Теория пфлюгера о возникновении жизни кратко
Обновлено: 08.07.2024
Предпосылки возникновения жизни. По научным данным, планета Солнечной системы Земля образовалась из газово-пылевого облака около 4,5—5 млрд. лет назад. Такая газово-пылевая материя встречается в межзвездном пространстве и в настоящее время.
Для возникновения жизни на Земле необходимы определенные космические и планетарные условия. Одним из таких условий являются размеры планеты. Масса планеты не должна быть слишком большой, так как энергия атомного распада природных радиоактивных веществ может привести к перегреванию планеты или радиоактивному загрязнению среды. Но если масса планеты будет маленькой, то она не способна удерживать около себя атмосферу. Также необходимо движение планеты вокруг звезды по круговой орбите, позволяющее постоянно и равномерно получать необходимое количество энергии. Для развития и возникновения жизни важно равномерное поступление потока энергии на планету, потому что существование живых организмов возможно в пределах определенных температурных условий. Таким образом, к основным условиям возникновения жизни на Земле относятся размеры планеты, энергия, определенные температурные условия. Научно доказано, что эти условия существуют только на планете Земля.
Вопрос о происхождении жизни уже давно волнует человечество, известно множество гипотез.
В древности из-за отсутствия научных данных о возникновении жизни существовали различные взгляды. Великий ученый своего времени Аристотель (IV в. до н. э.) придерживался такого мнения, что из мяса возникла вошь, из сока животного — клоп, из ила — червь.
В средние века, несмотря на расширение научных знаний, имели место различные представления о возникновении жизни. Позднее, с открытием микроскопа, уточнялись данные о строении организма. Соответственно появились опыты, которые поколебали идеи о зарождении жизни из неживой природы. Однако до середины XVII в. было еще много сторонников взгляда о самозарождении.
Для познания тайн жизни английский философ Ф. Бэкон (1561— 1626) предложил проведение исследований в виде наблюдений и экспериментов. Взгляды ученого оказали особое влияние на развитие естествознания.
В середине XVII в. итальянский врач Франческо Реди (1626—1698) нанес серьезный удар по теории самопроизвольного зарождения жизни, поставив следующий опыт (1668 г.). Он поместил в четыре сосуда мясо и оставил их открытыми, а другие четыре сосуда с мясом закрыл марлей. В открытых сосудах из яиц, отложенных мухами, вывелись личинки. В закрытом же сосуде, куда мухи не могли проникнуть, личинки не появились. На основании этого опыта Реди доказал, что мухи выводятся из яичек, отложенных мухами, т. е. мухи не самозарождаются.
В 1775 г. М. М. Тереховский провел следующий опыт. Он в два сосуда налил бульон. Первый сосуд с бульоном он вскипятил и плотно закрыл пробкой, где позже никаких изменений на наблюдал. Второй сосуд М. М. Тереховский оставил открытым. Через несколько суток в открытом сосуде он обнаружил прокисший бульон. Однако в то время еще не знали о существовании микроорганизмов. Согласно представлениям этих ученых, живое возникает из неживого под действием сверхъестественных "жизненных сил". В закрытый сосуд "жизненная сила" не может проникнуть, а при кипячении она погибает. Такие взгляды получили название виталистических (лат. vitalis — "живой, жизненный").
По вопросу возникновения жизни на Земле сформировались два противоположных взгляда.
Первый (теория абиогенеза) — живое возникает из неживой природы. Второй взгляд (теория биогенеза) — живое не может возникнуть самопроизвольно, оно происходит от живого. Непримиримая борьба между этими взглядами продолжается до сих пор.
Для доказательства невозможности самозарождения жизни французский ученый-микробиолог Л. Пастер (1822—1895) в I860 г. поставил такой опыт. Он видоизменил опыт М. Тереховского и использовал колбу с S-образным узким горлышком. Л. Пастер прокипятил питательную среду и поместил ее в колбу с длинным изогнутым горлышком, воздух проходил в колбу свободно. Но микробы в нее попасть не могли, так как они оседали в изогнутой части горлышка. В такой колбе жидкость сохранялась долго без появления микроорганизмов. С помощью такого простого опыта Л. Пастер доказал, что взгляды виталистов ошибочны. Он убедительно доказал правильность теории биогенеза — живое возникает только из живого.
Но сторонники теории абиогенеза не признали опыты JI. Пастера.
Луи Пастер (1822- 1895). Французский микробиолог. Изучил процессы брожения и гниения. Доказал невозможность самопроизвольного зарождения микроорганизмов. Разработал метод пастеризации продуктов питания. Доказал распространение инфекционных болезней через микробов.
Александр Иванович Опарин (1894—1980). Известный русский биохимик. Основатель гипотезы о возникновении органических веществ абиогенным путем. Разработал естественнонаучную теорию возникновении жизни на Земле. Основоположник эволюционной биохимии.
Джон Холдейн (1892—1964). Известный английский биохимик, генетик и физиолог. Автор гипотезы "первичного бульона", один из основоположников популяционной генетики. Имеет множество трудов в области определения частоты мутации человека, математической теории отбора.
Некоторые из них утверждали, что "существует некая жизненная сила, и жизнь на Земле вечна". Этот взгляд получил название креационизм (лат. creatio — "создатель"). Его сторонниками были К. Линней, Ж. Кювье и др. Они утверждали, что зародыши жизни занесены на Землю с других планет посредством метеоритов и космической пыли. Этот взгляд известен в науке под названием теория панспермии (греч. pan — "единство", sperma — "зародыш"). "Теорию панспермии" впервые в 1865 г. предложил немецкий ученый Г. Рихтер. По его мнению, жизнь на Земле появилась не из неорганических веществ, а занесена с других планет посредством микроорганизмов и их спор. Эту теорию поддержали известные в то время ученые Г. Гельмгольц, Г. Томсон, С. Аррениус, Т. Лазарев. Однако до настоящего времени нет научных доказательств занесения микроорганизмов в составе метеоритов из далеких космических пространств.
В 1880 г. немецкий ученый В. Прейер предложил теорию вечности жизни на Земле, которую поддержал известный русский ученый В. И. Вернадский. Данная теория отрицает разницу между живой и неживой природой.
Понятие о происхождении жизни тесно связано с расширением и углублением знаний о живых организмах. В этой области немецкий ученый Э. Пфлюгер (1875) исследовал белковые вещества. Он придавал особое значение белку как основной составной части цитоплазмы, пытаясь объяснить возникновение жизни с материалистической точки зрения.
Огромное научное значение имеет гипотеза русского ученого А. И. Опарина (1924), доказывающая появление жизни на Земле абиогенным путем из органических веществ. Его взгляды поддержали многие зарубежные ученые. В 1928 г. английский биолог Д. Холдейн пришел к выводу, что энергия, необходимая для образования органических соединений, — это ультрафиолетовые лучи Солнца.
Джон Бернал (1901—1971). Английский ученый, общественный деятель. Основатель теории возникновения современной жизни на Земле. Создал труды по исследованию состава белков рентгеном.
В настоящее время многие ученые придерживаются мнения о том, что жизнь появилась впервые в результате обособления аминокислот и других органических соединений в морской воде.
Витализм. Абиогенез. Биогенез. Креационизм. Панспермия.
- Согласно теории абиогенеза жизнь появилась из неживой природы в результате усложнения химических соединений.
- Опыт Ф. Реди убедительно доказал несостоятельность теории самозарождения.
- Виталистическая теория означает, что жизнь возникла под действием "жизненной силы".
- Согласно теории панспермии, жизнь на Землю занесена из другой планеты, а не создана из органических веществ.
- Современное определение жизни: "Жизнь представляет собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот".
- Как объяснил Аристотель появление жизни?
- В чем смысл теории панспермии?
- Что доказал опыт Ф. Реди?
- Какие условия необходимы для возникновения жизни?
- Как объясняет креационизм возникновение жизни?
- Охарактеризуйте опыт Л. Пастера?
- Какие взаимно противоположные точки зрения имеются для объяснения появления жизни?
- Каково значение исследований Э. Пфлюгера?
- Какие гипотезы были выдвинуты А. И. Опариным и Д. Холдейном?
![]()
Материалистические теории происхождения жизни
Какие материалистические теории происхождения жизни вам известны?
2. Теория Дж. Эллена. Она приурочивает появление первых азотистых соединений к моменту, когда пары воды вследствие охлаждения превратились в воду и на поверхности Земли образовались мелкие водоемы. В воде были растворены соли металлов, имеющие первостепенное значение для образования и деятельности белков. В ней же содержалась углекислота, которая вступала в соединение с оксидами азота и аммиаком. Последние могли образовываться под действием электрических разрядов, происходивших в атмосфере, содержащей азот.
3. Теория коацерватных капель академика А. И. Опарина. Согласно этой теории, для перехода от химической эволюции к биологической необходимо возникновение индивидуальных фазово-обособленных систем, способных взаимодействовать с окружающей внешней средой, используя ее вещества и энергию, и на этой основе расти, множиться и подвергаться естественному отбору. Подобные системы Опарин назвал коацерватными каплями. Они представляют собой многомолекулярные комплексы, окруженные водной оболочкой из определенным образом ориентированных диполей воды.
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Выберите документ из архива для просмотра:
Выбранный для просмотра документ Теория вечности жизни. Материалистические представления о возникновении жизни на Земле. 11 класс..docx
Урок биологии_
Тема урока Теория вечности жизни. Материалистические представления о возникновении жизни на Земле.
Тип урока урок - лекция.
Цель урока: расширить и обобщить знания учащихся о различных взглядах на возникновение жизни на Земле.
Задачи урока.
Образовательные: сформировать представление о теории вечности жизни, материалистических представлениях о возникновении жизни на Земле;
Развивающие: способствовать формированию научного мировоззрения, научить находить биологические закономерности, анализировать единичные факты в определенной логической последовательности.
Воспитательные: пробудить у учащихся интерес и позитивное отношение к биологической науке и поиску всеобъемлющей теории по проблеме возникновению жизни на Земле.
I . Орг. момент
II . Проверка д/з:
1. Отличия живого от неживого и определение понятия “жизнь” (краткая беседа).
2. Самозарождение жизни.
3.Опыты итальянского врача Франческа Реди.
4. Эксперимент Пастера
5. Перечислите основные гипотезы возникновения жизни на Земле.
III . Изучение н/м:
Проблема возникновения жизни на Земле во все времена привлекала внимание к себе человека. С глубокой древности и до нашего времени было высказано множество гипотез о происхождении жизни на Земле. Однако все их многообразие сводится к двум взаимоисключающим точкам зрения: абиогенеза и биогенеза. Сторонники биогенеза полагали, что все живое происходит только от живого. Их противники защищали теорию абиогенеза; они считали возможным происхождение живого от неживого, т.е. в той или иной мере допускали самозарождение жизни.
В наше время в окружающей нас природе мы не встречаем случаев самозарождения. Все живые существа — как высокоорганизованные, так и самые простые — всегда появляются только путём рождения от себе подобных. Но для того чтобы появиться на свете, необходимо иметь родителей. Рождение возможно только от живых существ. Откуда же на нашей планете появились самые первые живые организмы? Не могли же они прилететь к нам на Землю откуда-то извне, подобно тому как зародыши бактерий заносятся в сосуды с питательными жидкостями из воздуха. Это кажется совершенно невероятным.
Гипотеза стационарного состояния или вечности жизни.
Гипотеза стационарного состояния или гипотеза вечности жизни, утверждает, что жизнь на Земле никто не создавал, поскольку она существует вечно. Происхождение неживого из живого. Раскаленные массы земного шара – живые организмы со своим обменом веществ. По мере остывания Земли эти массы распадались на части и выпадали из жизненного круговорота, которые составляли неорганическую природу. Виды тоже никогда не возникали, они были и есть, а эволюции не существует. Может происходить лишь изменение численности видов или их вымирание.
Гипотеза вечности жизни была выдвинута немецким ученым В. Прейером в 1880 г., который предполагал, что даже раскаленные области внутри земного шара могут являться скоплением живых организмов со своим обменом веществ.
После опытов Пастера многие его современники стали считать, что живые существа вообще никогда и ни при каких условиях не могут возникать иначе, как путём рождения. Отсюда следует, что жизнь существует вечно, что она только меняет свою форму, переходя от одного живого существа к другому, но никогда безжизненная материя не может перейти в живую иначе, как через посредство живого организма.
Согласно гипотезе стационарного состояния или вечности жизни Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды также существовали всегда.
Гипотезу стационарного состояния иногда называют гипотезой этернизма (от лат. еternus – вечный).
Это представление соответствует концепции вечной несотворенной Вселенной, характерной для восточных религий, таких как индуизм и буддизм. В контексте современных астрономических знаний эта гипотеза не рассматривается как научная.
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 природу.
2. Материалистические теории происхождения жизни.
Проблема происхождения жизни для теорий вечности жизни не существует по той простой причине, что эти теории стирают различия, существующие между живым и неживым. Поскольку эти теории исходят из единства комплекса живое — неживое, для них не существует и вопроса о происхождении одного от другого. Совсем иначе обстоит дело, если принять наличие специфических различий между живой и неживой материей — в этом случае сам собой возникает вопрос о возникновении этих различий. Разрешение настоящего вопроса, естественно, неразрывно связано с теми представлениями, которые существуют о природе различий между неживой материей и живыми организмами.
Правильная постановка этого вопроса стала возможной лишь после исследований Л. Пастера и в связи с расширением и углублением самого понятия живого. Особенное значение в истории проблемы имела теория немецкого ученого Э. Пфлюгера (1875).
В данной теории Пфлюгера важным является материалистический подход к проблеме возникновения жизни и выделение белка как важнейшей составной части протоплазмы.
Многие современные ученые поддерживают гипотезу появления жизни из аминокислот и других органических и неорганических соединений в первичном океане.
IV . Закрепление:
1. С какими теориями возникновения жизни вы сегодня познакомились?
2. В чем смысл теории вечности жизни?
3. Перечислите материалистические теории происхождения жизни
V . Д/З: стр. 11-12, параграф 2 страница 17- 18,
Творческое задание на выбор:
ответить на вопрос: Возможно ли возникновение жизни на Земле небиологическим путем в наше время?
![]()
Правильная постановка этого вопроса стала возможной лишь после исследований Л. Пастера и в связи с расширением и углублением самого понятия живого. Особенное значение в истории проблемы имела теория немецкого учёного Э. Пфлюгера (1875).
В теории Пфлюгера, в настоящее время устаревшей, ценным является материалистический подход к проблеме происхождения жизни и выделение белка как важнейшей составной части протоплазмы. Происхождение белковых веществ можно представить себе и иначе. И действительно, вскоре после Пфлюгера появились другие попытки подойти к разрешению этого вопроса с биохимической стороны. Одной из них является теория английского учёного Дж. Эллена (1899).
Первое появление азотистых соединений на Земле Эллен, в противоположность Пфлюгеру, приурочивает к тому периоду, когда пары воды вследствие охлаждения конденсировались в воду и покрыли поверхность Земли. В воде были растворены соли металлов, имеющие первостепенное значение для образования и деятельности белка. В ней же содержалось известное количество углекислоты, которая вступала в соединение с оксидами азота и с аммиаком. Последние могли образоваться при электрических разрядах, имевших место в атмосфере, содержащей азот.
Уже эти теории, относящиеся к концу XIX столетия, ясно намечают основное направление, по которому и в настоящее время идёт разрешение спора о возникновении живого.
Опорные точки
• Представления древних людей о возникновении жизни на Земле носили вначале стихийно-материалистический характер.
• В процессе развития цивилизации в вопросе возникновения жизни на Земле сменяли друг друга материалистические и идеалистические воззрения.
• Первые попытки объяснить возникновение жизни на Земле были известны ещё в древнем мире.
Вопросы и задания для повторения
1. Каковы основы и сущность жизни, по мнению древнегреческих философов?
2. В чём заключается смысл опытов Ф. Реди?
3. Опишите опыты Л. Пастера, доказывающие невозможность самозарождения жизни в современных условиях.
4. В чём состоит сущность теорий вечности жизни?
5. Какие материалистические теории возникновения жизни вам известны?
Вопрос о происхождении живого не может быть разрешён, если неизвестны основные признаки или свойства жизни. Только имея в распоряжении данные о составе, строении и процессах, протекающих в живых системах, можно попытаться создать представление о тех условиях, при которых могла бы возникнуть жизнь, и тех путях, которые могли привести к её появлению. Это, бесспорно, самый сложный вопрос современной биологии, особенно если учесть, что возникновение жизни восходит к отдалённым периодам истории Земли, мало доступным изучению.
Попробуем представить себе место биологической эволюции в общем процессе развития материального мира. Для этого необходимо проследить пути преобразования вещества с самого начала – с образования неорганических веществ в космическом пространстве и формирования планетных систем.
2.2.1. Эволюция химических элементов в космическом пространстве
Что собой представляет межзвёздное пространство? Какие процессы протекают в нём? Ответ на эти и многие другие вопросы лежит на стыке нескольких наук – химии, физики и астрономии.
Спектроскопия – физический метод исследования, являющийся важнейшей точкой соприкосновения астрономии и химии. Анализ света, излучаемого звёздами, даёт богатые сведения об их химическом составе. Исследование спектров позволяет не только идентифицировать химические элементы, но даёт также и другую информацию. Например, сравнивая яркость линий одного и того же элемента, можно измерить температуру источника, а содержание в звезде каждого элемента можно узнать, измеряя относительную интенсивность его главных спектральных линий.
Таблица 2.1. Содержание во Вселенной некоторых из наиболее распространённых элементов
Водород – наиболее часто встречающийся и самый простой элемент во Вселенной. Его атом состоит из одного протона и одного электрона. Если первичное вещество Вселенной составлял исключительно водород, то можно объяснить не только наличие, но и распространённость всех остальных элементов в настоящее время. В такой первичной Вселенной, состоящей из чистого водорода, образовались звёзды. Они являются довольно крупными гравитационно-связанными скоплениями вещества, в ходе образования которых температура повышается настолько, что начинают протекать ядерные реакции. Основной ядерной реакцией является слияние ядер атомов водорода. В этой реакции водород превращается в гелий с выделением энергии (рис. 2.2). Масса ядра атома гелия, состоящего из двух протонов и двух нейтронов, точно измерена и составляет 4,0026 атомной единицы массы (а.е.м.). При давлении и температуре, достаточно высоких для того, чтобы началась реакция слияния водородных атомов, четыре атома водорода сливаются в один атом гелия. Но масса одного атома водорода равна 1,0079 а.е.м., следовательно, четыре его атома имеют массу 4,0316 а.е.м. Разность между массой четырёх атомов водорода и массой одного атома гелия равна 0,029 а.е.м. – это очень небольшое число, но именно оно движет Вселенной. По закону сохранения массы и энергии эта разность масс превращается в энергию излучения.
Согласно уравнению А. Эйнштейна, энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света. Превращение водорода в гелий сопровождается небольшой потерей массы – 0,7 % на каждый атом гелия – и высвобождением колоссальных количеств энергии.
Рис. 2.2. Реакция ядерного синтеза
Рис. 2.3. Туманность – скопление газа и пыли, из которого формируются звёзды и окружающие их планеты
2.2.2. Образование планетных систем
Учёные полагают, что туманности являются этапом формирования галактик, или крупных звёздных систем. В моделях теорий такого типа планеты представляют собой побочный продукт образования звёзд. Эта точка зрения, впервые высказанная в XVIII в. И. Кантом и позднее развитая П. Лапласом, Д. Койпером, Д. Альвеном и Р. Камероном, подтверждается целым рядом научных исследований.
Молодые звёзды обнаруживаются внутри туманностей – области относительно концентрированного межзвёздного газа и пыли, размеры которых составляют несколько световых лет. Туманности встречаются по всей нашей Галактике. Полагают, что звёзды и связанные с ними планетные системы образуются внутри этих громадных облаков материи.
С помощью спектроскопии было показано, что межзвёздное вещество состоит из газов – водорода, гелия и неона – и пылевых частиц, имеющих размеры порядка нескольких микрон и состоящих из металлов и других простых молекул. Поскольку температура межзвёздного пространства очень низка (10–20 К), всё космическое вещество, кроме упомянутых газов, находится в замёрзшем состоянии на пылевых частицах. Более тяжёлые элементы и некоторое количество водорода ведут своё происхождение от звёзд предшествующих поколений. Некоторые из этих звёзд взорвались как сверхновые, вернув в межзвёздную среду оставшийся водород и обогатив её образованными в их недрах более тяжёлыми элементами.
Учёными-астрофизиками установлено, что средняя концентрация газа в межзвёздном пространстве – всего 0,1 атома Н/см 3 , тогда как концентрация газа в туманностях приблизительно 1000 атомов Н/см 3 , т. е. в 10 000 раз больше. (Для сравнения: в 1 см 3 атмосферного воздуха содержится примерно 2,7×10 19 молекул в пересчёте на водород.)
Когда газово-пылевое облако становится достаточно большим в результате медленного оседания и слипания (аккреции) межзвёздного газа и пыли под действием гравитации, оно становится неустойчивым – в нём нарушается близкое к равновесию соотношение между давлением и гравитационными силами. Гравитационные силы преобладают, и поэтому облако сжимается. В ходе ранних фаз сжатия тепло, высвобождающееся при превращении гравитационной энергии в энергию излучения, легко покидает облако, поскольку относительная плотность вещества мала. По мере возрастания плотности вещества начинаются новые важные изменения. Вследствие гравитационных и других флуктуаций, а также преобладания центробежных сил над центростремительными крупное облако дробится на облака меньшего размера, которые, в свою очередь, образуют ещё более мелкие фрагменты, в конечном счёте по своей массе и размерам в несколько раз превышающие нашу Солнечную систему (рис. 2.4). Фрагментация туманности происходит до тех пор, пока в скоплении газово-пылевой материи его масса и скорость вращения не обусловят преобладания центростремительных сил над центробежными. Эти облака называют протозвёздами. Конечно, некоторые протозвёзды массивнее, чем наша Солнечная система, они образуют более крупные и более горячие звёзды, тогда как менее массивные протозвёзды образуют меньшие и более холодные звёзды, эволюционирующие медленнее, чем первые. Размеры протозвёзд ограничены верхним пределом, выше которого произошла бы дальнейшая фрагментация, и нижним пределом, определяемым той минимальной массой, которая требуется для поддержания ядерных реакций.
Рис. 2.4. Фрагментация туманности (1–4) и образование протозвёздного диска (5)
Сначала потенциальная гравитационная энергия, превращающаяся в тепло (энергию излучения), в ходе гравитационного сжатия просто излучается наружу. Но по мере того как плотность вещества возрастает, поглощается всё большее количество энергии излучения и в результате возрастает температура. Летучие соединения, первоначально намёрзшие на частицах пыли, начинают испаряться. Теперь к Н2, Не и Ne примешиваются такие газы, как аммиак (NH3), метан (СН3), пары воды (Н2О) и цианистый водород (HCN). Эти газы поглощают последующие порции энергии излучения, диссоциируют и подвергаются ионизации.
Гравитационное сжатие протекает до тех пор, пока выделяющаяся энергия излучения рассеивается при испарении и ионизации молекул в частицах пыли. Когда молекулы полностью ионизируются, температура быстро возрастает, сжатие почти прекращается, так как давление газа начинает уравновешивать силы тяготения. Таким образом заканчивается фаза быстрого гравитационного сжатия (коллапса).
В этот момент своего развития протозвезда, соответствующая по размерам нашей системе, представляет собой диск с утолщением в центре и температурой приблизительно 1000 К на уровне орбиты Юпитера. Такой протозвёздный диск продолжает эволюционировать: в нём происходит перестройка, и он медленно сжимается. Сама протозвезда постепенно становится всё более компактной, массивной и горячей, так как теперь тепло может излучаться только с её поверхности. Передача тепла из глубины протозвезды к её поверхности осуществляется с помощью конвекционных токов, Область от поверхности протозвезды до расстояния, эквивалентного орбите Плутона, заполнена газово-пылевым туманом.
В ходе этого сложного ряда сжатий, который, как полагают учёные, потребовал около 10 млн лет, момент количества движения системы должен сохраняться. Вся Галактика вращается, совершая 1 оборот за 100 млн лет По мере сжатия пылевых облаков их момент количества движения не может измениться – чем сильнее они сжимаются, тем быстрее вращаются. Благодаря сохранению момента количества движения форма сжимающегося пылевого облака изменяется от сферической к дискообразной, По мере сжатия оставшегося вещества протозвезды его температура становилась достаточно высокой для начала реакции слияния атомов водорода и образования из них других элементов.
Рис. 2.5. Эволюция планетной системы (объяснения в тексте)
Наши планеты и, как предполагают астрономы, планеты, образующиеся в любом протозвёздном диске, располагаются в двух главных зонах. Внутренняя зона, которая в Солнечной системе простирается от Меркурия до пояса астероидов, представляет собой зону мелких планет земного типа. Здесь, в фазе медленного сжатия протозвезды, температуры настолько высоки, что испаряются даже металлы. Внешняя холодная зона содержит такие газы, как Н2О (пары), Не и Ne, и частицы, покрытые замёрзшими летучими веществами типа Н2О, NH3 и СН4. Эта внешняя зона с планетами типа Юпитера содержит гораздо больше вещества, чем внутренняя, поскольку она имеет огромные размеры и значительная часть летучих веществ, первоначально находившихся во внутренней зоне, выталкивается наружу в результате деятельности протозвезды.
Один из способов построения картины эволюции звезды и вычисления её возраста заключается в анализе большой случайной выборки звёзд. При этом измеряют расстояния до звёзд, их видимый блеск и цвет каждой звезды. Цвет звезды определяется её температурой: голубой цвет соответствует очень горячим звёздам, белый – горячим, а красный – относительно холодным.
Рис. 2.6. Диаграммы Герцшпрунга-Рассела
Вокруг звёзд вращаются спутники – планеты. Каким же условиям должна отвечать планета, чтобы на ней могла возникнуть и существовать жизнь? Во-первых, расстояние от планеты до звезды должно быть оптимальным, для того чтобы температура на спутнике находилась в пределах, обеспечивающих жидкое состояние воды, а орбита планеты должна быть близкой к круговой. Во-вторых, скорость вращения планеты вокруг своей оси может быть во много раз выше, чем та, с которой планета двигается вокруг звезды. Только в этом случае энергия от звезды будет равномерно согревать поверхность планеты. В-третьих, звезда должна характеризоваться постоянством излучения. И наконец, в-четвёртых, размеры планеты должны быть достаточно большими, чтобы удерживать атмосферу. Всем этим условиям удовлетворяет Земля. Учёные считают, что в нашей Галактике – Млечном Пути имеется около 10 тыс. планет земного типа.
Опорные точки
• Материя находится в непрерывном движении и развитии.
• Биологическая эволюция являет собой определённый качественный этап эволюции материи в целом.
• Преобразования элементов и молекул в космическом пространстве происходят постоянно с очень невысокой скоростью.
• Процесс формирования планетных систем вполне закономерен и подчиняется законам физики.
• Планеты земного типа отвечают космическим и планетарным условиям, необходимым для возникновения жизни.
Вопросы и задания для повторения
1. Что такое реакции ядерного синтеза? Приведите примеры.
2. Как в соответствии с гипотезой Канта-Лапласа из газово-пылевой материи формируются звёздные системы?
3. Есть ли различия в химическом составе планет одной и той же звёздной системы?
4. Какие физические законы лежат в основе формирования звёзд и планет?
5. Перечислите космические и планетарные предпосылки возникновения жизни на Земле.
Придерживаясь изложенной в предыдущем параграфе точки зрения на происхождение планетных систем, можно сделать достаточно обоснованные оценки элементного состава первичной атмосферы Земли. Частично современные взгляды основываются, конечно, на огромном преобладании в космосе водорода; он обнаруживается также и в Солнце. В таблице 2.2 приведён элементный состав звёздного и солнечного вещества.
Предполагается, что атмосфера первичной Земли, имевшей большую среднюю температуру, была примерно такова: до гравитационной потери водород составлял большую её часть, а главными молекулярными составляющими были метан, вода и аммиак.
Начальная атмосфера Земли могла изменяться в результате самых различных процессов, в первую очередь в результате диффузионного ускользания водорода и гелия, составлявших значительную её часть. Эти элементы – самые лёгкие, и они должны были утрачиваться из атмосферы, ибо гравитационное поле нашей планеты мало в сравнении с полем планет-гигантов. Большая часть начальной атмосферы Земли должна была быть утеряна за очень короткое время; поэтому предполагается, что многие газы более поздней земной атмосферы были захоронены в недрах Земли и выделились в неё в результате постепенного разогрева земных пород. Предположительно, первичную атмосферу Земли составляли органические вещества того же рода, которые наблюдаются в кометах: молекулы со связями углерод-водород, углерод-азот, азот-водород, сера-водород и кислород-водород. Помимо них, при гравитационном разогреве земных недр, вероятно, появлялись также водород, метан, окись углерода, аммиак, вода и т. д. Таковы те вещества, с которыми проведено большинство экспериментов по моделированию первичной атмосферы.
Таблица 2.2. Элементный состав звёздного и солнечного вещества
Что же могло в действительности происходить в условиях первичной Земли? Для того чтобы разрешить этот вопрос, необходимо знать, какие виды энергии, вероятнее всего, воздействовали на её атмосферу.
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.
Читайте также:
