Спор о происхождении жизни

Спор о происхождении жизни

Цель урока: познакомить учащихся с различными взглядами на проблему возникновения и развития жизни на Земле.

Оборудование: задания для самостоятельной работы в группах, видеофильм «Возникновение жизни на Земле», портреты ученых.

I. Организационный момент

II. Актуализация опорных знаний

— Происхождение жизни на нашей планете — предмет многовековых дискуссий, в которых участвовало не одно поколение человечества. Это интересная область знания, имеющая научное, философское и мировоззренческое значение, до сих пор привлекает внимание исследователей самых различных направлений. Но прежде чем говорить о проблеме происхождения жизни, нам необходимо определиться в самом понятии «жизнь». Что такое жизнь с точки зрения философов и ученых- естественников?

Учащиеся вспоминают определения жизни, изученные на первых уроках.

— С точки зрения генетика, жизнь — это последовательное, из поколения в поколение, самореплицирование биополимеров. Биоэнергетик скажет: жизнь — это получение энергии с помощью фотосинтеза или окисления органических веществ. Наконец, самое общее, с точки зрения теории информации, определение: жизнь — специфическая структура, способная к саморазмножению с затратой энергии.

— И хотя в силу качественного своеобразия живого мы без труда одни тела относим к живым, а другие — к неживым, однозначного, полного и непротиворечивого определения понятия «живое» до сих пор нет.

Разыгрывается сценка с двумя действующими лицами (роли исполняют ученики).

Профессор. Можешь ли ты, юный друг, отличить живой объект от неживого?

Юннат. Разве это сложно? Лягушка прыгает — значит, она живая, а камень лежит — он неживой.

Профессор. Камень тоже может прыгать — я бросаю его в воду, камень попался плоский и запрыгал по поверхности воды, прежде чем утонуть.

Юннат. Но лягушка может размножаться и воспроизводить себе подобных, а камень — нет.

Профессор. Я расколю этот камень молотком на несколько кусков и из одного получу несколько подобных.

Юннат. Есть еще аргумент: лягушка дышит, а камень — нет.

Профессор. Но что такое дыхание? Это, в сущности, поглощение кислорода и выделение углекислого газа. Подобные процессы могут идти и в камне.

Юннат. У меня есть еще один довод: лягушка способна расти, а камень нет.

Профессор. Камень тоже может присоединять к себе песчинки и расти, лучший пример — кристаллы поваренной соли или медного купороса, которые могут расти буквально на глазах.

Юннат. А что Вы скажете относительно обмена веществ и питания камней?

Профессор. Вообще говоря, на камне и внутри него идут различные химические реакции, напоминающие обмен веществ.

Юннат. Тогда последний аргумент. Лягушка состоит из специфических образований — живых клеток, которые содержат ядро и хромосомы, передающие информацию из поколения в поколение, а камень нет.

Профессор. Тут ты прав. Все живое состоит из клеток, обмен веществ у них включает ассимиляцию и диссимиляцию, чего нет, скажем, у минералов. Да и процесс деления у животных упорядочен и состоит из мейоза и митоза. Так что у живого и неживого много общих черт, но есть и различия.

— Так как в науке пока нет общепринятого, универсального определения жизни, то единственный способ описать ее — это перечислить основные свойства живых организмов. Перечислите основные свойства живого, дайте каждому свойству краткую характеристику.

Для выполнения этого задания, на которое дается 5—7 минут, класс делится на несколько групп. Затем группы по цепочке называют одно из свойств живого и кратко характеризуют его.

Обобщив все, можно сказать, что жизнь — это комплекс свойств: обмен веществ, способность к росту и развитию, воспроизведению себе подобных и т.д.; а при определении понятия «жизнь» следует учитывать все свойства живых организмов. Специфичность живого определяет ряд вопросов, на которые необходимо ответить, решая проблему возникновения жизни:

Как произошла клетка — структурный элемент живого?

Как сформировался существующий метаболизм?

Как произошли все специфические живому вещества и структуры?

Как возникли функции роста и размножения?

Каковы необходимые и достаточные условия возникновения жизни в ходе прогрессивной эволюции?

Почему в ходе эволюции были отобраны для построения живого вещества всего около 300 видов простых молекул из более 16 млн. известных сейчас органических и неорганических веществ?

Как формировалась определенная аминокислотная последовательность в белках?

Почему из более 100 аминокислот были отобраны лишь 20?

Как создавался физико-химический механизм запечатления эволюционной информации?

Как формировался генетический код? И т.д.

— И если теория дает ответы на большее число вопросов, тем она лучше, точнее и ближе к истине.

III. Изучение новой темы

1. Вступительное слово учителя.

— С глубокой древности и до нашего времени было высказано огромное количество гипотез о происхождении жизни на Земле.

Но все многообразие этих идей сводится к двум взаимоисключающим точкам зрения — биогенезу и абиогенезу.

Биогенез (от греч. «bios» — жизнь, «genesis» — происхождение) — происхождение живого от живого.

