Загадка появления жизни на Земле возникла вместе с появлением человека разумного. Многовековые исследования и попытки решения этой проблемы породили разные концепции возникновения жизни: креационизм – сотворение жизни Богом; концепция самопроизвольного зарождения из неживого вещества; концепция стационарного состояния, согласно которой жизнь существовала всегда; концепция внеземного происхождения жизни и концепция 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 её сотворил Бог. Тем самым практически снимается вопрос о научном решении проблемы происхождения и сущности жизни. Тем не менее, эта концепция продолжает пользоваться довольно большой популярностью.
Концепция самопроизвольного возникновения жизни из неживого вещества существовала в Вавилоне, Египте, Китае, Греции как альтернатива креационизма. Отвергая идею творения мира и жизни, ученые вплоть до середины Х1Х века придерживались идеи самопроизвольного зарождения жизни из различных материальных образований. В том числе из гниющей земли, пшеницы и грязного белья. Этой точки придерживались такие крупные ученые и мыслители, как Аристотель, врач Парацельс, эмбриолог Гарвей, Коперник, Галилей, Декарт, Гетте и др. Их авторитет во многом определил длительный срок существования идеи самозарождения и её широкое распространение. Ни опыты Ф.Реди (XVII в.), который доказал невозможность самозарождения червей из гниющего мяса при отсутствии мух и провозгласил знаменитый принцип «все живое – от живого», ни даже опыты Спалланцани (ХVIII 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 Х1Х в. 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 ни какого самозарождения. Опыты Пастера подтвердили принцип Реди и показали научную несостоятельность концепции спонтанного самозарождения организмов. Но они не давали ответа на вопрос, откуда взялась жизнь.
Примерно в это же время на стыке космогонии и физики немецким ученым Г.Рихтером разрабатывается гипотеза занесения жизни из Космоса. Согласно этой идеи, 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 её широкому распространению среди ученых. Но эта гипотеза не решает проблемы происхождения жизни, а лишь выносит её 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 всё время существования нашей планеты. В силу этого обстоятельства экспериментальную проверку данной гипотезы провести невозможно. Эта гипотеза получила широкое распространение среди генетиков в связи с открытием роли ДНК в явлениях наследственности.
Однако более продуктивно рассматривать жизнь как особую форму движения материи, закономерно возникшую на определенном этапе её развития. Сегодня наиболее перспективным направлением является исследование возникновения жизни из неживой материи на нашей планете в ходе процессов самоорганизации. Научная постановка проблемы возникновения жизни принадлежит Ф.Энгельсу, считавшему, что жизнь возникла не внезапно, а сформировалась в ходе эволюции материи. В 1924 году в книге А.И.Опарина «Происхождение жизни» была впервые сформирована естественно-научная концепция, согласно которой возникновение жизни – результат сначала химической, а затем биологической эволюции на Земле. Эта концепция получила наибольшее признание в научной среде. Этот процесс был неразрывно связан с геологической эволюцией Земли.
Жизнь на Земле основана на углероде, хотя в принципе можно предположить существование жизни на кремниевой основе. Углерод способен создавать разнообразные (несколько десятков миллионов), подвижные, низкоэлектропроводные, студенистые, насыщенные водой, длинные скрученные цепеобразные структуры. Соединение углерода с водородом, кислородом, азотом, фосфором, серой, железом обладают замечательными каталитическими, строительными, энергетическими, информационными и иными свойствами. Кислород, водород и азот наряду с углеродом можно отнести к «кирпичикам» живого. Клетка состоит на 70% из кислорода, 17% углерода, 10% водорода, 3% азота. Все кирпичики живого принадлежат к наиболее устойчивым и распространенным во Вселенной химическим элементам.
Согласно концепции Опарина, периоду развития жизни предшествовал длительный период химической эволюции Земли, во время которой (3-5млн. лет тому назад) образовались сложные органические вещества и протоклетки. А.И.Опарин полагал, что органические вещества могли создаваться в океане из более простых соединений. Энергию для этих реакций, вероятно, доставляла солнечная радиация (главным образом, ультрафиолетовая), падавшая на Землю до того, как образовался слой озона, который стал задерживать большую её часть. Разнообразие находящихся в океанах соединений, площадь поверхности Земли, доступность энергии и масштабы времени позволяют предположить, что в океанах постепенно накопились органические вещества, и образовался «первичный бульон», в котором могла возникнуть жизнь. После того, как углеродистые соединения образовали «первичный бульон», могли образовываться биополимеры-белки и нуклеиновые кислоты, обладающие свойством самопроизводства себе подобных.
В подтверждение возможности абиогенного (неживого) синтеза были проведены следующие опыты. Воздействуя на смесь газов электрическими зарядами, имитирующими молнию, и ультрафиолетовым излучением, ученые получили сложные органические соединения, входящие в состав живых белков. Американский ученый С.Миллер в 1953 году синтезировал ряд аминокислот при пропускании электрического заряда через смесь газов, предположительно составлявших первичную земную атмосферу. Были синтезированы и простые нуклеиновые кислоты.
Начало жизни на Земле – появление нуклеиновых кислот, способных к воспроизводству белков. Переход от сложных органических веществ к простым живым организмам пока не ясен. Теория биохимической эволюции предлагает лишь общую схему. Самое трудное здесь – объяснить способность живых систем к самовоспроизведению, т.е. сам переход от сложных неживых систем к простым живым организмам. Главное структурное отличие живого от неживого – это клетка. Все основные процессы, определяющие поведение живого организма, протекают в клетках. Тысячи химических реакций происходят одновременно для того, чтобы клетка могла получить необходимые питательные вещества, синтезировать специальные биомолекулы и удалить отходы.
Клетки без ядра, но имеющие нити ДНК, напоминают нынешние бактерии и сине – зеленые водоросли. Возраст таких самых древних организмов около 3 млрд. лет. На следующем этапе (2 млрд. лет) в клетке появляется ядро. Одноклеточные организмы с ядром называются простейшими. Их 25-30 тысяч видов. Самые простые из них – амебы. Инфузории имеют ещё и реснички. Многие простейшие обладают сложным двигательным аппаратом.
Примерно 1 млрд. лет тому назад произошло разделение живых существ на два царства – растений и животных. Как считает большинство биологов различие между ними нужно делать по трем основаниям:
1) по структуре клеток и их способности к росту;
2) по способу питания;
3) по способности к движению.
При этом отнесение живого существа к одной из этих частей следует проводить не по каждому отдельному основанию, а по совокупности всех трех. Это связано с тем, что между растениями и животными существуют переходные типы, которые обладают свойствами той и другой группы. Так, например, кораллы, моллюски, речная губка всю жизнь остаются неподвижными, как растения, но по другим признакам их относят к животным. Существуют насекомоядные растения, которые по способу питания относятся к животным. В биологии известны такие переходные типы живых организмов, которые питаются как растения, а двигаются как животные.
Возникновение и распространение растительности привело к коренному изменению состава атмосферы, первоначально имевшей очень мало свободного кислорода. Растения, ассимилирующие углерод из углекислого газа, создали атмосферу, содержащую свободный кислород, который не только активный химический агент, но и источник озона, преградившего путь коротким ультрафиолетовым лучам к поверхности Земли. Веками накапливавшиеся остатки растений образовали в земной коре грандиозные энергетические запасы органических соединений (торф, уголь, нефть), а развитие жизни в Мировом океане привело к созданию осадочных горных пород, состоящих из скелетов и других остатков морских организмов.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему