jak?”. Jeśli nauka szeroko posługuje się obserwacją i eksperymentem w poszukiwaniu prawdy, to teologia pojmuje prawdę poprzez boskie objawienie i wiarę.
Proces boskiego stworzenia świata przedstawiony jest jako zachodzący tylko raz i dlatego niedostępny dla obserwacji. Pod tym względem hipotezy stworzenia nie można ani udowodnić, ani obalić i zawsze będzie istniała wraz z naukowymi hipotezami pochodzenia życia.
Hipotezy spontanicznego generowania. Przez tysiące lat ludzie wierzyli w spontaniczne generowanie życia, uważając to za zwykły sposób pojawienia się żywych istot z materii nieożywionej. Uważano, że źródłem spontanicznej generacji są albo związki nieorganiczne, albo rozkładające się pozostałości organiczne. (pojęcie abiogenezy). Hipoteza ta krążyła w starożytnych Chinach, Babilonie i Egipcie jako alternatywa dla kreacjonizmu, z którym współistniała. Ideę spontanicznego generowania wyrażali także filozofowie starożytnej Grecji, a nawet myśliciele wcześniejsi, tj. wydaje się być tak stara jak sama ludzkość. W ciągu tak długiej historii hipoteza ta była modyfikowana, ale nadal pozostawała błędna. Arystoteles, często okrzyknięty twórcą biologii, napisał, że żaby i owady rozwijają się w wilgotnej glebie. W średniowieczu wielu „udawało się” obserwować narodziny różnych istot żywych, takich jak owady, robaki, węgorze, myszy, w rozkładających się lub gnijących szczątkach organizmów. Te „fakty” uważano za bardzo przekonujące, dopóki włoski lekarz Francesco Redi (1626-1697) nie podszedł bardziej rygorystycznie do problemu pochodzenia życia i nie zakwestionował teorii spontanicznego generowania. W 1668 r. Redi przeprowadził następujący eksperyment. Umieścił martwe węże w różnych naczyniach, przykrywając niektóre naczynia muślinem, a inne pozostawiając otwarte. Rój much składał jaja na martwych wężach w otwartych naczyniach; wkrótce z jaj wykluły się larwy. W przykrytych naczyniach nie było larw (ryc. 5.1). W ten sposób Redi udowodnił, że białe robaki, które pojawiają się w mięsie węży, to larwy muchy florenckiej i jeśli mięso jest zamknięte i uniemożliwiony jest dostęp much, to nie będzie „produkować” robaków. Odrzucając koncepcję spontanicznego generowania, Redi zasugerował, że życie może powstać tylko z poprzedniego życia. (pojęcie biogenezy).
Podobne poglądy miał holenderski naukowiec Anthony van Leeuwen-hoek (1632-1723), który za pomocą mikroskopu odkrył najmniejsze organizmy niewidoczne gołym okiem. Były to bakterie i protisty. Leeuwenhoek zasugerował, że te maleńkie organizmy lub „zwierzęce istoty”, jak je nazywał, pochodzą od własnego gatunku.
Opinię Leeuwenhoeka podzielił włoski naukowiec Lazzaro Spallanzani (1729-1799), który postanowił eksperymentalnie udowodnić, że mikroorganizmy często spotykane w bulionie mięsnym nie powstają w nim samorzutnie. W tym celu umieszczał w naczyniach płyn bogaty w materię organiczną (bulion mięsny), gotował ten płyn nad ogniem, a następnie hermetycznie zamykał naczynia. Dzięki temu bulion w naczyniach pozostał czysty i wolny od mikroorganizmów. Swoimi eksperymentami Spallanzani udowodnił niemożność spontanicznego tworzenia się mikroorganizmów.
Przeciwnicy tego punktu widzenia argumentowali, że życie nie powstało w kolbach z tego powodu, że powietrze w nich psuje się podczas wrzenia, dlatego nadal uznawali hipotezę samoistnego powstawania.
Miażdżący cios zadany tej hipotezie nastąpił w XIX wieku. Francuski mikrobiolog Louis Pasteur (1822-1895) i angielski biolog John Tyndale (1820-1893). Wykazali, że bakterie rozprzestrzeniają się w powietrzu i że gdyby ich nie było w powietrzu wchodzącym do kolb z wysterylizowanym bulionem, to nie powstałyby w samym bulionie. Pasteur użył do tego kolby z zakrzywioną szyjką w kształcie litery S, która służyła jako pułapka na bakterie, podczas gdy powietrze swobodnie wchodziło i wychodziło z kolby (ryc. 5.3).
Tyndall sterylizował powietrze wchodzące do kolb, przepuszczając je przez płomień lub przez watę. Do końca lat 70. 19 wiek praktycznie wszyscy naukowcy uznali, że organizmy żywe pochodzą tylko od innych organizmów żywych, co oznaczało powrót do pierwotnego pytania: skąd wzięły się pierwsze organizmy?
Hipoteza stanu stacjonarnego. Zgodnie z tą hipotezą Ziemia nigdy nie powstała, ale istniała od zawsze; zawsze była zdolna do podtrzymywania życia, a jeśli się zmieniła, to zmieniła się bardzo niewiele; gatunki istniały od zawsze. Hipoteza ta jest czasami nazywana hipotezą wieczność (od łac. wieczny- wieczne).
Hipoteza eternizmu została wysunięta przez niemieckiego naukowca W. Preyera w 1880 r. Poglądy Preyera poparł akademik V.I. Vernadsky, autor doktryny o biosferze.
Hipoteza panspermii. Hipotezę o pojawieniu się życia na Ziemi w wyniku przeniesienia pewnych zarodków życia z innych planet nazwano tzw
panspermia (z gr. patelnia- wszyscy, wszyscy i sperma- nasionko). Hipoteza ta sąsiaduje z hipotezą stanu ustalonego. Jego zwolennicy popierają ideę wiecznego istnienia życia i wysuwają ideę jego pozaziemskiego pochodzenia. Jedną z pierwszych idei kosmicznego (pozaziemskiego) pochodzenia życia wyraził niemiecki naukowiec G. Richter w 1865 roku. Według Richtera życie na Ziemi nie powstało z substancji nieorganicznych, ale zostało wprowadzone z innych planet. W związku z tym pojawiły się pytania, jak możliwe jest takie przeniesienie z jednej planety na drugą i jak można to przeprowadzić. Odpowiedzi szukano przede wszystkim w fizyce i nic dziwnego, że pierwszymi obrońcami tych poglądów byli przedstawiciele tej nauki, wybitni naukowcy G. Helmholtz, S. Arrhenius, J. Thomson, P.P. Łazariewa i innych.
Według koncepcji Thomsona i Helmholtza zarodniki bakterii i innych organizmów mogły zostać sprowadzone na Ziemię wraz z meteorytami. Badania laboratoryjne potwierdzają wysoką odporność organizmów żywych na niekorzystne działanie, w szczególności na niskie temperatury. Na przykład zarodniki i nasiona roślin nie obumierały nawet po dłuższym wystawieniu na działanie ciekłego tlenu lub azotu.
Inni naukowcy wyrazili pomysł przeniesienia „zarodników życia” na Ziemię za pomocą światła.
Współcześni zwolennicy koncepcji panspermii (m.in. laureat Nagrody Nobla, angielski biofizyk F. Crick) uważają, że życie na Ziemi zostało sprowadzone przypadkowo lub celowo przez kosmitów.
Punkt widzenia astronomów C. Vik-ramasingh (Sri Lanka) i F. Hoyle przylega do hipotezy panspermii
(Zjednoczone Królestwo). Uważają, że w przestrzeni kosmicznej, głównie w obłokach gazu i pyłu, mikroorganizmy występują w dużych ilościach, gdzie według naukowców powstają. Co więcej, te mikroorganizmy są wychwytywane przez komety, które następnie, przechodząc w pobliżu planet, „sieją zarazki życia”.