Абиогенез ( от греч. «а» — не, «bios» — жизнь, genesis » — происхождение) — происхождение живого от неживого.

— Борьба сторонников биогенеза и абиогенеза является одной из увлекательнейших страниц в истории биологии.

Учитель предлагает в ходе урока заполнить таблицу:

Теории возникновения жизни на Земле

1. Теории биогенеза

2. Теории абиогенеза

2. Самостоятельная работа учащихся с учебником в малых группах.

1) Прочитайте текст учебника А.А. Каменского § 8.1. статья «Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни», стр. 229—231; учебника И.Н. Пономаревой § 32, стр. 118—120 со слов «Идею абиогенеза. » до «Однако признание. ».

2) Выполните предложенное задание.

На данном этапе урока вопросы заданий выносятся на обсуждение.

Задания для групп

Задание № 1. Проанализируйте опыт Ф. Реди

1. Цель — проверить возможность зарождения насекомых из неживого.

3. Результат: В банке б — а в банке

Задание № 2. Проанализируйте опыт Л. Спалланциани

В 1765 году Ладзаро Спалланциани провел следующий опыт: подвергнув мясные и овощные отвары кипячению в течение нескольких

часов, он сразу же их запечатал, после чего снял с огня. Исследовав жидкость через несколько дней, Спалланциани не обнаружил в них никаких признаков жизни. Из этого он сделал вывод, что высокая температура уничтожила все формы живых существ и что без них ничто уже живое не могло возникнуть.

Ответьте на вопрос:

Какая другая причина могла препятствовать росту микроорганизмов в экспериментах Спалланциани?Задание

3. Проанализируйте опыт Л. Пастера

1. Цель: доказать невозможность зарождения жизни в современных условиях.

В чем состояли главные предположения Л. Пастера относительно возникновения жизни?

Комментарии учителя. Но даже опыты Пастера, поставленные нм по инициативе Французской Академии, не смогли убедить сторонников самозарождения жизни. Окончательно вопрос был разрешен Дж. Тиндалем, показавшим, что споры некоторых бактерий выдерживают длительное кипячение, так что пастеризацию или стерилизацию в ряде случаев приходится проводить через некоторое время повторно. После этого уже ничто в таких средах не «самозарождается». Так закончился двухвековой переходный период от всеобщей веры в самозарождение живого к экспериментально обоснованному выводу о невозможности спонтанного формирования любых организмов из неживого. Возникла проблема происхождения жизни с различным отношением к ней представителей разных школ.

Теология признает сверхъестественное происхождение жизни в результате акта божественного творения, что принимается на веру и нс требует никаких доказательств. Этой теории, названной креационизмом (от лат. « creatio » — сотворение), придерживаются последователи почти всех распространенных религиозных учений. Процесс божественного сотворения мыслится как имевший место лишь единожды и потому недоступный для наблюдения.

Наука признает только естественное происхождение жизни в результате развития материи и действия физических и химических сил. Научный подход к проблеме имеет три варианта:

• вечное существование живой и косной материи;

• случайное происхождение жизни;

• возникновение жизни в результате химических и физических процессов.

Идея вечного существования живой и косной материи — одна из древнейших. Она вытекает из факта резкого отличия свойств живых существ и неживых объектов, а также наблюдений жизнестойкости организмов (жизненной силы), определяющей их существование, размножение, распространение. После экспериментального опровержения Л. Пастером теории самозарождения жизни снова возродилась идея вечной жизни и возникла идея переноса спор жизни во Вселенной — теория панспермии (от греч. « pan » — все и « sperma » — семя).

Специально подготовленные учащиеся раскрывают основные положения этих теорий.

Возможный источник информации: Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: В 3 т. Т. 3.: Пер. с англ. / Под ред. Р.Сопера. — М.: Мир, 1993.- 376 с.

3. Рассказ учителя.

В результате глубокого философского и методологического анализа концепций сущности и происхождения жизни к выводу о том, что жизнь на Земле была всегда, она вечна, так как вечен космос, пришел и крупнейший естествоиспытатель В.И. Вернадский. По его мнению, живое вещество не могло возникнуть из неживого, так как между живым и костным веществами нет промежуточных ступеней. Живое вещество значительно ускорило эволюцию костного вещества благодаря способности живого использовать энергию солнечных лучей. Бактерии — самые древние формы жизни — способны выполнять все функции в биосфере, поэтому биосфера может состоять из одних прокариот.

Случайное же происхождение жизни при образовании из атомов и простых молекул одной единственной молекулы полинуклеотида, способной к редупликации и несущей на себе генетический код живого организма, оказалось абсолютно невероятным. По оценке биофизика Л.А. Блюменфельда, для осуществления этого события не хватит всего вещества и времени существования Метагалактики.

Многие гипотезы возникновения жизни, высказанные учеными, основываются на химической специфике жизни и связывают ее происхождение с историей Земли. Рассмотрим некоторые гипотезы этой группы.

