Розвиток уявлень про походження життя на Землі. Сучасний погляд на винекнення життя на Землі. Космічна біологія.

Розвиток уявлень про походження життя на Землі. Сучасні погляд на виникнення життя на Землі. Космічна біологія Підготувала:вчитель біологіїНастасівського ЗЗСОВеликоберезовицької ТГБогуцька Тетяна Миколаївна

Гіпотези виникнення життя1. Життя було створене Творцем у певний час (гіпотеза креаціонізму).2. Життя виникало неодноразово з неживої речовини, тобто самочинно зароджувалося (гіпотеза самочинного зародження).3. Життя було занесене на нашу планету ззовні цілеспрямовано або випадково цивілізаціями вищого ступеня розвитку, ніж наша (гіпотеза панспермії).4. Життя виникло природним шляхом, у результаті абіогенного синтезу з неживої матерії (гіпотеза абіогенезу Опаріна-Холдейна).

Гіпотеза креаціонізму. Відповідно до цієї релігійної концепції, яка має давнє коріння, все існуюче у Всесвіті, у тому числі життя, було створено єдиною Силою - Творцем в результаті декількох актів надприродного творіння в минулому. Організми, що населяють сьогодні Землю, походять від створених окремо основних типів живих істот. Створені види були з самого початку чудово організовані і наділені здатністю до деякої мінливості в певних межах (мікроеволюція). Подібних поглядів дотримується сьогодні більшість населення планети.

Гіпотеза креаціонізму. Традиційне іудейсько-християнське уявлення про створення світу, викладене в Книзі Буття, викликало і продовжує викликати суперечки. Однак виявлені в текстах протиріччя не роблять концепцію творіння менш популярною. Релігія, розглядаючи питання про походження життя, шукає відповідь головним чином на питання «з якою метою?», а не на питання «яким чином?».

Гіпотеза креаціонізму. Алегоричний креаціонізм не стверджує, що події, викладені у Священному Писанні, мали місце у фізичному світі. Замість цього пропонується вважати Книгу Буття поетичним виразом співвідношення духовних сутностей. При такому розумінні релігійні ідеї не вступають в протиріччя з науковими даними, оскільки алегоричний креаціонізм не претендує на статус наукової гіпотези і тому в принципі не заперечується з наукою.

Гіпотеза креаціонізму. Алегоричне трактування явно визнається Римською католицької церквою. Однак у Православ'ї є течії, які противляться алегоричному тлумаченню Біблії і прагнуть протиставляти християнське віровчення світській науці. Подібний фундаменталізм також властивий багатьом протестантським течіям.

Гіпотеза самочинного зародження. Протягом тисячоліть люди вірили в мимовільне зародження життя, вважаючи його звичайним способом появи живих істот з неживої матерії. Вважали, що джерелом спонтанного зародження служать або неорганічні сполуки, або гнилі органічні залишки (концепція абіогенезу). Ця гіпотеза була поширена в Стародавньому Китаї, Вавилоні та Єгипті в якості альтернативи креаціонізму, з яким вона співіснувала.

Гіпотеза самочинного зародженняІдея самозародження висловлювалася також філософами Давньої Греції і навіть більш ранніми мислителями, тобто вона, мабуть, так само стара, як і саме людство. Протягом такої тривалої історії ця гіпотеза видозмінювалася, але як і раніше залишалася помилковою. Арістотель, якого часто проголошують засновником біології, писав, що жаби і комахи заводяться в сирому ґрунті. У Середні століття багатьом «вдавалося» спостерігати зародження різноманітних живих істот, таких як комахи, черв'яки, вугри, миші, в залишках організмів, які розкладалися або гнили.

Гіпотеза самочинного зародження. Ці «факти» вважалися досить переконливими доти, поки італійський лікар Франческо Реді (1626-1697) не підійшов до проблеми виникнення життя більш суворо і не піддав сумніву теорію спонтанного зародження. У 1668 р. Реді виконав наступний дослід. Він помістив мертвих змій у різні посудини, причому одні посудини накрив, а інші залишив відкритими. Мухи відклали яйця на мертвих зміях у відкритих посудинах; незабаром з яєць вивелися личинки. У накритих посудинах личинок не виявилося. Таким чином Реді довів, що білі черви, які з'являються в м'ясі змій, личинки флорентійської мухи і що якщо м'ясо закрити і запобігти доступу мух, то воно не «наробить» черв'яків. Спростувавши концепцію самозародження, Реді висловив думку про те, що життя може виникнути тільки з попереднього життя (концепція біогенезу).

Гіпотеза самочинного зародження. Нищівний удар по цій гіпотезі було завдано в XIX ст. французьким мікробіологом Луї Пастером (1822-1895) і англійським біологом Джоном Тиндалем (1820-1893). Вони показали, що бактерії поширюються по повітрю і що якщо в повітрі, що попадає в колби з простерилізованим бульйоном, їх немає, то і в самому бульйоні вони не виникнуть. Пастер користувався для цього колбами із зігнутим S-подібним горлом, яке служило для бактерій пасткою, тоді як повітря вільно проникало в колбу і виходило з неї.

Гіпотеза пансперміГіпотеза походження життя на Землі в результаті перенесення з інших планет якихось зародків життя отримала назву панспермії . Ця гіпотеза примикає до гіпотези стаціонарного стану. Її прихильники підтримують думку про вічне існування життя і висувають ідею про неземне її походження. Одним з перших ідею про космічне (неземне) походження життя висловив німецький учений Г. Ріхтер в 1865 р. Згідно з Ріхтером життя на Землі не виникло з неорганічних речовин, а було занесене з інших планет. У зв'язку з цим виникали питання, наскільки можливе таке перенесення з однієї планети на іншу і як це могло бути здійснено. Відповіді шукали в першу чергу у фізиці, і не дивно, що першими захисниками цих поглядів виступили представники цієї науки, видатні вчені Г. Гельмгольц, С. Арреніус, Дж. Томсон, П. П. Лазарєв та ін.

Гіпотеза пансперміЗгідно з уявленнями Томсона і Гельмгольца, спори бактерій та інших організмів могли бути занесені на Землю з метеоритами. Лабораторні дослідження підтверджують високу стійкість живих організмів до несприятливих впливів, зокрема до низьких температур. Наприклад, спори і насіння рослин не гинули навіть при тривалому витримуванні в рідкому кисні або азоті.

Гіпотеза пансперміСучасні прихильники концепції панспермії (в числі яких - лауреат Нобелівської премії англійський біофізик Ф. Крік) вважають, що життя на Землю занесене випадково або навмисно космічними прибульцями. До гіпотези панспермії примикає точка зору астрономів Ч. Вікрамасінгха (Шрі-Ланка) і Ф. Хойла (Великобританія). Вони вважають, що в космічному просторі, в основному в газових і пилових хмарах, у великій кількості присутні мікроорганізми, де вони, на думку вчених, і утворюються. Далі ці мікроорганізми захоплюються кометами, які потім, проходячи поблизу планет, «сіють зародки життя».

Гіпотеза абіогенезу Опаріна-Холдейна. Першу наукову теорію походження життя на Землі створив радянський біохімік А.І. Опарін (1894-1980). У 1924 р. він опублікував роботи, в яких виклав уявлення про те, як могло виникнути життя на Землі. Відповідно до цієї теорії, життя виникло в специфічних умовах стародавньої Землі і розглядається Опаріним як закономірний результат хімічної еволюції сполук вуглецю у Всесвіті. За Опаріним, процес, який призвів до виникнення життя на Землі, може бути розділений на три етапи: Виникнення органічних речовин. Утворення з найпростіших органічних речовин біополімерів (білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпідів та ін.). Виникнення примітивних організмів, здатних до самовідтворювання.

Гіпотеза абіогенезу Опаріна-Холдейна. Теорія біохімічної еволюції має найбільшу кількість прихильників серед сучасних вчених. Земля виникла близько п'яти мільярдів років тому; спочатку температура на поверхні була дуже високою (до декількох тисяч градусів). У міру її остигання утворилася тверда поверхня (земна кора - літосфера).