Istnieje wiele hipotez dotyczących pochodzenia życia na Ziemi. Najważniejsze z nich to: kreacjonizm, spontaniczne generowanie, stan stacjonarny, panspermia, hipotezy biochemiczne
Jeśli przeanalizujemy wszystkie dane, które naukowcom udało się uzyskać w trakcie różnych badań, stanie się oczywiste, że życie na Ziemi jest niesamowicie niewiarygodnym faktem. Szanse na jego pojawienie się w naszym wszechświecie są znikome. Wszystkie etapy powstania życia zawierały możliwość alternatywnego rozwoju wydarzeń, w wyniku których świat pozostałby zimną kosmiczną otchłanią bez śladu nie tylko ludzkiego umysłu, ale nawet najmniejszego mikroba. Kreacjoniści przypisują to niesamowite wydarzenie boskiej interwencji. Jednak istnienia Boga nie można udowodnić ani obalić, a współczesne idee dotyczące pochodzenia życia, podobnie jak cała nauka w ogóle, opierają się na danych eksperymentalnych i teoretycznych osiągnięciach, które można zakwestionować lub potwierdzić.
Witalizm
Ludzka wiedza przechodzi ewolucję, która w swoich głównych punktach jest nieco podobna do procesu opisanego przez Darwina. Teorie przechodzą i przeżywają najsilniejsi, którym udało się oprzeć naporowi kontrargumentów lub dostosować się, zmienić, by im sprostać. Hipotezy pochodzenia życia również przeszły długą drogę formowania się, której zakończenia nawet jeszcze nie oznaczono, ponieważ codziennie odkrywane są nowe fakty, zmuszające do korygowania już ustalonych poglądów.
Ważnym kamieniem milowym na tej drodze stał się witalizm, teoria ciągłego, spontanicznego generowania życia. Zgodnie z jej postanowieniami myszy pojawiały się w starych szmatach, robaki – w gnijących resztkach jedzenia. Witalizm dominował w nauce aż do eksperymentów Ludwika Pasteura w 1860 r., kiedy udowodnił on niemożność samoistnego powstania żywych organizmów. Wyniki wywołały paradoksalne zdarzenia: wzmocniły wiarę w boską zasadę i zmusiły naukowców do poszukiwania dowodów na to, co niedawno obalili. Nauka starała się wyjaśnić, że niezależne powstanie życia miało miejsce bardzo dawno temu i odbywało się etapami, trwającymi miliony lat.
Synteza węgli
Sytuacja wydawała się beznadziejna, dopóki w 1864 roku A.M. Butlerow nie dokonał ważnego odkrycia.
Udało mu się uzyskać (węgiel) z substancji nieorganicznej (w jego eksperymencie był to formaldehyd). Uzyskane dane zniszczyły imponujący mur, który do tej pory oddzielał żywe organizmy od świata martwej materii. Z biegiem czasu naukowcom udało się uzyskać inne warianty substancji organicznych z substancji nieorganicznych. Od tego momentu zaczęły się kształtować nowoczesne idee dotyczące pochodzenia życia. Wchłonęli dane nie tylko z biologii, ale także z kosmologii i fizyki.
Konsekwencje Wielkiego Wybuchu
Teorie pochodzenia życia obejmują ogromny okres: naukowcy znajdują pierwsze warunki wstępne dla przyszłego formowania się organizmów nawet we wczesnych stadiach narodzin Wszechświata. Współczesna fizyka liczy istnienie świata od Wielkiego Wybuchu, kiedy to prawie wszystko powstało z niczego. W gwałtownie rozszerzającym się i stygnącym Wszechświecie powstały najpierw atomy i cząsteczki, następnie zaczęły się one łączyć, tworząc pierwszą generację gwiazd. Stały się one miejscem powstania większości znanych dziś nauce pierwiastków. Nowe atomy wypełniły przestrzeń po eksplozjach gwiazd i stały się podstawą dla obiektów następnej generacji, w tym naszego Słońca. Współczesne dane sugerują, że pierwszy mógł pojawić się w obłokach protoplanetarnych otaczających nowe gwiazdy. Wkrótce powstały z nich planety. Okazuje się, że pierwsze etapy powstawania życia na Ziemi miały miejsce jeszcze przed jego powstaniem.
Cykle autokatalityczne
Procesom zachodzącym na Błękitnej Planecie w jej „dziecięcych latach” sprzyjały substancje tworzące jej wnętrze i pochodzące z kosmosu w postaci meteorytów. Hipotezy pochodzenia życia Jednym z ważnych fundamentów powstania materii organicznej na Ziemi są katalizatory reakcji chemicznych, które przybyły tutaj z fragmentami tych „kosmitów”. Doprowadziły one do tego, że najszybsze procesy zaczęły odgrywać przytłaczającą rolę w powstawaniu nowych substancji na planecie.
Kolejnym krokiem są cykle autokatalityczne. W procesach takich powstają substancje, które zwiększają szybkość reakcji, a także odnawiają substrat - pierwiastki, które wchodzą w interakcje. W ten sposób cykl się zamknął: procesy same się przyspieszyły i „ugotowały” sobie jedzenie, czyli substancje, które ponownie przereagowały, ponownie się katalizując i ponownie tworząc substrat i tak dalej.
Wątpienie
Współczesne poglądy na temat pochodzenia życia od dawna zawierają sprzeczne opinie. Przeszkodą jest problem z kurą i jajkiem. Co powstało pierwsze: białka, które przeprowadzają wszystkie procesy w komórce, czyli DNA, które określa strukturę tych białek, przechowując wszystkie informacje dziedziczne. Te pierwsze są niezbędne organizmowi, gdyż przyczyniają się do samoutrzymania organizmu, bez którego życie jest niemożliwe. DNA zawiera zapis struktury komórki, który również determinuje żywotność. Zdania naukowców były podzielone i odpowiedzi na to pytanie nie było aż do momentu, gdy okazało się, że nie DNA, a RNA, trzecia klasa związków organicznych, której zwykle przypisywano drugorzędną rolę w teorii pochodzenia życia, działa jako repozytorium dziedzicznych informacji w wirusach.
świat RNA
Stopniowo fakty zaczęły się gromadzić, aw latach 80. ubiegłego wieku pojawiły się dane, które obaliły wyobrażenia o początkowych etapach powstawania żywej materii. Odkryto rybozymy, cząsteczki RNA, które mają zdolność, w szczególności białek, do katalizowania reakcji. Pierwsze formy życia mogły zatem powstać bez udziału białek i DNA. W nich funkcję przechowywania informacji, a także całą pracę wewnętrzną, pełnił RNA. Życie na Ziemi wywodzi się teraz z protoorganizmów, które są cyklami autokatalitycznymi złożonymi z samoreplikujących się rybozymów. Teorię nazwano „Światem RNA”.
koacerwaty
Dziś trudno sobie wyobrazić życie z tamtego okresu, gdyż nie miał on jednej ważnej cechy – muszli czy bordiury. W rzeczywistości był to roztwór zawierający cykle autokatalityczne z RNA. Problem braku granic niezbędnych do prawidłowego przebiegu procesów rozwiązano metodami improwizowanymi. Protoorganizmy znalazły schronienie w pobliżu minerałów zeolitowych, które miały strukturę sieciową sieci krystalicznej. Ich powierzchnia była w stanie katalizować tworzenie łańcuchów RNA i nadawać im określoną konfigurację.
Dalej - więcej: na scenie pojawiają się koacerwaty lub krople wodno-lipidowe. Hipotezy zarówno ostatnich czasów, jak i współczesności opierają się w dużej mierze na teorii A.I. Oparina, który badał właściwości takich formacji. Koacerwaty to krople roztworu zamknięte w otoczce tłuszczów (lipidów). Ich błony charakteryzują się również zdolnością do przeprowadzania metabolizmu. Niektóre z nich najwyraźniej łączyły się z łańcuchami samoreplikującego się RNA, w tym z tymi, które same katalizują syntezę lipidów. W ten sposób powstały nowe formy życia, które pokonały drogę od poziomu przedorganizmowego do właściwego organizmu. Możliwość takich formacji została potwierdzona całkiem niedawno: naukowcy potwierdzili eksperymentalnie zdolność RNA w połączeniu z jonami wapnia do przyczepiania się do błon lipidowych i regulowania ich przepuszczalności.
Wykwalifikowani pomocnicy
Początkiem życia na kolejnym etapie był proces doskonalenia funkcji powstałych organizmów. RNA nabył zdolność katalizowania syntezy polimerów aminokwasów, początkowo dość prostej. Ukoronowaniem nowego mechanizmu była zdolność do syntezy białek. Powstałe formacje radziły sobie z procesami biologicznymi kilkakrotnie skuteczniej niż rybozymy.
Początkowo synteza peptydów nie była uporządkowana. Proces przebiegał „przypadkowo”, pozostawiając przypadkowi kierunek kolejności aminokwasów w nowych łańcuchach. Z czasem dokładne kopiowanie utrwaliło się, ponieważ to właśnie ono przyczyniło się do większej stabilności całego systemu. W ten sposób pojawiła się możliwość syntezy pewnych białek o niezbędnych funkcjach.
Doskonałość
Szlifowanie zdolności do syntezy niezbędnych białek następowało stopniowo. Pierwszym krokiem było pojawienie się specjalnego typu RNA, który mógł łączyć aminokwasy. Następnej fazie towarzyszyła konstrukcja procesu powstawania cząsteczek peptydów za pomocą zasad ułożonych w określonej kolejności. Sekwencja została ustawiona przez matrycę RNA. Skorelowanie „instrukcji” informacyjnego RNA z elementami przyszłych białek zostało podjęte przez nowy typ RNA, zwany transportem. Oprócz funkcji informacyjnej do dziś jest ważną częścią syntezy peptydów.
DNA
Komplikacje organizmów podążały dalej ścieżką ulepszania sposobów przechowywania informacji. Przyjmuje się, że pierwotnie DNA było jedną z faz cyklu życiowego kolonii RNA. Miała bardziej stabilną strukturę. Jego stopień ochrony informacji był o rząd wielkości wyższy, więc po pewnym, dość długim czasie, DNA stało się głównym repozytorium kodu genetycznego.
Jedną z właściwości nowej formacji, która kiedyś nie pozwalała na umieszczenie DNA na czele teorii pochodzenia życia, jest niezdolność do podejmowania aktywnych działań. Stał się swego rodzaju zapłatą za ulepszone funkcje przechowywania informacji. Całą „pracę” pozostawiono białkom i RNA.
Symbioza
Współczesne poglądy na temat pochodzenia życia nie uznają za przodka organizmu zamkniętego i odgrodzonego od reszty. Naukowcy bardziej opowiadają się za założeniem, że we wczesnych stadiach istniały zbiorowiska mikroskopijnych podobieństw komórek pełniących różne funkcje. Taką symbiozę nietrudno dziś znaleźć w przyrodzie. Najprostszym przykładem są maty sinicowe, które są zarówno zbiorowiskiem mikroorganizmów, jak i jedną całością żywą istotą.
Biologia na obecnym etapie swojego rozwoju widzi proces charakteryzujący się nie ciągłą walką i współzawodnictwem, ale raczej coraz większym gromadzeniem się pewnych różnorodnych struktur, które ostatecznie doprowadziły do pojawienia się żywej komórki, tak jak ją sobie dzisiaj wyobrażamy.
Uogólnienie
Podsumowując, możemy pokrótce wymienić wszystkie etapy powstawania życia, które według współczesnych teorii wydają się być najbardziej prawdopodobną wersją pojawienia się i rozwoju organizmów na Ziemi:
Powstawanie pierwotnych związków organicznych w obłokach protoplanetarnych.
Stopniowe wysuwanie się na pierwszy plan reakcji samoprzyspieszających i cykli autokatalitycznych.
Pojawienie się cykli autokatalitycznych składających się z RNA.
Połączenie RNA i błon lipidowych.
Nabycie zdolności RNA do syntezy białek.
Pojawienie się DNA i jego ustanowienie jako głównego repozytorium informacji.
Powstanie pierwszych organizmów jednokomórkowych opartych na symbiozie.
Zrozumienie procesów, które doprowadziły do powstania życia, jest wciąż niedoskonałe. Naukowcy mają wiele pytań. Nie wiadomo dokładnie, jak powstał RNA, wiele faz pośrednich pozostaje tylko teoretycznymi. Jednak codziennie przeprowadzane są nowe eksperymenty, testowane są fakty i hipotezy. Można śmiało powiedzieć, że nasze stulecie przyniesie światu znacznie więcej odkryć związanych z epoką prehistoryczną.