У истоков истории химических гипотез стояли воззрения Э. Геккеля, который попытался объединить принципы клеточной теории (непрерывность клеточных делений) и дарвинизма (развитие от простого к сложному, единая исходная форма, от которой началась дивергенция жизни). Геккель считал, что сначала появились соединения углерода под действием чисто химических и физических причин. Эти вещества представляли собой взвеси маленьких комочков. Первичные комочки были способны к накоплению разных веществ и росту, который происходил до определенных пределов, после чего следовало деление. Впоследствии появилась безъядерная клетка — исходная форма для царства прокариот.

Читайте так же:  Кто имеет право на субсидию на жилье для военнослужащих

Определенным этапом в развитии гипотез абиогенеза стала концепция А.И. Опарина, представляющая собой синтез дарвинизма с биохимией. Суть ее в том, что появлению жизни на Земле обязательно должно было предшествовать абиогенное образование органических веществ. Высказанная в 1924 г. эта гипотеза завоевала многочисленных сторонников. Основной вклад А.И.Опарина в проблему происхождения жизни заключается в том, что он указал путь экспериментального решения этой проблемы. Сходная гипотеза была независимо высказана Дж. Холдейном в 1929 г., однако сам Холдейн подчеркивал приоритет А.И. Опарина в этом вопросе.

Гипотезу А.И. Опарина развил в 1947 г. английский ученый Дж. Бернал. Основное отличие концепции Дж. Бернала от теории А.И. Опарина состоит в том, что Бернал считал главными свойствами жизни одновременно обмен веществ и самовоспроизведение, в котором ведущую роль играют нуклеиновые кислоты. По Берналу, жизнь на ранних этапах представляла не организмы, а биохимические системы, для которых характерны обмен веществ и самовоспроизведение. Затем образовалась мембрана, которая способствовала обособлению биохимических комплексов и возникновению организмов.

В гипотезе Г.В. Войткевича (1988 г.) возникновение органических отрывается от Земли и переносится в космическое пространство. В специфических условиях космоса идет синтез органических веществ (многие органические вещества обнаружены в метеоритах). Не исключено, что в космических просторах могли образоваться нуклеотиды и даже ДНК. Но, по мнению ученого, химическая эволюция на большинстве планет Солнечной системы оказалась замороженной и продолжилась лишь на Земле, найдя там подходящие условия.

Итак, вопрос о возникновении жизни на Земле сводится к выяснению того, как возникла столь универсальная система биохимических превращений, в каких условиях было возможно появление живого вещества и осуществление начальных этапов ее развития.

В качестве закрепления организуется проверка заполнения таблицы «Теории возникновения жизни на Земле».

Учебник А.А. Каменского §8.1, записи в тетради.

Учебник И.Н. Пономаревой §32, записи в тетради.

Мысленно представьте себе самое маленькое живое образование. Запишите, какими свойствами оно должно обладать. Нарисуйте схему его строения с указанием свойств живого.

При проверке творческого домашнего задания «Конструирование самого простого живого образования» обратить внимание на следующие признаки, характеризующие простейшее живое образование:

1) отделяется от среды, не смешиваясь с ней;

2) получает из среды вещества, реагирует на раздражение;

3) имеет аппарат, перерабатывающий вещества из среды и обеспечивающий энергией;

4) есть аппарат воспроизведения себе подобных.

Спор о происхождении жизни

(Вспомним, что на Луне температура изменяется от +110 о С днем, -120 о С ночью). Атмосфера играет роль защитного экрана.

“Зеленая планета” — с атмосферой, гидросферой и “комфортными” условиями

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.

Рассмотрим альтернативные варианты :

1. С (углерод)  Si (кремний)

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.

Поэтому делаем вывод — замена углерода на кремний маловероятна для возникновения жизни.

2. Жидко-аммиачная жизнь.

Посмотрим, что получится при замене кислорода на аминогруппу (=NH) в органической молекуле, т.е. при замене воды на жидкий аммиак (как шутят ученые, когда Бог создавал Человека, черт мог ему “подсунуть” вместо воды аммиак). Но аммиак как жидкость существует в очень узком температурном диапазоне: от -77.7 до -33.4 О С (всего 44 градуса в отличие от 100 для воды), 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.

3. Галоген-углеродная форма жизни.

Можно рассмотреть еще одну возможную замену водорода на галогены F или Cl. Но эти химические элементы также мало распространены в космосе, и наоборот, Н — основной элемент Вселенной. Поэтому галоген-углеродная форма жизни также маловероятна.

Таким образом мы приходим к тезису о водно-углеродном шовинизме в происхождении жизни.

Возвратимся к нашей Земле.

Для построения клетки — первичной единицы живого — необходимы сложные химические соединения — белки, жиры, сахара.

Белки состоят из аминокислот. При наличии атмосферы, гидросферы и Солнца на ранней Земле из водорода, метана и аммиака под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца возможно образование в воде аминокислот, оснований нуклеиновых кислот, сахаров и других биологически важных молекул.

