Ipoteze moderne despre originea vieții pe pământ. Concepte despre originea vieții pe pământ Poate să apară viața în prezent

În prezent, viața pe Pământ nu poate apărea într-un mod abiogen. Chiar și Darwin scria în 1871: „Dar dacă acum... în orice rezervor cald care conține toate sărurile necesare de amoniu și fosfor și accesibil luminii, căldurii, electricității, s-a format chimic o proteină, capabilă de transformări din ce în ce mai complexe, atunci aceasta substanța va fi imediat distrusă și absorbită, ceea ce a fost imposibil în perioada apariției ființelor vii.” Viața a apărut pe Pământ într-un mod abiogen. În prezent, vieţuitoarele provin doar din vieţuitoare (origine biogenă). Este exclusă posibilitatea reapariției vieții pe Pământ.

Teoria panspermiei.

În 1865, doctorul german G. Richter a propus ipoteza cosmozoarelor

( rudimente cosmice), în conformitate cu care viața este eternă și rudimentele care locuiesc spaţiul mondial, poate fi transferat de pe o planetă pe alta.

O ipoteză similară a fost înaintată în 1907 de naturalistul suedez S. Arrhenius, sugerând că embrionii vieții există veșnic în Univers - ipoteza panspermiei. El a descris modul în care particulele de materie, particulele de praf și sporii vii ai microorganismelor pleacă în spațiul mondial de pe planetele locuite de alte creaturi. Ei își păstrează viabilitatea, zburând în spațiul Universului datorită presiunii ușoare. Ajunși pe o planetă cu condiții potrivite pentru viață, ei încep o nouă viață pe această planetă. Această ipoteză a fost susținută de mulți, inclusiv de oamenii de știință ruși S. P. Kostychev, L. S. Berg și P. P. Lazarev.

Această ipoteză nu sugerează niciun mecanism pentru explicarea originii primare a vieții și transferă problema într-un alt loc din Univers. Liebig credea că „atmosfera corpuri cerești, precum și nebuloasele cosmice rotative, pot fi considerate ca depozitele eterne ale unei forme revitalizate, ca plantațiile eterne de embrioni organici”, de unde viața se împrăștie sub forma acestor embrioni în Univers.

Pentru a dovedi panspermia, sunt folosite sculpturi în stâncă care înfățișează obiecte asemănătoare rachetelor sau astronauților sau apariția OZN-urilor. Zborurile navelor spațiale au distrus credința în existența vieții inteligente pe planete Sistem solar care a apărut după descoperirea canalelor de pe Marte de către Schiparelli în 1877.

Lovell a numărat 700 de canale pe Marte. Rețeaua de canale a acoperit toate continentele. În 1924, canalele au fost fotografiate, iar majoritatea oamenilor de știință au văzut în ele dovezi ale existenței vieții inteligente. Fotografiile a 500 de canale au înregistrat și schimbări sezoniere de culoare, ceea ce a confirmat ideile astronomului sovietic G.A.Tikhov despre vegetația de pe Marte, deoarece lacurile și canalele erau verzi.

Informații prețioase despre condițiile fizice de pe Marte au fost obținute de nava spațială sovietică Marte și de stațiile de aterizare americane Viking-1 și Viking-2. Astfel, calotele polare, care au suferit schimbări sezoniere, s-au dovedit a fi compuse din vapori de apă cu un amestec de praf mineral și dioxid de carbon solid din gheață carbonică). Dar până acum nu au fost găsite urme de viață pe Marte.

Studiul suprafeței de la bordul sateliților artificiali a sugerat că canalele și râurile lui Marte ar putea apărea ca urmare a topirii sub gheața apei de suprafață în zonele de activitate crescută sau căldură internă a planetei, sau în timpul schimbărilor climatice periodice.

La sfârșitul anilor șaizeci ai secolului XX, interesul pentru ipotezele panspermiei a crescut din nou. La studierea substanței meteoriților și cometelor, au fost descoperiți „precursorii viețuitoarelor” - compuși organici, acid cianhidric, apă, formaldehidă, cianogeni.

Formaldehida se găsește în 60% din cazuri în 22 de regiuni studiate, norii săi având o concentrație de aproximativ 1000 de molecule/cm. pui. umple spații vaste.

În 1975, precursori de aminoacizi au fost găsiți în solul lunar și în meteoriți.

Conceptul de stare de viață staționară.

Potrivit lui V.I.Vernadsky, este necesar să vorbim despre eternitatea vieții și despre manifestările organismelor sale, așa cum vorbim despre eternitatea substratului material al corpurilor cerești, proprietățile lor termice, electrice, magnetice și manifestările lor. Toate ființele vii provin din ființe vii (principiul lui Redi).

Organismele unicelulare primitive ar putea apărea numai în biosfera Pământului, precum și în biosfera Universului. Potrivit lui Vernadsky, științele naturii sunt construite pe presupunerea că viața, cu calitățile sale speciale, nu ia nicio parte în viața Universului. Dar biosfera trebuie luată ca un întreg, ca un singur organism cosmic viu (atunci dispare problema începutului vieții, a saltului de la neviu la viu).

Ipoteza „holobiazei”.

Se referă la prototipul strămoșului precelular și la abilitățile sale.

Există diferite forme ale strămoșului precelular - „bioid”, „biomonad”, „microsferă”.

Potrivit biochimistului P. Dekker, baza structurală a „bioidului” este formată din structuri disipative viabile de neechilibru, adică deschiderea unui microsistem cu un aparat enzimatic care catalizează metabolismul „bioidului”.

Această ipoteză interpretează activitatea până la strămoșul celular într-un spirit schimb-metabolic.

Biochimiștii S. Fox și K. Dose și-au modelat biopolimerii capabili de metabolism - sinteza proteinelor complexe în cadrul ipotezei „holobiozei”.

Principalul dezavantaj al acestei ipoteze este absența unui sistem genetic pentru o astfel de sinteză. De aici, preferința pentru „progenitorul molecular” al oricărei ființe vii, mai degrabă decât structura protocelulară primară.

Ipoteza genobiozei.

Omul de știință american Haldane credea că primarul nu este o structură capabilă de metabolism mediu inconjurator, ci un sistem molecular umed, asemanator unei gene si capabil de reproducere, si de aceea numit de el "gena goala". Această ipoteză a primit recunoaștere generală după descoperirea ARN-ului și ADN-ului și a proprietăților lor fenomenale.

Conform acestei ipoteze genetice, acizii nucleici au apărut la început ca bază de matrice pentru sinteza proteinelor. A fost prezentat pentru prima dată în 1929 de către G. Möller.

S-a dovedit experimental că acizii nucleici simpli pot fi replicați fără enzime. Sinteza proteinelor pe ribozomi are loc cu participarea t - ARN și p - ARN. Ei sunt capabili să construiască nu doar combinații aleatorii de aminoacizi, ci și polimeri ordonați pe proteine. Este posibil ca ribozomii primari să fi fost numai din ARN. Astfel de ribozomi fără proteine ​​ar putea sintetiza peptide ordonate cu participarea moleculelor t-ARN, care se leagă de r-ARN prin împerecherea bazelor.

La următoarea etapă a evoluției chimice au apărut matrici care au determinat secvența moleculelor de t-ARN și, astfel, secvența de aminoacizi care sunt legați de molecule de t-ARN. Capacitatea acizilor nucleici de a servi drept modele pentru formarea lanțurilor complementare (de exemplu, sinteza și - ARN pe ADN) este argumentul cel mai convingător în favoarea conceptului de rol principal în procesul de biogeneză a aparatului ereditar. şi, deci, în favoarea ipotezei genetice a originii vieţii.

3. Cum a apărut viața pe Pământ

Conceptul modern al originii vieții pe Pământ este rezultatul unei ample sinteze Stiintele Naturii, multe teorii și ipoteze înaintate de cercetători de diverse specialități.

1. Ce este viața?

Răspuns. Viața este un mod de a fi pentru entitățile (organismele vii) dotate cu activitate internă, procesul de dezvoltare a corpurilor structura organica cu o predominanţă stabilă a proceselor de sinteză asupra proceselor de dezintegrare, o stare deosebită a materiei, realizată datorită următoarelor proprietăţi. Viața este un mod de existență a corpurilor proteice și a acizilor nucleici, un punct esențial al căruia este un schimb constant de substanțe cu mediul, iar odată cu încetarea acestui schimb, viața se oprește și ea.

2. Ce ipoteze despre originea vieții cunoașteți?

Răspuns. Diverse idei despre originea vieții pot fi combinate în cinci ipoteze:

1) creaționism - creația divină a celor vii;

2) generarea spontană - organismele vii iau naștere spontan din materie nevie;

3) ipoteza unei stări staţionare - viaţa a existat dintotdeauna;

4) ipoteza panspermiei - viața este adusă pe planeta noastră din exterior;

5) ipoteza evoluției biochimice - viața a apărut ca urmare a unor procese care se supun legilor chimice și fizice. În prezent, majoritatea oamenilor de știință susțin ideea originii abiogene a vieții în procesul de evoluție biochimică.

3. Care este principiul principal metodă științifică?

Răspuns. Metoda științifică este un ansamblu de tehnici și operații utilizate pentru a construi un sistem de cunoștințe științifice. Principiul de bază al metodei științifice este să nu iei nimic de bun. Orice afirmație sau respingere a ceva ar trebui verificată.

Întrebări după § 89

1. De ce ideea originii divine a vieții nu poate fi nici confirmată, nici respinsă?

Răspuns. Procesul de creație divină a lumii este considerat a fi avut loc o singură dată și, prin urmare, inaccesibil pentru cercetare. Știința se ocupă doar de acele fenomene care sunt observabile și cercetare experimentală... Prin urmare, din punct de vedere științific, ipoteza originii divine a celor vii nu poate fi nici dovedită, nici infirmată. Principiul principal al metodei științifice este „nu lua nimic de bun”. Prin urmare, logic nu poate exista nicio contradicție între explicația științifică și cea religioasă a originii vieții, deoarece aceste două sfere de gândire se exclud reciproc.

2. Care sunt principalele prevederi ale ipotezei Oparin - Haldane?

Răspuns. În condițiile moderne, apariția viețuitoarelor din natura neînsuflețită este imposibilă. Abiogenă (adică, fără participarea organismelor vii), apariția materiei vii a fost posibilă numai în condițiile unei atmosfere antice și absența organismelor vii. Atmosfera antică includea metan, amoniac, dioxid de carbon, hidrogen, vapori de apă și alți compuși anorganici. Sub influența descărcărilor electrice puternice, a radiațiilor ultraviolete și a radiațiilor mari, din aceste substanțe ar putea apărea compuși organici, care s-au acumulat în ocean, formând o „supă primară”. În „bulionul primar” de biopolimeri s-au format complexe multimoleculare - coacervate. Ionii metalici, care au acționat ca primii catalizatori, au intrat în picăturile coacervate din mediul extern. Din numărul imens de compuși chimici prezenți în „bulionul primar”, au fost selectate cele mai eficiente combinații de molecule catalitic, care au dus în cele din urmă la apariția enzimelor. La granița dintre coacervate și mediul extern, moleculele de lipide s-au aliniat, ceea ce a dus la formarea unei membrane celulare primitive. La o anumită etapă, probionții proteici au inclus acizi nucleici, creând complexe unificate, ceea ce a dus la apariția unor proprietăți ale viețuitoarelor precum auto-reproducția, conservarea informațiilor ereditare și transmiterea acesteia la generațiile ulterioare. Probionții, în care metabolismul este combinat cu capacitatea de a se reproduce singur, pot fi deja considerați ca procelule primitive, dezvoltare ulterioară care s-a desfăşurat după legile evoluţiei materiei vii.

3. Ce dovezi experimentale pot fi date în sprijinul acestei ipoteze?

Răspuns. În 1953, această ipoteză a lui A.I.Oparin a fost confirmată experimental de experimentele omului de știință american S. Miller. În instalația pe care a creat-o, au fost simulate condițiile care se presupune că au existat în atmosfera primară a Pământului. În urma experimentelor s-au obținut aminoacizi. Experimente similare au fost repetate de multe ori în diferite laboratoare și au făcut posibilă demonstrarea posibilității fundamentale de a sintetiza practic toți monomerii biopolimerilor bazici în astfel de condiții. Ulterior s-a constatat că, în anumite condiții, din monomeri pot fi sintetizați biopolimeri organici mai complecși: polipeptide, polinucleotide, polizaharide și lipide.

4. Care sunt diferențele dintre ipoteza lui A. I. Oparin și ipoteza lui J. Haldane?

Răspuns. J. Haldane a avansat și ipoteza originii abiogene a vieții, dar, spre deosebire de AI Oparin, a acordat prioritate nu proteinelor - sisteme coacervate capabile de metabolism, ci acizilor nucleici, adică sistemelor macromoleculare capabile de auto-reproducere.

5. Ce argumente dau adversarii când critică ipoteza Oparin-Haldane?

Răspuns. Ipoteza Oparin - Haldane are şi partea slabă, indicată de adversarii ei. În cadrul acestei ipoteze, nu se poate explica problema principală: cum a avut loc un salt calitativ de la neînsuflețit la viu. Într-adevăr, pentru auto-reproducția acizilor nucleici sunt necesare proteine ​​enzimatice, iar pentru sinteza proteinelor, acizi nucleici.

Furnizați posibilele avantaje și dezavantaje ale ipotezei panspermiei.

Răspuns. Argumente pentru:

Viața la nivelul procariotelor a apărut pe Pământ aproape imediat după formarea ei, deși distanța (în ceea ce privește diferența de nivel de complexitate de organizare) dintre procariote și mamifere este comparabilă cu distanța de la supa primordială la pocariote;

În cazul originii vieții pe orice planetă a galaxiei noastre, aceasta, așa cum arată, de exemplu, estimările lui A.D. Panov, pentru o perioadă de doar câteva sute de milioane de ani poate „infecta” întreaga galaxie;

Descoperă în unii meteoriți artefacte care pot fi interpretate ca rezultat al activității microorganismelor (chiar înainte ca meteoritul să lovească Pământul).

Ipoteza panspermiei (viața este adusă pe planeta noastră din exterior) nu răspunde la întrebarea principală despre cum a apărut viața, ci transferă această problemă într-un alt loc din Univers;

Tăcerea radio completă a Universului;

Din moment ce s-a dovedit că întregul nostru Univers are doar 13 miliarde de ani (adică, întregul nostru Univers este de doar 3 ori mai vechi (!) decât planeta Pământ), atunci a mai rămas foarte puțin timp pentru originea vieții undeva departe... . Distanța până la cea mai apropiată stea a-centaurus este de 4 sv. al anului. Un luptător modern (4 viteze de sunet) va zbura către această stea timp de ~ 800.000 de ani.

Ch. Darwin scria în 1871: „Dar dacă acum... într-un corp de apă caldă care conține toate sărurile necesare de amoniu și fosfor și este accesibilă luminii, căldurii, electricității etc., o proteină capabilă de transformări ulterioare, din ce în ce mai complexe. , atunci această substanță va fi imediat distrusă sau absorbită, ceea ce era imposibil în perioada de dinaintea apariției ființelor vii."

Confirmați sau infirmați această afirmație a lui Charles Darwin.

Răspuns. Procesul de apariție a organismelor vii din compuși organici simpli a fost extrem de lung. Pentru ca viața să apară pe Pământ, a fost nevoie de un proces evolutiv care a durat multe milioane de ani, în timpul căruia structuri moleculare complexe, în primul rând acizi nucleici și proteine, au fost selectate pentru rezistență, pentru capacitatea de a reproduce propriul lor fel.

Dacă acum pe Pământ undeva în zone cu activitate vulcanică intensă și pot apărea compuși organici suficient de complecși, atunci probabilitatea existenței prelungite a acestor compuși este neglijabilă. Este exclusă posibilitatea reapariției vieții pe Pământ. Acum, lucrurile vii apar doar ca urmare a reproducerii.

Ipoteza lui A.I.Oparin. Cea mai esențială trăsătură a ipotezei lui A.I.Oparin este complicarea treptată a structurii chimice și a aspectului morfologic al precursorilor vieții (probionților) pe drumul către organismele vii.

O cantitate mare de date sugerează că mediul pentru originea vieții ar putea fi regiunile de coastă ale mărilor și oceanelor. Aici, la joncțiunea dintre mare, uscat și aer, s-au creat condiții favorabile pentru formarea compușilor organici complecși. De exemplu, soluțiile unor substanțe organice (zaharuri, alcooli) sunt foarte stabile și pot exista la infinit. În soluțiile concentrate de proteine, acizi nucleici, se pot forma cheaguri, similare cheagurilor de gelatină în soluții apoase. Astfel de cheaguri se numesc picături coacervate sau coacervate (Fig. 70). Coacervatele sunt capabile să se adsorbie diverse substante... Din soluție intră în ele compuși chimici, care sunt transformați ca urmare a reacțiilor care apar în picături coacervate și sunt eliberați în mediu.

Coacervatele nu sunt încă lucruri vii. Ele arată doar o asemănare superficială cu astfel de semne ale organismelor vii precum creșterea și metabolismul cu mediul. Prin urmare, apariția coacervatelor este considerată ca o etapă în dezvoltarea pre-vieții.

Orez. 70. Formarea unei picături coacervate

Coacervatele au fost supuse unei selecții pe termen foarte lung pentru stabilitatea structurală. Stabilitatea a fost obținută datorită creării de enzime care controlează sinteza anumitor compuși. Cea mai importantă etapă a originii vieții a fost apariția mecanismului de reproducere de tip propriu și moștenirea proprietăților generațiilor precedente. Acest lucru a devenit posibil datorită formării complexelor complexe de acizi nucleici și proteine. Acizii nucleici capabili de auto-reproducere au început să controleze sinteza proteinelor, determinând ordinea aminoacizilor din acestea. Și proteinele-enzimele au efectuat procesul de creare a unor noi copii ale acizilor nucleici. Așa a apărut principala proprietate caracteristică a vieții - capacitatea de a reproduce molecule asemănătoare cu ei înșiși.

Ființele vii sunt așa-numitele sisteme deschise, adică sisteme în care energia vine din exterior. Viața nu poate exista fără furnizarea de energie. După cum știți, conform metodelor de consum de energie (vezi capitolul III), organismele sunt împărțite în două mari grupe: autotrofe și heterotrofe. Organismele autotrofe folosesc direct energia solară în procesul de fotosinteză (plantele verzi), cele heterotrofe folosesc energia care este eliberată în timpul descompunerii materiei organice.

Evident, primele organisme au fost heterotrofe, primind energie prin descompunerea anoxică a compușilor organici. În zorii vieții, nu exista oxigen liber în atmosfera Pământului. Apariția unei atmosfere de modern compoziție chimică este strâns legată de dezvoltarea vieții. Apariția organismelor capabile de fotosinteză a dus la eliberarea de oxigen în atmosferă și apă. În prezența sa, a devenit posibilă descompunerea oxigenului a substanțelor organice, în care se obține de multe ori mai multă energie decât în ​​cazul anoxicului.

Din momentul originii sale, viața formează un singur sistem biologic - biosfera (vezi. capitolul XVI). Cu alte cuvinte, viața nu a apărut sub forma unor organisme izolate separate, ci imediat sub formă de comunități. Evoluția biosferei în ansamblu se caracterizează prin complicații constante, adică apariția unor structuri din ce în ce mai complexe.

Este posibilă acum apariția vieții pe Pământ? Din ceea ce știm despre originea vieții pe Pământ, este clar că procesul de apariție a organismelor vii din compuși organici simpli a fost extrem de lung. Pentru ca viața să apară pe Pământ, a fost nevoie de un proces evolutiv care a durat multe milioane de ani, în timpul căruia structuri moleculare complexe, în primul rând acizi nucleici și proteine, au fost selectate pentru rezistență, pentru capacitatea de a reproduce propriul lor fel.

Dacă acum pe Pământ undeva în zone cu activitate vulcanică intensă și pot apărea compuși organici suficient de complecși, atunci probabilitatea existenței prelungite a acestor compuși este neglijabilă. Ele vor fi imediat oxidate sau utilizate de organismele heterotrofe. Charles Darwin a înțeles perfect acest lucru. În 1871, el a scris: „Dar dacă acum... într-o apă caldă care conține toate sărurile necesare de amoniu și fosfor și este accesibilă luminii, căldurii, electricității etc., o proteină capabilă de transformări ulterioare, din ce în ce mai complexe. , atunci această substanță va fi imediat distrusă sau absorbită, ceea ce era imposibil în perioada de dinaintea apariției ființelor vii."

Viața a apărut pe Pământ într-un mod abiogen.În prezent, vieţuitoarele provin doar din vieţuitoare (origine biogenă). Este exclusă posibilitatea reapariției vieții pe Pământ.

1. Numiți principalele etape din care ar putea fi compus procesul de apariție a vieții pe Pământ.
2. Cum a influențat, în opinia dumneavoastră, evoluția ulterioară a epuizării rezervelor de nutrienți din apele oceanului primar?
3. Extindeți semnificația evolutivă a fotosintezei.
4. De ce crezi că omul încearcă să răspundă la întrebarea despre originea vieții pe Pământ?
5. De ce este imposibilă reapariția vieții pe Pământ?
6. Dați o definiție a conceptului de „viață”.