Естественнонаучные модели происхождения и развития
ия 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 твёрдое состояние, а также образование земной коры.
Когда температура Земли опустилась ниже 100 град. С,
произошло сгущение водяных паров. Длительные ливни привели к образованию
больших водоёмов. В результате активной вулканической деятельности из
внутренних слоёв Земли на поверхность выносилось много раскалённой массы, в
т.ч. карбидов, которые вступали в химические реакции с растворёнными 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 её образования, он имел место уже на том
этапе, когда Земля ещё 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 ещё 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 определённо показали
возможность образования белковых молекул в условиях отсутствия жизни.
С определённого 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 учёный 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 всё это не даёт 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 нём
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 определённых 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 ещё 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 ещё много
неопределённого, она ещё 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 счёт
«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-зелёные 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 мелководны
| |  скачать работу |
Естественнонаучные модели происхождения и развития |