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.

В 1964г. американский астрофизик К.Саган показал, что за 1 млрд. лет на 1см 2 Земли могло накопиться до сотен килограммов амино- и органических кислот, необходимых для дальнейшего производства клетки.

Существуют и проблемные вопросы, связанные с первыми этапи возникновения жизни.

Сегодня есть указания, что ранняя атмосфера Земли 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), однако в окрестностях вулканов облака дыма и пара могли служить защитой для молекул метана и аммиака.

Поэтому ученые обратили внимание на океанские глубины. В настоящее время обнаружены в океане на больших глубинах (>2.5км) 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).

Источник энергии — 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 и 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) высказал предположение, что образование первых органических веществ могло происходить не в гидросфере Земли, а в результате конденсации газов на поверхности твердых частиц (железа и силикатной пыли)

Г.Вехтершейзер указывал, 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.

Подводя итоги вышесказанному, можно отметить, что химическая эволюция должна была пройти два этапа:

Нетрадиционные учения о происхождении человека (стр. 1 из 2)

1. История представлений о возникновении жизни

Многотысячелетняя история Homosapiens знала не одну гипотезу о путях возникновения жизни и о месте человека в системе живых существ.

В этом вопросе с древности существуют две противоположные точки зрения, одна из которых утверждает возможность происхождения живого из неживого — теория абиогенеза; другая — теория биогенеза — отрицает самопроизвольное зарождение жизни. Последнее воззрение при дальнейшем развитии приводит к выводу, что жизнь столь же стара, как и неживая материя. Вокруг этих двух направлений и происходила борьба в вопросе о возникновении жизни на всем протяжении истории науки.

Современные воззрения позволяют только поставить этот спор на строго научную почву и тем самым обосновать правильность теории абиогенеза. Они дают возможность наметить те факторы, которые привели к превращению неживой материи в живую, и те пути эволюции веществ, которые могли привести к возникновению живого.

2. Представления древних и средневековых философов

Общий уровень знаний в древнем мире был невысок, и господствовавшие в то время представления отличались своей фантастичностью. Особенно это относится к такому явлению, как размножение. Так, греческий философ Эмпедокл (V в. до н.э.) приписывал деревьям способность нести яйца. Неудивительно поэтому, что даже такой крупный ученый, как Аристотель (IV в. до н. э.), высказывал аналогичные, нелепые с нашей точки зрения, взгляды. Незнание способов размножения многих животных и растений служило, по-видимому, причиной того, что для них считалась возможной способность возникновения из мертвых остатков живых >существ или из неорганических веществ. Например, вшам Аристотель приписывает происхождение из мяса, клопам — из соков тела животных, а дождевым червям — из ила прудов.

Взгляды на происхождение жизни в средние века следует также расценивать как следствие невежества, которое по мере накопления положительного знания уступало место более правильным представлениям. Однако, поскольку авторитет Аристотеля поддерживался средневековой церковью, идея самопроизвольного зарождения господствовала в умах длительное время и направляла средневековых алхимиков на поиски рецепта искусственного превращения неживого вещества в живую материю. Сюда относятся рецепты приготовления мышей из пшеницы при помощи «фермента», исходящего от грязной рубашки; приготовление человека из гниющих жидкостей человеческого тела — мочи и крови, а также многие другие.

В более позднее время открытие микроскопа расширило представления о строении организма и показало сложность строения таких, например, существ, как насекомые, которые до того причислялись к простейшим организмам. Соответственно этому была взята под сомнение и сама возможность их зарождения из неживого.

Читайте так же:  Кредиторская задолженность и ндс

Первые опыты в этом направлении принадлежат итальянскому ученому Ф. Реди (середина XVIIв.). Он покрыл кисеей, не ограничивающей доступ воздуха, мясо и показал, что при этом на мясе не появляется личинок мясной мухи, которая обычно откладывает оплодотворенные яйца на гниющем мясе. Таким образом, и для этих насекомых оказался справедливым принцип «все живое — из живого». Чрезвычайно важны в этом отношении взгляды английского ученого В. Гарвея (XVIв.). Ему принадлежит большая работа по размножению, в которой он провозгласил принцип «все живое — из яйца». Правда, и Гарвей отдал дань представлениям своей эпохи, допуская возможность самозарождения для таких животных, как насекомые или черви.

С другой стороны, благодаря микроскопу было открыто существование огромного числа мельчайших живых существ, организованных еще проще, чем насекомые, черви и другие из ранее известных животных. К этому следует добавить еще микроорганизмы, в огромных количествах заселяющие растворы органических веществ. Все эти обстоятельства благоприятствовали тому, что идея самозарождения получила кажущееся подкрепление.

Среди работ этого направления следует отметить первые по времени экспериментальные исследования ирландского священника Д. Нидгема (1748), который закупоривал колбы, наполненные питательным раствором, и подвергал их нагреванию на тлеющих углях. Высокая температура, по мнению автора, должна была убить все зародыши, которые могли бы проникнуть в колбу извне. Тем не менее спустя несколько дней в колбах в изобилии появлялись микроорганизмы, что служило для Нидгема неопровержимым доказательством их зарождения из неживой материи.

Взгляды и исследования Нидгема нашли широкий отклик среди ученых того времени и долго еще служили опорой теории самозарождения. Многие ученые повторяли и модифицировали опыты ирландского священника, но не всегда получали одинаковые результаты.

3. Работы Л. Пастера

Окончательное поражение воззрениям о самозарождении нанесли блестящие исследования французского микробиолога Пастера, проведенные в семидесятых годах прошлого столетия. Успех этих работ был подготовлен всем предшествующим развитием проблемы.

Пастер придал своим заключениям исключительную убедительность благодаря прекрасно задуманным и осуществленным им экспериментам. Последние имели целью не только доказать правильность положений автора, но и выявить ошибки его противников и вскрыть причины отдельных неудач его предшественников.

Пастер заполнял баллон питательной средой, а шейке колбы придавал S-образную форму. Кипячением из баллона выгонялся воздух, который при остывании жидкости возвращался обратно. Микроорганизмы из воздуха при этом оседали на изгибе шейки, и жидкость в баллоне оставалась стерильной неопределенно долго. Стоило только отрезать шейку колбы, как через несколько дней в жидкости появлялись бактерии. Появления их можно было также добиться, наклоняя баллон и смывая микроорганизмы, осевшие в изгибе трубки.

Работы Пастера явились переломным моментом в истории учения о происхождении жизни. Вопрос о самозарождении в том виде, в каком он был поставлен, разрешился в отрицательном смысле, и принцип «все живое — из живого» для всех известных существ мог по праву считаться справедливым и не знающим ни одного исключения.

Вопрос о происхождении жизни, однако, не был разрешен опытами Пастера — он был только заново поставлен, но на этот раз вполне научно. Тому способствовали расширение и углубление представлений о жизни, особенно учение о клетке как основе жизни, и развитие физико-химических наук. После Пастера в учении о происхождении жизни ни микроорганизмы вообще, ни известные нам даже наиболее просто устроенные их представители не рассматриваются больше как источники появления в современных условиях более сложных живых существ. Вопрос этот переносится на клетку с ее сложным химическим составом и строением. Проблема получает более конкретную формулировку, ибо ставится вопрос не только о происхождении простейших клеток, но и о возможности ее искусственного создания из неорганических веществ.

Наряду с этим вновь появились старые представления о непрерывности и вечности жизни, также вооруженные новейшими достижениями в области биологии, астрономии и физики.

Теории вечности жизни в современном виде возникли почти одновременно с появлением работ Л. Пастера и на первый взгляд являются логическим выводом из последних.

Одной из первых подобных теорий следует признать теорию панспермии, в основной своей форме провозглашенную немецким ученым Г. Рихтером в 1865 г. Согласно Рихтеру, жизнь на Земле не возникала из неорганических веществ, а была занесена с других планет. В связи с этим, естественно возникал вопрос о том, насколько >возможно такое перенесение жизни с одной планеты на другую через огромные пространства, их разделяющие. Доводы в пользу возможности такого хода событий черпались в области физики, и неудивительно поэтому, что защитниками этой теории явились в первую очередь представители этой науки, выдающиеся ученые Г. Гельмгольц, Г. Томсон, С. Аррениус, П. Лазарев.

Вопрос сводился к двум основным пунктам: при помощи каких сил может происходить перенос зародышей жизни с одной планеты на другую и могут ли эти зародыши сохранять жизнеспособность во время путешествия по космическому пространству?

Согласно представлениям Томсона и Гельмгольца, споры бактерий и других микроорганизмов могли быть занесены на Землю с метеоритами. Современные же сторонники теории панспермии полагают, что основная масса органических веществ, явившихся материалом, из которого возникали живые существа, доставлена на планету метеоритами.

Лабораторные исследования вскоре продемонстрировали высокую устойчивость живых организмов к неблагоприятным воздействиям. Например, длительное выдерживание спор и семян растений в жидком кислороде или азоте удавалось без нарушения их жизнеспособности.

Теория панспермии не может, однако, служить для разрешения вопроса о происхождении жизни, она лишь пытается объяснить появление жизни на Земле, но не ее первое возникновение. В этом смысле она только отодвигает проблему, не разрешая ее. Развитием подобных представлений можно считать теории вечности жизни, одна из которых выдвинута немецким ученым В. Прейером в 1880 г. и нашедшая отклик со стороны академика В. И. Вернадского, автора учения о биосфере.

По Прейеру, проблемы происхождения жизни вообще нет. Он рассматривает жизнь как существующую вечно. Более того, он ставит вопрос о происхождении неживого из живого, ему предшествовавшего во времени. Соответственно этому ученый рассматривал раскаленные массы формировавшегося земного шара как гигантские живые организмы со своим особым обменом веществ. По мере остывания Земли эти массы распадались на части, которые не могли вновь слиться и поэтому выпадали из жизненного круговорота. Они-то и составляли неорганическую при-Роду.

4. Материалистические теории происхождения жизни

§ 27. Развитие представлений о возникновении жизни. Гипотезы происхождения жизни на Земле

Гипотезы происхождения жизни на Земле. Жизнь — одно из сложнейших явлений природы. Со времен глубокой древности она казалась таинственной и непознаваемой — вот почему по вопросам ее происхождения всегда шла острая борьба между материалистами и идеалистами. Приверженцы идеалистических взглядов считали (и считают) жизнь духовным, нематериальным началом, возникшим в результате божественного творения. Материалисты же, напротив, полагали, что жизнь на Земле могла возникнуть из неживой материи путем самозарождения (абиогенез) или занесения из других миров, т.е. является порождением других живых организмов (биогенез).

По современным представлениям, жизнь — это процесс существования сложных систем, состоящих из больших органических молекул и неорганических веществ и способных самовоспроизводиться, саморазвиваться и поддерживать свое существование в результате обмена энергией и веществом с окружающей средой.

С накоплением человеком знаний об окружающем мире, развитием естествознания изменялись взгляды на происхождение жизни, выдвигались новые гипотезы. Однако и сегодня вопрос о происхождении жизни еще окончательно не решен. Существует множество гипотез происхождения жизни. Наиболее важными из них являются следующие:

Креационизм (жизнь была создана Творцом);

Гипотезы самопроизвольного зарождения (самозарождение; жизнь возникала неоднократно из неживого вещества);

Гипотеза стационарного состояния (жизнь существовала всегда);

Гипотеза панспермии (жизнь занесена на Землю с других планет);

Биохимические гипотезы (жизнь возникла в условиях Земли в ре зультате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам, т.е. в результате биохимической эволюции).

Креационизм. Согласно этой религиозной гипотезе, имеющей древние корни, все существующее во Вселенной, в том числе жизнь, было создано единой Силой — Творцом в результате нескольких актов сверхъестественного творения в прошлом. Организмы, населяющие сегодня Землю, происходят от сотворенных по отдельности основных типов живых существ. Сотворенные виды были с самого начала превосходно организованы и наделены способностью к некоторой изменчивости в определенных границах (микроэволюция). Этой гипотезы придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений.

Традиционное иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в Книге Бытия, вызывало и продолжает вызывать споры. Однако существующие противоречия не опровергают концепцию творения. Религия, рассматривая вопрос о происхождении жизни, ищет ответ главным образом на вопросы «почему?» и «для чего?», а не на вопрос «каким образом?». Если наука в поисках истины широко использует наблюдение и эксперимент, то богословие постигает истину через божественное откровение и веру.

Процесс божественного сотворения мира представляется как имевший место лишь единожды и поэтому недоступный для наблюдения. В связи с этим гипотеза творения не может быть ни доказана, ни опровергнута и будет существовать всегда наряду с научными гипотезами происхождения жизни.

Гипотезы самозарождения. На протяжении тысячелетий люди верили в самопроизвольное зарождение жизни, считая его обычным способом появления живых существ из неживой материи. Полагали, что источником спонтанного зарождения служат либо неорганические соединения, либо гниющие органические остатки (концепция абиогенеза). Эта гипотеза была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Идея самозарождения высказывалась также философами Древней Греции и даже более ранними мыслителями, т.е. она, по-видимому, так же стара, как и само человечество. На протяжении столь длительной истории эта гипотеза видоизменялась, но по-прежнему оставалась ошибочной. Аристотель, которого часто провозгла шают основателем биологии, писал, что лягушки и насекомые заводятся в сырой почве. В средние века многим «удавалось» наблюдать зарождение разнообразных живых существ, таких как насекомые, черви, угри, мыши, в разлагающихся или гниющих остатках организмов. Эти «факты» считались весьма убедительными до тех пор, пока итальянский врач Франческо Реди (1626—1697) не подошел к проблеме возникновения жизни более строго и не подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. В 1668 г. Реди проделал следующий опыт. Он поместил мертвых змей в разные сосуды, причем одни сосуды накрыл кисеей, а другие оставил открытыми. Налетевшие мухи отложили яйца на мертвых змеях в открытых сосудах; вскоре из яиц вывелись личинки. В накрытых сосудах личинок не оказалось (рис. 5.1). Таким образом, Реди доказал, что белые черви, появляющиеся в мясе змей, — личинки флорентийской мухи и что если мясо закрыть и предотвратить доступ мух, то оно не «произведет» червей. Опровергнув концепцию самозарождения, Реди высказал мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).

Читайте так же:  Доплата к пенсии детям войны в санкт-петербурге в 2018 году

Подобных взглядов придерживался и голландский ученый Антони ван Левен-гук (1632—1723), который, используя микроскоп, открыл мельчайшие организмы, невидимые невооруженным глазом. Это были бактерии и протисты. Левенгук высказал мысль, что эти крошечные организмы, или «анималькулы», как он их называл, происходят от себе подобных.

Мнение Левенгука разделял итальянский ученый Ладзаро Спалланцани (1729— 1799), который решил доказать опытным путем, что микроорганизмы, часто обнаруживаемые в мясном бульоне, самопроизвольно в нем не зарождаются. С этой целью он помещал жидкость, богатую органическими веществами (мясной бульон), в сосуды, кипятил эту жидкость на огне, после чего сосуды герметично запаивал. В итоге бульон в сосудах оставался чистым и свободным от микроорганизмов. Своими опытами Спалланцани доказал невозможность самопроизвольного зарождения микроорганизмов.

Противники этой точки зрения утверждали, что жизнь в колбах не возникала по той причине, что воздух в них во время кипячения портится, поэтому по-прежнему признавали гипотезу самозарождения.

Сокрушительный удар по этой гипотезе был нанесен в 19 в. французским ученым-микробиологом Луи Пастером (1822—1895) и английским биологом Джоном Тиндалем (1820—1893). Они показали, что бактерии распространяются по воздуху и что если в воздухе, попадающем в колбы с простерилизованным бульоном, их нет, то и в самом бульоне они не возникнут. Пастер пользовался для этого колбами с изогнутым S -образ-ным горлышком, которое служило для бактерий ловушкой, тогда как воздух свободно проникал в колбу и выходил из нее (рис. 5.3).

Тиндаль стерилизовал воздух, поступающий в колбы, пропуская его сквозь пламя или через вату. К концу 70-х гг. 19 в. практически все ученые признали, что живые организмы происходят только от других живых организмов, что означало возвращение к первоначальному вопросу: откуда же взялись первые организмы?

Гипотеза стационарного состояния. Согласно этой гипотезе Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды также существовали всегда. Эту гипотезу называют иногда гипотезой этернизма (от лат. eternus — вечный).

Гипотеза этернизма была выдвинута немецким ученым В. Прейером в 1880 г. Взгляды Прейера поддерживал академик В.И. Вернадский, автор учения о биосфере.

Гипотеза панспермии. Гипотеза о появлении жизни на Земле в результате переноса с других планет неких зародышей жизни получила название

панспермии (от греч. pan — весь, всякий и sperma — семя). Эта гипотеза примыкает к гипотезе стационарного состояния. Ее приверженцы поддерживают мысль о вечном существовании жизни и выдвигают идею о внеземном ее происхождении. Одним из первых идею о космическом (внеземном) происхождении жизни высказал немецкий ученый Г. Рихтер в 1865 г. Согласно Рихтеру жизнь на Земле не возникла из неорганических веществ, а была занесена с других планет. В связи с этим вставали вопросы, насколько возможно такое перенесение с одной планеты на другую и как это могло быть осуществлено. Ответы искали в первую очередь в физике, и неудивительно, что первыми защитниками этих взглядов выступили представители этой науки, выдающиеся ученые Г. Гельмгольц, С. Аррениус, Дж. Томсон, П.П. Лазарев и др.

Согласно представлениям Томсона и Гельмгольца споры бактерий и других организмов могли быть занесены на Землю с метеоритами. Лабораторные исследования подтверждают высокую устойчивость живых организмов к неблагоприятным воздействиям, в частности к низким температурам. Например, споры и семена растений не погибали даже при длительном выдерживании в жидком кислороде или азоте.

Другие ученые высказывали мысль о перенесении «спор жизни» на Землю светом.

Современные приверженцы концепции панспермии (в числе которых — лауреат Нобелевской премии английский биофизик Ф. Крик) считают, что жизнь на Землю занесена случайно или преднамеренно космическими пришельцами.

К гипотезе панспермии примыкает точка зрения астрономов Ч. Вик-рамасингха (Шри-Ланка) и Ф. Хойла

(Великобритания). Они считают, что в космическом пространстве, в основном в газовых и пылевых облаках, в большом количестве присутствуют микроорганизмы, где они, по мнению ученых, и образуются. Далее эти микроорганизмы захватываются кометами, которые затем, проходя вблизи планет, «сеют зародыши жизни».

Существует множество гипотез происхождения жизни на Земле. Наиболее важными из них являются: креационизм, гипотезы самозарождения, стационарного состояния, панспермии, биохимические гипотезы

Основные гипотезы происхождения жизни

Вопрос о происхождении жизни является одним из наиболее трудных вопросов современного естествознания. Однако к нему во все времена был прикован большой интерес. Трудность получения ответа на этот вопрос состоит в том, что сложно точно воспроизвести процессы и явления, происходившие во Вселенной миллиарды лет назад. В то же время нынешнее многообразие форм и проявлений жизни на Земле приковывает к этой проблеме самое пристальное внимание. Сегодня выделяют следующие основные гипотезы происхождения жизни.

