Hlavné hypotézy vzniku života na Zemi.
Biochemická evolúcia
Medzi astronómami, geológmi a biológmi sa všeobecne uznáva, že vek Zeme je približne 4,5 - 5 miliárd rokov.
Podľa mnohých biológov bol stav našej planéty v minulosti málo podobný tomu súčasnému: pravdepodobne teplota na povrchu bola veľmi vysoká (4000 - 8000 °C), a keď sa Zem ochladzovala, kondenzoval uhlík a žiaruvzdornejšie kovy. vytvoril zemskú kôru; povrch planéty bol pravdepodobne holý a nerovný, keďže v dôsledku sopečnej činnosti sa na ňom vytvorili posuny a zmrštenia kôry spôsobené ochladzovaním, záhyby a trhliny.
Predpokladá sa, že gravitačné pole stále nedostatočne hustej planéty nedokázalo udržať ľahké plyny: vodík, kyslík, dusík, hélium a argón a opustili atmosféru. Ale jednoduché zlúčeniny obsahujúce okrem iného tieto prvky (voda, amoniak, CO2 a metán). Kým teplota Zeme neklesla pod 100°C, všetka voda bola v parnom stave. Absencia kyslíka bola zrejme nevyhnutnou podmienkou pre vznik života; ako ukazujú laboratórne pokusy, organické látky (základ života) sa oveľa ľahšie tvoria v atmosfére chudobnej na kyslík.
V roku 1923 A.I. Oparin na základe teoretických úvah vyslovil názor, že z jednoduchších zlúčenín by v oceáne mohli vzniknúť organické látky, prípadne uhľovodíky. Energiu pre tieto procesy dodávalo intenzívne slnečné žiarenie, hlavne ultrafialové žiarenie, ktoré dopadlo na Zem skôr, ako sa vytvorila ozónová vrstva, ktorá začala väčšinu zachytávať. Podľa Oparina rozmanitosť jednoduchých zlúčenín nachádzajúcich sa v oceánoch, povrch Zeme, dostupnosť energie a časové škály naznačujú, že organická hmota sa postupne hromadila v oceánoch a vytvárala „prvotnú polievku“, v ktorej mohol život vznikajú.
Je nemožné pochopiť pôvod človeka bez pochopenia pôvodu života. A pochopiť pôvod života je možné iba pochopením pôvodu vesmíru.
Najprv sa ozval veľký tresk. Táto explózia energie sa odohrala pred pätnástimi miliardami rokov.
Evolúciu si možno predstaviť ako Eiffelovu vežu. Na základni - energia, nad - hmota, planéty, potom život. A nakoniec úplne hore - človek, najkomplexnejšie a posledné zviera, ktoré sa objavilo.
Priebeh evolúcie:
Pred 15 miliardami rokov: zrodenie vesmíru;
Pred 5 miliardami rokov: zrod slnečnej sústavy;
Pred 4 miliardami rokov: zrod Zeme;
Pred 3 miliardami rokov: prvé stopy života na Zemi;
Pred 500 miliónmi rokov: prvé stavovce;
200 Ma: Prvé cicavce;
Pred 70 miliónmi rokov: prvé primáty.
Podľa tejto hypotézy navrhnutej v roku 1865. nemeckým vedcom G. Richterom a nakoniec sformulovaný švédskym vedcom Arrheniusom v roku 1895, by mohol byť na Zem prinesený život z vesmíru. Najpravdepodobnejší zásah živých organizmov mimozemského pôvodu meteoritmi a kozmickým prachom. Tento predpoklad je založený na údajoch o vysokej odolnosti niektorých organizmov a ich spór voči žiareniu, vysokému vákuu, nízkym teplotám a iným vplyvom.
V roku 1969 bol v Austrálii nájdený Murchisonov meteorit. Obsahoval 70 neporušených aminokyselín, z ktorých osem je súčasťou ľudského proteínu!
Mnohí vedci by mohli tvrdiť, že veveričky, ktoré skameneli pri opätovnom vstupe do atmosféry, boli mŕtve. Nedávno bol však objavený prión, bielkovina, ktorá znesie veľmi vysoké teploty. Prión je silnejší ako vírus a je schopný prenášať chorobu oveľa rýchlejšie. Podľa teórie panspermie človek nejakým spôsobom pochádza z vírusu mimozemského pôvodu, ktorý zasiahol opice, ktoré v dôsledku toho zmutovali.
Teória spontánneho generovania života
Táto teória sa šírila v starovekej Číne, Babylone a Egypte ako alternatíva ku kreacionizmu, s ktorým koexistovala.
Aristoteles (384-322 pred n. l.), často oslavovaný ako zakladateľ biológie, zastával teóriu spontánneho vytvárania života. Na základe vlastných pozorovaní rozvinul túto teóriu ďalej a spojil všetky organizmy do súvislého radu – „rebríka prírody“. „Príroda totiž prechádza od neživých predmetov k zvieratám s takou hladkou postupnosťou, pričom medzi ne umiestňuje stvorenia, ktoré žijú, hoci nie sú zvieratami, že medzi susednými skupinami, kvôli ich tesnej blízkosti, možno len ťažko postrehnúť rozdiely“ (Aristoteles) .
Podľa Aristotelovej hypotézy o samovoľnom vytváraní určité „častice“ hmoty obsahujú akýsi „aktívny princíp“, ktorý za vhodných podmienok dokáže vytvoriť živý organizmus. Aristoteles mal pravdu, keď si myslel, že táto účinná látka je obsiahnutá v oplodnenom vajíčku, ale mylne sa domnieval, že je prítomná aj v slnečnom svetle, blate a hnijúcom mäse.
„Toto sú fakty – živé veci môžu vzniknúť nielen párením zvierat, ale aj rozkladom pôdy. To isté platí pre rastliny: niektoré sa vyvíjajú zo semien, zatiaľ čo iné sa spontánne vytvárajú pôsobením celej prírody, vznikajúce z rozkladajúcej sa zeme alebo určitých častí rastlín “(Aristoteles).
S šírením kresťanstva sa teória spontánneho vzniku života nectila: uznávali ju len tí, ktorí verili v čarodejníctvo a uctievali zlých duchov, no táto myšlienka existovala kdesi v pozadí ešte mnoho storočí.
Teória ustáleného stavu
Podľa tejto teórie Zem nikdy nevznikla, ale existovala navždy, vždy je schopná podporovať život, a ak sa zmenila, tak len veľmi málo. Druhy tiež vždy existovali.
Odhady veku Zeme sa značne líšili, od približne 6 000 rokov podľa výpočtov arcibiskupa Usshera až po 5 000 106 rokov podľa moderných odhadov založených na rýchlosti rádioaktívneho rozpadu. Vylepšené metódy datovania poskytujú čoraz vyššie odhady veku Zeme, čo umožňuje zástancom teórie ustáleného stavu veriť, že Zem existuje navždy. Podľa tejto teórie druhy tiež nikdy nevznikli, vždy existovali a každý druh má len dve alternatívy – buď zmenu počtu alebo vyhynutie.
Zástancovia tejto teórie neuznávajú, že prítomnosť alebo neprítomnosť určitých fosílnych pozostatkov môže naznačovať čas objavenia sa alebo vyhynutia určitého druhu a ako príklad uvádzajú zástupcu laločnatých rýb – coelacantha. Zástancovia teórie ustáleného stavu tvrdia, že iba štúdiom živých druhov a ich porovnaním s fosílnymi pozostatkami možno dospieť k záveru o vyhynutí a v tomto prípade je veľmi pravdepodobné, že sa to ukáže ako nesprávne. Používajúc paleontologické údaje na potvrdenie teórie ustáleného stavu, jej niekoľko priaznivcov interpretuje výskyt fosílií v ekologickom aspekte (nárast početnosti, migrácia na miesta priaznivé pre zachovanie pozostatkov atď.). Veľká časť argumentov v prospech tejto teórie súvisí s nejasnými aspektmi evolúcie, ako je význam medzier vo fosílnych záznamoch, a v tomto smere bola najprepracovanejšia.
kreacionizmus
Kreacionizmus (lat. sgea – tvorba). Podľa tohto konceptu je život a všetky druhy živých bytostí obývajúcich Zem výsledkom tvorivého aktu vyššej bytosti v určitom konkrétnom čase. Hlavné ustanovenia kreacionizmu sú uvedené v Biblii, v Knihe Genezis. Proces božského stvorenia sveta je chápaný tak, že prebehol len raz, a preto je neprístupný pozorovaniu. To stačí na to, aby sa celý koncept božského stvorenia vymanil z rozsahu vedeckého výskumu. Veda sa zaoberá iba pozorovateľnými javmi, a preto nikdy nebude môcť tento koncept dokázať ani zamietnuť.
Teória pôvodu vody človeka
Hovorí: človek prišiel priamo z vody. Tie. kedysi sme boli niečo ako morské primáty alebo humanoidné ryby.
"Teóriu vody" ľudského pôvodu predložil Alistair Hardy (1960) a vyvinula ju Elaine Morgan. Potom túto myšlienku odvysielali mnohí popularizátori, napríklad Jan Lindblad a legendárny ponorkár Jacques Maillol. Podľa Hardyho a Morgana bol jedným z našich predkov miocénny ľudoop z rodiny prokonzulov, ktorý žil vo vode mnoho miliónov rokov, kým sa stal suchozemským.
V prospech pôvodu „vodnej opice“ sa uvádzajú tieto ľudské črty:
1. Schopnosť zadržať dych, apnoe (aj počas vokalizácie) robí z človeka potápača.
2. Práca so šikovnými kefami a používanie nástrojov je podobné správaniu mývala a morskej vydry.
3. Pri brodení vodných plôch stoja primáty na zadných končatinách. Semi-vodný životný štýl prispel k rozvoju bipedálnej lokomócie.
4. Strata srsti a tvorba podkožného tuku (u ľudí je normálne hrubší ako u iných primátov) sú charakteristické pre vodné cicavce.
5. Veľké prsia pomohli udržať telo vo vode a zahriať srdce.
6. Vlasy na hlave pomohli udržať dieťa.
7. Predĺžená noha pomáhala plávať.
8. Medzi prstami je kožný záhyb.
9. Zvrásnením nosa si človek môže zavrieť nozdry (opice - nie)
10. Ľudské ucho prijíma menej vody.
A ak sa napríklad novorodenec hneď po opustení matkinho lona vloží do vody, bude sa cítiť skvele. Plávať už vie. Veď na to, aby novorodenec prešiel zo štádia ryby do štádia vzduchom dýchajúceho cicavca, ho treba potľapkať po chrbte.
Pred 50 miliónmi rokov sa delfíny vynorili z vody a stali sa suchozemskými zvieratami. A potom sa z neznámych dôvodov rozhodli vrátiť do vody. Musíme len nasledovať ich príklad.
Transformizmus
V roku 1815 ho nominoval Jean-Baptiste Lamarck
Zmeny vo vonkajšom prostredí majú za následok zmenu buniek.
Porucha prinútila (!!) prvých prehistorických ľudí žiť v savane bez stromov. Už nemohli liezť na stromy, aby unikli pred predátormi. Ľudia boli nútení postaviť sa na zadné, aby vo vysokej tráve z diaľky videli nepriateľa. Ľudia, ktorí sa neustále báli útoku, sa vzpriamili a zmenili sa zo „zvierat žijúcich väčšinou na stromoch a niekedy vzpriamených“ na „vzpriamené zvieratá, ktoré niekedy hľadia na stromy“.
Použitie dolných končatín uvoľnilo horné labky, teraz bolo možné držať palicu v rukách a používať ju ako zbraň.
Bipedalizmus otvoril éru ďalších zmien, najmä v kostre, panva sa stala košom pre vnútorné strany. Predtým bolo spojenie chrbtice a lebky horizontálne. Teraz sa stala vertikálnou a objem lebky sa zväčšil, pretože miecha už do nej nezasahuje.
Za 2 milióny rokov narastie objem mozgu zo 450 na 1000 kubických centimetrov, potom z 1000 na dnešných 1450.
Vlna nám už takmer nezostala. Vlna bola potrebná, aby sa bábätká mohli prilepiť na brucho svojej matky. To sa stalo zbytočným, keď matky mohli vziať svoje deti na ruky. A vlna bola ponechaná na vrchu lebky, aby bola chránená pred slnkom. Nad oči (obočie) ochrana pred dažďom.
Rozdiel od darwinizmu je v tom, že darvinisti veria, že ľudia sú zvieratá, ktoré náhodou mali gén, ktorý im umožnil postaviť sa na zadné nohy. A Lamarckovci veria, že každé zviera, ak je to potrebné, dokáže transformovať svoje gény.
Lamarckove nápady dávajú každému nádej na to najlepšie. A Darwin, ak ste zástupcom nie práve najúspešnejšieho druhu, vám nenecháva šancu.
Ľudské embryo, ktoré sa vyvíja do 9 mesiacov, prežije celú históriu svojho druhu.
12-dňové embryo pripomínalo maličkého podlhovastého červa s veľkými očami. Vyzerá ako rybie embryo.
Keď má ľudské embryo tridsaťjeden dní, vyzerá ako jašterica, v 9. týždni ako mláďa rejska, v 18. týždni sa nelíši od embrya opice.
darvinizmus
Materialistická teória evolúcie (historického vývoja) organického sveta Zeme, založená na názoroch Charlesa Darwina.
Dva hlavné motory evolúcie. Prvým je náhoda, druhým výber druhu. Príroda vykonala tisíce experimentov súčasne. A prirodzený výber potom eliminuje tých najmenej vhodných.
Obraz histórie ľudských predkov.
Pred 70 miliónmi rokov: Výskyt prvých primátov. Boli hmyzožravé a veľmi podobné piskorom.
pred 40 miliónmi rokov; vzhľad prvých lemurov.Tieto zvieratá už mali črty charakteristické pre ľudí: vyčnievajúci palec, ostré nechty a plochú tvár. Palec, sklonený k dlani, vám umožňuje uchopiť predmety a použiť ich ako nástroje. Ploché nechty namiesto pazúrov umožňujú zaťať päsť. Ako prví mali ruku lemury.Vďaka plochým tváram začali lemury vidieť objemovo. Zvieratá, ktorých oči sú umiestnené po stranách papule, nedokážu určiť vzdialenosť a rozlíšiť reliéf. Ulemurovova papuľa prestala byť predĺžená a jeho oči boli v rovnakej rovine. Lemury získali schopnosť vidieť svet v troch rozmeroch.
Pred 20 miliónmi rokov boli lemury predbehnuté ľudoopmi, ich oveľa obratnejšími zmutovanými bratrancami.
Asi pred 4,4 až 2,8 miliónmi rokov sa objavuje vetva opíc Australopithecus, z ktorej sa neskôr vyvinuli ľudia. Človek sa v dôsledku klimatických zmien zmenil od gorily či šimpanza. Opice obývali východnú Afriku, kde došlo k zemetraseniu, ktoré vyvolalo prielom v pôde, takzvanú trhlinu. Porucha spôsobila vznik troch špeciálnych klimatických pásiem: pásmo hustých lesov, hornaté pásmo a pásmo savany s riedkou vegetáciou. V hustých lesoch prežili len predkovia šimpanzov, v horách predkovia goríl a v pásme saván s riedkou vegetáciou Australopithecus, teda naši predkovia.
Hlavným rozdielom medzi australopitekom a prehistorickou gorilou či šimpanzom bolo zmiznutie chvosta, ktorý bol potrebný na udržanie rovnováhy pri preskakovaní z konára na konár. Dotknite sa kostrče. Ten zbytočný pahýľ chvosta na chrbte je posledným znakom opice, ktorou bol človek pred trhlinou.
Neprítomnosť chvosta nie je jediným rozdielom medzi človekom a opicou. Trup sa postupne narovnal, objem lebky sa zväčšil, tvár sa sploštila a človek získal stereoskopické videnie. Nezabúdajme na zníženie hrtana. Predtým primáty vydávali len chrčanie, pričom sklopením hrtana sa značne rozšíril rozsah zvukov.Zmizli ochlpenia, predĺžilo sa obdobie detstva, teda predĺžil sa čas na učenie detí.Vznikali zložitejšie sociálne vzťahy.
A tu je, Homo sapiens, teda my. Jedna z dokonalých foriem stvorenia prírody.
Poznáte pôvod života?
3. Aký je základný princíp vedeckej metódy?
Problém vzniku života na našej planéte je jedným z ťažiskových v modernej prírodnej vede. Od staroveku sa ľudia snažili nájsť odpoveď na túto otázku.
Kreacionizmus (lat, sgeatio – tvorba).
V rôznych časoch mali rôzne národy svoje vlastné predstavy o pôvode života. Odrážajú sa v posvätných knihách rôznych náboženstiev, ktoré vysvetľujú vznik života ako akt Stvoriteľa (vôľa Božia). Hypotézu o božskom pôvode živých vecí možno prijať iba na základe viery, pretože ju nemožno experimentálne overiť ani vyvrátiť. Nedá sa to preto zvážiť vedecký uhly pohľadu.
Hypotéza spontánneho vzniku života.
Od staroveku do polovice 17. storočia. vedci nepochybovali o možnosti spontánneho generovania života. Verilo sa, že živé bytosti sa môžu objaviť z neživej hmoty, napríklad ryby - z bahna, červy - z pôdy, myši - z handier, múch - zo zhnitého mäsa, a tiež, že niektoré formy môžu viesť k vzniku iných, napr. z ovocia sa môžu vytvárať aj zvieratá (pozri s. 343).
Veľký Aristoteles, ktorý študoval úhory, zistil, že medzi nimi nie sú žiadni jedinci s kaviárom alebo mliekom. Na základe toho navrhol, že úhory sa rodia z „klobásov“ bahna, ktoré vzniká trením dospelej ryby o dno.
Prvú ranu konceptu spontánneho generovania priniesol pokusy talianskej vedkyne Francescy Redi, ktorá v roku 1668 dokázala nemožnosť spontánneho generovania múch v hnijúcom mäse.
Napriek tomu myšlienky spontánneho generovania života pretrvali až do polovice 19. storočia. Až v roku 1862 francúzsky vedec Louis Pasteur definitívne vyvrátil hypotézu spontánneho vytvárania života.
Diela Majstra umožnili potvrdiť, že zásada „Všetko živé - zo živých vecí“ platí pre všetkých známych organizmov na našej planéte, ale nevyriešili otázku vzniku života.
Panspermia hypotéza.
Dôkaz o nemožnosti spontánneho generovania života vyvolal ďalší problém. Ak je na vznik živého organizmu potrebný ďalší živý organizmus, odkiaľ sa potom vzal prvý živý organizmus? To dalo podnet na vznik hypotézy panspermie, ktorá mala a má mnoho priaznivcov, aj medzi poprednými vedcami, ktorí veria, že život po prvýkrát nevznikol na Zemi, ale bol na našu planétu nejakým spôsobom zavlečený.
Hypotéza panspermie sa však len pokúša vysvetliť vznik života na Zemi. Neodpovedá na otázku, ako sa začal život.
Popieranie faktu spontánneho vytvárania života v súčasnosti nie je v rozpore s predstavami o zásadnej možnosti rozvoja života v minulosti z anorganickej hmoty.
Hypotéza biochemickej evolúcie.
V 20. rokoch 20. storočia ruský vedec A. I. Oparin a Angličan J. Haldane predložili hypotézu o vzniku života v procese biochemického evolúcie zlúčeniny uhlíka, ktoré tvorili základ moderných myšlienok.
V roku 1924 AI Oparin zverejnil hlavné ustanovenia svojej hypotézy o pôvode života na Zemi. Vychádzal z toho, že v moderných podmienkach je vznik živých bytostí z neživej prírody nemožný. Abiogénny (t.j. bez účasti živých organizmov) vznik živej hmoty bol možný len v podmienkach dávnej atmosféry a absencie živých organizmov.
Podľa A. I. Oparina v primárnej atmosfére planéty, nasýtenej rôznymi plynmi, so silnými elektrickými výbojmi, ako aj pod vplyvom ultrafialového žiarenia (v atmosfére nebol kyslík, a preto neexistovala ochranná ozónová clona). , atmosféra sa zmenšovala) a mohli sa vytvárať organické zlúčeniny s vysokou radiáciou, ktoré sa nahromadili v oceáne a vytvorili „prvotnú polievku“.
Je známe, že v koncentrovaných roztokoch organických látok (bielkoviny, nukleové kyseliny, lipidy) za určitých podmienok sa môžu vytvárať zrazeniny nazývané koacervátové kvapky alebo koacerváty. Koacerváty sa nerozkladali v redukčnej atmosfére. Z roztoku dostávali chemikálie, syntetizovali nové zlúčeniny, v dôsledku čoho rástli a boli zložitejšie.
Koacerváty sa už podobali živým organizmom, ale ešte nimi neboli, pretože nemali usporiadanú vnútornú štruktúru inherentnú živým organizmom a neboli schopné sa reprodukovať. Proteínové koacerváty považovali A.I., Oparin za probionty – prekurzory živého organizmu. Predpokladal, že v určitom štádiu proteínové probionty zahŕňajú nukleové kyseliny, vytvárajúce jednotlivé komplexy.
Interakcia proteínov a nukleových kyselín viedla k vzniku takých živých vlastností, ako je samoreprodukcia, zachovanie dedičnej informácie a jej prenos do ďalších generácií.
Za primitívne probunky už možno považovať probionty, u ktorých sa spájal metabolizmus so schopnosťou samých reprodukcie.
V roku 1929 vyslovil hypotézu o abiogénnom pôvode života aj anglický vedec J. Haldane, podľa jeho názoru však primárnym nebol koarcervátny systém schopný vymieňať si látky s okolím, ale makromolekulárny systém schopný samo- reprodukcie. Inými slovami, A. I. Oparin dal prednosť proteínom a J. Haldane - nukleovým kyselinám.
Oparin-Holdeinova hypotéza si získala mnoho priaznivcov, pretože získala experimentálne potvrdenie možnosti abiogénnej syntézy organických biopolymérov.
V roku 1953 americký vedec Stanley Miller v inštalácii, ktorú vytvoril (obr. 141), simuloval podmienky, ktoré pravdepodobne existovali v primárnej atmosfére Zeme. Ako výsledok experimentov sa získali aminokyseliny. Podobné experimenty sa mnohokrát opakovali v rôznych laboratóriách a umožnili dokázať zásadnú možnosť syntézy prakticky všetkých monomérov hlavných biopolymérov za takýchto podmienok. Následne sa zistilo, že za určitých podmienok je možné z monomérov syntetizovať zložitejšie organické biopolyméry: polypeptidy, polynukleotidy, polysacharidy a lipidy.
No Oparin-Haldaneova hypotéza má aj slabú stránku, na ktorú poukazujú jej odporcovia. V rámci tejto hypotézy nie je možné vysvetliť hlavný problém: ako došlo ku kvalitatívnemu skoku od neživého k živému. Na samoreprodukciu nukleových kyselín sú skutočne potrebné enzýmové proteíny a na syntézu proteínov nukleové kyseliny.
Kreacionizmus. Spontánna generácia. Panspermia hypotéza. Hypotéza biochemickej evolúcie. Koacerváty. Probionty.
1. Prečo nemožno ani potvrdiť, ani vyvrátiť predstavu o božskom pôvode života?
2. Aké sú hlavné ustanovenia Oparin-Haldaneovej hypotézy?
3. Aké experimentálne dôkazy možno uviesť v prospech tejto hypotézy?
4. Aký je rozdiel medzi hypotézou A. I. Oparina a hypotézou J. Haldana?
5. Aké argumenty uvádzajú oponenti, keď kritizujú Oparin-Haldaneovu hypotézu?
Uveďte možné argumenty „za“ a „proti“ hypotéze panspermie.
Ch. Darwin v roku 1871 napísal: „Ale teraz... v nejakom teplom rezervoári obsahujúcom všetky potrebné amónne a fosforové soli a prístupnom svetlu, teplu, elektrine atď., proteín schopný ďalších a zložitejších premien, potom by táto látka bola okamžite zničená alebo absorbovaná, čo v období pred vznikom živých bytostí nebolo možné.
Potvrdiť alebo vyvrátiť toto tvrdenie Charlesa Darwina.
Pri chápaní podstaty života a jeho pôvodu v kultúre ľudskej civilizácie oddávna existovali dve myšlienky – biogenéza a abiogenéza. Myšlienka biogenézy (pôvod živých vecí zo živých vecí) pochádza zo starovekých východných náboženských stavieb, pre ktoré bola spoločná myšlienka absencie začiatku a konca prírodných javov. Realita večného života pre tieto kultúry je logicky prijateľná, rovnako ako večnosť hmoty, Kozmu.
Alternatívna myšlienka – abiogenéza (vznik živých vecí z neživých vecí) siaha až do civilizácií, ktoré existovali dávno pred naším letopočtom v údoliach riek Tigris a Eufrat. Táto oblasť bola neustále vystavená záplavám a nie je prekvapujúce, že sa stala rodiskom katastrofy, ktorá ovplyvnila európsku civilizáciu prostredníctvom judaizmu a kresťanstva. Katastrofy akoby prerušovali spojenie, reťaz generácií, naznačujú jeho vznik, znovuobjavenie. V tejto súvislosti bola v európskej kultúre rozšírená viera v periodickú spontánnu tvorbu organizmu pod vplyvom prirodzených alebo nadprirodzených príčin.
Kamensky A. A., Kriksunov E. V., Pasechnik V. V. Biológia 10. ročník
Zaslané čitateľmi z webu
Problém života a žitia je predmetom štúdia mnohých prírodných disciplín, počnúc biológiou a končiac filozofiou, matematikou, ktorá uvažuje o abstraktných modeloch živého javu, ako aj fyzikou, ktorá definuje život z hľadiska fyzikálnych zákonov. .
Všetky ostatné konkrétnejšie problémy a otázky sa sústreďujú okolo tohto hlavného problému a vytvárajú sa aj filozofické zovšeobecnenia a závery.
V súlade s dvomi svetonázorovými pozíciami – materialistickou a idealistickou – sa už v antickej filozofii formovali protichodné koncepcie pôvodu života: kreacionizmus a materialistická teória pôvodu organické od anorganického.
Podporovatelia kreacionizmus tvrdia, že život vznikol ako výsledok aktu božského stvorenia, čoho dôkazom je prítomnosť špeciálnej sily, ktorá riadi všetky biologické procesy v živých organizmoch.
Zástancovia pôvodu života z neživej prírody tvrdia, že organická príroda vznikla pôsobením prírodných zákonov. Neskôr sa tento koncept konkretizoval v myšlienke spontánneho generovania života.
Koncept spontánnej generácie, napriek omylu zohralo pozitívnu úlohu; experimenty určené na jej potvrdenie poskytli bohatý empirický materiál pre rozvíjajúcu sa biologickú vedu. K definitívnemu odmietnutiu myšlienky spontánnej generácie došlo až v 19.
V 19. storočí bol tiež predložený hypotéza večnej existencie života a jeho kozmický pôvod na Zemi. Predpokladalo sa, že život existuje vo vesmíre a cestuje z jednej planéty na druhú.
Na začiatku XX storočia. nápad kozmického pôvodu biologické systémy na Zemi a večnosť existencie života vo vesmíre vyvinul ruský akademik IN AND. Vernadského.
Hypotéza akademika A.I. Oparina
Zásadne novú hypotézu o vzniku života predložil akademik A.I. Oparin v knihe „Pôvod života“, publikované v roku 1924. Vyhlásil, že Rediho princíp, zavádzajúci monopol biotickej syntézy organických látok, platí len pre modernú éru existencie našej planéty. Na začiatku svojej existencie, keď bola Zem bez života, prebiehala na nej abiotická syntéza zlúčenín uhlíka a ich následná prebiologická evolúcia.
Podstata Oparinovej hypotézy je nasledovná: vznik života na Zemi je dlhý evolučný proces vzniku živej hmoty v hlbinách neživej hmoty. Stalo sa tak chemickou evolúciou, v dôsledku ktorej sa z anorganických látok pod vplyvom silných fyzikálnych a chemických procesov vytvorili najjednoduchšie organické látky.
Vznik života považoval za jediný prirodzený proces, ktorý pozostával z počiatočnej chemickej evolúcie prebiehajúcej v podmienkach ranej Zeme, ktorá postupne prešla na kvalitatívne novú úroveň – biochemickú evolúciu.
Vzhľadom na problém vzniku života biochemickou evolúciou Oparin rozlišuje tri štádiá prechodu z neživej hmoty na živú.
Prvou fázou je chemická evolúcia. Keď bola Zem ešte bez života (asi pred 4 miliardami rokov), abiotická syntéza zlúčenín uhlíka a ich následné prebiologická evolúcia.
Toto obdobie vývoja Zeme sa vyznačovalo početnými sopečnými erupciami s uvoľnením obrovského množstva rozžeravenej lávy. Ako sa planéta ochladzovala, vodná para v atmosfére kondenzovala a padala na Zem v lejakoch a vytvárala obrovské vodné plochy (primárny oceán). Tieto procesy pokračovali mnoho miliónov rokov. Vo vodách primárneho oceánu boli rozpustené rôzne anorganické soli. Okrem toho sa do oceánu dostali aj rôzne organické zlúčeniny, ktoré neustále vznikajú v atmosfére vplyvom ultrafialového žiarenia, vysokej teploty a aktívnej sopečnej činnosti.
Koncentrácia organických zlúčenín sa neustále zvyšovala a nakoniec sa vody oceánu stali „ vývar»z látok podobných bielkovinám — peptidov.
Druhou fázou je vzhľad bielkovín. Ako sa podmienky na Zemi zmierňovali, vplyvom elektrických výbojov, tepelnej energie a ultrafialových lúčov na chemické zmesi primárneho oceánu sa vytvárali komplexné organické zlúčeniny - biopolyméry a nukleotidy, ktoré sa postupne spájali a stávali sa komplexnejšími. protobionti(predbunkoví predkovia živých organizmov). Výsledkom vývoja zložitých organických látok bol vzhľad koacerváty alebo koacervátové kvapky.
koacerváty- komplexy koloidných častíc, ktorých roztok je rozdelený na dve vrstvy: vrstvu bohatú na koloidné častice a kvapalinu takmer bez nich. Koacerváty mali schopnosť absorbovať rôzne látky rozpustené vo vodách primárneho oceánu. V dôsledku toho sa vnútorná štruktúra koacervátov zmenila v smere zvyšovania ich stability v neustále sa meniacich podmienkach.
Teória biochemickej evolúcie považuje koacerváty za prebiologické systémy, čo sú skupiny molekúl obklopených vodným obalom.
Takže napríklad koacerváty sú schopné absorbovať látky z prostredia, vzájomne pôsobiť, zväčšovať veľkosť atď. Na rozdiel od živých bytostí však koacervátové kvapky nie sú schopné samoreprodukcie a samoregulácie, preto ich nemožno klasifikovať ako biologické systémy.
Treťou etapou je formovanie schopnosti samoreprodukcie, vzhľad živej bunky. V tomto období začal pôsobiť prirodzený výber, t.j. v hmote kvapôčok koacervátov boli vybrané koacerváty najodolnejšie voči daným podmienkam prostredia. Výberový proces prebieha už mnoho miliónov rokov. Koacervátové kvapky, ktoré prežili, už mali schopnosť primárneho metabolizmu, hlavnej vlastnosti života.
Zároveň sa po dosiahnutí určitej veľkosti rodičovská kvapka rozpadla na detské kvapky, ktoré si zachovali vlastnosti rodičovskej štruktúry.
Môžeme teda hovoriť o získaní vlastnosti vlastnej výroby koacervátmi - jedného z najdôležitejších znakov života. V skutočnosti sa v tomto štádiu koacerváty stali najjednoduchšími živými organizmami.
Ďalší vývoj týchto prebiologických štruktúr bol možný len s komplikáciou metabolických procesov vo vnútri koacervátu.
Vnútorné prostredie koacervátu potrebovalo ochranu pred vplyvmi prostredia. Preto okolo koacervátov, bohatých na organické zlúčeniny, vznikli vrstvy lipidov, ktoré oddeľovali koacerváty od okolitého vodného média. V procese evolúcie sa lipidy transformovali do vonkajšej membrány, čo výrazne zvýšilo životaschopnosť a odolnosť organizmov.
Vzhľad membrány predurčil smer ďalšej biologickej evolúcie po ceste stále dokonalejšej autoregulácie, ktorá vyvrcholila vytvorením primárnej bunky, archecell. Bunka je elementárna biologická jednotka, štrukturálny a funkčný základ všetkých živých vecí. Bunky uskutočňujú nezávislý metabolizmus, sú schopné delenia a samoregulácie, t.j. majú všetky vlastnosti živých vecí. Tvorba nových buniek z nebunkového materiálu je nemožná, k reprodukcii buniek dochádza len v dôsledku delenia. Organický vývoj sa považuje za univerzálny proces tvorby buniek.
V štruktúre bunky sa nachádzajú: membrána, ktorá ohraničuje obsah bunky od vonkajšieho prostredia; cytoplazma, čo je fyziologický roztok s rozpustnými a suspendovanými enzýmami a molekulami RNA; jadro obsahujúce chromozómy, pozostávajúce z molekúl DNA a na ne naviazaných proteínov.
Preto za začiatok života treba považovať vznik stabilného samoreprodukujúceho sa organického systému (bunky) s konštantnou sekvenciou nukleotidov. Až po vzniku takýchto systémov môžeme hovoriť o začiatku biologickej evolúcie.
Možnosť abiogénnej syntézy biopolymérov bola experimentálne preukázaná v polovici 20. storočia. V roku 1953 americký vedec S. Miller modeloval prvotnú atmosféru Zeme a syntetizoval kyselinu octovú a mravčiu, močovinu a aminokyseliny prechodom elektrických nábojov cez zmes inertných plynov. Bolo teda preukázané, ako je možná syntéza komplexných organických zlúčenín pri pôsobení abiogénnych faktorov.
Napriek teoretickej a experimentálnej platnosti má Oparinov koncept silné aj slabé stránky.
Silnou stránkou konceptu je pomerne presné experimentálne zdôvodnenie chemickej evolúcie, podľa ktorej je vznik života prirodzeným výsledkom prebiologickej evolúcie hmoty.
Presvedčivým argumentom v prospech tohto konceptu je aj možnosť experimentálneho overenia jeho hlavných ustanovení.
Slabou stránkou konceptu je nemožnosť vysvetliť samotný moment skoku od zložitých organických zlúčenín k živým organizmom.
Jednu z verzií prechodu od prebiologickej k biologickej evolúcii ponúka nemecký vedec M. Eigen. Podľa jeho hypotézy sa vznik života vysvetľuje interakciou nukleových kyselín a bielkovín. Nukleové kyseliny sú nositeľmi genetickej informácie a proteíny slúžia ako katalyzátory chemických reakcií. Nukleové kyseliny sa samy reprodukujú a prenášajú informácie do bielkovín. Objaví sa uzavretý reťazec - hypercyklus, v ktorom sa procesy chemických reakcií samovoľne zrýchľujú v dôsledku prítomnosti katalyzátorov a preťaženia.
V hypercykloch reakčný produkt súčasne pôsobí ako katalyzátor aj počiatočný reaktant. Takéto reakcie sa nazývajú autokatalytické.
Synergetika je ďalšou teóriou, ktorá môže vysvetliť prechod od prebiologickej k biologickej evolúcii. Synergetikou objavené zákonitosti umožňujú objasniť mechanizmus vzniku organickej hmoty z anorganickej hmoty v zmysle samoorganizácie spontánnym vznikom nových štruktúr pri interakcii otvoreného systému s prostredím.
Poznámky k teórii vzniku života a vzniku biosféry
V modernej vede sa prijíma hypotéza abiogénneho (nebiologického) pôvodu života pod vplyvom prírodných príčin v dôsledku dlhého procesu kozmickej, geologickej a chemickej evolúcie – abiogenézy, ktorej základom bola hypotéza akademika A. I. Oparina. Koncept abiogenézy nevylučuje možnosť existencie života vo vesmíre a jeho kozmického pôvodu na Zemi.
Na základe moderných výdobytkov vedy však k hypotéze A.I. Oparin navrhuje nasledujúce objasnenia.
Na povrchu (alebo v jeho blízkosti) vody oceánu nemohol vzniknúť život, pretože v tých vzdialených časoch bol Mesiac oveľa bližšie k Zemi ako v súčasnosti. Prívalové vlny museli mať veľkú výšku, veľkú ničivú silu. Protobionti sa za týchto podmienok jednoducho nemohli vytvoriť.
Kvôli nedostatku ozónovej vrstvy pod vplyvom tvrdého ultrafialového žiarenia nemohli existovať ani protobionti. To naznačuje, že život by sa mohol objaviť iba vo vodnom stĺpci.
Kvôli špeciálnym podmienkam sa život mohol objaviť iba vo vode primárneho oceánu, ale nie na povrchu, ale na dne v tenkých filmoch organickej hmoty adsorbovanej povrchmi kryštálov pyritu a apatitu, zjavne v blízkosti geotermálnych zdrojov. Odvtedy sa zistilo, že organické zlúčeniny sa tvoria v produktoch sopečných erupcií a sopečná činnosť pod oceánom bola v staroveku veľmi aktívna. V starovekom oceáne nebol rozpustený kyslík schopný oxidovať organické zlúčeniny.
Dnes sa verí, že protobionty boli molekuly RNA, ale nie DNA, pretože bolo dokázané, že evolučný proces prešiel od RNA k proteínu a potom k vytvoreniu molekuly DNA, v ktorej boli väzby C-H silnejšie ako väzby C-OH. v RNA. Je však zrejmé, že molekuly RNA nemohli vzniknúť ako výsledok hladkého evolučného vývoja. Pravdepodobne došlo k skoku so všetkými znakmi samoorganizácie hmoty, ktorej mechanizmus v súčasnosti nie je jasný.
Primárna biosféra vo vodnom stĺpci bola pravdepodobne reprezentovaná bohatou funkčnou diverzitou. A prvý výskyt života by sa nemal vyskytnúť vo forme jedného typu organizmu, ale v celku organizmov. Mnohé primárne biocenózy sa mali objaviť okamžite. Pozostávali z najjednoduchších jednobunkových organizmov schopných vykonávať všetky funkcie živej hmoty v biosfére bez výnimky.
Tieto najjednoduchšie organizmy boli heterotrofy (živili sa hotovými organickými zlúčeninami), boli to prokaryoty (organizmy bez jadra), boli to anaeróby (využívali kvasnicovú fermentáciu ako zdroj energie).
Vďaka špeciálnym vlastnostiam uhlíka sa na tomto základe objavil život. Žiadne moderné údaje však neodporujú možnosti vzniku života nielen na uhlíkovej báze.
Niektoré budúce smery pre štúdium pôvodu života
V 21. storočí s cieľom objasniť problém pôvodu života výskumníci prejavujú zvýšený záujem o dva objekty - na Jupiterov mesiac otvorený v roku 1610 G. Galileo. Nachádza sa vo vzdialenosti 671 000 km od Zeme. Jeho priemer je 3100 km. Je pokrytá mnohými kilometrami ľadu. Pod pokrývkou ľadu je však oceán a možno si zachoval najjednoduchšie formy starovekého života.
Ďalší objekt - východné jazero, ktorá sa nazýva reliktná nádrž. Nachádza sa v Antarktíde pod štvorkilometrovou vrstvou ľadu. Naši výskumníci ho objavili v dôsledku hlbokomorských vrtov. V súčasnosti sa vyvíja medzinárodný program, ktorého cieľom je preniknúť do vôd tohto jazera bez narušenia jeho reliktnej čistoty. Je možné, že existujú reliktné organizmy staré niekoľko miliónov rokov.
Veľký záujem je aj o jaskyňa objavená v Rumunsku bez prístupu svetla. Keď vyvŕtali vchod do tejto jaskyne, zistili existenciu slepých živých organizmov, ako sú ploštice, ktoré sa živia mikroorganizmami. Tieto mikroorganizmy využívajú na svoju existenciu anorganické zlúčeniny obsahujúce sírovodík pochádzajúce z dna tejto jaskyne. V tejto jaskyni nie je svetlo, ale je tam voda.
Zvlášť zaujímavé sú mikroorganizmy, nedávno objavili americkí vedci v štúdii jedno zo soľných jazier. Tieto mikroorganizmy vykazujú výnimočnú odolnosť voči životnému prostrediu. Môžu žiť aj na čisto arzénovom médiu.
Veľkú pozornosť pútajú aj organizmy žijúce v takzvaných „čiernych fajčiaroch“ (obr. 2.1).
Ryža. 2.1. „Čierni fajčiari“ oceánskeho dna (prúdy horúcej vody sú znázornené šípkami)
„Čierni fajčiari“ sú početné hydrotermálne prieduchy fungujúce na dne oceánov, obmedzené na axiálne časti stredooceánskych chrbtov. Z toho do oceánov pod vysokým tlakom 250 atm. vstupuje vysoko mineralizovaná horúca voda (350 °C). Ich podiel na tepelnom toku Zeme je asi 20%.
Hydrotermálne oceánske prieduchy prenášajú rozpustené prvky z oceánskej kôry do oceánov, čím menia kôru a veľmi významne prispievajú k chemickému zloženiu oceánov. Spolu s cyklom tvorby oceánskej kôry na oceánskych chrbtoch a jej recykláciou do plášťa predstavuje hydrotermálna zmena dvojstupňový systém prenosu prvkov medzi plášťom a oceánmi. Oceánska kôra recyklovaná do plášťa je zrejme zodpovedná za časť nehomogenít plášťa.
Hydrotermálne prieduchy v stredooceánskych chrbtoch sú domovom nezvyčajných biologických spoločenstiev, ktoré získavajú svoju energiu z rozkladu hydrotermálnych tekutých zlúčenín (jet black).
V oceánskej kôre sa zjavne nachádzajú najhlbšie časti biosféry, ktoré dosahujú hĺbku 2500 m.
Hydrotermálne pramene významne prispievajú k tepelnej bilancii Zeme. Pod stredovými hrebeňmi sa plášť približuje najbližšie k povrchu. Morská voda preniká puklinami do oceánskej kôry do značnej hĺbky, vplyvom tepelnej vodivosti sa zahrieva plášťovým teplom a koncentruje sa v magmatických komorách.
Hlboké štúdium vyššie uvedených „špeciálnych“ objektov nepochybne privedie vedcov k objektívnejšiemu pochopeniu problému vzniku života na našej planéte a formovania jej biosféry.
Treba však zdôrazniť, že doteraz nebolo možné získať život experimentálne.
Hypotézy o vzniku života na Zemi.Život je jedným z najzložitejších prírodných javov. Od pradávna pôsobila tajomne a nepoznateľne – preto medzi materialistami a idealistami vždy prebiehal ostrý boj o otázky jej pôvodu. Prívrženci idealistických názorov považovali (a stále považujú) život za duchovný, nemateriálny začiatok, ktorý vznikol ako výsledok božského stvorenia. Materialisti naopak verili, že život na Zemi môže vzniknúť z neživej hmoty spontánnym vznikom (abiogenézou) alebo zavedením z iných svetov, t.j. je produktom iných živých organizmov (biogenéza).
Podľa moderných koncepcií je život procesom existencie zložitých systémov pozostávajúcich z veľkých organických molekúl a anorganických látok, ktoré sú schopné samy sa reprodukovať, rozvíjať a udržiavať svoju existenciu v dôsledku výmeny energie a hmoty s prostredím. .
S hromadením ľudských vedomostí o svete okolo nás, rozvojom prírodných vied, menili sa názory na vznik života, boli predložené nové hypotézy. Ani dnes však nie je definitívne vyriešená otázka vzniku života. Existuje veľa hypotéz o vzniku života. Najdôležitejšie z nich sú nasledovné:
Kreacionizmus (život stvoril Stvoriteľ);
Hypotézy spontánneho generovania (spontánne generovanie; život vznikal opakovane z neživej hmoty);
Hypotéza ustáleného stavu (život vždy existoval);
Hypotéza panspermie (život prinesený na Zem z iných planét);
Biochemické hypotézy (život vznikol v podmienkach Zeme ako výsledok procesov, ktoré sa riadia fyzikálnymi a chemickými zákonmi, t.j. ako výsledok biochemickej evolúcie).
Kreacionizmus. Podľa tejto náboženskej hypotézy, ktorá má prastaré korene, všetko, čo existuje vo Vesmíre, vrátane života, bolo stvorené jedinou Silou – Stvoriteľom v dôsledku niekoľkých činov nadprirodzeného stvorenia v minulosti. Organizmy, ktoré dnes obývajú Zem, pochádzajú zo samostatne vytvorených základných typov živých bytostí. Vytvorené druhy boli od začiatku výborne organizované a obdarené schopnosťou určitej variability v určitých hraniciach (mikroevolúcia). Stúpenci takmer všetkých najbežnejších náboženských učení sa držia tejto hypotézy.
Tradičná židovsko-kresťanská myšlienka o stvorení sveta, uvedená v Knihe Genezis, vyvolávala a stále vyvoláva kontroverzie. Existujúce rozpory však nevyvracajú koncepciu stvorenia. Náboženstvo, zvažujúc otázku vzniku života, hľadá odpoveď najmä na otázky "prečo?" a „na čo?“, a nie na otázku „ako?“. Ak veda vo veľkej miere využíva pozorovanie a experimenty pri hľadaní pravdy, potom teológia chápe pravdu prostredníctvom Božieho zjavenia a viery.
Proces božského stvorenia sveta je prezentovaný tak, že prebehol len raz, a preto je neprístupný pozorovaniu. V tomto ohľade nemožno hypotézu stvorenia dokázať ani vyvrátiť a vždy bude existovať spolu s vedeckými hypotézami o pôvode života.
Hypotézy spontánneho generovania. Po tisíce rokov ľudia verili v spontánnu generáciu života a považovali to za obvyklý spôsob objavenia sa živých bytostí z neživej hmoty. Verilo sa, že zdrojom spontánnej tvorby sú buď anorganické zlúčeniny, alebo rozkladajúce sa organické zvyšky. (koncept abiogenézy). Táto hypotéza kolovala v starovekej Číne, Babylone a Egypte ako alternatíva ku kreacionizmu, s ktorým koexistovala. Myšlienku spontánnej generácie vyjadrili aj filozofi starovekého Grécka a dokonca aj starší myslitelia, t. zdá sa, že je starý ako ľudstvo samo. Počas tak dlhej histórie bola táto hypotéza modifikovaná, ale stále zostala mylná. Aristoteles, často oslavovaný ako zakladateľ biológie, napísal, že žabám a hmyzu sa darí vo vlhkej pôde. V stredoveku sa mnohým „darilo“ pozorovať zrod rôznych živých tvorov, ako je hmyz, červy, úhory, myši, v rozkladajúcich sa či hnijúcich pozostatkoch organizmov. Tieto „fakty“ boli považované za veľmi presvedčivé, kým taliansky lekár Francesco Redi (1626-1697) nepristúpil k problému vzniku života dôslednejšie a nespochybnil teóriu spontánneho generovania. V roku 1668 urobil Redi nasledujúci experiment. Mŕtve hady umiestnil do rôznych nádob, pričom niektoré nádoby prikryl mušelínom a iné nechal otvorené. Rojace sa muchy nakladali vajíčka na mŕtve hady v otvorených nádobách; čoskoro sa z vajíčok vyliahli larvy. V zakrytých nádobách neboli žiadne larvy (obr. 5.1). Redi teda dokázal, že biele červy, ktoré sa objavujú v mäse hadov, sú larvy florentskej muchy a že ak je mäso uzavreté a je zamedzený prístup muchám, tak červy „nevyrobí“. Redi vyvrátil koncept spontánneho generovania a navrhol, že život môže vzniknúť len z predchádzajúceho života. (koncept biogenézy).
Podobné názory zastával aj holandský vedec Anthony van Leeuwen-hoek (1632-1723), ktorý pomocou mikroskopu objavil tie najmenšie organizmy neviditeľné voľným okom. Boli to baktérie a protisti. Leeuwenhoek navrhol, že tieto drobné organizmy alebo „zvieratá“, ako ich nazval, pochádzajú z ich vlastného druhu.
Názor Leeuwenhoeka zdieľal aj taliansky vedec Lazzaro Spallanzani (1729-1799), ktorý sa rozhodol experimentálne dokázať, že mikroorganizmy, ktoré sa často nachádzajú v mäsovom vývare, v ňom spontánne nevznikajú. Na tento účel vložil do nádob tekutinu bohatú na organické látky (mäsový vývar), túto tekutinu uvaril na ohni a potom nádoby hermeticky uzavrel. V dôsledku toho zostal vývar v nádobách čistý a bez mikroorganizmov. Spallanzani svojimi pokusmi dokázal nemožnosť spontánnej tvorby mikroorganizmov.
Odporcovia tohto pohľadu tvrdili, že život nevznikol v bankách z toho dôvodu, že vzduch v nich sa počas varu zhoršuje, preto stále uznávali hypotézu spontánneho generovania.
Drvivý úder tejto hypotéze zasadilo 19. storočie. Francúzsky mikrobiológ Louis Pasteur (1822-1895) a anglický biológ John Tyndale (1820-1893). Ukázali, že baktérie sa šíria vzduchom a že ak by neboli vo vzduchu vstupujúcom do baniek so sterilizovaným vývarom, nevznikli by v samotnom vývare. Pasteur na to použil banky so zakriveným hrdlom v tvare S, ktoré slúžili ako lapač baktérií, pričom vzduch voľne vstupoval a vystupoval z banky (obr. 5.3).
Tyndall sterilizoval vzduch vstupujúci do baniek prechodom cez plameň alebo cez vatu. Do konca 70. rokov. 19. storočie prakticky všetci vedci uznali, že živé organizmy pochádzajú iba z iných živých organizmov, čo znamenalo vrátiť sa k pôvodnej otázke: odkiaľ sa vzali prvé organizmy?
Hypotéza ustáleného stavu. Podľa tejto hypotézy Zem nikdy nevznikla, ale existovala navždy; vždy bola schopná udržať život, a ak sa zmenila, zmenila sa len veľmi málo; druhy vždy existovali. Táto hypotéza sa niekedy nazýva hypotéza eternizmus (z lat. eternus- večný).
Hypotézu eternizmu predložil nemecký vedec W. Preyer v roku 1880. Preyerove názory podporil akademik V.I. Vernadsky, autor doktríny biosféry.
Panspermia hypotéza. Hypotéza o výskyte života na Zemi v dôsledku prenosu určitých zárodkov života z iných planét bola tzv.
panspermia (z gréčtiny. panvicu- všetci, všetci a spermie- semienko). Táto hypotéza susedí s hypotézou ustáleného stavu. Jeho prívrženci podporujú myšlienku večnej existencie života a presadzujú myšlienku jeho mimozemského pôvodu. Jednu z prvých myšlienok o kozmickom (mimozemskom) pôvode života vyslovil nemecký vedec G. Richter v roku 1865. Podľa Richtera život na Zemi nevznikol z anorganických látok, ale bol zavlečený z iných planét. V tejto súvislosti vyvstali otázky, ako je možný takýto presun z jednej planéty na druhú a ako by sa dal uskutočniť. Odpovede sa hľadali predovšetkým vo fyzike a nie je prekvapujúce, že prvými obhajcami týchto názorov boli predstavitelia tejto vedy, vynikajúci vedci G. Helmholtz, S. Arrhenius, J. Thomson, P.P. Lazarev a ďalší.
Podľa predstáv Thomsona a Helmholtza sa spóry baktérií a iných organizmov mohli dostať na Zem pomocou meteoritov. Laboratórne štúdie potvrdzujú vysokú odolnosť živých organizmov voči nepriaznivým vplyvom, najmä voči nízkym teplotám. Napríklad spóry a semená rastlín nezomreli ani po dlhšom vystavení kvapalnému kyslíku alebo dusíku.
Iní vedci vyjadrili myšlienku prenosu „spór života“ na Zem svetlom.
Moderní prívrženci koncepcie panspermie (vrátane nositeľa Nobelovej ceny anglického biofyzika F. Cricka) veria, že život na Zemi priniesli náhodne alebo zámerne vesmírni mimozemšťania.
Pohľad astronómov C. Vik-ramasingh (Srí Lanka) a F. Hoyle sa pripája k hypotéze panspermie
(Spojene kralovstvo). Veria, že vo vesmíre, hlavne v plynových a prachových oblakoch, sú vo veľkom počte prítomné mikroorganizmy, kde podľa vedcov vznikajú. Ďalej sú tieto mikroorganizmy zachytené kométami, ktoré potom pri prechode v blízkosti planét „zasievajú zárodky života“.
Existuje mnoho hypotéz o pôvode života na Zemi. Najdôležitejšie z nich sú: kreacionizmus, spontánna tvorba, rovnovážny stav, panspermia, biochemické hypotézy
Ak analyzujeme všetky údaje, ktoré sa vedcom podarilo získať v priebehu rôznych štúdií, je zrejmé, že život na Zemi je úžasne neuveriteľná skutočnosť. Šanca na jeho výskyt v našom vesmíre je mizivá. Všetky etapy vzniku života obsahovali možnosť alternatívneho vývoja udalostí, v dôsledku ktorých by svet zostal chladnou kozmickou priepasťou bez náznaku nielen ľudskej mysle, ale aj toho najmenšieho mikróba. Kreacionisti pripisujú túto neuveriteľnú udalosť božskému zásahu. Existenciu Boha však nemožno dokázať ani vyvrátiť a moderné predstavy o pôvode života, ako celá veda vo všeobecnosti, sú založené na experimentálnych údajoch a teoretickom vývoji, ktorý možno spochybniť alebo potvrdiť.
Vitalizmus
Ľudské poznanie prechádza vývojom, ktorý je vo svojich hlavných bodoch trochu podobný procesu, ktorý opísal Darwin. Teórie prechádzajú a prežívajú najsilnejší, ktorí dokázali odolať náporu protiargumentov alebo sa prispôsobiť, zmeniť im na mieru. Dlhú cestu formovania prešli aj hypotézy o pôvode života, ktorých dokončenie ešte nebolo ani poznačené, keďže sa denne objavujú nové skutočnosti, ktoré nútia korigovať už zaužívané názory.
Vitalizmus, teória neustáleho spontánneho vytvárania života, sa stal hlavným míľnikom na tejto ceste. Podľa jeho ustanovení sa myši objavili v starých handrách, červoch - v hnijúcich zvyškoch jedla. Vitalizmus dominoval vede až do pokusov Louisa Pasteura v roku 1860, keď dokázal nemožnosť spontánneho generovania živých organizmov. Výsledky spustili paradoxné udalosti: posilnili vieru v božský princíp a prinútili vedcov hľadať dôkazy o tom, čo nedávno vyvrátili. Veda sa snažila vysvetliť, že nezávislý vznik života sa udial, ale veľmi dávno a prebiehal v etapách, ktoré trvali milióny rokov.
Syntéza uhlíkov
Situácia sa zdala beznádejná, až kým v roku 1864 A.M. Butlerov neurobil dôležitý objav.
Podarilo sa mu získať (uhlík) z anorganického (v jeho experimente to bol formaldehyd). Získané údaje zničili impozantný múr, ktorý doteraz ohraničoval živé organizmy a svet mŕtvej hmoty. Postupom času sa vedcom podarilo získať z anorganických látok ďalšie varianty organických látok. Od tej chvíle sa začali formovať moderné predstavy o pôvode života. Absorbovali dáta nielen z biológie, ale aj z kozmológie a fyziky.
Dôsledky Veľkého tresku
Teórie o vzniku života pokrývajú obrovské obdobie: vedci nachádzajú prvé predpoklady pre budúce formovanie organizmov už v raných fázach zrodu Vesmíru. Moderná fyzika počíta existenciu sveta od Veľkého tresku, keď sa takmer všetko objavilo z ničoho. V rýchlo sa rozširujúcom a chladnúcom vesmíre sa najskôr vytvorili atómy a molekuly, potom sa začali spájať a vytvorili prvú generáciu hviezd. Stali sa miestom vzniku väčšiny prvkov, ktoré dnes veda pozná. Nové atómy zaplnili priestor po výbuchoch hviezd a stali sa základom pre ďalšiu generáciu objektov, vrátane nášho Slnka. Moderné údaje naznačujú, že prvý sa mohol objaviť v protoplanetárnych oblakoch obklopujúcich nové hviezdy. Čoskoro z nich vznikli planéty. Ukazuje sa, že prvé etapy vzniku života na Zemi prebehli ešte pred jeho vznikom.
Autokatalytické cykly
Procesy, ktoré prebiehali na Modrej planéte v jej „detských rokoch“, boli podporované látkami, ktoré tvoria jej vnútro a pochádzajú z vesmíru ako meteority. Hypotézy o vzniku života Jedným z dôležitých základov pre vznik organických látok na Zemi sú katalyzátory chemických reakcií, ktoré sa sem dostali s úlomkami týchto „mimozemšťanov“. Viedli k tomu, že najrýchlejšie procesy začali hrať drvivú úlohu pri tvorbe nových látok na planéte.
Ďalším krokom sú autokatalytické cykly. V takýchto procesoch sa tvoria látky, ktoré zvyšujú rýchlosť reakcie, ako aj obnovujú substrát - prvky, ktoré interagujú. Cyklus sa tak uzavrel: procesy sa samy zrýchlili a „uvarili si jedlo“, teda látky, ktoré opäť zareagovali, opäť sa katalyzovali a opäť vytvorili substrát atď.
Pochybnosti
Moderné predstavy o pôvode života už dlho obsahovali protichodné názory. Kameňom úrazu je problém sliepky a vajíčka. Čo vzniklo ako prvé: proteíny, ktoré vykonávajú všetky procesy v bunke, alebo DNA, ktorá určuje štruktúru týchto proteínov a uchováva všetky dedičné informácie. Tie prvé sú pre telo nevyhnutné, pretože prispievajú k vlastnej údržbe systému, bez ktorého je život nemožný. DNA obsahuje záznam o štruktúre bunky, ktorá tiež určuje životaschopnosť. Názory vedcov boli rozdelené a na otázku neexistovala žiadna odpoveď až do okamihu, keď sa zistilo, že nie DNA, ale RNA, tretia trieda organických zlúčenín, ktorej sa v teórii pôvodu zvyčajne pripisovala len sekundárna úloha. života, pôsobí vo vírusoch ako úložisko dedičných informácií.
Svet RNA
Postupne sa začali hromadiť fakty a v 80. rokoch minulého storočia sa objavili údaje, ktoré prevrátili predstavy o počiatočných fázach formovania živej hmoty. Boli objavené ribozýmy, molekuly RNA, ktoré majú schopnosť najmä proteínov katalyzovať reakcie. Prvé formy života teda mohli vzniknúť bez účasti bielkovín a DNA. V nich funkciu ukladania informácií, ako aj všetku vnútornú prácu vykonávala RNA. Život na Zemi teraz pochádza z protoorganizmov, čo sú autokatalytické cykly zložené zo samoreplikujúcich sa ribozýmov. Teória sa volala „Svet RNA“.
koacerváty
Dnes je ťažké si predstaviť život toho obdobia, pretože nemalo jednu dôležitú vlastnosť - škrupinu alebo okraj. V skutočnosti išlo o roztok obsahujúci autokatalytické cykly z RNA. Problém chýbajúcich hraníc nevyhnutných pre správny priebeh procesov bol vyriešený improvizovanými metódami. Protoorganizmy našli úkryt v blízkosti zeolitových minerálov, ktoré mali sieťovú štruktúru kryštálovej mriežky. Ich povrch bol schopný katalyzovať tvorbu reťazcov RNA a dať im určitú konfiguráciu.
Ďalej - viac: na javisku sa objavujú koacerváty alebo kvapky vody a lipidov. Hypotézy nedávnej doby aj modernity sú z veľkej časti založené na teórii A.I. Oparin, ktorý študoval vlastnosti takýchto útvarov. Koacerváty sú kvapky roztoku uzavreté v obale tukov (lipidov). Ich membrány sú tiež charakterizované schopnosťou vykonávať metabolizmus. Niektoré z nich sa zjavne kombinujú s reťazcami samoreplikujúcej sa RNA, vrátane tých, ktoré katalyzovali syntézu samotných lipidov. Tak vznikli nové formy života, ktoré prekonali cestu z predorganizmickej úrovne na správnu organizmickú. Možnosť takýchto formácií bola potvrdená pomerne nedávno: vedci experimentálne potvrdili schopnosť RNA v kombinácii s iónmi vápnika pripojiť sa k lipidovým membránam a regulovať ich priepustnosť.
Kvalifikovaní pomocníci
Vznik života v ďalšej fáze bol proces zlepšovania funkcií výsledných organizmov. RNA získala schopnosť katalyzovať syntézu polymérov aminokyselín, spočiatku celkom jednoduchú. Vrcholným úspechom nového mechanizmu bola schopnosť syntetizovať proteíny. Vzniknuté útvary si poradili s biologickými procesmi niekoľkonásobne efektívnejšie ako ribozýmy.
Spočiatku syntéza peptidov nebola objednaná. Proces prebehol „náhodne“, pričom smer poradia aminokyselín v nových reťazcoch ponechal náhode. Postupom času sa presné kopírovanie udomácnilo, keďže práve ono prispelo k väčšej stabilite celého systému. Takto to vyzeralo, že umožňuje syntetizovať určité proteíny s potrebnými funkciami.
Dokonalosť
Zdokonaľovanie schopnosti syntetizovať potrebné proteíny prebiehalo postupne. Prvým krokom bol vznik špeciálneho typu RNA, ktorý by dokázal spájať aminokyseliny. Ďalšia fáza bola sprevádzaná konštrukciou procesu tvorby peptidových molekúl pomocou báz zoradených v určitom poradí. Sekvencia bola nastavená templátom RNA. Koreláciu „inštrukcií“ informatívnej RNA a prvkov budúcich proteínov prevzal nový typ RNA, nazývaný transport. Rovnako ako informačná, je dodnes dôležitou súčasťou syntézy peptidov.
DNA
Komplikácia organizmov išla ďalej cestou zlepšovania spôsobov ukladania informácií. Predpokladá sa, že pôvodne bola DNA jednou z fáz životného cyklu RNA kolónií. Mala stabilnejšiu štruktúru. Jeho stupeň ochrany informácií bol rádovo vyšší, a tak sa DNA po nejakom, dosť dlhom čase stala hlavným úložiskom genetického kódu.
Jednou z vlastností novej formácie, ktorá svojho času neumožňovala umiestniť DNA do čela teórie pôvodu života, je neschopnosť aktívne konať. Stal sa akousi platbou za vylepšené funkcie úložiska informácií. Všetka „práca“ zostala na bielkovinách a RNA.
Symbióza
Moderné predstavy o pôvode života nededukujú ako predchodcu organizmus, ktorý je uzavretý a ohradený od zvyšku. Vedci sú skôr za domnienku, že v raných štádiách existovali spoločenstvá mikroskopických podobností buniek, ktoré vykonávali rôzne funkcie. Takúto symbiózu dnes v prírode nie je ťažké nájsť. Najjednoduchším príkladom sú rohože zo cyanobaktérií, ktoré sú spoločenstvom mikroorganizmov a jednou celou živou bytosťou.
Biológia v súčasnom štádiu svojho vývoja vidí proces, ktorý nie je charakterizovaný neustálym bojom a súťažou, ale skôr neustále sa zväčšujúcim zhromažďovaním určitých rôznorodých štruktúr, ktoré nakoniec viedli k vzniku živej bunky, ako si ju dnes predstavujeme.
Zovšeobecnenie
Stručne môžeme uviesť všetky fázy formovania života, ktoré sa podľa moderných teórií zdajú byť najpravdepodobnejšou verziou vzhľadu a vývoja organizmov na Zemi:
Tvorba primárnych organických zlúčenín v protoplanetárnych oblakoch.
Postupne sa do popredia dostávajú samozrýchľovacie reakcie a autokatalytické cykly.
Vznik autokatalytických cyklov pozostávajúcich z RNA.
Spojenie RNA a lipidových membrán.
Získanie schopnosti RNA syntetizovať proteín.
Vznik DNA a jej ustanovenie ako hlavného úložiska informácií.
Vznik prvých jednobunkových organizmov založených na symbióze.
Pochopenie procesov, ktoré viedli k vzniku života, je stále nedokonalé. Vedcom zostáva veľa otázok. Nie je presne známe, ako RNA vznikla, mnohé medzifázy zostávajú len teoretickými. Každý deň však vznikajú nové experimenty, testujú sa fakty a hypotézy. Dá sa s istotou povedať, že naše storočie dá svetu oveľa viac objavov súvisiacich s prehistorickou érou.
