Проблема происхождения жизни на Земле

Оглавление. I.Введение. Проблема происхождения жизни на Земле одна из основных загадок человечества.2II.Теории происхождения жизни.31.Античные толкования проблемы.32.Креационизм.53.Теория самозарождения.74.Абиогенез.95.Теория панспермии.206.Концепция стационарного состояния.227.Новейшие теории происхождения жизни.23III.Заключение.28IV.Библиография .I. Введение. Камень преткновения в наших попытках понять происхождение жизни невозможность представить

себе те процессы, которые являются промежуточными между химической эволюцией и возникновением первой самовоспроизводящей и метаболизирующей единицы, которая называется клеткой. Р. Янг R. Young Жизнь одно из сложнейших явлений природы. Со времен глубокой древности она казалась людям таинственной и непознаваемой. Приверженцы религиозных идеалистических взглядов считали жизнь духовным, нематериальным началом, возникшим

в результате божественного творения. В средние века жизнь связывалась с присутствием в организмах некоей жизненной силы, недоступной для познания средствами науки и практики. Одна из основных загадок человечества проблема происхождения жизни на Земле, без е разрешения остатся недоступной пониманию и самая сущность жизни. Как бы глубоко и полно мы ни познавали вещество, структуры и процессы, лежащие в основе организации

современных живых тел, мы никогда, исходя только из этого, не сможем ответить на вопрос, почему эта организация является именно такой, какая она есть, почему строение всех составляющих организм частей так совершенно приспособлено к выполняемым ими функциям, а весь организм, как единое целое, приспособлен к существованию в данных условиях внешней среды. Изучение истории этой проблемы показывает, как в течение многих тысячелетий человеческая мысль шла к е разрешению извилистыми, а иногда и неверными путями.

На сегодняшний день в мире существует огромное количество теорий происхождения жизни, некоторые из них больше соответствуют правде, некоторые меньше, но в каждой из них есть доля истины. Тем не менее, эта величайшая загадка человечества еще не решена, до сих пор появляются новые теории, идут споры об их правильности, но мы все еще точно не знаем, насколько близки к истине. Пожалуй, это основная причина выбора мной именно этой темы реферата самая таинственная и величайшая

загадка человечества загадка происхождения жизни все еще не решена, и каждому хочется найти на нее ответ. II. Теории происхождения жизни. 1. Античные толкования проблемы. Уже античные натурфилософы обращали свои взоры на органический мир и строили первые умозрительные схемы, объяснявшие его происхождение и развитие. На основе таких умозрительных представлений в конце концов сложились два противоположных подхода к решению вопроса о происхождении жизни.

Первый, религиозно-идеалистический, исходил из того, что возникновение жизни не могло осуществиться естественным, объективным, закономерным образом на Земле жизнь является следствием божественного творческого акта креационизм, и потому всем существам свойственна особая, независимая от материального мира жизненная сила vis vitalis, которая и направляет все процессы жизни витализм. Наряду с таким идеалистическим подходом еще в древности сложился и материалистический

подход, в основе которого лежало представление о том, что живое может возникнуть из неживого, органическое из неорганического под влиянием естественных факторов. Так сложилась концепция самозарождения живого из неживого. Например, согласно учению Анаксимандра, живые существа образуются из алейрона по тем же законам, что и вещи неорганической природы. Он считал, что животные родились первоначально из влаги и земли, нагретых

солнцем. Первые животные были покрыты чешуей, но, достигнув зрелости, они вышли на сушу, чешуя их лопнула, и, освободившись от нее, они начали вести свойственный каждому из них образ жизни. Все виды животных возникли независимо друг от друга. Здесь, в древней натурфилософии еще нет идеи генетической связи между видами, представления об историческом развитии животного мира. Правда, в отношении человека

Анаксимандр, по-видимому, уже допускал возможность его происхождения от организмов другого вида. Еще более обстоятельная теория происхождения живого была создана Эмпедоклом, с именем которого связывают первую догадку о том, что существуют ископаемые остатки вымерших организмов. Биологические воззрения Эмпедокла были тесно связаны с его философией. Он исходил из существования четырех элементов стихий мира огонь, воздух, вода и земля, каждый из которых

состоит из вечных частиц, способных вступать во взаимодействие друг с другом, и двух сил Любви и Вражды, которые соединяют Любовь или разъединяют Вражда разрозненные частицы. Эти две силы двигатели всех процессов во Вселенной. Возникновение живых существ Эмпедокл представлял себе так. Жизнь началась на нашей планете еще до того, как народилось

Солнце. В ту дальнюю, досолнечную пору землю непрерывно орошали обильные дожди. Поверхность Земли превратилась в тинообразную массу. Из недр Земли, которая содержит внутренний огонь, наружу периодически прорывался огонь, который поднимал вверх комья тины, принимавшей различную форму. В этом взаимодействии земли, воды, воздуха и огня создавались сначала растения предшественники и предтечи подлинных живых существ.

А со временем стали появляться и сами эти животные формы. Но это были причудливые существа. По сути, это были даже не животные существа, которые мы знаем, а лишь их отдельные обрывки, части, органы. Эмпедокл рисует прямо-таки сюрреалистическую картину биогенеза Головы выходили без шеи, двигались руки без плеч, очи блуждали без лбов. Но влекомые силой Любви, все эти органы, беспорядочно носясь в пространстве, как попало соединяясь

друг с другом, образовывали самые различные уродливые создания, большинство из которых были нежизнеспособными и недолговечными. Велением Вражды всем несовершенным и неприспособленным формам суждено было со временем погибнуть. Остались лишь немногие целесообразно устроенные организмы, которые могли питаться и размножаться. Эти гармоничные целесообразные организмы стали размножаться половым путем и тем самым сохранились до наших дней. При всей примитивности этой картины, нельзя не отметить в ней рациональных представлений,

гениально предвосхищавших дарвиновскую идею естественного отбора. И у Эмпедокла и у Дарвина решающая роль принадлежит случаю и отрицается телеологизм принцип целесообразной направленности органического развития. Несмотря на свою примитивность, первые исторические формы концепции самозарождения сыграли свою прогрессивную роль в борьбе с креационизмом, теорией, утверждающей, что жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время.

Тем не менее, на сегодняшний день существуют несколько гипотез, по-разному объясняющих появление жизни на Земле креационизм божественное сотворение живого концепция многократного спонтанного зарождения жизни из неживого вещества сторонником ее был Аристотель, который считал, что живое может возникать и в результате разложения почвы теория биогенеза, согласно которой живое происходит только от живого концепция происхождения жизни в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам абиогенез концепция стационарного

состояния, в соответствии с которой жизнь существует вечно концепция панспермии внеземного происхождения жизни. 2. Креационизм. Согласно теории креационизма, жизнь возникла в результате какого-то сверхъестественного события в прошлом ее придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений. В 1650 году архиепископ Ашер из г. Арма Ирландия вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н. э. и закончил свой труд 23 октября в 9 часов утра, создав человека.

Ашер получил эту дату, сложив возраст всех людей, упоминающихся в библейской генеалогии, от Адама до Христа. С точки зрения арифметики, это разумно, однако при этом получается, что Адам жил в то время, когда, как показывают археологические находки, на Ближнем Востоке существовала хорошо развитая городская цивилизация. Традиционное иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в

Книге Бытия, вызывало и продолжает вызывать споры. Хотя все христиане признают, что Библия это завет Господа людям, по вопросу о длине дня, упоминающегося в Книге бытия, существуют разногласия. Некоторые считают, что мир и все населяющие его организмы были созданы за шесть дней продолжительностью по 24 часа. Они отвергают любые другие точки зрения и целиком полагаются на вдохновение, созерцание и божественное

откровение. Другие христиане не относятся к Библии как к научной книге и считают, что в Книге бытия изложено в понятной для людей всех времен форме теологическое откровение о сотворении всех живых существ всемогущим Творцом. Для них описание сотворения живых существ относится к ответу скорее на вопрос почему, а не каким образом. Если наука в поисках истины широко использует наблюдения и эксперимент, то богословие постигает истину через божественное откровение и веру.

Вера признает вещи, которым нет доказательств в научном смысле слова. Это означает, что логически не может быть противоречия между научным и богословским объяснением сотворения мира, так как эти две сферы мышления взаимно исключают одна другую. Для ученого научная истина всегда содержит элемент гипотезы, предварительности, но для верующего теологическая истина абсолютна. Процесс божественного сотворения мира мыслится как имевший место лишь единожды и поэтому

недоступный для наблюдения. Этого достаточно, чтобы вынести всю концепцию божественного сотворения за рамки научного исследования. Наука занимается только теми явлениями, которые поддаются наблюдению, а поэтому она никогда не будет в состоянии ни доказать, ни отвергнуть эту концепцию. 3. Теория самозарождения. Сторонники теории самозарождения витализма утверждали, что возможно самозарождение живых организмов. Эта теория была распространена в

Древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель 384 322 гг. до н. э которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения жизни. На основе собственных наблюдений он развивал эту теорию дальше, связываю все организмы в непрерывный ряд лестницу природы. Ибо природа совершает переход от безжизненных объектов к животным с такой плавной последовательностью, поместив между ними существа, которые живут, не будучи

при этом животными, что между соседними группами, благодаря их тесной близости, едва можно заметить различия Аристотель. Этим утверждением Аристотель укрепил более ранние высказывания Эмпедокла об органической эволюции. Согласно гипотезе Аристотеля о спонтанном зарождении, определенные частицы вещества содержат некое активное начало, которое при подходящих условиях может создать живой организм.

Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе. Таковы факты живое может возникать не только путем спаривания животных, но и разложением почвы. Так же обстоит дело и у растений некоторые развиваются из семян, а другие как бы самозарождаются под действием всей природы, возникая из разлагающейся земли или определенных частей растений

Аристотель. Ученые средних веков предлагали рецепты, с помощью которых можно было получить животных или даже маленьких человечков. Алхимик Ян ван Гельмонт 17 век предлагал простой рецепт зарождения мышей Положи в горшок зерна, заткни его грязной рубашкой и жди. Через двадцать один день из испарений зерна и грязной рубашки зародятся мыши. Активным началом в процессе зарождения мыши Ян ван

Гельмот считал человеческий пот. Парацельс написал рецепт, с помощью которого можно было изготовить маленького человечка - гомункулуса. Зарождение происходит с помощью vis vitalis - жизненной силы, которая заселяет питательные вещества. Другой натуралист, Гриндель фон Ах, так рассказывал о якобы наблюдавшемся им самозарождении живой лягушки Хочу описать появление на свет лягушки, которое мне удалось наблюдать при помощи микроскопа.

Однажды я взял каплю майской росы и, тщательно наблюдая за ней под микроскопом, заметил, что у меня сформировывается какое-то существо. Прилежно наблюдая на второй день, я заметил, что появилось уже туловище, но голова ещ казалась не ясно сформированной продолжая свои наблюдения на третий день, я убедился, что наблюдаемое мною существо есть не что иное, как лягушка с головой и ногами. Прилагаемый рисунок вс поясняет . Против теории самозарождения в

XVII веке выступил флорентийский врач Франческо Реди. В 1688 году он доказал, что мухи не могут зарождаться на мясе, как считали ранее. Он провел опыт с сосудами, в которые положил мясо, рыбу, змею. Часть сосудов он оставил открытыми, часть закрыл кисеей марлей. В открытых сосудах мухи отложили яички и там появились личинки мух, в закрытых сосудах личинок не было.