Согласно этой гипотезе жизнь и все населяющие Землю виды живых существ созданы Богом. Причем божественное сотворение мира произошло одномоментно, поэтому сам процесс создания жизни не доступен для наблюдений во времени. Кроме того, креационизм не дает ясного толкования происхождения самого Бога Творца и поэтому носит характер постулата. Знаменитый шведский естествоиспытатель К. Линней, а также выдающийся русский химик М. В. Ломоносов поддерживали данную догму возникновения жизни.

Гипотеза самопроизвольного зарождения

Эта гипотеза является разновидностью абиогенеза — происхождение жизни из неживого вещества. Данная гипотеза явилась альтернативой креационизму, когда накопленные знания людей о живой природе подвергли сомнению сотворение жизни Богом. Философы Древней Греции и естествоиспытатели средневековой Европы верили в появление живых организмов из неживой материи. Они считали и пытались доказать, что лягушки и насекомые заводятся в сырой почве, мухи — в гнилом мясе и т. д. Взгляды о самопроизвольном зарождении жизни были распространены практически до конца XVIII в. Только в середине XIX в. французский ученый Луи Пастер доказал, что бактерии вездесущи. При этом любые неживые объекты «заражаются» ими, если не проводить стерилизацию. Таким образом, Пастер подтвердил теорию биогенеза — жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни. Ученый окончательно опроверг концепцию самопроизвольного зарождения жизни.

Гипотеза панспермии

В 1865 г. немецкий ученый Г. Рихтер предложил гипотезу панспермии, согласно которой жизнь могла быть занесена на Землю из космоса вместе с метеоритами и космической пылью. Сторонником этой гипотезы был великий русский ученый, создатель современного учения о биосфере В. И. Вернадский. Современные исследования подтверждают высокую устойчивость некоторых микроорганизмов и их спор к радиации и низким температурам. В последнее время появились сообщения о том, что в метеоритах обнаружены следы органического вещества. При изучении ближайшей к Земле планеты Марс были найдены структуры, похожие на бактерии, и следы воды. Однако указанные находки не отвечают на вопрос о происхождении жизни.

Биохимическая гипотеза возникновения жизни является наиболее распространенной в настоящее время. Эту гипотезу предложили в 20-е гг. прошлого века русский биохимик А. И. Опарин и английский биолог Дж. Холдейн. Она легла в основу научных представлений о происхождении жизни.

Суть данной гипотезы заключается в том, что на ранних этапах развития Земли существовал продолжительный период абиогенеза. Живые организмы в нем участия не принимали. Для синтеза органических соединений источником энергии служило ультрафиолетовое излучение Солнца. Солнечная радиация не задерживалась озоновым слоем, потому что ни озона, ни кислорода в атмосфере древней Земли не было. Синтезированные аминокислоты, сахара и другие органические соединения в течение десятков миллионов лет запасались в древнем океане. Их накопление в итоге привело к образованию однородной массы, которая была названа Опариным «первичным бульоном». По мнению Опарина, именно в «первичном бульоне» и возникла жизнь.

Опарин считал, что решающая роль в превращении неживого в живое принадлежит белкам. Именно белки способны образовывать коллоидные комплексы, притягивающие к себе молекулы воды. Такие комплексы, сливаясь друг с другом, формировали коацерваты — структуры, обособленные от остальной массы воды.

Коацерваты обладали некоторыми свойствами живого. Они могли избирательно поглощать из окружающего раствора вещества и увеличиваться в размерах — некое подобие питания и роста. При дроблении коацерватов образовывались новые капли, сохранявшие основные свойства исходного образования — подобие размножения. Но для превращения в первые живые организмы коацерватам не хватало биологических мембран и генетической информации, обеспечивающей воспроизводство.

Следующим шагом в зарождении жизни стало появление мембран. Они могли образовываться из липидных пленок, покрывающих поверхность водоемов. Далее к таким липидным образованиям присоединялись растворенные в воде белки. В результате поверхность коацерватов приобретала структуру и свойства биологической мембраны. Такая мембрана уже могла пропускать внутрь одни вещества и не пропускать другие.

Дальнейшее объединение коацерватов с нуклеиновыми кислотами привело к образованию саморегулирующихся и самовоспроизводящихся первых живых организмов — протобионтов. Эти примитивные первичные организмы были анаэробами и гетеротрофами, питавшимися веществами «первичного бульона». Таким образом, спустя 1 млрд лет, согласно этой гипотезе, завершилось зарождение жизни на Земле.

В настоящее время выделяют следующие основные гипотезы происхождения жизни: гипотезы креационизма, самопроизвольного зарождения, панспермии и биохимическую. Среди современных взглядов ученых на происхождение жизни важнейшее место занимает биохимическая гипотеза. Согласно ей, жизнь на Земле возникла за продолжительный отрезок времени в отсутствие кислорода при наличии химических веществ и постоянного источника энергии.