Гіпотеза абіогенезу Опаріна-Холдейна. Атмосфера, яка спочатку складалася з легких газів (водень, гелій), не могла ефективно утримуватися недостатньо щільною Землею, і ці гази замінювалися важкими: водяною парою, вуглекислим газом, аміаком і метаном. Коли температура Землі опустилася нижче 100 о. С, водяна пара почала конденсуватися, утворюючи світовий океан. У цей час, відповідно до уявлень А.І. Опаріна, відбувся абіогенний синтез, тобто в первинних земних океанах, насичених різними простими хімічними сполуками, «в первинному бульйоні» під впливом вулканічного тепла, розрядів блискавок, інтенсивної ультрафіолетової радіації та інших факторів середовища почався синтез більш складних органічних сполук, а потім і біополімерів . Утворенню органічних речовин сприяла відсутність живих організмів - споживачів органіки - і головного окислювача - кисню. Складні молекули амінокислот випадково об'єднувалися в пептиди, які, у свою чергу, створили початкові білки. З цих білків синтезувалися первинні живі істоти мікроскопічних розмірів.

Гіпотеза абіогенезу Опаріна-Холдейна. Найбільш складною проблемою в сучасній теорії еволюції є перетворення складних органічних речовин на прості живі організми. Опарін вважав, що вирішальна роль в перетворенні неживого в живе належить білкам. Мабуть, білкові молекули, притягаючи молекули води, утворювали колоїдні гідрофільні комплекси. Подальше злиття таких комплексів один з одним призводило до відділення колоїдів від водного середовища (коацервації). На кордоні між коацерватом (від лат. Coacervus - згусток, купа) і середовищем шикувалися молекули ліпідів - примітивна клітинна мембрана. Передбачається, що колоїди могли обмінюватися молекулами з навколишнім середовищем (прообраз гетеротрофного живлення) та накопичувати певні речовини. Ще один тип молекул забезпечував здатність до самовідтворення. Система поглядів А.І. Опаріна отримала назву «коацерватна гіпотеза».

Гіпотеза абіогенезу Опаріна-Холдейна. Поки домогтися повноцінного поєднання цих двох підходів не вдалося. Тим не менше, біоінженери вже зуміли «по кресленнях», тобто, за відомим генетичним кодом і структурою білкової оболонки зібрати з біологічних молекул найпростіший живий організм - вірус. Тим самим доведено, що для створення живого організму з неживої матерії не потрібно надприродного впливу. Так що необхідно лише відповісти на питання, як цей процес міг пройти без участі людини, у природному середовищі.

Гіпотеза абіогенезу Опаріна-Холдейна. Широкого поширене «статистичне» заперечення проти абіогенного механізму виникнення життя. Наприклад, у 1966 р. німецький біохімік Шрамм підрахував, що ймовірність випадкового поєднання 6000 нуклеотидів в РНК-вірус тютюнової мозаїки: 1 шанс з 102000. Це надзвичайно низька ймовірність, що вказує на повну неможливість випадкового утворення подібної РНК. Проте насправді це заперечення побудовано некоректно. Воно виходить з припущення, що вірусна молекула РНК повинна утворитися «з нуля» з розрізнених амінокислот. У разі ступінчастого ускладнення хімічних і біохімічних систем ймовірність розраховується зовсім інакше. Крім того, немає ніякої необхідності отримати саме такий вірус, а не якийсь інший. З урахуванням цих заперечень виходить, що оцінки ймовірності виникнення вірусної РНК занижені до повної неадекватності і не можуть розглядатися як переконливе заперечення проти абіогенної теорії виникнення життя.

Сучасні погляди на виникнення життя на ЗемліУ теорії А.І. Опаріна та інших подібних гіпотез є один суттєвий недолік: немає жодного факту, який би підтвердив можливість абіогенного синтезу на Землі хоча б найпростішого живого організму з неживих сполук. У численних лабораторіях світу здійснені тисячі спроб такого синтезу. Наприклад, американський учений С. Міллер, виходячи із припущень щодо складу первинної атмосфери Землі, в спеціальному приладі пропускав електричні розряди через суміш метану, аміаку, водню і пари води. Йому вдалося отримати молекули амінокислот - тієї основних «цеглинок», з яких складається основа життя - білки. Ці досліди були повторені багато разів, декому з вчених вдалося отримати досить довгі ланцюжки пептидів (простих білків). І тільки! Жодного хоча б найпростішого живого організму нікому не пощастило синтезувати. Нині серед вчених популярністю користується принцип Реді: «Живе - лише від живого».

Сучасні погляди на виникнення життя на ЗемліАле припустимо, що такі спроби колись увінчаються успіхом. Що доведе такий досвід? Лише те, що для синтезу життя потрібні розум людини, складна розвинена наука і сучасна техніка. Нічого цього на первісної Землі не було. Більше того, синтез складних органічних сполук з простих суперечить другому закону термодинаміки, який забороняє перехід матеріальних систем від стану більшої ймовірності до стану меншою, а розвиток від простих органічних сполук до складних, потім від бактерій до людини відбувався саме в цьому напрямку. Тут ми спостерігаємо ніщо інше, як творчий процес. Другий закон термодинаміки непорушний закон, єдиний закон, який ще жодного разу не був поставлений під сумнів, порушений або спростують. Тому порядок (генна інформація) не може стихійно виникнути з безладдя випадкових процесів, що і підтверджується теорією ймовірності.

Сучасні погляди на виникнення життя на ЗемліОстаннім часом нищівного удару гіпотезі абіогенного синтезу завдали математичні дослідження. Математики підрахували, що ймовірність самозародження живого організму з неживих блоків практично дорівнює нулю. Так, Л. Блюменфельд довів, що ймовірність випадкового утворення за весь час існування Землі хоча б однієї молекули ДНК (дезоксирибонуклеїнової кислоти - однієї з найважливіших складових частин генетичного коду) складає 1 / 10800 Вдумайтеся в мізерно маленьку величину цього числа! Адже в знаменнику його знаходиться цифра, де після одиниці тягнеться ряд із 800 нулів, а це число в неймовірну кількість разів більше загальної кількості всіх атомів у Всесвіті. Сучасний американський астрофізик Ч. Вікрамасінгхе так образно висловив неможливість абіогенного синтезу: «Швидше ураган, який промайне над кладовищем старих літаків, збере новенький суперлайнер з шматків брухту, ніж у результаті випадкового процесу виникне зі своїх компонентів життя».

Сучасні погляди на виникнення життя на ЗемліСуперечать теорії абіогенного синтезу і геологічні дані. Як би далеко ми не проникали всередину геологічної історії, не знаходимо слідів «азойской ери», тобто періоду, коли на Землі не існувало життя. Зараз палеонтологи в породах, вік яких досягає 3,8 млрд. років, тобто близький до часу утворення Землі (4-4,5 млрд. років тому за останніми оцінками), знайшли викопні рештки досить складно організованих істот - бактерій, синьо-зелених водоростей, простих грибків. В. Вернадський був упевнений, що життя геологічно вічне, тобто в геологічній історії не було епохи, коли наша планета була млявою. «Проблема абіогенез (спонтанного зародження живих організмів), - писав учений у 1938 р ., - Залишається безплідною і паралізує дійсно назрілу наукову роботу ».

Сучасні погляди на виникнення життя на ЗемліЗемна форма життя надзвичайно тісно пов'язана з гідросферою. Про це свідчить хоча б той факт, що вода є основною частиною маси будь-якого земного організму (людина, наприклад, більше ніж на 70% складається з води, а такі організми, як медуза - на 97-98%). Очевидно, що життя на Землі сформувалося лише тоді, коли на ній з'явилася гідросфера, а це, за геологічними даними, сталося майже з початку існування нашої планети. Багато хто з властивостей живих організмів зумовлені саме властивостями води, сама ж вода є феноменальне з'єднання. Так, за даними П. Привалова, вода - це кооперативна система, в якій будь-яка дія поширюється «естафетним» шляхом на тисячі міжатомної відстаней, тобто має місце «далекодействіе».

Сучасні погляди на виникнення життя на ЗемліДеякі вчені вважають, що вся гідросфера Землі, по суті, є одна гігантська «молекула» води. Встановлено, що вода може активуватися природними електромагнітними полями земного і космічного походження (зокрема штучного). Надзвичайно цікавим було недавнє відкриття французькими вченими «пам'яті води». Можливо, те, що біосфера Землі є єдиний суперорганізм, і обумовлено цими властивостями води? Адже всі організми - це складові частини, «краплі» цієї супермолекули земної води.

Сучасні погляди на виникнення життя на ЗемліЗвичайно, такі екзотичні форми життя поки що існують лише в уяві вчених і письменників-фантастів. Тим не менш, не виключена можливість реального існування деяких з них, зокрема плазмоїдів. Є деякі підстави вважати, що на Землі паралельно з «нашої» формою життя існує інша її різновид, схожа на згаданих плазмоїдів. До них відносять деякі види НЛО (непізнані літаючі об'єкти), освіти, схожі на кульові блискавки, а також невидимі для ока, але фіксуються кольоровий фотоплівкою літають в атмосфері енергетичні «згустки», які в ряді випадків виявляли розумна поведінка. Таким чином, зараз є підстави стверджувати, що життя на Землі з'явилася з самого початку її існування і виникла, за словами Ч. Вікрамасінгхе, «від всепроникною общегалактіческой живої системи».

Сучасні погляди на виникнення життя на ЗемліХоча нам до цих пір відома лише земна білково-нуклеїново-водна життя, це не означає, що в безмежному Космосі не можуть існувати інші його форми. Деякі вчені, зокрема американські, Г. Файнберг та Р. Шапіро, моделюють такі гіпотетично можливі його варіанти: плазмоїд - життя в зоряних атмосферах за рахунок магнітних сил, пов'язаних з групами рухомих електричних зарядів; радіобуй - життя в міжзоряних хмарах на основі агрегатів атомів, які знаходяться у різних станах збудження; лавоби - життя на основі сполук кремнію, який може існувати в озерах розплавленої лави на дуже гарячих планетах; водороби - життя, яка може існувати при низьких температурах на планетах, покритих «водоймами» з рідкого метану, і черпати енергію з перетворень ортоводорода на параводород; термофагі - різновид космічного життя, яка отримує енергію з градієнта температур в атмосфері або океанах планет.

Космічна біологія. Астробіоло́гія—біологічна наука, або розділ біології, що вивчає можливість існування живих організмів у космосі та на інших планетах, крім Землі. Ця наука розглядає вплив на можливо існуючих організмів космосу гравітації, температури, життя у вакуумі. До космічної біології належить наука ксенобіологія, що розглядає можливість існування слідів розумних істот у космосі.

Космічна біологія. Астробота́ніка — розділ астробіології, що вивчає питання про можливість існування і наявність рослинних організмів на планетах Сонячної системи. Методика астроботаніки полягає в дослідженні оптичних властивостей земних рослин, що ростуть у різних фізичних умовах, і порівнянні їх з оптичними властивостями поверхонь планет.

Космічна біологія. Перший вклад у створення астроботаніки як науки зробив радянський астроном Гавриїл Адріанович Тихов. Протягом 40 років Тихов займався вивченням фізичної природи Марса. На підставі спостережень планети в різних спектральних ділянках шукав докази існування рослинності на Марсі; для цього виконав великі серії дослідів з визначення спектральної відбивної здатності земних рослин, які ростуть в найрізноманітніших кліматичних умовах, ґрунтів та інших природних утворень. Ці дослідження в галузі астроботаніки велися в Секторі астроботаніки АН Казахської РСР. Дослідження Сектора астроботаніки показують, що оптичні властивості темних ділянок Марса схожі з оптичними властивостями рослинності деяких місць Землі. Питання про рослинність на Венері ще мало з'ясоване.