Проблемы происхождения жизни

Проблема происхождения жизни во Вселенной тесно связана с проблемой возникновения жизни на Земле. Она является одной из наиболее важных, узловых проблем для формирования планетарно-космического взгляда на эволюцию в целом. Рассмотрение этой проблемы следует начинать с анализа основных концепций возникновения жизни на Земле, к которым относятся следующие:

1. Креационистская концепция (креационизм), в соответствии с которой жизнь была создана сверхъестественным существом (существами) в определенный момент (промежуток) времени.

2. Концепция панспермии, согласно которой возможен перенос жизни в космическом пространстве с одной планеты на другую («заражение» Земли из космоса).

3. Концепция самопроизвольного зарождения, в соответствии с которой возможно возникновение жизни из неживого вещества (неоднократное).

4. Концепция стационарного состояния (жизнь существовала всегда).

5. Концепция возникновения жизни в результате биохимической революции.

Согласно концепции креационизма жизнь мыслится как Божье творение. Возникновение жизни можно рассматривать и как результат деятельности высокоразвитой цивилизации, создающей различные формы жизни и наблюдающей за их развитием.

Концепция панспермии предполагает внезапное появление жизни на планете, но сам механизм возникновения жизни, якобы имевшей место где-то в другой звездной системе, данная концепция не рассматривает.

Пока эта гипотеза полного научного обоснования не получила. При всей широте спектра возможных условий существования живых организмов считается, что они должны погибнуть в космосе под действием облучения. Космические исследования до настоящего времени позволяют считать, что вероятность обнаружить жизнь в пределах Солнечной системы очень мала. Доводы в пользу нахождения в метеоритах объектов, напоминающих примитивные формы жизни, пока выглядят малоубедительно.

Стр. 77

Теория самопроизвольного зарождения жизни существовала в Древнем Египте, Китае, Индии. Ее развивали Фалес, Анаксагор, Демокрит, Аристотель, позднее поддерживали Галилей, Декарт, Ламарк, Гегель. Однако еще в 1688 г. итальянский биолог Ф. Реди серией опытов с открытыми и закрытыми сосудами доказал, что появляющиеся в гниющем мясе черви - это личинки мух, и сформулировал свой принцип: все живое из живого (концепция биогенеза). В 1860 г. Л. Пастер доказал, что бактерии вездесущи и могут заражать неживые вещества, для избавления от них необходима стерилизация. Л. Пастер обосновал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения жизни.

Отрицание возможности самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возможности развития органической природы и жизни в прошлом из неорганической материи. На определенной стадии развития материи жизнь может возникнуть как результат естественных процессов, совершающихся в самой материи. Кроме того, элементарные химические процессы на начальных этапах возникновения и развития жизни могли происходить не только на Земле, но и в других частях Вселенной и в различное время. Поэтому не исключается возможность занесения определенных предпосылочных факторов жизни на Землю из космоса. Однако в изученной пока человеком части Вселенной только на Земле они привели к формированию и расцвету жизни.

Сторонники теории вечного существования жизни считают, что Земля никогда не возникала, а существовала вечно. При этом она всегда была способна поддерживать жизнь, причем некоторые виды при изменениях условий на планете резко меняли численность или вымирали.

Большая часть доводов в пользу этой теории связана с такими неясными аспектами эволюции, как разрывы в палеонтологической летописи, со все более высокими оценками возраста Земли, с обнаружением некоторых видов животных, которые ранее считались вымершими.

Данная теория не выдерживает критики, если учесть, что возраст Земли составляет, по последним научным данным, 4,5 млрд лет.

Современные представления о происхождении жизни восходят к гипотезам советского академика А. И. Опарина и английского естествоиспытателя Д. С. Холдейна. Пик исследований приходится на 50 - 60-е гг. прошлого столетия, хот» книга А. И. Опарина «Происхождение жизни» была опубликована еще в 1924 г.

Стр. 80

Появление жизни А. И. Опарин рассматривал как единый естественный процесс, который состоял из протекавшей в условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей постепенно на качественно новый уровень - биохимическую эволюцию.

В далеком прошлом (4,5 млрд лет назад) Земля была очень горячей (4000-8000 °С), и по мере остывания образовывалась земная кора, а из воды, аммиака, двуокиси углерода и метана - атмосфера. Такая атмосфера называется восстановительной, поскольку не содержит свободного кислорода. При понижении температуры на поверхности Земли ниже 100°С образовались первичные водоемы. Под действием электрических разрядов, тепловой энергии, ультрафиолетовых лучей в газовой смеси происходил синтез органических веществ - мономеров, которые локально накапливались и соединялись друг с другом, образуя полимеры. Можно допустить, что тогда же одновременно с полимеризацией шло образование надмолекулярных комплексов - мембран.

По однотипным правилам в «первичном бульоне» гидросферы Земли синтезировались полимеры всех типов: аминокислоты, полисахариды, жирные кислоты, нуклеиновые кислоты, смолы, эфирные масла и др. Это предположение было экспериментально подтверждено американским ученым Л. С. Миллером в 1953 г. Пропуская электрические разряды через смесь нагретых газов Н₂, Н₂О (пар), СН₄ и NH₃, он получил целый ряд аминокислот и органических кислот. Оказалось, что таким путем можно синтезировать очень многие органические соединения, входящие в состав биологических полимеров - белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов.

Первичные клетки предположительно возникли при помощи молекул жиров (липидов). Молекулы воды, смачивая только гидрофильные концы молекул жиров, ставили их как бы «на голову», гидрофобными концами вверх. Таким образом создавался комплекс упорядоченных молекул жиров, которые за счет прибавления к ним новых молекул постепенно ограничивали от всей окружающей среды некоторое пространство, которое и стало первичной клеткой, или коацерватом, - пространственно обособившейся целостной системой. Коацерваты оказались способными поглощать из внешней среды различные органические вещества, что обеспечивало возможность первичного обмена веществ со средой.

Стр. 81

Кроме коацерватов в «первичном бульоне» накапливались полинук-леотиды, полипептиды и различные катализаторы, без которых невозможно образование способности к самовоспроизведению и обмену веществ. Катализаторами могли быть и неорганические вещества.

Главная проблема в учении о происхождении жизни состоит в объяснении возникновения матричного синтеза белков. Жизнь возникла не тогда, когда образовались пусть даже очень сложные органические соединения, отдельные молекулы ДНК и др., а тогда, когда начал действовать механизм конвариантной редупликации. Именно поэтому завершение процесса биогенеза связано с возникновением у более стойких коацерватов способности к самовоспроизведению составных частей, с переходом к матричному синтезу белка, характерному для живых организмов. В ходе предбиологического отбора наибольшие шансы на сохранение имели те коацерваты, у которых способность к обмену веществ сочеталась со способностью к самовоспроизведению.

Переход к матричному синтезу белков был величайшим качественным скачком в эволюции материи. Однако механизм такого перехода пока неясен.

В настоящее время наиболее перспективными являются гипотезы, которые опираются на принципы теории самоорганизации, синергетики, на представления о гиперциклах, т. е. о системах, связывающих самовоспроизводящиеся (автокаталитические) единицы друг с другом посредством циклической связи.

В таких системах продукт реакции одновременно является и ее катализатором или исходным реагентом. Поэтому и возникает явление самовоспроизведения, которое на первых этапах совсем не обязательно приводило к образованию точной копии исходного органического соединения. О трудностях становления самовоспроизведения свидетельствует существование вирусов и фагов, которые представляют собой, по-видимому, осколки форм предбиологической эволюции.

В системе коацерватов происходил отбор нуклеиновых кислот по наиболее удачному сочетанию последовательности нуклеотидов. По этому пути формировались гены. Самовоспроизводящиеся системы со сложившейся стабильной последовательностью нуклеотидов в нуклеиновой кислоте уже могут быть названы живыми.

Стр. 82

В нашу эпоху отсутствуют условия для синтеза и усложнения органических веществ: простые соединения, которые могли бы где-то образоваться, сразу же были бы использованы гетеротрофами. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения.

Возникнув, жизнь стала развиваться быстрыми темпами (ускорение эволюции во времени). Так, развитие от первичных протобионтов до аэробных форм потребовало около 3 млрд лет, тогда как с момента возникновения наземных растений и животных прошло около 500 млн лег, птицы, млекопитающие развились от первых наземных позвоночных за 100 млн лет, приматы выделились за 12-15 млн лет, для становления человека потребовалось около 3 млн лет [13].

Дата добавления: 2014-11-29