Реферат на тему биогенез

Обновлено: 30.06.2024

Химическая эволюция, приводящая к возникновению жизни,— биогенез, является единственной формой диалектического перехода от неживого вещества в живое среди всех возможных процессов развития материального мира. Знания в этой области всегда составляли существенную часть картины мира и материалистического мировоззрения. Поэтому проблемы химической эволюции и биогенеза относятся к важнейшим вопросам естествознания, представляют большой интерес для материалистической философии и давно уже привлекают внимание ученых разных специальностей.

Работа содержит 1 файл

Биогенез3.docx

Химическая эволюция, приводящая к возникновению жизни,— биогенез, является единственной формой диалектического перехода от неживого вещества в живое среди всех возможных процессов развития материального мира. Знания в этой области всегда составляли существенную часть картины мира и материалистического мировоззрения. Поэтому проблемы химической эволюции и биогенеза относятся к важнейшим вопросам естествознания, представляют большой интерес для материалистической философии и давно уже привлекают внимание ученых разных специальностей.

История развития эволюционных представлений в химии

Проблема химической эволюции в полном виде как проблема диалектического перехода от неживого вещества к живым организмам, сформулирована в философско-методологическом плане Ф. Энгельсом, а также рассматривалась в трудах ряда естествоиспытателей, пытавшихся представить происхождение жизни эволюционным путем. Начиная с работ А. И. Опарина, предложившего теорию происхождения жизни, в которой впервые была рассмотрена конкретная физико-химическая модель этого сложного явления, ряд других исследователей развивали идею прогрессивной химической эволюции, варьируя и учитывая успехи науки в области биохимии и молекулярной биологии. Наряду с этим многие авторы рассматривали проблему химической эволюции и в частном виде, как проблему абиогенного синтеза органических и биологически важных веществ в природных условиях, как проблему образования химических соединений вообще и даже как проблему происхождения элементов.

Произошла своеобразная экспансия других наук в область химии, привнесшая несвойственные химии подход к проблеме и собственное понимание задач исследования и предмета в области химической эволюции. При этом был разработан биохимический подход к проблеме, рассматривающий осуществившуюся когда-то на Земле химическую эволюцию ретроспективно, со стороны биологии, на основе ее известного конечного результата. Основанием для разработки такого подхода послужили большие успехи современной биохимии и молекулярной биологии в расшифровке биохимических функций, молекулярной основы и генетического кода живого, давшие знание настоящего, а также удовлетворительный опыт применения актуалистического подхода в такой описательной науке, как историческая геология, где по сути прошлых событий вынуждены судить лишь по их следам.

Так как было показано, что живое вещество состоит из ограниченного числа видов простейших органических и неорганических молекул, образующих биополимеры или участвующих в метаболизме (20 а — аминокислот L—ряда, 5 пуринов и пиримидинов, несколько моносахаридов D—ряда, фосфорная кислота, вода и некоторые другие — всего несколько сотен, составляющих ничтожную часть от известного сейчас многообразия индивидуальных химических веществ), то согласно актуалистическому подходу решение проблем химической эволюции и биогенеза казалось легко достижимым. Оно сводилось к объяснению путей образования и превращения в биополимеры небольшого числа веществ, т. е. к рассмотрению молекулярной эволюции в ряду: простейшие неорганические и органические вещества — малые биомолекулы — биополимеры — надмолекулярные системы биополимеров — живая клетка.

В соответствии с этим задачи экспериментальных исследований, которые после известных опытов Миллера по синтезу аминокислот из смеси металла, аммиака и воды, под действием электрических разрядов показали, что все молекулярные составляющие живого вещества (аминокислоты, карболовые кислоты, пурины, моносахариды, порфириноподобные вещества и нр.) могут быть легко синтезированы абиогенно из простейших веществ с привлечением реальных для условий первичной Земли источников нехимнческой энергии (ультрафиолетовых лучей, электрических разрядов, радиоактивных излучений, тепла вулканических извержений, ударных волн и пр.). Следовательно, объяснение первого этапа молекулярной биохимической эволюции в рамках физических и химических законов не имеет никаких принципиальных трудностей, чего нельзя сказать о ее исследующих этапах.

Все основные биополимеры также были синтезированы в абиогенных условиях при термической поликонденсации аминокислот с помощью пирофосфорной кислоты, тем не менее условия синтеза оказались резко отличными от условий, предполагавшихся для происхождения жизни в водной среде. Все эти синтезы, представляющие гидратационную конденсацию мономеров, в водной среде имеют положительный потенциал Гиббса и требуют дополнительной затраты химической энергии, источники которой неизвестны. Без дополнительной энергии эти синтезы не могут осуществиться, а имевшиеся биополимеры не смогли бы сохраниться длительное время, так как равновесие процесса в этих условиях сдвинуто в сторону их гидролиза.

Еще большие трудности и противоречия возникают при объяснении последующих этапов молекулярной эволюции, а также ее причин, движущих сил, механизмов естественного отбора, происхождения генетического кода. Неясно, почему вообще происходит химическая эволюция и чем она отличается от неорганизованных химических процессов, почему для построения живого в эволюции было отобрано ограниченное число веществ из всех возможных, почему химическая эволюция приводит к системам, удаляющимся от равновесия, характерным свойством которых является устойчивое неравновесие, а остальные самопроизвольные процессы природы приводят к равновесию и т. д. Причины этих трудностей заключаются, по-видимому, в неспособности актуалистического подхода вскрыть заколы химической эволюции, определяющие ее условия, возможности, причины и направленность, так как этот подход устанавливает процесс давно прошедшей, эволюции лишь по ее следам в современной жизни, а факторы, условия и законы эволюции не сохраняют специфических следов ни в вещественном составе, ни в морфологических особенностях организмов. Поэтому нельзя сделать однозначных выводов даже о путях эволюции и причинах появления тех или иных структур, точно устанавливаемых в живых организмах, не говоря уже о причинах и законах самой эволюции. Из этого следует, что никакие дальнейшие успехи биохимии и молекулярной биологии в расшифровке биохимических функций, состава и молекулярной структуры компонентов живого не могут изменить создавшегося положения при решении проблем химической эволюции и биогенеза актуалистическим методом.

Формы структурной организации химических объектов

Объекты химической эволюции ЭОКС были выявлены в результате теоретического анализа разных проявлений катализа и нарушений их классических формы, а также распространения примененного при этом системного и динамического подхода на все проявления химизма. Было достигнуто общетеоретическое обобщение всех проявлений химии, дана их систематика по сущностным характеристикам, отражающим формы структурной и функциональной организации вещества и уровни проявлений, химизма, и показано, что только ЭОКС обладают комплексом свойств, необходимых для осуществления прогрессивной химической эволюции. Вместе с тем была, определена сущность химической эволюции как процесса необратимых последовательных изменений ЭОКС.

Согласно упомянутой классификации все элементарные объекты химии по форме структурной организации делятся на две группы: объекты с равновесной организацией, структура которых определяется устойчивым порядком взаимодействия согласно принципу Больцмана (молекулы и другие поли атомные образования), и объекты с неравновесной структурой и функциональной организацией, порядок взаимодействия частей в которых определяются ходом химического процесса и интенсивностью обмена веществ. Такие динамические образования являются химическими системами. В отличие от статической структуры объектов первого рода, химическим системам свойственна динамическая структура, существующая временно. Имеются четыре типа элементарных химических систем: элементарные некаталитические, элементарные открытые некаталитические и каталитические системы. Среди этих систем только ЭОКС способны существовать во времени и пространстве в виде генеалогически связанных катализатором точно воспроизводимых копий неравновесной структурной функциональной организации и проявляют свойство устойчивого неравновесия и гомеостазиса в цепочке повторных каталитических актов. В отличие от других систем ЭОКС способны не только динамически существовать, но и развиваться при взаимодействии, с факторами внешней среды за счет изменений природы катализатора и устойчивого порядка его функционирования.

Таким образом, представления об ЭОКС являются развитием представлений о переходных состояниях в кинетике с учетом нх системных и динамических свойств.

Причины и закономерности химической эволюции

Наиболее существенной частью EOBQTO знания в области химической эволюции и происхождении жизни, даваемого теориями эволюционного катализа и общей теорией химической эволюции и биогенеза, являются представления о принципах и законах химической эволюции, ее причинах и движущих силах в механизме естественного отбора. Выявление закономерностей и причин химической эволюции стало возможным только в результате разработки количественной теории, описывающей эволюцию ЭОКС, и использования количественных параметров кинетического, термодинамического, вероятностного и информационного характера в виде эволюционных функций.

Среди эволюционных закономерностей химии выделяются:

  • принципы существования ЭОКС при неизменной их природе, характеризующие особенности их неравновесной структурной и функциональной организации; механизм гомеостазиса и необходимый комплекс постоянных условий существования;
  • принципы выживания при однократных необратимых изменениях природы ЭОКС, характеризующие особенности эволюционных изменений и химического поведения систем при их взаимодействиях со случайными факторами внешней среды и механизм первичного естественного отбора на выживание систем;
  • принципы развития при многократных изменениях природы ЭОКС, характеризующие возможность химической эволюции в виде цепей последовательных эволюционных изменений (феноменологические законы развития ЭОКС вероятностного, кинетического, термодинамического и информационного характера);
  • принципы саморазвития, самоорганизации и самоусложнения ЭОКС, характеризующие направленность эволюции, ее причины, движущие силы и механизм естественного отбора по прогрессивным качествам; эти принципы являются следствием проявления основного законa прогрессивной химической эволюции, определяющего наибольшую скорость пли наибольшую вероятность тех путей эволюционных изменений, которые приводят к максимальному эволюционному эффекту, количественно измеряемому функциями от абсолютной каталитической активности как переменной;
  • принципы саморазвития свойств и функций ЭОКС в прогрессивной химической эволюции, характеризующие механизм преодоления вероятностных и кинетических пределов развития в результате формирования качественно новых признаков систем и определяющие естественные этапы химической эволюции.

Причиной прогрессивной химической эволюции является тенденция к росту рассеивания свободной энергии базисного обменного процесса, т. е. движущей силой является сама базисная реакция.


В этой статье вы узнаете о биогенезе, важной теории в биологии. Мы рассмотрим саму теорию и краткую историю о том, как она возникла.

Определение биогенеза

Откуда берутся котята? А что насчет птенцов? Нет, это не философские вопросы. Котят рожают кошки, а птенцы вылупляются из птичьих яиц. Точно так же микроорганизмы происходят от других микроорганизмов. Это кажется довольно очевидным, правда? Что ж, так было не всегда.

Биогенез — теория, согласно которой живой организм должен происходить от родительского организма, подобного самому себе. Понятие биогенез может также относиться к биохимическим процессам, протекающим в живых организмах.

Термин биогенез был введен Генри Чарльтоном Бастианом для обозначения возникновения жизни из неживой материи, однако Томас Генри Хаксли выбрал термин абиогенез и переопределил биогенез для жизни, возникающей из уже существовавшей жизни. Возникновение жизни из неживого материала называется абиогенезом, и предполагается, что это процесс произошел по крайней мере один раз в истории Земли, когда впервые возникла жизнь.

Немного предыстории

Вернемся немного назад. Во что верили люди в течение 200 лет после открытия Левенгука? Ответ: в так называемое самозарождение, когда живые существа просто появляются, обычно из-за пищи. На самом деле, люди раньше полагали, что это касается не только микроорганизмов. Например, если оставить в углу дома еду, то появятся мыши. Их появление объяснили как спонтанное зарождение, то есть буквально они там появились.

К тому времени, когда были открыты микроорганизмы, мало кто верил, что животные более высокого порядка, такие как мыши, произошли от спонтанного зарождения. Однако почти 200 лет существовало поверье, что микробы образуются таким образом.

