Теории возникновения жизни и эволюции

5 Янв 2015 | Автор: | Комментариев нет »

Вопросы о происхождении природы и сущности жизни издавна стали предметом интере­са человека в его стремлении разобраться в окружающем мире, понять самого себя и определить свое место в природе.

Многовековые исследования и попытки решения этих вопросов породили разные кон­цепции возникновения жизни: креационизм - сотворение жизни Богом; концепция самопроизвольного зарождения .из неживого вещества; концепция стационарного состояния, в соответст­вии с которой жизнь существовала всегда и концепция внеземного происхождения жизни в ре­зультате развития физических и химических процессов.

Концепция креационизма, по существу, научной не является, поскольку она возникла в рамках религиозного мировоззрения. Она утверждает, что жизнь такова, какова она есть, потому что такой ее сотворил Бог. Тем самым практически снимается вопрос о научном решении про­блемы происхождения и сущности жизни. Тем не менее, эта концепция продолжала и продол­жает пользоваться довольно большой популярностью.

Остальные концепции появляются позже, но вплоть до XIX века ни одна из них не смог­ла сформировать единую биологическую картину мира и тем самым дать приемлемое объ­яснение происхождению жизни.

В XIX веке в биологии возникли концепции механистического материализма и витализма - вершина биологии того времени, между которыми началась ожесточенная борьба идей о про­исхождении и сущности жизни. Механистический материализм не признавал качественной спе­цифики живых организмов и представлял жизненные процессы как результат действия химиче­ских и физических процессов. С этой точки зрения живые организмы выглядели как сложные машины. Но аналогия между живым существом и машиной не объясняет именно того, что она призвана объяснять: причину целесообразной организации живых существ. Такой подход неве­рен в самой своей основе. Ведь машины не возникают сами собой в природных условиях. Их целесообразность, приспособленность строения к выполнению определенной работы нельзя вы­вести из взаимодействия закономерностей неорганического мира. Она является продуктом со­зидательной деятельности человека, его целенаправленных творческих усилий. В силу этого ме­ханицизм и его более поздняя разновидность -редукционизм {пытавшийся свести явления жиз­ни к химическими физическим процессам как своим элементарным составляющим) - всякий раз беспомощно останавливались перед проблемой происхождения жизни.

Противоположной точкой зрения стал витализм (от лат. vita жизненный), который объяснял качественное отличие живого от неживого наличием в живых организмах особой «жизненной силы», отсутствующей в неживых предметах и не подчиняющейся физическим за­конам.

Такое решение проблемы сущности жизни тесно связано с признанием факта творения ее Богом, разумным нематериальным началом и т.д.

Несмотря на острые дискуссии между механицистами и виталистами, ученые-экспериментаторы пытались точно установить, от каких именно структур зависят специфиче­ские свойства живых организмов, и поэтому исследовали живые клетки и клеточные структуры. Отвергая идею творения мира и жизни, эти ученые вплоть до середины XIX века придержива­лись идеи самопроизвольного зарождения жизни из различных материальных образований, в том числе из гниющей земли, отбросов и иных объектов. Этой точки зрения придерживались такие крупные ученые и выдающиеся мыслители, как Аристотель, врач Парацельс, эмбриолог Гарвей, Коперник, Галилей, Декарт, Гете, Шеллинг и др. Их авторитет во многом определил длительный срок существования идеи самозарождения и ее широкое распространение. Достаточно сказать, что ни опыты Ф.Реди (ХVII в.), который доказал невозможность самозарождения червей из гниющего мяса при отсутствии мух и провозгласил знаменитый принцип «все живое -от живого», ни даже опыты с мельчайшими существами Спалланцани (XVIII в.), показавшие, что в прокипяченных органических настоях не могут самопроизвольно зарождаться микроорганизмы, не оказали сильного влияния на господствующую в науке концепцию спонтанного самозарождения.

Лишь в 60-е годы XIX века в развернувшейся между Ф.А. Пуше и Л. Пастором дискус­сии, потребовавшей экспериментальных исследований, удалось строго научно обосновать несо­стоятельность этой концепции. Опыты Пастера продемонстрировали, что микроорганизмы по­являются в органических растворах в силу того, что туда были ранее занесены их зародыши. Если же сосуд с питательной средой оградить от занесения в него микробов, то не произойдет никакого самозарождения Опыты Пастера подтвердили принцип Реди и показали научную не­состоятельность концепции спонтанного самозарождения организмов. Но и они не давали отве­та на вопрос, откуда взялась жизнь

Примерно в этот же период времени (1865 г.) на стыке космогонии и физики немецким ученым Г. Рихтером разрабатывается гипотеза занесения живых существ на Землю из космоса -так называемая концепция панспермии. Согласно этой идее, зародыши простых организмов могли попасть в земные условия вместе с метеоритами и космической пылью и положить нача­ло эволюции живого, которая в свою очередь породила все многообразие земной жизни. Кон­цепцию панспермии разделяли такие крупные ученые, как С. Аррениус, Г. Гельмгольц, В.И. Вернадский, что способствовало ее широкому распространению среди ученых

В 1908 г. шведский химик Сванте Аррениус поддержал гипотезу происхождения жизни из космоса. Он высказал мысль, что жизнь на Земле началась тогда, когда на нашу планету из космоса попали зародыши жизни «Частицы жизни»7 носящиеся в бескрайних просторах космо­са, переносимые давлением света от звезд, оседали то здесь, то там, осеменяя ту или иную пла­нету.

Тем не менее, пока и эта гипотеза полного научного обоснования не получила. Хотя спектр возможных условий для существования живых организмов достаточно широк, все же считается, что они должны погибнуть в космосе под действием ультрафиолетовых и космиче­ских лучей. К тому же эта гипотеза не решает проблемы происхождения жизни, а лишь выносит ее за пределы Земли - если жизнь была занесена на Землю из космоса, то где и как она возникла? Есть вариант этой гипотезы, утверждающий вечность жизни во Вселенной. Считается, что после Большого взрыва, в результате которого образовалась наша Вселенная, в процессе появ­ления вещества на самых ранних этапах эволюции Вселенной произошло разделение этого вещества на живое и неживое, и жизнь существует столько же времени, сколько и весь космос.

Наряду с гипотезой панспермии в современной научной литературе сохраняется также гипотеза о случайном характере возникновения на Земле первичной живой молекулы, которая появилась лишь раз за все время существования нашей планеты, В силу этого обстоятельства экспериментальную проверку данной гипотезы произвести невозможно. Эта гипотеза получила широкое распространение среди генетиков в связи с открытием роли ДНК в явлениях наследст­венности. Г.Меллер в 1929 г. развивал мысль, что чисто случайно на Земле возникла единичная «живая генная молекула», обладавшая внутримолекулярным жизнеопределяющим строением, которое она пронесла неизменным через все развитие земной жизни, Долгое время моделью та­кой «живой молекулы» считали частицу нуклеопротеида вируса табачной мозаики, но сейчас стало очевидным, что вирусы нельзя рассматривать как промежуточный этап на пути возникно­вения жизни: сперва должна была возникнуть жизнь, а затем вирус.

Тем не менее, идея случайного возникновения ДНК до сих пор широко распространена в научной литературе, хотя вероятность такого события очень мала.

Таким образом, на протяжении веков менялись взгляды на эту проблему, но наука все еще далека от ее решения. Как и сто, и двести лет назад, сегодня продолжаются споры о сущно­сти жизни: является ли она просто чрезвычайно упорядоченным состоянием обычных атомов и молекул, из которых состоит «живое вещество», или существуют пока не открытые элементар­ные «частицы жизни», переводящие обычные химические и физические вещества в живое со­стояние. Веских доказательств и аргументов в пользу справедливости той или иной точки зре­ния нет, и выбор позиции определяется внутренними убеждениями каждого участника спора.

Очевидно, более продуктивно рассматривать жизнь как особую форму движения мате­рии, закономерно возникшею на Определенном этапе ее развития. Разумеется, возникновение жизни содержало элемент случайности, но оно было не абсолютно случайным, а в основе своей закономерным, необходимым. Ранее мы уже говорили о процессах самоорганизации материи. Видимо, появление жизни произошло в ходе этого процесса, когда химическая эволюция после одной из точек бифуркации привела к появлению живого организма и началу биологической эволюции.

Поэтому сегодня наиболее перспективным направлением  для естествознания является исследование возникновения жизни из неживой материи на нашей планете в ходе процессов са­моорганизации.

Одним из главных препятствий, стоявших в начале нашего века на пути решения про­блемы возникновения жизни, было господствовавшее тогда в науке и основанное на повседнев­ном опыте убеждение в том, что органические вещества в природных условиях возникают только биогенно, то есть путем их синтеза живыми существами. Считалось, что представить себе естественное возникновение даже простейших организмов из неорганических веществ (углеки­слоты, воды, азота и т.д.) совершенно невозможно. Поэтому так важно было появление кон­цепции А.И. Опарина, вступившей в противоречие с общепринятым тогда мнением. Он высту­пил с утверждением что монополия биотического синтеза органических веществ характерна лишь для современной эпохи существования нашей планеты. В начале же своего существова­ния, когда Земля была безжизненной, на ней, осуществлялись абиотические синтезы углероди­стых соединений и их последующая предбиологическая эволюция. Совершалось постепенное усложнение этих соединений, формирование из них индивидуальных фазовообособленных сис­тем, превращение их в протобионты, а затем и в первичные живые существа.

Книга Опарина «Происхождение жизни» была опубликована еще в 1924 г. хотя пик ис­следований опаринской школы приходится на 50 - 60-е годы Появление жизни он стал рас­сматривать как единый естественный процесс., который состоял из протекавшей в условиях ран­ней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей постепенно на качественно но­вый уровень -"биохимическую эволюцию По его мнению, этот процесс с самого начала был не­разрывно связан с геологической эволюцией Земли Поэтому Опарин предположил и экспери­ментально доказал, что под действием электрических разрядов, тепловой энергии, ультрафиоле­товых лучей на газовые смеси, содержащие пары воды, аммиака, циана, метана и др. появились аминокислоты, нуклеотиды и их полимеры, которые по мере увеличения концентрации органи­ческих веществ в «первичном бульоне» гидросферы Земли способствовали возникновению кол­лоидных систем., так называемых коацерватных капель.

Согласно гипотезе Опарина, возникновение и развитие химической эволюции произошло в ходе образования и накопления в первичных водоемах сходных органических молекул. Весь Дальнейший процесс ему представлялся следующим образом, Органические вещества сталкива­лись в сравнительно неглубоких местах первичных водоемов, прогреваемых Солнцем Солнеч­ное излучение доносило в то время до поверхности Земли ультрафиолетовые лучи, которые в наше время сдерживаются озоновым слоем атмосферы. В свою очередь ультрафиолетовые лучи обеспечивали энергией протекание химических реакций между органическими соединениями. Таким образом, в некоторых зонах первичных водоемов протекали случайные химические реак­ции Большая их часть быстро завершилась из-за недостатка исходного сырья. Но в хаосе хими­ческих реакций произвольно возникали и закреплялись реакции циклических типов, обладавшие способностью к самоподдержанию. Результатом этих реакций и стали коацерваты - пространст­венно обособившиеся целостные системы. Существенной их особенностью была способность поглощать из внешней среды различные органические вещества, что обеспечивало возможность первичного обмена веществ со средой. А уже функционировавший «естественный отбор» спо­собствовал «выживанию» наиболее устойчивых коацерватных систем. Иными словами, первичная клеточная структура, описанная Опариным, представляла собой открытую химическую микроструктуру и уже была наделена способностью к первичному метаболизму (обмену ве­ществ), хотя еще не имела системы для передачи генетической информации на основе функцио­нирования нуклеиновых кислот

В ходе развивавшегося «естественного отбора» возникли важнейшие свойства жизни, от­личающие ее от предыдущего этапа развития Возникшие целостные многомолекулярные сис­темы, фазовообособленные от окружающей среды определенной границей раздела, сохраняют с ней взаимодействие по типу открытых систем. Только такие системы, черпающие из внешней среды вещества и энергию, могут противостоять нарастанию энтропии и даже способствовать ее j- уменьшению в процессе своего роста и развития, что является характерным признаком всех жи­вых существ

Естественный отбор сохранял те целостные системы, в которых более совершенной была ^ функция обмена веществ (еще один характерный признак жизни), способствовавшая быстрому росту системы и ее динамической устойчивости в данных условиях существования» этим и объ­ясняется целесообразность строения живых объектов, то есть приспособленность внутри­молекулярного и надмолекулярного строения частей к выполняемым ими функциям и приспо­собленность организма в целом к существованию в данных условиях внешней среды

Выживающие в ходе естественного отбора системы имели специфическое строение белково- и нуклеоподобных полимеров, которые и обусловили появление третьего качества живого - наследственности, специфической для живого формы передачи информации

Органическая химия знает примеры реакций такого типа. Их отбор и выживание следует рассматривать как возможный качественный скачок, создавший предпосылки для перехода от химической к биологической эволюции. Вместе с отбором и совершенствованием циклических комплексов происходил отбор и совершенствование участвующих в этих реакциях орга­нических молекул.

Популярность концепции Опарина в научном мире очень велика. Его ученики и последо­ватели и сегодня продолжают исследования в этом направлении. Но у этой концепции есть как сильные, так и слабые стороны.

Сильной стороной концепции является достаточно точное соответствие ее теории химической эволюции, согласно которой в процессе добиологической (абиогенной) эволюции материи зарождение жизни - закономерный результат. Убедительным аргументом в пользу этой концепции является также возможность экспериментальной проверки ее основных положений. Это касается не только лабораторного воспроизведения предполагаемых физико-химических условий первобытной Земли, но и коацерватов, которые имитируют доклеточный предок жизни и его функциональные способности.

Слабой стороной концепции А.И. Опарина является допущение возможности самовоспроизведения коацерватных структур в отсутствие молекулярных систем с функциями генетического кода. Существование этих систем объяснялось наличием у них свойств открытых микросистем, выживающих за счет вовлечения в них ферментов, находящихся в готовом виде в окружающей среде. А это значит, что в рамках концепции Опарина не удается решить главную проблему - о движущих силах саморазвития химических систем и перехода от химической эволюции к биологической, раскрыть причину таинственного скачка от неживой материи к живой.

Возможно, эта проблема будет решена в концепции открытых каталитических систем Руденко, о которой речь шла выше.

Здесь вы можете написать комментарий

* Обязательные для заполнения поля
Все отзывы проходят модерацию.
Навигация
Связаться с нами
Наши контакты

vadimmax1976@mail.ru

8-908-07-32-118

8-902-89-18-220

О сайте

Magref.ru - один из немногих образовательных сайтов рунета, поставивший перед собой цель не только продавать, но делиться информацией. Мы готовы к активному сотрудничеству!