Естественнонаучные модели происхождения и развития жизни

ИНСТИТУТ БИЗНЕСА, ПРАВА И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по предмету Концепция современного естествознания на тему Естественнонаучные модели происхождения и развития жизни. Преподаватель Юдов Виктор Сергеевич Студентка Могарычва Н.О. Группа 92-ЮЗ 2000г. Содержание. Стр. I. Введение 3

II. Развитие представлений о происхождении жизни 1. Концепции возникновения жизни 2. Отличие живого от неживого III. Возникновение жизни 1. Вещественная основа жизни 2. Этапы эволюции жизни 3. Завоевание суши 4. Эволюция растений 5. Эволюция животных IV. Заключение 10 Список литературы 11

I Введение. Естествознание всегда оказывало значительное воздействие на развитие гуманитарных наук. Особенно мощным это воздействие стало сейчас - в эпоху научно-технической революции. Изучение естествознания способствует выработке ориентиров, установок, ценностей рационализаторского отношения к миру, природе, обществу, человеку. Это очень важно именно в наше время, когда накатывается новая очередная историческая волна мифологизации культуры, массовое сознание реформируется, в нм вс

чаще ставятся под сомнение достижения, ценности и возможности научного познания мира, когда происходит всплеск интереса к мистицизму, расцвет оккультизма, магии, астрологии когда бегство от материализма к мистике, от науки к мифу стало модой. В этих условиях приобретает особую значимость утверждение идеалов научнорационализаторского отношения к действительности, на которых построена вся наша цивилизация. Жизнь на Земле чрезвычайно многообразна. Она представлена ядерными и доядерными одно- и многоклеточными

существами. Богатейший мир многоклеточных представлен тремя царствами - грибами, растениями и животными. Одним из наиболее трудных и в то же время интересных в современном естествознании является вопрос о происхождении жизни. Учные сегодня не в состоянии воспроизвести процесс возникновения жизни с такой же точностью, как это было несколько миллиардов лет назад. Вопрос о происхождении жизни интересен не только сам по себе, но и тесной связью с проблемой отличия

живого от неживого, а также связью с проблемой эволюции жизни. II. Развитие представлений о происхождении жизни. 1.Концепции возникновения жизни. Происхождение жизни - одна из трх важнейших мировоззренческих проблем наряду с проблемами происхождения нашей Вселенной и проблемой происхождения человека. Попытки понять, как возникла и развивалась жизнь на

Земле, были предприняты ещ в глубокой древности. Существует пять концепций возникновения жизни 1 Креанизм - божественное сотворение живого. 2 Концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества. 3 Концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда. 4 Концепция внеземного происхождения жизни. 5 Концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся

физическим и химическим законам. Религиозно-идеалистический подход исходил из того, что возникновение жизни на Земле не могло осуществиться естественным, закономерным, объективным образом. Жизнь является следствием божественного, творческого акта, и потому всем существам свойственна особая, независимая от материального мира, жизненная сила, которая направляет все процессы жизни. В основе второго, материалистического подхода, лежало представление о том, что под влиянием естественных

факторов живое может возникнуть из неживого, органическое из неорганического. Несмотря на свою примитивность, первые исторические формы концепции самозарождения сыграли прогрессивную роль в борьбе с креанизмом. Идея самозарождения получила широкое распространение в средневековье и эпоху Возрождения, когда допускалась возможность самозарождения не только простых, но и довольно высокоорганизованных существ, даже млекопитающих например, мышей из тряпок.

Невозможность произвольного зарождения жизни была доказана целым рядом опытов. Применение микроскопа в биологических исследованиях способствовало открытию большого разнообразия одноклеточных организмов. На этой основе вновь возродились старые идеи произвольного самозарождения простейших существ. Окончательно версия о самозарождении была развенчана Л.Пастером в середине XIX в. Он показал, что не только в запаянном сосуде, но и в незакрытой колбе с

S образной горловиной хорошо прокипячнный бульон остатся стерильным, потому что через такую горловину не могут проникнуть микробы. Так было доказано, что новый организм в наше время может появиться от другого живого существа. Появление жизни на Земле пытались объяснить и занесением е из других космических миров. Естествознание XX в. Сделало шаг вперд в изучении жизни, е проявлений на Земле и за е пределами. Сейчас уже определнно выяснено, что азбука живого сравнительно проста.

В любом существе, живущем на Земле, присутствует 20 аминокислот, 5 оснований, 2 углевода и один фосфат. Существование небольшого числа одних и тех же молекул во всех живых организмах убеждает нас, что вс живое должно иметь единое происхождение. Отрицание возможности самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возможности развития органической природы и жизни в прошлом из неорганической материи.

Не исключается возможность занесения определнных пред посылочных факторов жизни на Земле из Космоса. Однако в изученной пока человеком части Вселенной, только на Земле они привели к формированию и расцвету жизни. К концу XX в. Осталась наиболее перспективной пятая концепция. 2. Отличие живого от неживого. В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядочные

органические соединения белки и нуклеиновые кислоты. В структурном плане живое отличается от неживого клеточным строением. В функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя. Также живые тела отличаются от неживых наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, способностью к движению, раздражимостью и т. д. Неотъемлемой частью живого являетличие воды, солей и т.д.

Также и для возникновения жизни нужны определнные диапазоны температур, влажности, давления, уровня радиации и время.В некотором смысле живые системы можно сравнить с хорошо налаженным производством с одной стороны, они являются вместилищем многочисленных химических превращений, с другой - демонстрируют великолепную пространственно-временную организацию с весьма неравномерным распределением биохимического материала2. Ели бы возраст Вселенной был меньше, то жизнь также не могла бы возникнуть.

Возникновение жизни явилось результатом процессов, протекавших сначала миллиарды лет во Вселенной, а затем миллионы 1 Селье Г. От мечты к открытию. М 1987 г С.32. 2Пригожин И Стенгирс И. Порядок из хаоса. М 1986 г. С.211. лет на Земле. От неорганических соединений к органическим, от органических к биологическим - таковы последовательные стадии, по которым осуществляется процесс зарождения жизни.

Специфичность жизни, отличие живых систем от неорганического мира хорошо видны с точки зрения химии. В живых системах протекает множество отдельных химических реакций многие из которых давно и хорошо изучены. Для живого специфичен определнный порядок этих реакций, их последовательность и объединение в целостную систему 1. В сложном процессе возникновения жизни на Земле можно выделить несколько основных этапов 1 образование простых органических соединений

Происхождение жизни связано с протеканием определнных химических реакций на поверхности первичной планеты. На начальных этапах своей истории Земля представляла собой раскалнную планету. Вследствие вращения при постепенном снижении температуры в поверхностных слоях концентрировались атомы легких элементов водорода, углерода, азота и т.д из которых и состоят тела живых организмов. При дальнейшем охлаждении Земли появились химические соединения вода, метан, водород и др.

Физические и химические свойства воды и углерода определили то, что именно они оказались у колыбели жизни. На Земле основой жизни является углерод, он способен создавать разнообразные, подвижные, низкоэлектропроводные, насыщенные водой, длинные цепеобразные структуры. Соединения углерода с водородом, кислородом, азотом и др. обладают каталитическими, строительными, энергетическими свойствами. На начальных этапах сложилась первичная атмосфера

Земли, которая носила не окислительный, как сейчас, а восстановительный характер. Первичная атмосфера содержала водород, соединения углерода метан и азота аммиак. Отсутствие кислорода было вероятно необходимым условием возникновения жизни. Лабораторные опыты показывают, что органические вещества легче создаются в восстановительной среде, чем в атмосфере. Дальнейшее снижение температуры обусловило переход ряда газообразных соединений в

жидкое и тврдое состояние, а также образование земной коры. Когда температура Земли опустилась ниже 100 град. С, произошло сгущение водяных паров. Длительные ливни привели к образованию больших водомов. В результате активной вулканической деятельности из внутренних слов Земли на поверхность выносилось много раскалнной массы, в т.ч. карбидов, которые вступали в химические

реакции с растворнными в воде веществами. Так на поверхности молодой планеты Земля в большом количестве накапливались простейшие органические соединения. А.И.Опарин полагал, что органические вещества могли создаваться и в океане из более простых соединений. Энергию для этих реакций синтеза доставляла солнечная радиация. 1 Мир вокруг нас. М 1983 г с, 101. Органический синтез осуществлялся в период, предшествовавший образованию

Солнечной системы и во время е образования, он имел место уже на том этапе, когда Земля ещ окончательно не сформировалась 1. Механизм отбора действовал на самых ранних стадиях зарождения органических веществ - из множества образующихся веществ сохранялись устойчивые к дальнейшему усложнению. 2 возникновение сложных органических соединений. Благодаря высокой температуре, грозовым разрядам, усиленному ультрофиолетному излучению, относительно простые молекулы органических соединений при взаимодействии

с другими веществами усложнялись и образовывались углеводы, жиры, аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты. Возможность такого синтеза доказана опытами А.М.Бутлерова, который ещ в середине прошлого столетия получил из формальдегида - углеводы сахар. А в 1953-1957 г.г. химиками различных стран в целом ряде экспериментов были синтезированы органические кислоты, в т.ч аминокислоты, которые являются материалом для образования белковых молекул. Эксперименты в этом направлении оказались перспективными, совершенно

определнно показали возможность образования белковых молекул в условиях отсутствия жизни. С определнного этапа в процессе химической эволюции на Земле, активное участие стал принимать кислород, с накоплением которого в атмосфере восстановленные соединения стали окисляться. При окислении метана образовывались метиловый спирт, формальдегид, муравьиная кислота и т.д которые с дождевой водой попадали в первичный океан.

Эти вещества вступая в реакции с аммиаком и цианистым водородом, дали начало аминокислотам. Так воды первичного океана постепенно насыщались разнообразными органическими веществами, образуя первичный бульон. 3 первичный бульон и образование коацерватов. После того, как углеродистые соединения образовали первичный бульон, могли уже организоваться биополимеры - белки и нуклеиновые кислоты, обладающие свойством самовоспроизводства себе подобных.

В водах первичного океана концентрация органических веществ увеличивалась, происходило их смешивание, взаимодействие и объединение в мелкие обособленные структуры раствора. Эти структуры русский учный А.И.Опарин назвал коацерватными каплями или коацерватами 2. Коацерваты имеют достаточно сложную организацию и обладают рядом свойств, которые сближают их с простейшими живыми системами способны поглощать из окружающей среды разные вещества и увеличиваться в размерах,

в них могут происходить процессы распада и выделяться продукты распада. Однако вс это не дат основания для отнесения их к живым системам, но предпосылки живого уже содержались. 1 Холдейн Дж. Происхождение предбиологических систем. М 1966 г С.167. ся деятельность, активность. Все живые существа должны или действовать или погибнуть. Мышь должна находиться в постоянном движении, птица летать, рыба плавать и даже растение должно расти.1.

К важным свойствам живых систем относятся 1 компактность 2 способность создавать порядок из хаотического теплового движения молекул. Чем более сложно устроено живое вещество, тем более в нм скрытой энергии 3 обмен с окружающей средой веществом, энергией, информацией 4 жизнь качественно превосходит другие формы существования материи в плане многообразия и сложности химических компонентов и динамики протекающих в живом превращений 5 в самоорганизации живых систем, схемы реакций просты, а молекулы - сложны 6 у

живых систем есть прошлое, у неживых его нет 7 жизнь организма зависит от двух факторов - наследственности, определяемой генетическим аппаратом, и изменчивости, зависящей от условий окружающей среды и реакции на них индивида. Интересно, что сейчас жизнь не могла бы возникнуть из-за кислородной атмосферы и противодействия других организмов. Раз зародившись, жизнь находится в процессе постоянной эволюции 8 способность к избыточному само производству. III. Возникновение жизни. 1. Вещественная основа жизни.

В 1924 г. в книге А.И.Опарина впервые была сформулирована естественнонаучная концепция, согласно которой возникновение жизни - результат длительной эволюции на Земле сначала химической, затем биологической. С позиций современной науки жизнь возникла из неживого вещества в результате эволюции материи, являющейся результатом естественных процессов, происходивших во Вселенной. Жизнь - это свойство материи, которое ранее не существовало и появилось в особый момент

истории нашей планеты Земля. Жизнь возможна только при определнных физических и химических условиях температура, на 2 Опарин А.И. Материя - жизнь - интеллект. М 1977 г. 2. Этапы эволюции жизни. Жизнь возникла не тогда, когда образовались очень сложные органические соединения, а тогда, когда начал действовать механизм редупликации. Начало жизни на Земле - появление нуклеиновых кислот, способных к воспроизводству белков.

На границе между коацерватами - сгустками органических веществ -могли выстраиваться молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей коацерватам стабильность. В результате включения в коацерват молекулы, способной к самовоспроизведению, могла возникнуть клетка, способная к росту. Таким образом, завершение процесса биогенеза связано с возникновением у более стойких коацерватов способности к самовоспроизведению составных частей, с переходом к матричному синтезу

белка. Это было величайшим качественным скачком в эволюции материи. Однако механизм такого перехода пока не ясен. Основная трудность здесь состоит в том, что для удвоения нуклеиновых кислот нужны белки, а для создания белков - нуклеиновые кислоты. По этому поводу существуют разные гипотезы, но все они так или иначе не полны. В настоящее время наиболее перспективными являются гипотезы, которые опираются на принципы теории самоорганизации,

синергетики. Синергетика изменила представление о мире, развитие понимается как процесс становления качественно нового, того, что ещ не существовало в природе и предсказать которое невозможно. Как показывает синергетика энергия имела для возникновения жизни не меньшее значение, чем вещество. Следующим шагом в организации должно быть образование мембран, которые отделяли смеси органических веществ от окружающей среды. С их появлением и получается клетка - единица жизни, главное структурное

отличие живого от неживого. В проблеме возникновения жизни ещ много неопределнного, она ещ далека от своего окончательного разрешения. Знание условий, которые способствовали возникновению жизни на Земле, позволяют понять почему в наше время невозможно появление живых существ из неорганических систем. В нашу эпоху отсутствуют условия для синтеза. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения. Состав клетки 70 кислорода, 17 углерода, 10 водорода,

3 азота. Синтез белка осуществляется в цитоплазме клетки. Почти в каждой из клеток человека синтезируется свыше 10000 разных белков. Первичные живые организмы были анаэробными жили без кислорода питались и воспроизводились за счт органического бульона, возникшего из неорганических систем. С кислородной революцией связан переход от прокариотов клетки у которых нет ядра к эукариотам есть ядро, где сосредоточены хромосомы.

Прокариоты - это простые, выносливые организмы, обладающие высокой способностью к быстрому размножению, легко приспосабливающиеся к изменяющимся условиям природной среды. Клетки без ядра напоминают нынешние бактерии и сине-зелные водоросли. Возраст самых древних организмов около 3 млрд. лет. У эукариотов ДНК уже собраны в хромосомы, такие клетки появляются примерно 2 млрд. лет тому назад.

Такая клетка воспроизводится без каких либо существенных изменений. В неизменной природной среде дочерние клетки имеют столько же шансов на выживание, сколько и материнская. Дальнейшая эволюция эукариотов была связана с разделением на растительные и животные клетки. Следующим важным этапом развития жизни было возникновение примерно 900 млн. лет назад полового размножения, слияния ДНК двух индивидов. Это значительно повысило видовое разнообразие и резко ускорило эволюцию.

Значительным шагом в дальнейшем усложнении организации живых существ было появление многоклеточных организмов кишечно-полостные и т.д Эволюция многоклеточных шла в направлении совершенствования способов передвижения, лучшей координации деятельности клеток, совершенствование способов дыхания и др. Первые позвоночные, по-видимому, возникли в мелководных пресных водомах. Это мелкие существа, покрытые чешуй, которая помогала защищаться от крупных хищников.

Эволюция позвоночных шла в направлении образования челюстных рыбообразных. 3. Завоевание суши. Важнейшим событием в эволюции форм живого является выход растений и живого из воды и последующее образование большого многообразия наземных растений и животных. Содержание кислорода в воздухе выше, чем в воде, что предполагало выработку соответствующих приспособлений. Растения, переселившиеся на сушу, получали значительные преимущества солнечной энергии здесь больше,

фотосинтез становится более совершенным. Первые наземные растения - псилофиты они занимали промежуточное положение между наземными сосудистыми и водорослями. Вслед за растениями из воды на сушу последовали различные виды членистоногих, первые обитатели суши напоминали по виду современных скорпионов. 4. Эволюция растений. Растительные клетки покрыты жсткой целлюлозной оболочкой, которая их защищает, но одновременно не дат

им перемещаться и получать пищу в процессе передвижения. Первый важный результат растительной деятельности - фотосинтез - создание органического вещества из углекислоты и воды при использовании солнечной энергии, улавливаемой хлорофилом. Продукт фотосинтеза - кислород в атмосфере. Растительные клетки совершенствовались в направлении использования фотосинтеза для накопления питательных веществ. После выхода растений на сушу эволюция была связана

с усилением компактности тела, развитием корневой системы, тканей, клеток, проводящей системы и т.д. Переход от трахеид к сосудам обеспечивал приспособление к засушливым условиям. В наземных условиях оказались непригодными для размножения свободно плавающие половые клетки здесь для целей размножения формируются разносимые ветром споры или семена. Постепенно происходит дифференциация тела на корень, стебель, лист.

Дальнейшая эволюция шла по пути совершенствования семян. 5. Эволюция животных. Животные клетки имеют эластичные оболочки и потому не теряют способности к передвижению, это им дат возможность самим искать пищу. Животные клетки эволюционировали в направлении совершенствования способов передвижения и способов поглощать и выделять крупные частицы через оболочку. Вышедшие на сушу рептилии оказались перспективной формой.

Возникло множество видов некоторые рептилии становятся хищными, другие - растительноядными. В условиях похолодания исключительные преимущества получают теплокровные животные - птицы и млекопитающие. От древних хищных происходят копытные. От некоторых видов насекомоядных обособляется отряд приматов. Некоторые виды приматов переходят к прямо хождению. Так в биологическом мире вызревали предпосылки возникновения

Человека и мира Культуры. IV. Заключение. Биология XX в. Углубила понимание существенных черт живого, раскрыв молекулярные основы жизни. В основе современной биологической картины мира лежит представление о том,что мир живого - это грандиозная Система высоорганизованных систем. Несомненно, в модели происхождения жизни, будут включаться новые знания, и они будут вс более обоснованными. Но чем более качественно новое отличается от старого, тем

труднее объяснить его возникновение. Список литературы 1. Найдыш В.М. Концепция современного естествознания. Гардарики Москва, 1999 г. 2. Горелов А.А. Концепция современного естествознания. Изд. Центр, Москва, 1997 г.