Теория биогенеза

Некоторые ученые скептически относились к гипотезе спонтанного зарождения, особенно в более поздний период. В 1858 году ученый по имени Рудольф Вирхов выдвинул контргипотезу, утверждая, что жизнь может возникнуть только из жизни. Однако у него не было никаких экспериментов, подтверждающих это. В 1861 году Луи Пастер решил эту проблему, поставив свои собственные эксперименты для проверки гипотезы биогенеза. Его эксперименты были успешными, поэтому биогенез сейчас является твердой теорией, а не просто гипотезой.

Эксперименты Пастера были разработаны, чтобы доказать, что микроорганизмы живут в воздухе и могут загрязнять пищу и жидкости, но сам воздух не является первоначальным источником этих микробов. Они не просто появляются. Сначала он сварил говяжий бульон в нескольких разных емкостях. В то время люди уже знали, что жар убивает микроскопические организмы, и эксперименты Пастера подтвердили это.

После того, как бульон закипел, Пастер немедленно запечатал некоторые емкости, но оставил другие открытыми для охлаждения. В закрытых контейнерах микробы не развивались, но в открытых они появлялись. На другом этапе этого эксперимента Пастер разработал специальную колбу с S-образным отверстием, которое предотвращало попадание микробов, даже если оно было открыто для воздуха. Горлышко колбы было резко изогнутым, очень похоже на шею лебедя. Эта извилистая конструкция улавливала микробы в изгибе, так что они не могли добраться до говяжьего бульона, хотя воздух мог проникнуть внутрь.

Вместе эти эксперименты опровергли спонтанное зарождение и подтвердили теорию биогенеза. Работа Луи Пастера стала значительным вкладом в научное сообщество, а биогенез — выдающейся теорией в области микробиологии.

Подведение итогов

Давайте рассмотрим то, что мы узнали. Биогенез — это теория, согласно которой живые существа могут происходить только из других себе подобных живых существ. Она была разработана в 1858 году Рудольфом Вирховым в качестве контргипотезы против спонтанного зарождения. До Вирхова было широко распространено мнение, что микроорганизмы просто появляются в результате спонтанного зарождения. Помните, что микроорганизмы — это живые существа, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. Фактически, спонтанное зарождение было доминирующей гипотезой в течение 200 лет между открытием Антонио ван Левенгука и экспериментами, проведенными Луи Пастером. В 1861 году Пастер провел эксперименты в поддержку теории биогенеза.

Первые идеи, связанные с биогенезом, начали развиваться в семнадцатом веке. Самые важные эксперименты, которые поддерживали теорию биогенеза, были разработаны Франческо Реди и Луи Пастером.


  • 1 Откуда берутся живые организмы??
    • 1.1 Теория особого творчества
    • 1.2 Теория абиогенеза
    • 3.1 Эксперименты Франческо Реди
    • 3.2 Эксперименты Луи Пастера
    • 3.3 Результаты: конец спонтанной генерации

    Откуда берутся живые организмы??

    Основной задачей биологии является изучение жизни. По этой причине одним из самых интересных и интригующих неизвестных для биологов является выдвижение теорий и формулировка гипотез, позволяющих выявить происхождение этого явления..

    Есть бесконечные теории, которые пытаются решить эту загадку. Далее мы опишем две из теорий о происхождении жизни, которые предшествовали теории биогенеза, чтобы достичь исторической перспективы предмета.

    Теория специального творчества

    Первоначально считалось, что жизнь была создана божественным создателем. Созданные формы были совершенными и неизменными. Это видение, основанное строго на религиозной мысли, перестало быть убедительным для исследователей того времени..

    Теория абиогенеза

    Впоследствии была разработана идея спонтанной генерации или абиогенеза. Эта идея была сохранена учеными еще с греческих времен и позже была изменена до 19 века.

    Одним из наиболее ярких постулатов теории является происхождение таких животных, как улитки, рыбы и земноводные, из грязи. Невероятно, но считалось, что мыши могут появиться из грязной одежды, оставив ее на улице около трех недель..

    То есть теория не ограничивалась происхождением жизни в наследственные времена. Это также предназначалось для объяснения происхождения современных органических существ из неодушевленных веществ..

    Биогенез: теория и особенности

    Согласно теории биогенеза, жизнь возникла из других форм жизни, которые уже существовали.

    Эту теорию поддержали несколько ученых, в том числе Франциско Реди, Луи Пастер, Хаксли и Лаззаро Спалланцани; все эти исследователи выделяются своим огромным вкладом в биологические науки.

    Однако теория биогенеза предполагает, что вся жизнь появляется в жизни. Поэтому мы должны спросить себя, откуда появилась эта первая форма жизни или как она появилась??

    Чтобы достичь этого слабого - и кругового - аргумента, мы должны обратиться к теориям, как возникла жизнь. На этот вопрос ответили несколько исследователей, в том числе А. И. Опарин и Дж. Б. С. Холдейн. Сначала мы обсудим эксперименты, которые смогли поддержать биогенез, а затем вернемся к этому вопросу..

    Эксперименты, подтверждающие теорию биогенеза

    Эксперименты, которые поддерживали спонтанную генерацию, не беспокоили ни о стерилизации использованного материала, ни о сохранении контейнера, в котором проводился опыт, закрытым..

    По этой причине прибыли мухи или другие животные (например, мыши) и отложили свои яйца, что было ошибочно истолковано как спонтанное поколение жизни. Эти исследователи думали, что они стали свидетелями рождения живых органических существ из материи без жизни.

    Среди наиболее выдающихся экспериментов, в которых удалось дискредитировать абиогенез, - работы Франческо Реди и Луи Пастера..

    Опыты Франческо Реди

    Франческо Реди был врачом из Италии, который интересовался спонтанным поколением жизни. Чтобы попытаться опровергнуть это убеждение, Реди разработал серию контролируемых опытов, чтобы продемонстрировать, что жизнь может появиться только из существующей жизни..

    Дизайн эксперимента включал в себя серию банок с кусочками мяса внутри и запечатанных марлей. Роль марли состояла в том, чтобы позволить входу воздуха, исключая любое насекомое, которое могло войти и поместить их яйца.

    Действительно, в банках, покрытых марлей, никаких следов животных обнаружено не было, и яйца мух оказались на поверхности марли. Однако для сторонников самозарождения этого доказательства было недостаточно, чтобы исключить его - до прибытия Пастера.

    Эксперименты Луи Пастера

    Один из самых известных экспериментов был разработан Луи Пастером в середине девятнадцатого века, когда ему удалось полностью устранить концепцию самозарождения. Эти свидетельства сумели убедить исследователей в том, что вся жизнь происходит из другого существующего ранее существа, и поддержали теорию биогенеза..

    В каждую из этих колб Пастера включали равные количества питательного бульона. Содержимое нагревали до кипения, чтобы добиться уничтожения присутствующих там микроорганизмов..

    результаты: конец стихийного поколения

    С течением времени в колбах не было обнаружено никаких организмов. Пастер разрезал трубку в одной из колб и быстро начал процесс разложения, становясь загрязненным микроорганизмами из окружающей среды.

    Но откуда появилось первое живое существо??

    Давайте вернемся к нашему первоначальному вопросу. Сегодня широко известно, что живые организмы происходят только от других организмов - например, вы пришли от своей матери, и ваш питомец, в равной степени, родился от их соответствующей матери.

    Однако мы уже собрали доказательства того, что живые существа не могут возникнуть из неживой материи. Итак, как нам разрешить этот очевидный парадокс?

    Первобытная атмосфера Земли сильно отличалась от того, что есть сейчас. Концентрация кислорода была чрезвычайно низкой, наблюдалась молния, вулканическая активность, постоянные бомбардировки метеоритов и приход ультрафиолетового излучения был более интенсивным.

    В этих условиях может произойти химическая эволюция, которая через значительный период времени привела к появлению первых форм жизни..

    Биогенез – это рождение (возникновение) жизни.

    Единственная известная на Земле форма жизни называется белково-полинуклеотидной, так как в её основе находятся два класса органических соединений: белки и нуклеиновые кислоты. Гипотезы биогенеза. В настоящее время существует 5 основных гипотез возникновения жизни на нашей планете: 1 – самопроизвольного (спонтанного) зарождения; 2 – стационарного состояния; 3 – панспермии; 4 – креационизма; 5 – биохимической эволюции. Каждая из них, в определенное историческое время, считалась доказанной гипотезой и получала статус "теории".

    1. Самопроизвольное (спонтанное) зарождение. Сущность этой теории в том, что определенные частицы вещества содержат "активное начало", которое при подходящих условиях может создать живой организм. В качестве "активного начала" предлагались разные "субстанции": солнечный свет, оплодотворенное яйцо, тина, гниющее мясо. Ван Гельмонт (1577-1644) описал эксперимент, доказывающий возможность создания живых существ. Для этого нужны: горсть пшеницы, темный шкаф и грязная рубашка, поскольку "активным началом" был человеческий пот. Через 3 недели в шкафу были обнаружены мыши.

    2. Теория стационарного состояния отрицает факт возникновения жизни. Жизнь никогда не возникала, она существует вечно, как и наша планета и вселенная. В настоящее время, сторонников этой теории мало. Главный аргумент против этой теории состоит в том, что астрономические явления в наблюдаемой вселенной показывают динамическую картину с тенденцией к расширению. Тогда, в определенный момент прошлого вселенная была сосредоточена в крайне малом объеме – точка сингулярности. В таких условиях невозможно существование не только белков полинуклеотидов, но и атомов.

    3. Теория панспермии - жизнь на планету Земля была занесена из космоса после попадания спор живых организмов с космической пылью или метеоритами. Ряд направлений этой гипотезы считают биосферу земли результатом экспериментов внеземного разума и доказывают это наблюдениями НЛО, археологическими находками и контактами с инопланетянами.

    Данная гипотеза уходит от вопроса о происхождении жизни. Она говорит лишь о появлении живых существ на нашей планете. Тем не менее, эта гипотеза стала наиболее популярной в последние годы в связи с кризисом теории биохимической эволюции.

    4. Креационизм – теория сотворения. Жизнь была создана в результате разумной целенаправленной деятельности существа или существ, которые не принадлежат к известной нам белково-полинуклеотидной форме жизни, а, возможно, и материи. Данная теория объясняет все невероятные совпадения, которые обеспечивают жизнь на Земле. Некоторые ученые не считают эту теорию научной, называя её главным недостатком недоказуемость и невозможность экспериментального подтверждения.

    Однако, никаких законов формальной логики используемых в научном подходе к проблеме данная теория не нарушает. Она является предметом веры не более, чем любая другая гипотеза биогенеза.

    5. Теория биохимической эволюции объясняет происхождение жизни, как результат случайного взаимодействия молекул неорганических соединений в далеком прошлом (несколько миллиардов лет назад).

    Процесс формирования белково-полинуклеотидной жизни можно разделить на 5 этапов: (1) возникновение подходящей планеты с первичной атмосферой из СО2, Н2О, СН4, NН3; (2) концентрирование в океанах органического бульона, состоящего из относительно простых органических молекул аминокислот и нуклеотидов, фосфолипидов, АТФ и др.; (3) образование сложных биополимеров – белков, полинуклеотидов; (4) соединение компонентов жизни воедино под общей мембраной; (5) развитие самовоспроизводящегося генетического кода.

    Теория биохимической эволюции не что иное, как реанимированная теория самопроизвольного зарождения жизни, отнесенная в далекое прошлое, когда условия на нашей планете отличались от современных.

    Научные основы этой теории заложил Александр Опарин (1923). На основе эволюционного учения Дарвина, Опарин предположил возможность постепенного усложнения неживой материи до уровня простых одноклеточных живых организмов. Ярким доводом в пользу теории биохимической эволюции стали исследования Стенли Миллера (1953). В течение недели газовую смесь, находящуюся под высоким давлением и состоящую из водорода, метана, аммиака и водяного пара, подвергали интенсивному воздействию электрических разрядов высокого напряжения. В результате были обнаружены аминокислоты, аденин и простые сахара. После этого, теория Опарина завоевала широкое признание, как приемлемая общая схема биогенеза, а научные споры вокруг неё связаны только с деталями процесса.

    Читайте также: