Предпосылки возникновения жизни на земле кратко

Обновлено: 05.07.2024

Отрицание возможности самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возможности развития органической природы и жизни в прошлом из неорганической матерки. Известно, что на определенной стадии развития материи жизнь может возникнуть как результат естественных процессов, совершающихся в самой материи.

Элементарные химические процессы на начальных этапах возникновения и развития жизни могли происходить не только на Земле, но и в других частях Вселенной и в различное время. Поэтому не исключается возможность занесения жизни на Землю из Космоса. Однако в изученной пока человеком части Вселенной только на Земле они привели к формированию и расцвету жизни.

5.1. Предпосылки и этапы возникновения жизни

По современным данным Земля образовалась 4,0 – 4,5 млрд лет назад. 100–600 млн лет понадобилось для ее остывания, образования коры, океанов, первичной атмосферы. Данные радиохимического анализа (по времени распада радиоактивных элементов) и палеомагнитологии совпадают и свидетельствуют, что возраст земной коры составляет около 3,9 млрд лет. По-видимому, жизнь на Земле возникла около 3,8 млрд лет назад.

Признаки деятельности живых организмов обнаружены многократно в докембрийских породах, рассеянных по всему земному шару. В Южной Африке (местечко Фиг-Три) обнаружены породы со следами деятельности микроорганизмов, возраст которых более 3,5 млрд лет.

Процессы, предшествовавшие возникновению жизни на Земле, несомненно, совершались на основе тех же физических и химических законов, которые действуют на Земле и ныне. Этот естественнонаучный принцип актуализма позволяет утверждать, что происхождение жизни связано с последовательным протеканием химических реакций на поверхности первичной планеты. Физические и химические свойства воды (высокий дипольный момент, вязкость, теплоемкость и т.д.) и углерода (способность к восстановлению и образованию линейных соединений) определили то, что именно они оказались у колыбели жизни. Химические и физические свойства различных атомов и молекул делали обязательными взаимодействия между ними. Процессы возникновения жизни путем химических преобразований молекул не имели единичного и неповторяемого характера, а могли протекать в неодинаковых условиях на разных участках поверхности Земли. Какими же могли быть основные этапы химической эволюции жизни?

Вопрос возникновения жизни на Земле волнует человечество уже многие тысячелетия. Проблема происхождения жизни - одна из первостепенных проблем в современном естествознании. Наша Земля как планета Солнечной системы сформировалась примерно 4,6 млрд лет назад. Уже через полмиллиарда после формирования на ее поверхности появились первые живые организмы. Но как это произошло? Какие условия должны привели к возникновению такого уникального феномена, как жизнь? На эти и многие другие вопросы на протяжении всей истории человечества многие ученые и философы пытаются дать ответ.

Основные теории зарождения жизни
Теория самозарождения
Теория стационарного состояния
Теория панспермии
Теория креационизма
Теория биохимической эволюции

Основные теории зарождения жизни

Концепция самозарождения
Концепция стационарного состояния
Концепция панспермии
Концепция креационизма
Концепция биохимической эволюции

Теория самозарождения

Еще в древности появились первые гипотезы о происхождении жизни. Жители древних стран востока верили в теорию самопроизвольного зарождения жизни. Они не сомневались, что жизнь способна появляться почти из ничего, сама по себе. Согласно этой теории, многочисленные животные, такие как черви, жабы, змеи, рождаются из глины и воды под воздействием тепла и солнечного света, которым приписывались божественные, волшебные силы.

Рис. 1. Основные теории зарождения жизни Философы Древнего Рима и Древней Греции, в отличие от их восточных коллег, не видели в самопроизвольном зарождении жизни никакого теологического подтекста. Наоборот, в своих теориях они старались объяснить феномен жизни, применяя материалистический или идеалистический подход. Одна из гипотез гласила, что взаимодействие стихий рождает жизнь: из влажной земли и огня появляются животные.

Важно! Приверженцем этой теории был Ван-Гельмонт, ученый из Голландии. В XVII веке в научной работе описал свой эксперимент, по результатам которого он “получил” несколько мышей в закрытом шкафу, куда положил рубашку и немного зерна.

Опровержение теории предоставил Франческо Реди. В 1688 году он доказал, что личинки мух не способны появиться на гниющем мясе сами. Эксперимент был прост: он положил в два горшочка одинаковые куски мяса. Один сосуд он накрыл тонким куском ткани, другой - остался открытым. Спустя несколько недель в открытом сосуде было множество личинок, а в закрытом - ни одной. Ученый сделал вывод, что мухи откладывают в мясо свои яйца, а значит - насекомые не самозарождаются.

Теория стационарного состояния

Земля и вся Вселенная вечны и существуют в неизменяемом виде;
Изменения в природе незначительны и не имеют существенного влияния на живые организмы;
Для всех видов есть два возможных пути - они либо вымирают, либо изменяют свою численность.

Важно! Эта теория отрицает положения теории Большого Взрыва и эволюционной теории. В современных условиях этернизм стоит рассматривать скорее как философское учение.

Известный российский ученый, автор учения о биосфере, академик В. И. Вернадский придерживался теории этернизма. Вернадский говорил что “. жизнь вечна, потому что вечный Космос”.

Теория панспермии

Теория панспермии - это теория о внеземном происхождении жизни. Впервые эту идею высказал греческий философ Анаксагор (V в до н. э.). А в 1865 году Х. Рихтер - ученый, родом из Германии, возродил ее. Он выдвинул предположение, что на Землю жизнь в виде зародышей простейших микроорганизмов занесли многочисленные метеориты и космическая пыль с планеты, где на тот момент уже имелась жизнь. Сторонники теории утверждают, что условия первобытной Земли были благоприятны для развития этих микроорганизмов, и они дали начало всему разнообразию жизни. Приверженцы теории панспермии стремятся научно доказать возможность переноса жизни с планеты на планету, ведь при путешествии через космическое пространство спора бактерии столкнется со множеством испытаний. Опасность будут составлять и холод межпланетного пространства (-220 ° С), и сильнейшее ультрафиолетовое излучение. Также не стоит забывать об атмосфере планеты, проходя через которую на большой скорости, любое тело благодаря силе трения загорится.

Рис. 2. Зарождение жизни в потоках энергии и химических веществ по Опарину - Холдейну Конечно, эти доводы не опровергают теорию полностью. В 60-х годах прошлого века популярность теории панспермии резко возросла, благодаря обнаружению на метеоритах и поверхности комет сложных органических соединений и воды. Теория панспермии не является полноценной теорией возникновения жизни, поскольку она не объясняет сам феномен зарождения жизни, просто перенеся проблему с нашей планеты в огромный космос.

Теория креационизма

Теория креационизма или божественного творения имеет очень длинную и богатую историю. Все религиозные учения мира по-своему объясняют происхождение жизни, но все они говорят о неком божественном замысле и о божественном происхождении Вселенной в целом и жизни на Земле в частности.

Христианский креационизм является наиболее развитым, в его основу положены библейские тексты. Согласно этой теории, зарождение жизни произошло в результате разумного акта творения высшим существом. В зависимости от метода трактовки Библии, сторонники теории делятся на разные течения.

Важно! Кроме Библии, есть и другие священные книги мировых религий, в каждой из которых тоже есть сведения о возникновении мира.

Например, буквалистские креационисты утверждают, что мир был создан за 6 дней около 6 000 лет назад, как это и описано в Библии. Сторонники метафорического креационизма считают, что написанное в Библии не стоит понимать буквально. По этой версии, один “день творения” мог длиться тысячи лет. Также в рамках концепции креационизма существует теистический эволюционизм, признающий эволюционную теорию. Однако его сторонники считают, что эволюция - ни что иное, как орудие в руках творца.

Важно! В соответствии с современными представлениями о науке, креационизм рассматривают только как философско-методологическую концепцию, поскольку теория возникла в рамках религиозного мировоззрения. Многие противники теории говорят о нецелесообразности преподавания креационизма в школе из-за ее антинаучности.

Теория биохимической эволюции

Синтез органических соединений из неорганической материи в аэробных условиях первобытного океана.
Формирование из органических веществ биополимеров, углеводородов и липидов в водоемах планеты.
Самоорганизация и развитие органических веществ в сложные структуры, на основе которых возникают механизмы обмена веществ и самовоспроизводства. Все это в конечном итоге привело к образованию живой клетки.

Рис. 3. Этапы возникновения жизни на планете по Опарину Атмосфера молодой Земли была бедна кислородом, так как гравитация планеты была еще не способна удерживать легкие газы. Опарин считал, что только в анаэробных условиях могли появиться первые органические вещества, потому что влияние кислорода было бы разрушительным для зарождающейся жизни. Протекание химических реакций стало возможным под действием электрических разрядов молний, высоких температур и мощного ультрафиолетового излучения, от которого первобытная атмосфера планеты еще не защищала.

Важно! В 1953 г. американский ученый Стэнли Ллойд Миллер воспроизвел условия молодой Земли в своей лаборатории. Смесь из воды, аммиака, метана и водорода он подвергал мощным электрическим разрядам. Спустя некоторое время ученому удалось таким образом синтезировать аминокислоты, сахара и даже простые белки. Этот опыт доказал, что органические соединения образуются не только в результате биогенеза, но и посредством абиогенного синтеза.

Белки имеют способность притягивать к себе воду, которая образует вокруг них оболочку. Опарин предположил, что во время второго этапа на основе таких белков происходило формирование многочисленных сложных структур - коацерватов - предбиологических систем. Коацерваты, отделенные от среды, избирательно обменивались с ней веществами, а также накапливали некоторые соединения. Многочисленные вещества, входящие в состав этих сложных структур, взаимодействовали между собой и ионами металлов. Это дало начало появлению ферментов. На границе между коацерватом и средой собирались жиры (липиды), которые играли роль примитивной клеточной мембраны и обеспечивали стабильность. Предполагается, что на третьем этапе из массы коацерватных капель остались лишь самые устойчивые. Они уже имели способность поглощать вещества из среды, таким образом появился механизм обмена веществ, который является одним из важнейших свойств жизни. Согласно теории Опарина, такая коацерватная капля по мере роста и накопления массы могла распадаться на две дочерние, которые были идентичны ей, то есть приобрела способность к самовоспроизведению. На этом этапе коацерваты уже стоит рассматривать как первые простейшие организмы.

Важно! В теории Опарина существует много “белых” пятен. Эта гипотеза не дает в полной мере ответ на вопрос о зарождении жизни, но именно гипотеза биохимической эволюции является наиболее перспективной в плане дальнейших исследований.

Краткий конспект "Происхождение жизни на Земле" содержит основные теоретические сведения по изучаемой теме.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

Теории возникновения жизни на Земле

Наиболее распространенными теориями возникновения жизни на Земле являются следующие:

Теория креационизма – жизнь была создана богом в определенное время;

Теория самопроизвольного зарождения – жизнь возникала неоднократно из неживого вещества; Эта теория была опровергнута опытами Франческо Реди

Теория стационарного состояния – жизнь существовала;

Теория панспермии – жизнь занесена на нашу планету извне; Была выдвинута немецким учёным Германом Рихтером в 1865 году. Согласно панспермии, рассеянные в мировом пространстве споры микроорганизмов, переносятся с одного небесного тела на другое с метеоритами.

Теория биохимической эволюции (теория абиогенного синтеза А. И. Опарина 1923 г.) – жизнь возникла на Земле в результате биохимических процессов в условиях молодой планеты. Сущность теории: биохимическая эволюция в условиях первичной Земли закономерно привела к абиогенному образованию органических молекул, которые через стадию коацерватов привели к появлению матричного синтеза и появлению первых живых организмов.

Теория биохимической эволюции (теория абиогенного синтеза)

Условия на Земле 4,5 млрд. лет назад:

- безжизненная Земля с атмосферой лишенной кислорода. Первичная атмосфера Земли носила восстановительный характер (отсутствовал свободный кислород);

- жесткое ультрафиолетовое излучение.

Этапы возникновения и развития жизни на Земле

I этап: Абиогенный (без участия живых организмов) синтез органических веществ – мономеров и биополимеров (за счет энергии электрических разрядов, ультрафиолетовых лучей и радиоактивного излучения)

II этап: Полимеризация мономеров с образованием нуклеиновых кислот, белков др. полимеров (слияние органических комплексов и образование коллоидных растворов – коацерватов). В коацерватах началась эволюция молекул РНК, которые были первыми самореплицирующимися катализаторами. Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведение себе подобных.

Предполагают, что молекулы РНК были первыми полимерами , способные к самовоспроизведению.

Эксперимент Миллера и Юри (1953). Экспериментальный тест гипотезы, высказанной ранее А. Опариным и Дж. Холдейном (1924), о том, что условия, существовавшие на Земле, способствовали химическим реакциям, которые могли привести к синтезу органических молекул из неорганических.

Аппарат включал смесь газов, соответствующую представлениям о составе атмосферы ранней Земли, и пропускавшиеся через неё электрические разряды. Одна колба была заполнена водой, которая при нагревании испарялась и водные пары попадали в верхнюю колбу, куда подавались эл. разряды, имитирующие разряды молний. По охлаждаемой трубке конденсировавшийся пар возвращался в нижнюю колбу, обеспечивая постоянную циркуляцию.

После недели непрерывного цикла обнаружены: аминокислоты, сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот.

III этап: образование предбиологических фазово-обособленных сложных систем – протобионтов, отделенных от внешней среды мембранами и имеющих некоторые свойства живых существ.

IV этап: Возникновение простейших клеток, обладающих всей совокупностью свойств жизни, и их дальнейшая биологическая эволюция.

Первые три этапа относят к периоду химической эволюции, с четвертого начинается биологическая эволюция.

Таким образом, жизнь возникла абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение).

Биологическая эволюция:

коацерваты → пробионты → прокариоты) → эукариоты (анаэробные) → эукариоты (аэробные): растения, животные, грибы.

Краткий конспект "Происхождение жизни на Земле" содержит основные теоретические сведения по изучаемой теме.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

Теории возникновения жизни на Земле

Наиболее распространенными теориями возникновения жизни на Земле являются следующие:

Теория креационизма – жизнь была создана богом в определенное время;

Теория стационарного состояния – жизнь существовала;

Теория биохимической эволюции (теория абиогенного синтеза)

Условия на Земле 4,5 млрд. лет назад:

- жесткое ультрафиолетовое излучение.

Этапы возникновения и развития жизни на Земле

Предполагают, что молекулы РНК были первыми полимерами , способные к самовоспроизведению.

Первые три этапа относят к периоду химической эволюции, с четвертого начинается биологическая эволюция.

Биологическая эволюция:

С самого раннего момента своего появления человечество наделяло природу особыми свойствами: существовал тотемизм - поклонение какому-либо животному или растению как своему мифическому защитнику. С течением времени появились монотеистические религии, в которых утверждалось, что настоящий мир создан творцом в результате акта сверхъестественного творения.

За всю историю существования человечества сторонниками этой теории не было приведено ни одного подтверждающего доказательства. Справедливо отметить, что и опровергнуть эту теорию невозможно. Основополагающим моментом здесь являются не факты, а вера.

Теория стационарного состояния

Согласно данной теории, жизнь никто и ничто не создал(о) - жизнь, как и Вселенная, существует вечно, не имея точки начала и конца. Отдельные тела в этой системе - галактики, звезды, небесные тела и живые организмы - рождаются и умирают.

Теория панспермии (греч. pan — всё и sperma — семя)

После формирования и остывания нашей планеты на ее поверхности сложились условия благоприятные для развития жизни. Теория панспермии гласит о том, что жизнь на нашу планету была занесена извне, из космоса с падением метеороида или астероида. На Землю попали зачатки живого - споры бактерий, вирусы.

Теория самозарождения

Сторонники этой теории считали (или считают, если такие еще остались)), что жизнь способна самозарождаться из неживого. Еще Аристотель считал, что личинки, из которых появляются мухи, самозарождаются в гниющем мясе. Эти представления были довольно долго распространены и популярны.

Особое внимание обратим на витализм (лат. vitalis — жизненный) - учение о существовании нематериальной сверхъестественной жизненной силы, управляющей жизненными явлениями. Витализм и теория самозарождения тесно взаимосвязаны.

Особенно активно эти идеи обсуждались в конце XVI века, когда апогея достигла легенда о гомункулусе. Свой рецепт "приготовления" гомункулуса Парацельс описывает так: "Возьмите сперму и заставьте ее гнить 7 суток в запечатанной тыкве, а затем в течение 40 недель в лошадином желудке, ежедневно добавляя кровь. В результате произойдет живой ребенок, как дитя, родившееся от женщины".

Кажется что-то таинственное и магическое скрыто за этими древними строками, однако это всего лишь остроумная шутка, на которую попались многие, даже из числа наших современников. Первым аргументированно попытался опровергнуть теорию самозарождения жизни Франческо Реди в 1668 году.

Опыт Франческо Реди состоял в доказательстве того факта, что в плотно закрытых банках, куда не могут попасть мухи, не развиваются и черви - их личинки. В таких банках мясо гниет, но не "производит" червей. Ранее Уильям Гарвей, английский медик, постулировал: "Все живое происходит из яйца".

Казалось бы, теория самозарождения опровергнута - точка. Но хитрые виталисты обвинили Франческо Реди в том, что закрыв банки тканью, он предотвратил доступ в них жизненной силе, и, естественно, жизнь в них не зародилась. Так что теория самозарождения пошатнулась, не более, но выстояла этот удар.

Лишь спустя почти 200 лет - в 1862 году - Луи Пастер нанес сокрушительный удар по виталистам, окончательно развенчав теорию самозарождения. Пастер кипятил в S-образной колбе молоко, в котором находились микроорганизмы. После кипячения колбы оставляли на открытом воздухе. За счет S-образной колбы бактерии оседали на стенках, не достигали молока: процессы брожения и гниения не начинались.

В честь Луи Пастера процесс тепловой обработки пищевых продуктов называется пастеризацией. Она представляет собой нагревание жидких продуктов до 60-70 °C в течение 60 минут, в результате чего болезнетворные микроорганизмы погибают. Это позволяет сохранить продукты свежими на долгое время.

Гипотеза А.И. Опарина абиогенного происхождения жизни

Одним из первых в 1924 году научно пытался обосновать появление жизни на земле советский ученый Опарин, а через 5 лет в - 1929 году - Дж. Холдейн. Согласно теории Опарина, жизнь представляет собой закономерный этап эволюции химических соединений - молекулярных преобразований, их полимеризации, возникновение более сложных по строению веществ. Процессы возникновения жизни по Опарину делятся на 3 этапа:

Возникновение органических веществ из неорганических. Образование первичного бульона
Усложнение строения веществ (появление белков, нуклеиновых кислот). Формирование коацерватов - капель с большой концентрацией коллоида
Возникновение самовоспроизводящихся организмов, появление в них матричного синтеза на основе РНК, затем и ДНК

В результате таких преобразований из первичного бульона возникли первые прокариотические клетки.

Теорию Опарина и Холдейна подверглась проверке на практике. Первые эксперименты провел С. Миллер, пытавшийся синтезировать органические вещества из неорганических. Миллер использовал колбу, в которой непрерывно циркулировали метан, аммиак, водород и угарный газ (CO) - когда-то составлявшие атмосферу Земли (кислород в ее составе отсутствовал).

По итогам эксперимента в системе появились аминокислоты, сахара, жиры и даже предшественники нуклеиновых кислот.

С точки зрения вероятности возникновение жизни весьма маловероятно, однако учитывая очень долгое время (1 млрд. лет от появления Земли) вероятность такого события значительно возрастает.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Читайте также: