Гипотезы происхождения жизни на Земле

Вопросы о происхождении природы и жизни одна из основных проблем естествознания, привлекавшие к себе человеческие умы уже с древнейших времен. Многовековые размышления и исследования породили ряд концепций возникновения жизни: креационизм – божественное сотворение живого; концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества (ее придерживался еще Аристотель, который считал, что живое может возникать и в результате разложения почвы); концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда; концепция панспермии – внеземного происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам.

Согласно креационизму, возникновение жизни относится к определенному событию в прошлом, которое можно вычислить. В 1650 году архиепископ Ашер из Ирландии вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н.э., а в 9 часов утра 23 октября и человека. Это число он получил из анализа возрастов и родственных связей всех упоминаемых в Библии лиц. Однако к тому времени на ближнем Востоке уже была развитая цивилизация, что доказано археологическими изысканиями. Впрочем, вопрос сотворения мира и человека не закрыт, поскольку толковать тексты Библии можно по-разному.

Теория спонтанного сотворения жизни существовала в Вавилоне, Египте и Китае как альтернатива креационизму. Она восходит к Эмпедоклу и Аристотелю: определенные «частицы» вещества содержат некое «альтернативное начало», которое при определенных условиях может создать живой организм. Аристотель считал, что активное начало есть в оплодотворенном яйце, солнечном свете, гниющем мясе. У Демокрита начало жизни было в иле, у Фалеса – в воде, у Анаксагора – в воздухе. Платон говорил о саморождении живых существ из земли в процессе гниения. С распространением христианства идеи самозарождения были объявлены еретическими, и долгое время о них не вспоминали.

Сторонники теории вечного существования жизни не выработали четкой концепции, поскольку в палеонтологической летописи Земли есть некоторые разрывы и неясности.

Теория панспермии не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни и переносит проблему в другое место Вселенной. Либих, Кельвин, Гельмгольц и другие крупнейшие ученые XIX века считали, что «атмосферы небесных тел, а также вращающихся космических туманностей являются вечными плантациями органических зародышей, с которых жизнь рассеивается во Вселенной». Аррениус описывал, как с других планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Попадая на планету с подходящими условиями для жизни, они начинают новую жизнь на этой планете*.

Научная постановка проблемы возникновения жизни принадлежит Ф. Энгельсу, считавшему, что жизнь возникла не внезапно, а сформировалась в ходе эволюции материи. Согласно диалектическому материализму, жизнь – особая форма движения материи, но эта форма не отделена от неорганического мира непроходимой пропастью, а, напротив, возникла из него как новое качество, в процессе общего развития материи. Большой фактический материал, которым располагает современное Е. в области астрономии, химии, геологии и биологии, позволяет сейчас конкретно представить этот путь развития материи, приведший к возникновению жизни на Земле.

В 1924 г., в работе А.И. Опарина «Происхождение жизни» была впервые сформулирована естественнонаучная концепция, согласно которой происхождение жизни – результат длительной эволюции на Земле – сначала химической, затем – биохимической. Эта концепция получила наибольшее признание в научной среде и успешно развивалась в течение минувшего столетия.

Согласно имеющимся научным данным звезды возникают из газопылевой межзвездной материи, эта же материя послужила материалом для формирования планет солнечной системы, в том числе и Земли. Изучение химического состава газопылевой материи, атмосферы, доступных для исследования звезд (например, Солнца) и планет (Юпитера, Сатурна) показало наличие там аммиака, паров воды, метана. Наконец, углеводороды и их кислородные и сернистые производные были непосредственно выделены из метеоритов. Таким образом, доказано, что органические вещества – основной материал для построения живых существ могут возникать и вне зависимости от жизни, т.е. абиогенно. Ранее считалось, что органические вещества образуются только через организмы. Однако оказалось, что биогенный путь образования органического вещества посредством фото- и хемосинтеза характерен только для современного этапа существования земли. В Земле, особенно в составе ее центрального ядра, содержится большое количество карбидов – соединений углерода с металлами (в частности, с железом). Еще Д.И. Менделеев показал, что при взаимодействии карбидов с водой чисто химическим (абиогенным) путем возникают простейшие органические вещества – углеводороды. Исследования показывают, что и сейчас некоторое количество углеводородов образуется таким неорганическим путем. Соединения углерода с водородом, кислородом и другими элементами обладают замечательными свойствами: строительными, каталитическими, информационными и т.д.

Таким образом, начальным этапом возникновения жизни на Земле явилось первичное образование (наличие) на земной поверхности органических соединений: воды, углеводородов, аммиака.

Жизнь возможна только при определенных физических и химических условиях (температура, наличие воды, солей т.д.). также для возникновения жизни нужны определенные диапазоны температур, влажности, давления, уровня радиации, определенная направленность развития Вселенной и время. Взаимное удаление галактик приводит к тому, что их электромагнитное излучение приходит к нам значительно ослабленным. Если бы галактики сближались, то плотность радиации во Вселенной была бы столь велика, что жизнь не смогла бы существовать.

В представлениях о зарождении жизни в результате физико-химических процессов важную роль играет эволюция самой планеты. Согласно представлениям биологов, геологов и физиков состояние Земли за время ее существования все время изменялось. В очень давние времена Земля была очень горячей планетой, ее температура достигала 5…8 тыс. градусов. По мере остывания планеты тугоплавкие металлы и углерод конденсировались и образовали земную кору. Последняя не стала ровной из-за активной вулканической деятельности и всевозможных подвижек формирующегося грунта. Согласно теории Опарина, атмосфера первичной Земли сильно отличалась от современной. Легкие газы – водород, гелий, азот, кислород, аргон и другие – не удерживались пока недостаточно плотной планетой. Их более тяжелые соединения (вода, аммиак, метан, диоксид углерода) оставались. Пока температура не упала ниже 100 °С, вода оставалась в газообразном состоянии.

На основании фактических материалов из области астрономии, химии, геологии и биологии, Опарин выстраивает этапы развития живых систем, начиная от самых простейших и далее следуя по пути их постепенного усложнения. Этапы развития живых систем можно проиллюстрировать следующей схемой:

Углеводороды и их простейшие кислородные и азотистые производные, находясь на поверхности земли в водном растворе (первичная земная гидросфера), должны были претерпевать далеко идущую полимеризацию и конденсацию, превращаясь в белковоподобные соединения, подобные тем, которые сейчас имеются в телах животных и растений. Коацерваты (от лат. – собираю в кучу, скапливаю) – жидкие коллоидные скопления (капли), образующиеся в коллоидном растворе и имеющие большую концентрацию коллоида, чем основной раствор. Коацерваты могут быть получены из коллоидных растворов неорганических и органических веществ. Они обладают многими свойствами, отличными от свойств раствора, из которого получены. Образование коацерватов можно считать вторым этапом на пути возникновения жизни.

Третьим этапом на пути возникновения жизни является возникновение живого вещества – белковых тел, обладающих обменом веществ. Обмен веществ – это порядок химических превращений, который направлен к постоянному самообновлению и самосохранению всей живой системы в целом в тесном взаимодействии с условиями окружающей среды. Решающим фактором на этом этапе явилось взаимодействие белковых тел с внешней средой. Лишь на основе такого взаимодействия могла возникнуть та «целесообразность», та внутренняя приспособленность материальной системы к осуществлению жизненных функций в данных условиях существования, которая так характерна для всего живого.

Таким образом, взаимодействие между белковой молекулой и окружающей ее средой и привело к возникновению жизни.

Экспериментальные исследования искусственно полученных коацерватных капель обнаруживают, что в них осуществляются два взаимно противоположных процесса: распад и синтез, идущий за счет находящихся в окружающем растворе органических веществ. Соотношение скоростей указанных процессов зависит от индивидуального состава каждой капли, ее организации, а также характера взаимодействия с окружающей средой. Если скорость синтеза превышает скорость распада, капля становится динамически устойчивой системой, она может длительное время существовать, и даже расти. Достигнув определенной величины, эта капля при определенных условиях может разделяться на «дочерние» капли. Напротив, если скорости процессов распада капли преобладают, то капля становится динамически неустойчивой, рано или поздно распадается, даже при условии практически постоянной внешней среды. Таким образом, существует тесная связь между индивидуальной организацией данной коацерватной капли, теми химическими превращениями, которые в ней совершаются и ее дальнейшей судьбой в данных условиях существования. Подобного же рода отношения должны были возникать и в первичной земной гидросфере, где образующиеся при смешивании белков коацерватные капли плавали в растворе разнообразных органических и неорганических веществ. Капли поглощали эти вещества и за чет них могли расти, правда только те из них, чья индивидуальная организация обуславливала из динамическую устойчивость в данных условиях внешней среды. Капли, в которых химические изменения были направлены в сторону распада, были обречены на быстрое исчезновение. Поэтому такого рода формы организации материи уже не могли играть существенной роли в дальнейшем развитии белковых тел. Так в процессе становления жизни возникла закономерность – естественный отбор индивидуальных белковых комплексов. Под строгим контролем этого отбора шла вся дальнейшая эволюция белковых коацерватов.

Сравнительной изучение обмена веществ у современных примитивных организмов показывает, как на изложенной основе постепенно складывается высокоорганизованный порядок явлений, свойственный всем живым существам, и который может быть охарактеризован как особая форма движения материи. Так на определенной стадии развития материи возникла жизнь на Земле.

Нет никакого сомнения, что подобного же рода процессы совершались и на других телах бесконечной Вселенной, и всюду, где для этого создавались соответствующие условия, возникала жизнь. Известно, что новые звезды и планетные системы образуются и сейчас, а, следовательно, и в наше время на различных планетах Галактики идет процесс зарождения жизни.

7.5. Положение человека в системе животного мира

Возникновение человека – высшая ступень развития жизни. Происхождение человека могло получить свое научное объяснение лишь на основе теории эволюции. Первую попытку последовательно осветить эту проблему предприняли Т. Гексли (Англия), Э. Геккель (Германия) и П. Брока (Франция). Однако решающий вклад в доказательство животного происхождения человека внес Ч. Дарвин, который в своих трудах «Происхождение человека и половой отбор» и «Выражение эмоций у человека и животных», подвергнув анализу обширные данные из области систематики, сравнительной анатомии, эмбриологии, а также изучив и сопоставив поведенческие реакции животных и человека, пришел к выводу о поразительном сходстве человека с животными, и особенно с человекообразными обезьянами-антропоидами: гориллой, шимпанзе, орангутангом, гиббоном. По данным антрополога А. Кизса у человека и гориллы 385 общих морфологических признаков, у человека и шимпанзе – 369, у человека и орангутанга – 359. У гиббона и низших обезьян – 117…113 общих с человеком признаков. Однако человека выделяют из мира животных следующие принципиальные биологические отличия:

1) вертикальное положение тела;

2) передвижение на двух ногах;

3) высокая степень развития рук, позволяющая выполнять разнообразные тонкие и высокоточные операции;

4) большой объем головного мозга (в 2,5 раза больше, чем у антропоидов) и площадь его поверхности (в 3,5 раза больше, чем у антропоидов);

5) речь (свойственна только человеку). Не случайно Ч. Дарвин в свое время сделал вывод о том, что ни одна из современных человекообразных обезьян не является непосредственным родоначальником людей. Родословная человека представляет собой длинную цепь его предшественников. Она уходит в глубину времен на десятки миллионов лет. Последним звеном перед первыми людьми была ископаемая человекообразная обезьяна. Неизвестный при жизни Дарвина ископаемый предшественник человека был обнаружен впоследствии, подтвердив научное предвидение ученого. Родословную человека можно проиллюстрировать следующей схемой:

Отряд приматов, от которых идет прямой путь к человеку, возник около 70 млн лет назад от насекомоядных млекопитающих (лемуры на Мадагаскаре, тупайи в Индии, лори – обитатели тропической Африки и Азии, долгопяты в Индокитае, обезьяны Нового Света, обезьяны Старого Света и человекообразные обезьяны).

По данным палеонтологических находок (ископаемых останков), около 30 млн лет назад на Земле появились древние приматы – парапитеки и проплиопитеки, жившие на открытых пространствах и на деревьях. Их челюсти и зубы были подобны челюстям и зубам человекообразных обезьян. Парапитеки дали начало современным гиббонам и орангутангам, а также вымершей ветви древесных обезьян – дриопитекам. Последние в своем развитии разделились на три линии: одна из них привела к современной горилле, другая – к шимпанзе, третья – к австралопитеку, а от него – к человеку. Родство дриопитека с человеком установлено на основе изучения строения челюсти и зубов, обнаруженных во Франции в 1856 г.

Костные останки австралопитеков впервые обнаружены в 1924 г. в Южной Африке (к настоящему времени сделано более 250 подобных находок в пяти пунктах Юго-Восточной Африки). Они были ростом с шимпанзе и массой около 50 кг, объем мозга достигал 520 см³ – по этому признаку австралопитек стоит ближе к человеку, чем любая из ископаемых и современных обезьян. Строение тазовых костей и положение головы было сходно с таковыми у человека, что свидетельствовало о выпрямлении положения тела. Они жили около 9 миллионов лет назад в открытых степях, питались растительной и животной пищей.

Общее развитие человекообразных обезьян происходило в двух направлениях. Одни все больше приспосабливались к жизни на деревьях (где такая растительность сохранялась). Другие шли по пути приспособления к жизни на земле, хождению на двух ногах, освобождению верхних конечностей от ходьбы и превращению их в орган труда. В безлесых пространствах переход к хождению на двух ногах, обладание высокоразвитой ориентировкой, тонким слухом и объемным зрением были необходимы для выживания в борьбе с многочисленными хищниками. В этих условиях наши далекие предки все чаще употребляли «подручные предметы»: палки, камни, обломки костей. Однако для многих поколений антропоидов все эти предметы оставались случайными и не становились орудиями труда, так как использовались инстинктивно и в том виде, в каком они были в природе. Ч. Дарвин осветил вопрос о происхождении человека лишь частично, с чисто биологических позиций. Он не смог раскрыть социальные факторы превращения предков человека в людей. Позднее ученые раскрыли роль труда в жизни людей: именно совместный труд явился движущей силой преобразования животного предка в человека. Осуществляя трудовые процессы, воздействуя на «внешнюю природу и изменяя ее», человек одновременно «изменяет свою собственную природу». Человеческий труд начался с изготовления орудия, с того момента, когда предок человека стал осознанно обрабатывать «подручные предметы», преднамеренно придавая им определенную форму.

Некоторые сообщества человекообразных обезьян так и не овладели способностью к изготовлению орудий и не пришли в своем развитии к систематической трудовой деятельности. Впоследствии многие из них исчезли с лица Земли, не справившись с трудностями существования, особенно в связи с конкуренцией с популяциями близких видов.

Помимо трудовой деятельности большое значение в эволюции антропоидов имели: способность к манипулированию предметами (исследовательский рефлекс) и стадный образ жизни. Последний способствует развитию разнообразных форм общения между особями (жестикуляция, мимика, звуки и, в конечном счете, – развитие речи). На изменение физического облика первобытных людей и на развитие головного мозга большое влияние оказало использование мясной пищи и огня.

Эволюция физических и умственных особенностей первых людей охватывает три этапа: древнейшие люди (архантропы), древние люди (палеоантропы) и современные люди (неоантропы).

Первый представитель древнейших людей явайский человек или питекантроп – обезьяночеловек прямоходящий. Его костные остатки обнаружены в 1891 г. на острове Ява (Индонезия). Питекантропы жили около 400 млн лет назад. Их рост составлял порядка 170 см, объем черепной коробки – 900 см³. Несколько позже существовал синантроп или китайский человек. Его многочисленные останки были найдены за период с 1927 по 1963 гг. в различных районах Китая. Это существо использовало огонь и изготавливало каменные орудия.

На смену архантропам явились палеоантропы – древние люди, представителями которых являются неандертальцы. Название дано по долине Неандерталь в Германии, где в 1856 г. были найдены останки этого древнего человека. Неандертальцы были широко расселены 250…100 тыс лет назад на территории Европы, Африки, Азии и юге нашей страны. Они изготовляли разнообразные каменные орудия (рубила, остроконечники), пользовались огнем, имели грубую одежду. Объем их мозга возрос до 1400 см3. Особенности строения нижней челюсти показывают, что у них была зачаточная речь. Они жили группами по 100…50 человек и во время наступления ледников использовали пещеры, выгоняя из них диких зверей.

Неандертальцев сменили люди современного типа – неоантропы. Они появились около 50 тыс лет назад. Костные останки их найдены в 1868 г. во Франции в гроте Кро-Маньон. Поэтому их назвали кроманьонцами. К. образуют единственный род и вид Homo sapiens – человек разумный. По сравнению с неандертальцами у них полностью исчезли черты обезьян. Они были способны к членораздельной речи, искусно изготавливали разнообразные орудия из камня, костей и рогов. Они приручали животных и начали осваивать земледелие. Это позволило избавиться от голода и добывать разнообразную пищу. В отличие от предшественников эволюция кроманьонцев проходила под большим влиянием социальных факторов (сплочение коллектива, взаимоподдержка, совершенствование трудовой деятельности, более высокий уровень мышления).

Возникновение кроманьонцев – завершающий этап формирования человека современного типа. На смену первобытному человеческому стаду пришел первобытный родовой строй. Таким образом, завершилось становление человеческого общества, дальнейший прогресс которого стал определяться социально-экономическими законами.

В заключение перечислим факторы очеловечивания антропоидов:

1) прямохождение;

2) трудовая деятельность (изготовление орудий и их регулярное употребление для добывания пищи и защиты от врагов);

3) стадный образ жизни (включение социальных факторов, развитие речи);

4) использование огня;

5) мясная пища.

Дата добавления: 2014-01-07