Проведя эти эксперименты, Реди получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни концепция биогенеза. Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеи самозарождения. Антони Ван Левенгук открыл мир микроорганизмов. Стоило положить клочок сена в воду, как уже через несколько дней в настое было огромное количество инфузорий и еще более мелких существ.

Они появились из неживого, утверждали некоторые ученые, другие считали, что живое появляется только от живого. Итальянец Ладзаро Спалланцани и русский ученый Тереховский в 1675 году пытались доказать, что у микробов есть родители, для чего они длительное время кипятили различные настои и затем запаивали стеклянные колбы. При этом микробы не появлялись, но сторонники теории самозарождения считали, что длительное кипячение

убивает жизненную силу, которая вновь может попасть в сосуд только с воздухом. Парижская Академия наук назначила премию за решение этого вопроса, и в 1860 году Луи Пастер сумел доказать, что самозарождения микроорганизмов не происходит. Для этого он использовал колбу с длинным изогнутым горлом и кипятил настои при температуре 120 градусов. При этом погибали микробы и их споры, при остывании воздух проходил в колбу, а вместе с ним и микроорганизмы,

но они оседали на стенках изогнутого горла колбы и в настой не попадали. Таким образом, несостоятельность теории самозарождения была окончательно доказана. 4. Абиогенез. В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория, утверждающая, что все живое происходит только от живого - теория биогенеза. Эту теорию в середине XIX века противопоставляли ненаучным представлениям о самозарождении организмов

червей, мух и др Однако как теория происхождения жизни биогенез несостоятелен, поскольку принципиально противопоставляет живое неживому, утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни. Теория биогенеза порождает проблему Если для возникновения живого организма необходим другой живой организм, то откуда взялся самый первый живой организм Исходной гипотезой современной теории происхождения жизни является абиогенез - идея о происхождении

живого из неживого. Известен целый ряд реакций, посредством которых можно получить органические вещества из неорганических. Американский химик М.Калвин экспериментально показал, что излучение с высокой энергией, например, космические лучи или электрические разряды, могут способствовать образованию органических соединений из простых неорганических компонентов. В 1953 американские химики Г.Юри и С.Миллер обнаружили, что некоторые аминокислоты, например глицин и аланин, и даже более сложные

вещества могут быть получены из смеси паров воды, метана, аммиака и водорода, через которую всего лишь в течение недели пропускают электрические разряды. Спонтанное зарождение живых организмов в той обстановке, которая существует на Земле в настоящее время, в высшей степени маловероятно, однако оно вполне могло произойти в прошлом. Все дело в различии условий, существовавших тогда и сейчас.

В настоящее время широкое признание получила гипотеза, сформулированная советским ученым акад. А. И. Опариным и английским ученым Дж. Холдейном. Она исходит из предположения о постепенном возникновении жизни на Земле из неорганических веществ путем длительной абиогенной небиологической молекулярной эволюции. Взгляды этих ученых представляют собой обобщение доказательств возникновения жизни на

Земле в результате закономерного процесса перехода химической формы движения материи в биологическую образование простых органических соединений. Для обоснования этого они рассматривают условия, существовавшие на планете несколько миллиардов лет назад на начальных этапах своей истории Земля представляла раскаленную планету. Вследствие вращения при постепенном снижении температуры атомы тяжелых элементов перемещались к центру, а на поверхности концентрировались атомы легких элементов водорода,

углерода, кислорода, азота. При дальнейшем охлаждении планеты появились химические соединения метан, углекислый газ, аммиак, цианистый водород, кислород, азот и д.р. Физические и химические свойства воды и углерода позволили именно им выделится и оказаться у колыбели жизни. На этих начальных этапах сложилась и первичная атмосфера, которая носила восстановительный характер, после на ее месте образовалась вторая атмосфера, состоящая из наиболее химически активных газов.

Через эту атмосферу легко проникала коротковолновая ультрафиолетовая часть солнечного излучения, которая сейчас задерживается в верхних слоях атмосферы озоном. Дальнейшее снижение температуры обусловило переход ряда газообразных соединений в жидкое и твердое состояние, т.е. образование земной коры. В результате активной вулканической деятельности из внутренних слоев Земли на поверхность выносилось много раскаленной массы, содержащей углерод.

В насыщенной водяными парами нагретой атмосфере были нередки электрические разряды. В этих условиях мог произойти и, по-видимому, произошел абиогенный синтез ряда органических соединений. В океанах постепенно накопились органические вещества и образовался, по выражению Опарина, первичный бульон, в котором затем возникла жизнь. В первичном бульоне происходили процессы полимеризации.

Коацерваты коацерватные капли - открытые системы, состоящие из различных высокополимерных соединений, в которых концентрация полимеров была выше, чем в окружающей среде. Коацерватные капли могли самопроизвольно расти, делиться и обмениваться веществом с окружающей их жидкостью через уплотненную поверхность раздела и даже размножаться - капли, ставшие большими, делились на две или больше частей. Такие образования А.И.Опарин называет протобионтами, т.е. предшественниками живых

организмов. В это же время молекулы органических веществ гидратировались, взаимодействуя с молекулами воды, слипались вместе, захватывали различные вещества, в них образовывались биокатализаторы, придающие им определенную устойчивость. Происходил естественный отбор на уровне коацерватов. Но это еще были не живые организмы, отсутствовало важнейшее свойство, характерное для живых организмов - воспроизведение себе подобных. Американский биохимик

Т.Чек открывает рибозимы - молекулы РНК, обладающие каталитической активностью. Была доказана возможность спонтанного образования на матричных РНК, РНК-копий. На следующем этапе впервые появилась возможность для эволюции на уровне молекул, те молекулы РНК, которые придавали устойчивость коацерватам и были способны к самокопированию - размножаются, за счет мутационного процесса происходит их изменение и естественный отбор сохраняет наиболее удачные

полирибонуклеотиды. Дальше происходило взаимодействие РНК с определенными аминокислотами, появлялись РНК, кодирующие полезные для себя полипептиды, так появился белковый синтез, контролируемый РНК. За счет соединения РНК, кодирующих различные полипептиды, происходило образование крупных РНК, состоящих из нескольких генов. В дальнейшем преимущества получили

ДНК их двухцепочечное строение обеспечивает более точную репликацию и репарацию. Таким образом, основное положение теории абиогенеза заключается в том, что живые организмы произошли из неживой природы абиогенный процесс, причем биологической эволюции предшествовал длительный период химической эволюции период образования и усложнения молекул органических соединений. Это был естественный процесс, связанный с притоком энергии, который проходил в специфических условиях,

отсутствующих сейчас на Земле. В 1953 г. Стенли Миллер воспроизвел в колбе газовый состав первичной атмосферы Земли исходя из состава современных вулканических газов, и при помощи электрических разрядов, имитирующих грозы, синтезировал в ней ряд органических соединений - в том числе аминокислоты. Отечественные ученые А.Г.Пасынский и Т.Е.Павловская получили сходные результаты с помощью энергии ультрафиолетовых лучей. Таким образом экспериментально было доказан абиогенный синтез всех важнейших биологических мономеров

аминокислот, азотистых оснований, сахаров, жирных кислот который происходил на первом этапе зарождения жизни на Земле. Через некоторое время С. Фоксу удалось соединить аминокислоты в короткие нерегулярные цепи - безматричный синтез полипептидов подобные полипептидные цепи были потом реально найдены, среди прочей простой органики, в метеоритном веществе. Итак, опыт Миллера доказал, что органические вещества могли образоваться на первобытной

Земле без участия живых организмов. В отсутствии кислорода, который мог бы их разрушить, а также бактерий и грибов, которые использовали бы их в качестве пищи, эти вещества действительно должны были накапливаться в первобытном океане до консистенции бульона. При нагревании сухой смеси аминокислот получают цепи аминокислот, которые были названы протеноидами т.е. белкоподобными веществами. Некоторые протеноиды способны, подобно ферментам, катализировать определенные химические реакции возможно,

именно эта способность была главной чертой, определившей их последующую эволюцию вплоть до возникновения настоящих ферментов. Смешанные в воде разные виды полимеров могли объединиться и образовать более крупные структуры. Чтобы превратиться в клетку, этот агрегат должен был обладать хотя бы зачатками свойств клетки наличие липидно-белковой мембраны, отделяющей клетку от окружающей среды и осуществляющей обмен различными веществами между клеткой и средой, белков, способствующих этому обмену со средой, выполняющих роль структурных

белков и катализирующих бесчисленные биохимические реакции в клетке, и нуклеиновых кислот, содержащих информацию для синтеза совершенно определенных белков. Эти агрегаты действительно обнаруживают какие-то следы всех упомянутых признаков. А не могла ли возникнуть жизнь в холодных газопылевых облаках в далеком космосе, ведь и там обнаружены органические соединения - синильная кислота, формальдегид, метиламин, спирты

В Галактике температура очень низка 3К, поэтому реакции образования полимеров идут очень медленно. Кроме того, сказывается отсутствие воды, которая служит катализатором реакций. На метеоритах находят аминокислоты, но опять же отсутствие воды не приводит к дальнейшей химической эволюции. Поэтому для осуществления абиогенеза необходима планета, но не любая, а на которой есть вода. Значит, эта планета должна быть теплая 0-100С и окруженная атмосферой.

Как долго должны существовать эти условия Земля существует около 4.5 млрд. лет, а научные исследования показывают, что уже 3.5 млрд. лет тому назад жизнь на планете существовала. Итак, для зарождения жизни потребовался примерно 1 млрд. лет. Обязательно ли должна быть вода и углерод Живые организмы состоят из ограниченного числа химических элементов - углерода, кислорода, азота, фосфора, водорода, серы, калия, кальция и магния.

Как известно из химии, между кремнием и углеродом есть химическое сходство, поэтому можно предположить возможную замену С на Si в химических соединениях, входящих в состав живого вещества, но соединения Si и Н аналоги углеводородов неустойчивы при нормальных температурах. Из этого следует, что замена углерода на кремний маловероятна для возникновения жизни. Посмотрим, что получится при замене кислорода на аминогруппу

NH в органической молекуле, т.е. при замене воды на жидкий аммиак. Но аммиак как жидкость существует в очень узком температурном диапазоне от -77.7 до -33.4С, кроме того, современные исследования показывают, что в этом случае для деятельности клеточных мембран потребуются соединения CsCl и RbCl, а элементы Cs и Rb очень редко встречаются в космосе, поэтому и возникновение таких форм жизни маловероятно. Можно рассмотреть еще одну возможную замену водорода на галогены

F или Cl. Но эти химические элементы также мало распространены в космосе, а водород - основной элемент Вселенной. Поэтому галоген-углеродная форма жизни также маловероятна. Таким образом, углерод и водород основные элементы, участвовавшие в возникновении первых живых организмов. При наличии атмосферы, гидросферы и Солнца на ранней Земле из водорода, метана и аммиака под воздействием ультрафиолетового излучения

Солнца было возможно образование в воде аминокислот, оснований нуклеиновых кислот, сахаров и других биологически важных молекул. В 1964г. американский астрофизик К.Саган показал, что за 1 млрд. лет на 1см2 Земли могло накопиться до сотен килограммов амино- и органических кислот, необходимых для дальнейшего производства клетки. На сегодня есть указания, что ранняя атмосфера за счет фотохимических процессов стала окислительной,

т.е. в ней появился свободный кислород. Такой состав атмосферы не очень благоприятен для синтеза аминокислот по концепции Миллера, в окрестностях вулканов облака дыма и пара могли служить защитой для молекул метана и аммиака. Поэтому появилось предположение, что жизнь возникла на океанских глубинах. В настоящее время в океане на больших глубинах 2.5км обнаружены гидротермальные источники с экологическими сообществами из бактерий, червей и моллюсков. Глубже 200-300 м от поверхности океана уже слишком темно,

чтобы проходил фотосинтез т.е. превращение окиси углерода в углеводороды. Источником энергии для прохождения химических реакций являются соединения серы главным образом, сероводород, выбрасываемые гидротермальными водами. Действительно, существуют бактерии, которые получают энергию за счет окисления сероводорода, а эта энергия тратится на превращение СО2 в органические соединения. Ряд ученых считает, что живые существа возникали и на земной поверхности,

и вблизи поверхности, а затем занимали водные глубины. Разрушительные удары из космоса падение огромных метеоритов или ледниковые периоды могли уничтожить все живое на Земле, за исключением организмов, населяющих относительно глубоководные ареалы. Д.Бернал 1901-1971 предположил, что образование первых органических веществ могло происходить не в гидросфере Земли, а в результате конденсации газов на поверхности твердых частиц железа и силикатной

пыли Теория Г.Вехтершейзера заключается в том, что жизнь возникла как метаболический процесс - циклическая химическая реакция, осуществляющаяся за счет притока энергии извне на поверхности твердой фазы. В качестве базового материала выступает минерал пирит FeS2. Поверхность кристалла пирита несет положительный электрический заряд и с ней могут связываться молекулы органических веществ при образовании пирита из железа и серы выделяются электроны и энергия,

что побуждает органические соединения реагировать друг с другом, образуя все более сложные соединения. По мнению других ученых, твердым субстратом служили не кристаллы пирита, а кристаллические глины. Но все теории абиогенеза основаны на том, что химическая эволюция должна была пройти два этапа 1 этап - синтез исходных органических соединений 2 этап - формирование биополимеров, липидов, углеводородов. И все же, все это только теории, и реальные успехи, достигнутые в рамках концепции абиогенеза, исчерпываются

только несколькими опытами Миллера и Фокса если не считать того, что было ясно осознано по крайней мере одно фундаментальное ограничение на возможность синтеза живых т.е. биологически активных макромолекул из более простых органических кирпичиков. Дело в том, что многие органические соединения представляют собой смесь двух так называемых оптических изомеров - веществ, имеющих совершенно одинаковые химические свойства, но различающихся так называемой оптической активностью.

Они по-разному отклоняют луч поляризованного света, проходящий через их кристаллы или растворы, и в соответствии с направлением этого отклонения называются право- или левовращающими свойством этим обладают лишь чистые изомеры, смеси же их оптически неактивны. Явление это связывают с наличием в молекуле таких веществ так называемого асимметричного атома углерода, к четырем валентностям которого могут в разном порядке присоединяться четыре соответствующих радикала.

Так вот, эти химически идентичные вещества, как выяснил еще в 1848 г. Л. Пастер, вовсе не являются таковыми для живых существ плесневый гриб пенициллиум, развиваясь в среде из виноградной кислоты, поедает лишь ее правовращающий изомер, а в среде из молочной кислоты - левовращающий на этом, кстати, основан один из методов разделения оптических изомеров, человек легко определяет на вкус изомеры молочной кислоты. Сейчас известно, что все белки на нашей планете построены только из левовращающих

аминокислот, а нуклеиновые кислоты - из правовращающих сахаров это свойство, называемое хиральной чистотой, считается одной из фундаментальнейших характеристик живого. А поскольку при любом абиогенном синтезе например, в аппарате Миллера образующиеся аминокислоты будут состоять из приблизительно равных по теории вероятностей долей право- и левовращающих изомеров, то в дальнейшем - при синтезе из этого сырья белков - перед нами встанет

задача как химическими методами разделить смесь веществ, которые по определению химически идентичны Не зря оптической активностью обладают лишь природные сахара - и ни один из синтетических, а упомянутые выше полипептиды из метеоритного вещества состоят из равных долей право- и левовращающих аминокислот. Между тем, даже успешный синтез живых макромолекул сам по себе проблемы не решает. Для того, чтобы макромолекулы заработали, они должны быть организованы в клетку - причем никаких возможностей

для промежуточной посадки в ходе этого немыслимой сложности перелета вроде бы не просматривается все так называемые доклеточные формы жизни - вирусы - являются облигатными т.е. обязательными внутриклеточными паразитами, а потому навряд ли могут являться предшествениками клеток. Пропасть, отделяющая полный набор аминокислот и нуклеотидов от простейшей по устройству бактериальной клетки, в свете современных знаний стала казаться еще более непреодолимой, чем это представлялось в

прошлом веке. Известна такая аналогия вероятность случайного возникновения осмысленной аминокислотно-нуклеотидной последовательности соответствует вероятности того, что несколько килограммов типографского шрифта, будучи сброшены с крыши небоскреба, сложатся в 105-ую страницу романа Война и мир. Абиогенез в его классическом виде как раз и предполагал такое сбрасывание шрифта - раз, 10 раз, 10100 раз - сколько понадобится, пока тот не сложится в требуемую страницу.

Сейчас всем понятно, что это просто несерьезно потребное для этого время его вполне можно рассчитать на много порядков превосходит время существования всей нашей Вселенной не более 20 млрд лет. Таким образом, получается, что по крайней мере в рамках чисто химического подхода проблема зарождения жизни принципиально неразрешима. Несмотря на это, до сих пор не перестают возникать различные теории возникновения жизни в рамках абиогенеза.

Новейшая теория происхождения жизни абиогенным путем была разработана Уильямом Мартином William Martin из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе, Германия, Heinrich-Heine University, Dusseldorf, Germany и Майклом Расселом Michael Russell из Центра изучения окружающей среды, Университет Шотландии,

Глазго, Великобритания Scottish Universities Environmental Research Centre, Glasgow, UK. Они утверждают, что первые живые организмы на Земле могли появиться внутри камней, выстилающих дно океана. Более 4 миллиардов лет назад крошечные полости внутри минералов могли выступить в роли клеток. Ключевой момент в этой теории - отложения сульфида железа

FeS. В горячих источниках на морском дне это соединение образует соты с ячейками шириной в несколько сотых миллиметра. Как считают Мартин и Рассел, эти ячейки - идеальное место для возникновения жизни. По сравнению с другими гипотезами возникновения жизни на Земле, теория Мартина и Рассела уникальна тем, что она предполагает, что возникновение клетки предшествовало возникновению белков и самореплицирующихся молекул.

С притоком горячей воды в ячейки попадают ионы аммония NH4 и монооксид углерода CO, и сульфид железа выступает в роли одного из катализаторов синтеза органических веществ из неорганики. Простые соединения концентрировались в камерах из сульфида железа, что могло привести к возникновению сложных молекул - белков и нуклеиновых кислот. Форд Дулитл Ford Doolittle из канадского университета

Далхаузи, Галифакс Dalhousie University, Halifax, Canada считает данную теорию красивой и практически всеобъемлющей. Другие ученые согласны, что ячейки сульфида железа вполне могут быть инкубаторами первичных жизненных форм, однако указывают на недостающее звено между простыми органическими соединениями и химией живых существ. Так, Пьер Луиджи Люизи Pier Luigi Luisi из Федерального института технологий в Цюрихе, Швейцария

Federal Institute of Technology, Zurich, Switzerland считает, что без объяснения происхождения ферментов все вышесказанное останется голой теорией. Мартин и Рассел предположили, что живые организмы покинули каменные ячейки, когда научились сами строить клеточную стенку. Поэтому они выдвинули довольно спорное предположение о том, что жизнь на Земле возникала дважды. Об этом, по их мнению, свидетельствует большая разница в строении клеточной

стенки у двух основных царств примитивных прокариот - бактерий и архебактерий. С этим согласны далеко не все. Например, Томас Кавалье-Смит Thomas Cavalier-Smith из Оксфордского университета в Великобритании University of Oxford, UK говорит, что у бактерий и архебактерий есть сотни гомологичных генов, а также множество сходных признаков, таких как, скажем, способ встраивания белков в мембрану.

Мартин в ответ утверждает, что из-за способности бактерий обмениваться ДНК сейчас нам трудно установить последовательность событий только на основе генетики. Он предполагает, что выход обоих царств из каменных ячеек произошел около 3,8 миллиардов лет назад, в то время как самые древние ископаемые образцы, бесспорно свидетельствующие о наличии бактерий на Земле, относятся к периоду около 2,5 миллиардов лет назад, хотя некоторые исследователи говорят о возникновения

жизни еще 3,5 миллиарда лет назад. Таким образом, пока у ученых нет гипотезы происхождения жизни, которая объясняла бы все факты, которыми располагает наука. 5. Теория панспермии В качестве альтернативы абиогенезу выступала концепция панспермии, связанная с именами таких выдающихся ученых, как Г. Гельмгольц, У. Томпсон лорд Кельвин, С. Аррениус, В.И. Вернадский.

Согласно этой гипотезе, жизнь была занесена из космоса либо в виде спор микроорганизмов, либо путем намеренного заселения планеты разумными пришельцами из других миров. Прямых свидетельств в пользу этого нет. Да и сама теория панспермии не предлагает никакого механизма для объяснения первичности возникновения жизни и переносит проблему в другое место Вселенной. Либих считал, что атмосферы небесных тел, а также вращающихся космических туманностей - это

хранилища оживленной формы, как вечные плантации органических зародышей, откуда жизнь рассеивается в виде этих зародышей во Вселенной. В 1865 г. немецкий врач Г.Рихтер выдвинул гипотезу космозоев космических зачатков, в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Его гипотеза была поддержана многими выдающимися учеными.

Подобным образом мыслили Кельвин, Гельмгольц и др. В начале нашего века с идеей радиопанспермии выступил Аррениус. Он описывал, как с населенных другими существами планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счет светового давления. Попадая на планету с подходящими условиями для жизни, эти споры

начинают на ней новую жизнь. Для обоснования панспермии обычно используют наскальные рисунки, напоминающие живые организмы, или появления НЛО. Сторонники же теории вечности жизни де Шарден и др. считают, что на всегда существующей Земле некоторые виды вынуждены были вымереть или резко изменить численность в тех или иных местах планеты из-за изменения внешних условий. Четкой концепции на этом пути не выработано, поскольку в палеонтологической летописи

Земли есть некоторые разрывы и неясности. Согласно Шардену, в момент возникновения вселенной Бог слился с материей и дал ей вектор развития. Таким образом, мы видим, что эта концепция тесно взаимодействует с креационизмом. Концепцию панспермии обычно упрекают в том, что она не дает принципиального ответа на вопрос о путях происхождения жизни, и лишь отодвигает решение этой проблемы на неопределенный срок.

При этом молчаливо подразумевается, что жизнь должна была произойти в некой конкретной точке или нескольких точках Вселенной, и далее расселяться по космическому пространству - подобно тому, как вновь возникшие виды животных и растений расселяются по Земле из района своего происхождения в такой интерпретации гипотеза панспермии действительно выглядит просто уходом от решения поставленной задачи. Однако действительная суть этой концепции заключается вовсе не в романтических межпланетных странствиях

зародышей жизни, а в том, что жизнь как таковая просто является одним из фундаментальных свойств материи, и вопрос о происхождении жизни стоит в том же ряду, что и, например, вопрос о происхождении гравитации. Все попытки обнаружить живые существа или их ископаемые остатки вне Земли, и прежде всего - в составе метеоритного вещества, так и не дали положительного результата. Неоднократно появлявшиеся сообщения о находках следов жизни на метеоритах основаны или на ошибочной

интерпретации некоторых бактериоподобных неорганических включений, или на загрязнении небесных камней земными микроорганизмами. Метеоритное вещество оказалось достаточно богатым органикой, однако вся она, как уже было сказано, не обладает хиральной чистотой это последнее обстоятельство - весьма сильный довод против принципиальной возможности существования межзвездной жизни. Таким образом, по крайней мере положение, касающееся повсеместности распространения жизни во

Вселенной, не нашло подтверждения. 6. Концепция стационарного состояния. Согласно теории вечности жизни, Земля никогда не возникала, а существовала вечно она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало виды также существовали всегда. Оценки возраста Земли сильно варьировали от примерно 6000 лет по расчетам архиепископа Ашера до 5000106лет по современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада.

Более совершенные методы датирования дают все более высокие оценки возраста Земли, что позволяет сторонникам теории стационарного состояния полагать, что Земля существовала всегда. Согласно этой теории, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности либо изменение численности, либо вымирание. Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может

указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводит в качестве примера представителя кистеперых рыб латимерию. По палеонтологическим данным кистеперые вымерли в конце мелового периода 70 млн. лет назад. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая

их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, ее немногочисленные сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков.

Большая часть доводов в пользу этой теории связана с такими неясными аспектами эволюции, как значение разрывов в палеонтологической летописи, и она наиболее подробно разработана именно в этом направлении. 7. Новейшие теории происхождения жизни. Жизнь на Земле никогда бы не зародилась, не будь у Земли безжизненного спутника, Луны. Эта новейшая теория происхождения жизни на Земле принадлежит британскому биологу Ричарду Лэтсу.

4 миллиона лет назад Луна находилась на гораздо более близкой к Земле орбите, и под влиянием ее притяжения приливы и отливы океанов были значительно сильнее, чем ныне. Это, в свою очередь, способствовало ежедневной смене концентрации соли в морской воде, что в конечном счете и привело к зарождению жизни, утверждает ученый. Если эта теория верна, то одновременно она исключает возможность жизни на

Марсе. Дело в том, что самый большой спутник Марса, Фобос, слишком мал для того, чтобы порождать приливы и отливы, даже если на Марсе есть или была вода, что пока также не доказано, пишет газета The Daily Telegraph. Химики выдвинули новую теорию происхождения жизни на Земле - по их мнению, ее зарождению вполне могли поспособствовать древние вулканы.

Газы, извергаемые вулканами, содержат много сульфида карбонила химическая формула COS, а этот газ мог оказаться клеем, с помощью которого склеились первые на Земле кирпичики жизни - органические молекулы. Около 20 лет назад вокруг горячих вулканических источников, бьющих посреди океана, был обнаружен, существующий совершенно независимо от солнца, биоценоз. В начале 90-х годов, в Аризонской пустыне, группа исследователей сделала попытку создать искусственную,

полностью изолированную от внешнего мира, биосферу. В опытах, поставленных учеными, молекулы аминокислот в присутствии сульфида карбонила склеивались друг с другом, образуя молекулы простейших белков. Скорость реакции была достаточно высокой, и никаких особых условий для ее осуществления не потребовалось. Если на заре земной истории концентрация сульфида карбонила, выбрасываемого огромным количеством вулканов, была значительной, именно он мог быть катализатором зарождения

жизни на Земле. Это предполагает и новая теория Вектерцхойзера. Теория бульона предполагает, что химические предшественники жизни соединились в среде, имеющей три измерения. Однако вещества, которые движутся свободно в воздухе или в воде, не остаются надолго вместе. На поверхности - другое дело. Первые реакции должны были произойти на поверхности, имеющей не три, а два измерения, рассуждал Вектерцхойзер. Третье измерение завоевывали уже организмы.

Поверхность, где формировались предшественники жизни, должна была омываться водой. Все гипотезы о происхождении жизни, пишет Вектерцхойзер в Science, можно разделить на три класса в зависимости от того, какой элемент жизни у них решающий, с чего все началось. Одни считают, что с клеточных мембран. Но тогда им надо объяснить, как клеточная пища проходила сквозь мембрану.

Другие считают, что первыми образовались нуклеиновые кислоты. Однако молекулы даже самых простых нуклеиновых кислот - довольно сложные соединения. Вектерцхойзер держится третьей точки зрения жизнь началась с метаболизма, с обмена веществ. Другими словами, с повторяющегося цикла химических перемен. Это метаболизм изобрел и клеточную мембрану, и нуклеиновые кислоты, и весь генетический аппарат.

Участвовали же в обмене веществ атомы углерода. В каждом цикле они соединялись по два научно это называется циклом фиксации углерода. Побочным, поначалу бесполезным продуктом этого метаболизма оказались аминокислоты - строительные блоки будущих белков. Тотчас же они стали собственными катализаторами - ускорителями тех химических перемен, которые по преимуществу направляли их собственный синтез. Нуклеиновые кислоты тоже появились как побочные продукты и тоже обнаружили способность к самокатализу.

Позже, подобно пчелиной матке в улье, они взвалили на себя ответственность за воспроизведение всей системы. Рано или поздно все эти химические перемены привели к тому, что некоторым взаимосвязанным веществам удалось укрыться в мембране, которую они постепенно соорудили, и ускользнуть из плена двух измерений в сферу трех. Вот тогда-то и родилась первая клетка. Такова схема. Но всякая схема, всякая теория может рухнуть от соприкосновения с экспериментом.

Теория же Вектерцхойзера не рухнула, а наоборот, получила экспериментальную поддержку, да еще в самом важном звене - цикле фиксаций углерода. Бактерии, эти древнейшие существа, до сих пор сохраняют редкую способность, родившуюся вместе с ними синтезировать уксусную кислоту, простое вещество, в своей активной форме охотно вступающее в химические реакции. В основе уксусной кислоты лежат как раз два атома углерода, соединенные в ее молекуле. Но может ли где-нибудь сегодня идти такой синтез

Да, может - в горячих серных газах, вырывающихся на большой глубине из подводных вулканов. Как известно, там при температуре в сотни градусов привольно обитают бактерии, питающиеся серой, и там же полным-полно сульфидов металла. Подводные вулканы - вот где родилась жизнь Океан, конечно, но не тот. Не бульон, а сверхкипяток. Вектерцхойзер раздобыл вулканические газы и стал их помешивать в присутствии железных и никелевых сульфидов.

Синтез уксусной кислоты не заставил себя ждать А она - самый вероятный кандидат на метаболизм, породивший жизнь. Уксусная кислота активна - в этом все дело. Эксперимент, который начали профессор Дорон Ланцет Кроны и его студенты, Дэниела Сегр и Dafna Бен в Центре Генома Человека в Институте Науки Германии, основан на поиске альтернативы белкам и рибонуклеиновым

кислотам, так как появление белков или само-копирующихся молекул рибонуклеиновой кислоты осталось загадочным. Они развили модель, основанную на молекулах липида, и предложили новый взгляд на происхождение жизни. Липиды - масляные вещества, известные как главные компоненты мембран клеток. Липиды имеют две различных формы гидрофильную привлекающую воду, и гидрофобную отражающую воду. Липиды с готовностью синтезируются при моделируемых предбиологических условиях, и из-за их двусторонней

природы имеют тенденцию спонтанно формировать надмолекулярные структуры, состоящие из тысяч молекулярных единиц. Это иллюстрируется на минимальных сообществах липида на мицеллах, которые даже доказали, что они способнык росту и размножению в воде, что напоминает о жизнедеятельности клетки. Все же критический вопрос был оставлен без ответа как минимальные сообщества липида могли нести и размножать информациюМодель, предложенная Ланцетом и коллегами предлагает решение.

Они предполагают, что вначале липид-подобные составы существовали в очень большом разнообразии форм и размеров. Они показывают математически, что при существовавших условиях минимальные сообщества липида могли содержать почти так же много информации, как и рибонуклеиновые кислоты или белковая цепь. Информация была бы запасена в самом составе минимального сообщества, то есть в точном количестве каждого из его компонентов, что обеспечивало более точную передачу и сохранение информации, чем в последовательности

молекулярных гранул на нити белка. Была представлена аналогия с духами информация - аромат различается рецепторами, и запах в большей мере зависит от пропорции каждого компонента в смеси, чем в порядке, в котором ароматы добавлены.Таким образом, авторы доказывают, что о гетерогенных минимальных сообществах липида можно думать как о примитивных геномах. Они далее демонстрируют, как капелька - минимальное сообщество липида, при росте и делении, могло проявлять форму наследования.

Их машинные моделирования показывают, как геном был бы передан минимальным сообществам потомства. Критический аспект модели - то, как такое молекулярное наследование стало возможным. В современных клетках, передача информации, содержащейся в ДНК, облегчена белковыми катализаторами фермента. В ранней предбиологической эре катализ мог быть выполнен теми же самыми липид-подобными веществами, которые несли информацию.

Молекулы, уже представленные в виде капельки, функционировали как молекулярный комитет выбора, увеличивая вероятность передачи одних признаков, и уменьшая вероятность передачи других. Группа Ланцета, разработала компьютеризированное моделирование, которое показывает, как, основанные исключительно на физико-химических принципах, капельки липида с определенным составом срастаются, вырастают, делятся, само-копируются, накапливают мутации, и вовлекаются в сложную эволюционную игру.

Важно, что это - полные минимальные сообщества, с их сложными связями относительно маленьких молекул, которые копируются в дочерние капли. Это отличается от предыдуших моделей, в которых копируется единственный длинный полимер рибонуклеиновой кислоты. Модель ученых делает очень немного химических предположений, но получает богатое молекулярное объяснение, проводящее параллель с современными процессами жизни. И поэтому имеет возможность стать тем давно разыскиваемым мостом, ведущим от неодушевленного мира до

современного мира живых организмов. III. Заключение. Вопрос зарождения жизни - один из самых животрепещущих вопросов в современной науке. Органическая жизнь прекрасно умеет воспроизводить себя, но ведь когда-то она должна была появиться из неживой, косной материи. Как это произошло - неясно до сих пор. Все приведенные здесь теории и гипотезы являются лишь малой частью того огромного количества предполагаемых

ответов на величайшую загадку человечества загадку происхождения жизни на Земле, которые существуют на сегодняшний день в мире. Нам остается лишь надеяться на скорейшее разрешение этой проблемы. Возможно, найдя ответ на вопрос, мы откроем для себя другой мир, раскроем недостающие звенья в цепи появления и развития человечества, узнаем, наконец, свое прошлое.

К сожалению, пока каждый человек может лишь выбирать, какой идее ему лучше придерживаться, что ему ближе. На сегодняшний день наиболее реалистичной кажется теория Опарина-Холдейна, но никто не знает, насколько она правдоподобна. Ведь эволюционная теория Ч. Дарвина тоже была неопровержимой долгий промежуток времени, но сейчас существует огромное количество фактов и доказательств ее неправильности.

Несмотря на такое разнообразие и огромное количество различных гипотез и теорий о причине возникновения жизни на Земле, ни одна из них еще не доказана и не утверждена окончательно. Из этого следует, что в истории человечества до сих пор есть пробелы, остается очень много неизученного. Существуют такие тайны и загадки, смысл которых мы не можем постигнуть. IV. Библиография. 1. Возникновение и развитие жизни на

Земле, Войткевич Г.В Москва, 1988 2. Концепции современного естествознания Учебное пособие, Найдыш В. М Гардарики, Москва, 1999 3. Происхождение жизни, Поннамперума С Мир, Москва, 1977. 4. Происхождение жизни. Маленький теплый водоем, Фолсом К Москва, 1982 5. Строение и эволюция вселенной, Зельдович

Я. Б Новиков И. Д Москва, 1975 6. Энциклопедия для детей, том 2, Аксенова М Аванта, Москва, 1997