ТЕМА 3.3. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ВОЗНИКНОВЕНИИ

ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

3.3.1. Развитие представлений о возникновении жизни

Возникновение жизни на Земле — одна из самых сложных проблем науки, которая с

незапамятных времен привлекала внимание ученых.

По религиозно – идеалистическим представлениям, все живые существа на Земле

были созданы Богом и сохраняются и до наших дней в неизменном виде. Эти представления

сформировались очень давно, но сохранились до наших дней.

Но уже в Древнем Риме, Греции, Иудее ученые высказывали мысль о возникновении

живого из элементов неживой природы путем самозарождения в воде или почве. Аристотель,

например, считал, что не только растения, черви, насекомые_______, но даже рыбы, лягушки, мыши

могут рождаться из влажной почвы или гниющего ила. Эти взгляды развивались учеными

вплоть до XVII века. В XVII в. голландский ученый Я. Гельмонд описал даже опыт, в

котором утверждал, что живые мыши якобы зарождались из грязного белья и горсти

пшеницы, запертых в шкафу. Так сформировалась идея самозарождения живого.

Но в 1688 г. итальянский ученый Ф. Реди, проверяя идею самозарождения жизни,

определил, что все живое происходит только от живого. Правда, это доказательство было

больше интуитивным, чем научным. Поэтому на Ф. Реди обрушились виталисты, которые

защищали учение под названием витализм. Виталисты утверждали, что самозарождению

способствует особая «жизненная сила» и для превращения неорганических веществ в

органические требуется ее воздействие.

Только в 1860 г. французский ученый Л. Пастер экспериментальным путем доказал,

никакая «жизненная сила» не способна «родить» жизнь. В современных условиях жизнь не

самозарождается и даже бактерии могут возникать только от бактерий. Так подтвердился

принцип Реди: «все живое от живого».

Развитие естественных наук в конце XIX в. показало, что живые существа по своей

организации очень сложны и на первый взгляд не имеют ничего общего с неорганической

природой. Это побудило таких ученых, как Г. Рихтер, С. Аррениус, У. Томсон, Г. Гемгольц

высказать предположение о вечности жизни во Вселенной и о том, что на Землю первые

живые существа попали через мировое пространство (космос) в виде спор или зародышей

вместе с метеоритами или космической пылью. Так появилась гипотеза панспермии.

В настоящее время установлено, в космосе действительно имеются некоторые

химические соединения, которые могут быть как бы предшественниками жизни. Поэтому

концепция панспермии остается актуальной и сегодня. Однако она не отвечает на

следующие вопросы: как зародилась жизнь в космосе и почему зародыши или семена жизни

не погибли, испытывая перепады температур, высокие дозы солнечной радиации и пр., при

переносе их с далеких планет на Землю.

В 20-е гг. XX в. появилась концепция биохимической эволюции, автором которой

является А.И. Опарин. Эта концепция является общепризнанной и утверждает, что

монополия биотического синтеза органических веществ характерна лишь для современной

эпохи существования нашей планеты.

3.3.2. Концепция абиогенеза или биохимической эволюции

По А.И. Опарину Земля возникла 3 – 5 млрд. лет назад либо в результате отделения

какой-то части от Солнца, либо в результате постепенной конденсации космической пыли.

Первично холодное пылевое облако стало разогреваться, что привело к расплавлению

вещества протоЗемли. Лишь 1 – 1,5 млрд. лет назад на Земле сложились условия, при

которых стало возможным возникновение жизни.

Атмосфера Земли к тому времени не содержала свободного кислорода (т.к. он

находился в связанном состоянии в виде воды или окисей). Но в составе атмосферы в

больших количествах содержались метан, аммиак, пары воды, сероводород, углекислый газ,

азот, водород и другие простейшие соединения. Эти соединения взаимодействовали между

собой, а также с карбидами металлов, которые извергались на поверхность Земли. Так на I

этапе биохимической эволюции происходило образование простейших углеводородов —

простейших органических веществ. Эти углеводороды находились в атмосфере Земли

сначала в газообразном состоянии. Это был I этап биохимической эволюции

Но с течением времени температура Земли резко снизилась. Понижение

температуры способствовало сгущению водяных паров атмосферы и выпадению их в виде

горячего дождя, который образовал первородный океан. Простейшие углеводороды

вымывались из первичной атмосферы и попадали в водную среду, где химические реакции

продолжались уже между ними.

В результате образовались первые сложные белково-подобные соединения, а

первородный океан превратился в, так называемый, «питательный бульон» с высокой их

концентрацией. В этой среде белково-подобные молекулы образовывали целые агрегаты

или сгустки. А.И. Опарин назвал их коацерватами. Коацерваты явились основой для

образования более сложных веществ – белков, которые приобрели способность

катализировать реакции. В результате этого скорость образования последующих молекул

значительно возросла. Это был II этап биохимической эволюции.

III этап — появление белковых тел (зачатков примитивных клеток), наделенных

обменом веществ и самовоспроизведением. Он протекал около 1,5 млрд. лет и привел к

возникновению первых примитивных клеток.

Первые живые, если так можно выразиться, организмы, возникшие в море

органических молекул в бескислородной (восстановительной) среде, вероятно, получали

энергию за счет брожения некоторых органических веществ. Эти гетеротрофы могли жить

лишь до тех пор, пока в морском бульоне имелся запас молекул органических соединений,

накопленный за огромный период абиогенной эволюции.

Однако прежде чем, этот запас был исчерпан, гетеротрофы претерпели

дальнейшую эволюцию и превратились в автотрофов, способных создавать необходимые им

органические молекулы путем хемосинтеза или фотосинтеза. Фотосинтез в дальнейшем

приобрел главенствующее значение, которое сохранил до наших дней.

Возникновение фотосинтеза было исключительно важным событием в процессе

развития жизни. В результате фотосинтеза атмосфера Земли стала очищаться от углекислоты

и обогащаться кислородом. Накопление кислорода явилось предпосылкой для образования

окислительной атмосферы и появления нового аэробного обмена дыхания, что

способствовало развитию аэробных форм жизни. Это произошло около 800 000 млн. лет

назад.

С появлением первых автотрофных организмов открывается путь для биогенной

эволюции, которая создала огромное разнообразие зеленых растений, бактерий, грибов и

животных, населяющих земной шар в настоящее время.

Самопроизвольное (абиогенное) зарождение живых существ в нашу эпоху

маловероятно, т.к. своим возникновением жизнь обязана не только законам природы, но и

некоторым случайным факторам. Кроме того, даже если предположить возможность

вторичного возникновения жизни, то вряд ли новая жизнь способна выдержать конкуренцию

с уже имеющимися формами, поэтому она может быть уничтожена обитающими на Земле

микро и макроорганизмами.

3.3.3. Концепция «голого гена» Д. Холдейна и взгляды В.И. Вернадского по вопросу

о возникновении жизни

Проблемами возникновения жизни занимался еще Д. Холдейн. Он допускал

существование жизни до возникновения первых живых клеток. По его мнению, процессы,

ведущие к возникновению жизни, могли происходить в открытой динамической системе

на доклеточном уровне.

Д. Холдейн считал, что первые живые или полуживые объекты представляли собой

большие молекулы, способные к обмену веществ и размножению в той среде, где они

возникли. То была «вирусная» стадия жизни, в основе которой лежало возникновение

«голого гена». Затем на дальнейших стадиях эволюции возникла клетка, что явилось

решающим качественным этапом в развитии жизни на Земле.

Эту точку зрения поддерживал и Г. Меллер. Он развивал мысль о том, что чисто

случайно на Земле возникла «живая генная молекула», обладавшая внутримолекулярным

жизнь - определяющим строением, которое она пронесла через всю земную эволюцию.

Вирусы были открыты в 1953 году. Изучая вирусы, ученые столкнулись с такой

формой «жизни», которая обладала одновременно свойствами живой и неживой материи.

Вирусы, с одной стороны, способны принимать кристаллическую форму и сохранять ее

неопределенно долгое время, с другой стороны, вирусы способны расти, размножаться и

мутировать.

Позднее моделью «живой молекулы» стали считать частицу нуклеопротеида вируса

табачной мозаики. Однако ныне становится очевидным, что вирусы нельзя рассматривать,

как промежуточный этап на пути возникновения жизни: сначала должна была возникнуть

жизнь, а затем вирус, а не наоборот. Поэтому праДНК лишь сравнивают с вирусом табачной

мозаики.

Подобно РНК вируса табачной мозаики, она обладала способностью к передаче

наследственной информации и синтезу белка. Возможно также, что вирусы, содержащие

только одну РНК (филогенетически более ранние образования), следует рассматривать как

современные модификации древней примитивной формы жизни.

Все это может пролить некоторый свет на пути возникновения и развития живых

существ от более простых форм и примитивной жизни к более сложным формам. Если

небелковая («неживая») молекула РНК в подходящей среде образует живые системы, то не

на этом ли пути можно обнаружить «мостик» между неживой и живой природой?

Решающее слово в этом важнейшем вопросе принадлежит различным будущим

биохимическим и генетическим исследованиям.

В.И. Вернадский объединил материю и жизнь в единое, неразрывное целое. Он

считал живое на Земле порождением только живого, самим живым созданное. Он был

противником абиотического возникновения живого.

В.И. Вернадский полагал, что с самого начала биосферы жизнь в нее входящая

должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом. По его мнению,

первобытная биосфера была представлена богатым функциональным разнообразием. Первое

появление жизни должно было произойти не в виде одного вида организмов, а в виде

появления их совокупности, т.е. должны были сразу же появиться биоценозы. Этот период

не оставил никаких следов в земной коре.

Однако эти мысли В.И. Вернадского не получили дальнейшего развития. В итоге он

признал возможность абиогенеза, но «вынес» зарождение жизни за пределы земной

поверхности – в космос.

Контрольные вопросы

1.Почему проблема возникновения жизни одна из самых трудных и интересных в

науке?

2.Чем живое отличается от живого?

3. К каким телам можно отнести вирусы: к живым или неживым? Почему?

4.Какие представления о возникновении жизни являются самыми древними?

5.В чем сущность концепции биогенеза?

6.Кто автор концепции панспермии и каковы ее положения?

7.Как Вы понимаете абиогенез?

8.Что нужно, чтобы появилось и могло существовать живое вещество?

9.Какова модель возникновения жизни по А.И. Опарину?

10.Каковы стадии возникновения жизни по А.И. Опарину?

11.Каковы взгляды на возникновение жизни Д. Холдейна и А.И. Опарина?

Литература

1.Опарин А.И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. — М., 1968.

2.Симмонеску К., Денеш Ф. Происхождение жизни, химические теории. — М.,

1986.

3.Холдейн Д. Происхождение жизни //Планета людей. — М., 1961.

4.Эйген М. Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул. —

М., 1973.

Контрольные задания к теме 3.3.

№ 1. Перечислите концепции о возникновении жизни.

№ 2. Назовите ученого, опыты которого в XIX в. опровергли самозарождение жизни.

№ 3. Укажите автора принципа «все живое от живого».

№ 4. Объясните, чем биогенез отличается от абиогенеза.

№ 5. Укажите, когда впервые была опубликована концепция А.И. Опарина о

возникновении жизни.

№ 6. Поясните: « Витализм – это …»

№ 7. Объясните смысл понятия «коацерваты».

№ 8. Выберите правильный ответ.

Чем завершился первый этап абиогенеза?

а) образованием простейших углеводородов; б) выделением углекислого газа; в)

выделением кислорода.

№ 9. В хронологической последовательности изобразите в виде таблицы

возникновение и развитие жизни, используя следующие данные. Прокомментируйте

полученную таблицу.

Возникновение многоклеточных организмов, разделение на растения и животные – 1

млрд. лет; образование мембран – 3 млрд. лет; абиотическое образование простейших

углеводородов (мономеров) – 15 – 5 млрд. лет; возникновение одноклеточных организмов с

ядром (амебы) – 2 млрд. лет; появление протоклетки – 3 млрд. лет; абиотический синтез

важных для жизни органических соединений в первичной атмосфере – 5 – 3 млрд. лет;

образование колоний клеток – 3 млрд. лет; «первичный бульон» Опарина на мелководье в

океане – 3 млрд. лет; возникновение первых одноклеточных организмов без ядра (бактерии,

сине – зеленые водоросли) – есть нити ДНК, но нет оболочки – 3 млрд. лет; образование

биополимеров (ферментов, белков, нуклеиновых кислот) – матриц жизни, способных к

самовоспроизводству.

№ 10. Укажите, какой химический элемент сыграл главную роль в возникновении

жизни на Земле.