Šiuolaikinės hipotezės apie gyvybės atsiradimą žemėje. Gyvybės atsiradimo žemėje sampratos Ar gyvybė gali atsirasti šiuo metu
Šiuo metu gyvybė Žemėje negali atsirasti abiogeniniu būdu. Net Darvinas 1871 m. rašė: „Bet jei dabar... bet kuriame šiltame rezervuare, kuriame yra visos reikalingos amonio ir fosforo druskos ir prieinamas šviesai, šilumai, elektrai, chemiškai susidarė baltymas, galintis toliau ir sudėtingiau transformuotis, tada tai medžiaga būtų nedelsiant sunaikinta ir absorbuojama, o tai buvo neįmanoma gyvų būtybių atsiradimo laikotarpiu. Gyvybė Žemėje atsirado abiogeniniu būdu. Šiuo metu gyvi daiktai atsiranda tik iš gyvų būtybių (biogeninės kilmės). Neatmetama galimybė, kad Žemėje vėl atsiras gyvybė.
Panspermijos teorija.
Vokiečių gydytojas G. Richteris iškėlė 1865 m kosmozo hipotezė
( kosminiai pradmenys), pagal kuriuos gyvybė yra amžina ir užuomazgos, kuriose gyvena pasaulio erdvė, galima perkelti iš vienos planetos į kitą.
Panašią hipotezę 1907 metais iškėlė švedų gamtininkas S. Arrheniusas, teigdamas, kad gyvybės embrionai Visatoje egzistuoja amžinai – panspermijos hipotezė. Jis aprašė, kaip materijos dalelės, dulkių dalelės ir gyvos mikroorganizmų sporos palieka pasaulio erdvę iš planetų, kuriose gyvena kiti padarai. Jie išlaiko savo gyvybingumą, dėl lengvo spaudimo skraido Visatos erdvėje. Patekę į planetą, kurioje yra tinkamos gyvenimo sąlygos, jie pradeda naują gyvenimą šioje planetoje. Šią hipotezę palaikė daugelis, tarp jų rusų mokslininkai S. P. Kostychevas, L. S. Bergas ir P. P. Lazarevas.
Ši hipotezė nesiūlo jokio mechanizmo, kaip paaiškinti pirminę gyvybės kilmę, ir perkelia problemą į kitą Visatos vietą. Liebigas tikėjo, kad „atmosfera dangaus kūnai, kaip ir besisukantys kosminiai ūkai, gali būti laikomi amžinomis atgaivintos formos saugyklomis, kaip amžinomis organinių embrionų plantacijomis “, iš kurių gyvybė šių embrionų pavidalu sklinda Visatoje.
Panspermijai pagrįsti naudojami uolų raižiniai, vaizduojantys objektus, panašius į raketas ar astronautus, arba NSO pasirodymą. Erdvėlaivių skrydžiai sugriovė tikėjimą protingos gyvybės planetose egzistavimu Saulės sistema kuris pasirodė po to, kai Schiparelli 1877 m. atrado kanalus Marse.
Lovell Marse suskaičiavo 700 kanalų. Kanalų tinklas apėmė visus žemynus. 1924 metais kanalai buvo nufotografuoti, ir dauguma mokslininkų juose įžvelgė protingos gyvybės egzistavimo įrodymus. 500 kanalų nuotraukose taip pat užfiksuoti sezoniniai spalvų pokyčiai, o tai patvirtino sovietų astronomo G.A.Tikhovo mintis apie Marso augmeniją, nes ežerai ir kanalai buvo žali.
Vertingos informacijos apie fizines sąlygas Marse gavo sovietų Marso erdvėlaivis ir amerikiečių nusileidimo stotys Viking-1 ir Viking-2. Taigi, poliarinės kepurės, patiriančios sezoninius pokyčius, buvo sudarytos iš vandens garų su mineralinių dulkių ir kieto anglies dioksido iš sauso ledo mišiniu). Tačiau iki šiol Marse gyvybės pėdsakų nerasta.
Dirbtinių palydovų paviršiaus tyrimas parodė, kad Marso kanalai ir upės gali atsirasti tirpstant po paviršiniu vandens ledu padidėjusio aktyvumo ar vidinės planetos šilumos zonose arba periodiškai keičiantis klimatui.
XX amžiaus šeštojo dešimtmečio pabaigoje susidomėjimas panspermijos hipotezėmis vėl išaugo. Tiriant meteoritų ir kometų medžiagą, buvo aptikti „gyvų daiktų pirmtakai“ - organiniai junginiai, cianido rūgštis, vanduo, formaldehidas, cianogenai.
Formaldehidas randamas 60% atvejų 22 tirtuose regionuose, jo debesyse, kurių koncentracija yra apie 1000 molekulių / cm. kub. užpildyti dideles erdves.
1975 m. aminorūgščių pirmtakai buvo rasti mėnulio dirvožemyje ir meteorituose.
Stacionarios gyvenimo būsenos samprata.
Pasak V.I.Vernadskio, būtina kalbėti apie gyvybės amžinumą ir jos organizmų apraiškas, kaip ir apie dangaus kūnų materialaus substrato amžinumą, jų šilumines elektrines, magnetines savybes ir apraiškas. Visa gyva atsirado iš gyvų būtybių (Redi principas).
Primityvūs vienaląsčiai organizmai galėjo atsirasti tik Žemės biosferoje, taip pat Visatos biosferoje. Pasak Vernadskio, gamtos mokslai remiasi prielaida, kad gyvybė su savo ypatingomis savybėmis nedalyvauja Visatos gyvenime. Bet biosfera turi būti imama kaip visumas, kaip vientisas gyvas kosminis organizmas (tada išnyksta gyvojo pradžios, šuolio iš negyvojo į gyvą klausimas).
„Holobiazės“ hipotezė.
Tai susiję su priešląstelinio protėvio prototipu ir jo sugebėjimais.
Egzistuoja įvairios priešląstelinio protėvio formos – „bioidas“, „biomonada“, „mikrosfera“.
Biochemiko P. Dekkerio teigimu, struktūrinį „bioido“ pagrindą sudaro gyvybingos nepusiausvyros išsklaidymo struktūros, tai yra mikrosistemos atidarymas su fermentiniu aparatu, katalizuojančiu „bioido“ metabolizmą.
Ši hipotezė interpretuoja veiklą iki pat ląstelės protėvio mainų-metabolizmo dvasioje.
Biochemikai S. Fox ir K. Dose modeliavo savo biopolimerus, galinčius metabolizuotis – kompleksinę baltymų sintezę „holobiozės“ hipotezės rėmuose.
Pagrindinis šios hipotezės trūkumas yra tai, kad nėra genetinės sistemos tokiai sintezei. Taigi pirmenybė teikiama kiekvieno gyvo daikto „molekuliniam pirmtakui“, o ne pirminei protoląstelinei struktūrai.
Genobiozės hipotezė.
Amerikiečių mokslininkas Haldane'as manė, kad pirminė nėra struktūra, galinti metabolizuotis aplinką, bet šlapia molekulinė sistema, panaši į geną ir galinti daugintis, todėl jo pavadinta „nuogu genu“. Ši hipotezė sulaukė visuotinio pripažinimo atradus RNR ir DNR bei jų fenomenalias savybes.
Remiantis šia genetine hipoteze, nukleorūgštys iš pradžių pasirodė kaip baltymų sintezės matricos pagrindas. Pirmą kartą jį 1929 metais iškėlė G. Mölleris.
Eksperimentiškai įrodyta, kad paprastas nukleorūgštis galima dauginti be fermentų. Baltymų sintezė ribosomose vyksta dalyvaujant t-RNR ir p-RNR. Jie gali sudaryti ne tik atsitiktinius aminorūgščių derinius, bet ir suskirstytus polimerus pagal baltymus. Gali būti, kad pirmines ribosomas sudarė tik RNR. Tokios baltymų neturinčios ribosomos galėtų sintetinti tvarkingus peptidus, dalyvaujant t-RNR molekulėms, kurios jungiasi prie r-RNR per bazių poravimą.
Kitame cheminės evoliucijos etape atsirado matricos, kurios nulėmė t-RNR molekulių seką, taigi ir aminorūgščių, kurias suriša t-RNR molekulės, seką. Nukleino rūgščių gebėjimas pasitarnauti kaip šablonai formuojant papildomas grandines (pavyzdžiui, RNR sintezė ir DNR) yra įtikinamiausias argumentas už pagrindinio vaidmens paveldimo aparato biogenezės procese koncepciją. ir todėl palankiai vertina genetinę gyvybės kilmės hipotezę.
3. Kaip Žemėje atsirado gyvybė
Šiuolaikinė gyvybės atsiradimo Žemėje samprata yra plačios sintezės rezultatas gamtos mokslai, daug teorijų ir hipotezių, iškeltų įvairių specialybių tyrinėtojų.
1. Kas yra gyvenimas?
Atsakymas. Gyvenimas yra būtybių (gyvų organizmų), turinčių vidinę veiklą, kūnų vystymosi procesą, buvimo būdas. organinė struktūra stabiliai vyraujant sintezės procesams prieš skilimo procesus, ypatinga medžiagos būsena, pasiekiama dėl šių savybių. Gyvybė yra baltyminių kūnų ir nukleorūgščių egzistavimo būdas, kurio esminis taškas yra nuolatinė medžiagų apykaita su aplinka, o šiems mainams pasibaigus, sustoja ir gyvybė.
2. Kokias hipotezes apie gyvybės kilmę žinote?
Atsakymas. Įvairios idėjos apie gyvybės kilmę gali būti sujungtos į penkias hipotezes:
1) kreacionizmas – dieviškasis gyvųjų kūrinys;
2) spontaniška generacija - gyvi organizmai savaime atsiranda iš negyvosios medžiagos;
3) stacionarios būsenos hipotezė – gyvybė egzistavo visada;
4) panspermijos hipotezė – gyvybė į mūsų planetą atnešama iš išorės;
5) biocheminės evoliucijos hipotezė – gyvybė atsirado dėl procesų, paklūstančių cheminiams ir fiziniams dėsniams. Šiuo metu dauguma mokslininkų palaiko idėją apie abiogeninę gyvybės kilmę biocheminės evoliucijos procese.
3. Koks yra pagrindinis principas mokslinis metodas?
Atsakymas. Mokslinis metodas yra metodų ir operacijų rinkinys, naudojamas kuriant mokslo žinių sistemą. Pagrindinis mokslinio metodo principas – nieko nelaikyti savaime suprantamu dalyku. Bet koks teiginys ar kažko paneigimas turi būti patikrintas.
Klausimai po § 89
1. Kodėl mintis apie dieviškąjį gyvybės kilmę negali būti nei patvirtinta, nei paneigta?
Atsakymas. Manoma, kad dieviškojo pasaulio kūrimo procesas įvyko tik vieną kartą ir todėl neprieinamas tyrimams. Mokslas nagrinėja tik tuos reiškinius, kurie yra stebimi ir eksperimentiniai tyrimai... Todėl moksliniu požiūriu hipotezė apie gyvųjų dieviškąją kilmę negali būti nei įrodyta, nei paneigta. Pagrindinis mokslinio metodo principas yra „nieko nepriimk savaime suprantamu dalyku“. Todėl logiškai negali būti jokio prieštaravimo tarp mokslinio ir religinio gyvybės kilmės paaiškinimo, nes šios dvi mąstymo sferos yra viena kitą paneigiančios.
2. Kokios yra pagrindinės Oparino – Haldane hipotezės nuostatos?
Atsakymas. Šiuolaikinėmis sąlygomis gyvų būtybių atsiradimas iš negyvos gamtos yra neįmanomas. Abiogeninis (t. y. be gyvų organizmų dalyvavimo) gyvosios medžiagos atsiradimas buvo įmanomas tik senovės atmosferos sąlygomis ir nesant gyvų organizmų. Senovės atmosferoje buvo metanas, amoniakas, anglies dioksidas, vandenilis, vandens garai ir kiti neorganiniai junginiai. Veikiant galingoms elektros iškrovoms, ultravioletinei spinduliuotei ir stipriai radiacijai, iš šių medžiagų galėjo susidaryti organiniai junginiai, susikaupę vandenyne, sudarydami „pirminę sriubą“. Biopolimerų „pirminiame sultinyje“ susidarė daugiamolekuliniai kompleksai – koacervatai. Metalo jonai, kurie veikė kaip pirmieji katalizatoriai, į koacervato lašus pateko iš išorinės aplinkos. Iš daugybės cheminių junginių, esančių „pirminiame sultinyje“, buvo atrinkti kataliziškai efektyviausi molekulių deriniai, dėl kurių galiausiai atsirado fermentų. Ant sienos tarp koacervatų ir išorinės aplinkos išsirikiavo lipidų molekulės, dėl kurių susiformavo primityvi ląstelės membrana. Tam tikru etapu baltymų probiontai apėmė nukleino rūgštis, sukuriančius vieningus kompleksus, dėl kurių atsirado tokios gyvų būtybių savybės kaip savaiminis dauginimasis, paveldimos informacijos išsaugojimas ir jos perdavimas vėlesnėms kartoms. Probiontai, kuriuose medžiagų apykaita derinama su gebėjimu daugintis, jau gali būti laikomi primityviomis proląstelėmis, tolimesnis vystymas kuris vyko pagal gyvosios materijos evoliucijos dėsnius.
3. Kokius eksperimentinius įrodymus galima pateikti šiai hipotezei pagrįsti?
Atsakymas. 1953 metais šią A.I.Oparino hipotezę eksperimentiškai patvirtino amerikiečių mokslininko S.Millero eksperimentai. Jo sukurtoje instaliacijoje buvo imituojamos sąlygos, kurios neva egzistavo pirminėje Žemės atmosferoje. Eksperimentų metu buvo gautos aminorūgštys. Panašūs eksperimentai buvo kartojami daug kartų skirtingose laboratorijose ir leido įrodyti esminę galimybę tokiomis sąlygomis susintetinti praktiškai visus bazinių biopolimerų monomerus. Vėliau buvo nustatyta, kad tam tikromis sąlygomis iš monomerų galima susintetinti sudėtingesnius organinius biopolimerus: polipeptidus, polinukleotidus, polisacharidus ir lipidus.
4. Kuo skiriasi A. I. Oparino hipotezė ir J. Haldane hipotezė?
Atsakymas. J. Haldane'as taip pat iškėlė abiogeninės gyvybės kilmės hipotezę, tačiau, skirtingai nei AI Oparin, jis pirmenybę teikė ne baltymams – koacervacinėms sistemoms, galinčioms metabolizuotis, o nukleino rūgštims, tai yra stambiamolekulinėms sistemoms, galinčioms savarankiškai daugintis.
5. Kokius argumentus pateikia oponentai, kritikuodami Oparino-Haldane'o hipotezę?
Atsakymas. Oparino – Haldane hipotezė turi ir silpnoji pusė, nurodė jos oponentai. Šios hipotezės rėmuose neįmanoma paaiškinti pagrindinės problemos: kaip įvyko kokybinis šuolis nuo negyvojo prie gyvojo. Iš tiesų nukleorūgščių savaiminiam dauginimuisi reikalingi fermentiniai baltymai, o baltymų sintezei – nukleino rūgštys.
Pateikite galimus panspermijos hipotezės privalumus ir trūkumus.
Atsakymas. Argumentai už:
Gyvybė prokariotų lygyje Žemėje atsirado beveik iš karto po jos susiformavimo, nors atstumas (pagal organizacijos sudėtingumo lygio skirtumą) tarp prokariotų ir žinduolių yra panašus į atstumą nuo pirmykštės sriubos iki pokariotų;
Jei bet kurioje mūsų galaktikos planetoje atsirastų gyvybė, ji, kaip rodo, pavyzdžiui, A. D. Panovas, vos kelis šimtus milijonų metų gali „užkrėsti“ visą galaktiką;
Kai kuriuose meteorituose randama artefaktų, kurie gali būti interpretuojami kaip mikroorganizmų veiklos rezultatas (dar prieš meteoritui atsitrenkiant į Žemę).
Panspermijos hipotezė (gyvybė į mūsų planetą atnešama iš išorės) neatsako į pagrindinį klausimą, kaip atsirado gyvybė, o perkelia šią problemą į kurią nors kitą Visatos vietą;
Visiška Visatos radijo tyla;
Kadangi paaiškėjo, kad visa mūsų Visata yra tik 13 milijardų metų (ty visa mūsų Visata yra tik 3 kartus senesnė (!) nei planeta Žemė), tada gyvybės atsiradimui kažkur toli liko labai mažai laiko. . Atstumas iki artimiausios žvaigždės a-kentauro yra 4 sv. metų. Šiuolaikinis naikintuvas (4 garso greičiai) į šią žvaigždę skris ~ 800 000 metų.
Ch.Darwinas 1871 m. rašė: „Bet jei dabar... kokiame nors šiltame vandens telkinyje, kuriame yra visos reikalingos amonio ir fosforo druskos ir kuris yra prieinamas šviesai, šilumai, elektrai ir kt., baltymas, galintis toliau, vis sudėtingiau transformuotis. , tada ši medžiaga būtų nedelsiant sunaikinta arba absorbuojama, o tai buvo neįmanoma laikotarpiu iki gyvų būtybių atsiradimo.
Patvirtinkite arba paneigkite šį Charleso Darwino teiginį.
Atsakymas. Gyvų organizmų atsiradimo iš paprastų organinių junginių procesas buvo itin ilgas. Kad Žemėje atsirastų gyvybė, prireikė daug milijonų metų trukusio evoliucinio proceso, kurio metu sudėtingos molekulinės struktūros, pirmiausia nukleino rūgštys ir baltymai, buvo atrinktos atsparumui, gebėjimui daugintis savo rūšiai.
Jei dabar Žemėje kur nors intensyvaus vulkaninio aktyvumo zonose gali atsirasti pakankamai sudėtingų organinių junginių, tai tikimybė, kad šie junginiai egzistuotų ilgai, yra nereikšminga. Neatmetama galimybė, kad Žemėje vėl atsiras gyvybė. Dabar gyvi daiktai atsiranda tik dėl dauginimosi.
A.I. Oparino hipotezė. Esminis A.I.Oparino hipotezės bruožas – laipsniškas gyvybės pirmtakų (probiontų) cheminės struktūros ir morfologinės išvaizdos komplikavimas pakeliui į gyvus organizmus.
Daugybė duomenų rodo, kad gyvybės atsiradimo aplinka galėtų būti jūrų ir vandenynų pakrančių regionai. Čia, jūros, sausumos ir oro sandūroje, susidarė palankios sąlygos susidaryti sudėtingiems organiniams junginiams. Pavyzdžiui, kai kurių organinių medžiagų (cukrų, alkoholių) tirpalai yra labai stabilūs ir gali egzistuoti neribotą laiką. Koncentruotuose baltymų, nukleino rūgščių tirpaluose gali susidaryti krešuliai, panašūs į želatinos krešulius vandeniniuose tirpaluose. Tokie krešuliai vadinami koacervatiniais lašeliais arba koacervatais (70 pav.). Koacervatai gali adsorbuotis įvairių medžiagų... Iš tirpalo į juos patenka cheminiai junginiai, kurie dėl koacervato lašelių vykstančių reakcijų virsta ir patenka į aplinką.
Koacervatai dar nėra gyvi daiktai. Jie tik paviršutiniškai primena tokius gyvų organizmų požymius kaip augimas ir medžiagų apykaita su aplinka. Todėl koacervatų atsiradimas laikomas išankstinio gyvenimo raidos etapu.
Ryžiai. 70. Koacervatinio lašo susidarymas
Koacervatai buvo labai ilgai atrinkti siekiant stabilumo. Stabilumas buvo pasiektas sukūrus fermentus, kurie kontroliuoja tam tikrų junginių sintezę. Svarbiausias gyvybės atsiradimo etapas buvo jų pačių reprodukcijos mechanizmo atsiradimas ir ankstesnių kartų savybių paveldėjimas. Tai tapo įmanoma dėl sudėtingų nukleorūgščių ir baltymų kompleksų susidarymo. Savarankiškai daugintis galinčios nukleorūgštys pradėjo kontroliuoti baltymų sintezę, nustatydamos aminorūgščių eilę juose. O baltymai-fermentai atliko naujų nukleorūgščių kopijų kūrimo procesą. Taip atsirado pagrindinė gyvybei būdinga savybė – gebėjimas atgaminti į save panašias molekules.
Gyvos būtybės yra vadinamosios atviros sistemos, tai yra sistemos, į kurias energija patenka iš išorės. Gyvenimas negali egzistuoti be energijos tiekimo. Kaip žinia, pagal energijos vartojimo metodus (žr. III skyrių) organizmai skirstomi į dvi dideles grupes: autotrofinius ir heterotrofinius. Autotrofiniai organizmai saulės energiją tiesiogiai naudoja fotosintezės procese (žalieji augalai), heterotrofiniai – energiją, kuri išsiskiria irstant organinėms medžiagoms.
Akivaizdu, kad pirmieji organizmai buvo heterotrofai, gaunantys energiją beanoksinio organinių junginių skilimo būdu. Gyvybės aušroje Žemės atmosferoje nebuvo laisvo deguonies. Modernumo atmosferos atsiradimas cheminė sudėtis yra glaudžiai susijęs su gyvybės raida. Atsiradus organizmams, galintiems fotosintezei, į atmosferą ir vandenį pateko deguonis. Esant jai tapo įmanomas organinių medžiagų skaidymas deguonimi, kurio metu gaunama daug kartų daugiau energijos nei naudojant beanoksinį.
Nuo pat atsiradimo momento gyvybė sudaro vieną biologinę sistemą – biosferą (žr. XVI skyrius). Kitaip tariant, gyvybė atsirado ne atskirų izoliuotų organizmų, o iš karto bendrijų pavidalu. Visos biosferos evoliucijai būdingas nuolatinis komplikavimas, tai yra vis sudėtingesnių struktūrų atsiradimas.
Ar dabar įmanoma gyvybės atsiradimas Žemėje? Iš to, ką žinome apie gyvybės atsiradimą Žemėje, aišku, kad gyvų organizmų atsiradimo iš paprastų organinių junginių procesas buvo itin ilgas. Kad Žemėje atsirastų gyvybė, prireikė daug milijonų metų trukusio evoliucinio proceso, kurio metu sudėtingos molekulinės struktūros, pirmiausia nukleino rūgštys ir baltymai, buvo atrinktos atsparumui, gebėjimui daugintis savo rūšiai.
Jei dabar Žemėje kur nors intensyvaus vulkaninio aktyvumo zonose gali atsirasti pakankamai sudėtingų organinių junginių, tai tikimybė, kad šie junginiai egzistuotų ilgai, yra nereikšminga. Jie bus nedelsiant oksiduoti arba panaudoti heterotrofinių organizmų. Charlesas Darwinas tai puikiai suprato. 1871 m. jis rašė: „Bet jei dabar... kokiame nors šiltame vandens telkinyje, kuriame yra visos reikalingos amonio ir fosforo druskos ir kuris yra prieinamas šviesai, šilumai, elektrai ir kt., baltymas, galintis toliau, vis sudėtingiau transformuotis. , tada ši medžiaga būtų nedelsiant sunaikinta arba absorbuojama, o tai buvo neįmanoma laikotarpiu iki gyvų būtybių atsiradimo.
Gyvybė Žemėje atsirado abiogeniniu būdu.Šiuo metu gyvi daiktai atsiranda tik iš gyvų būtybių (biogeninės kilmės). Neatmetama galimybė, kad Žemėje vėl atsiras gyvybė.
- Įvardykite pagrindinius etapus, iš kurių galėtų būti sudarytas gyvybės atsiradimo Žemėje procesas.
- Kaip, jūsų nuomone, tai turėjo įtakos tolesniam maistinių medžiagų atsargų išeikvojimui pirminio vandenyno vandenyse?
- Išplėsti evoliucinę fotosintezės reikšmę.
- Kaip manote, kodėl žmogus bando atsakyti į klausimą apie gyvybės kilmę Žemėje?
- Kodėl gyvybės atsiradimas Žemėje neįmanomas?
- Pateikite sąvokos „gyvenimas“ apibrėžimą.
