Реферат проблемы происхождения и развития земли
Обновлено: 02.07.2024
Проблемы происхождения и развития Земли Содержание Введение 1 Теории происхождения Земли 1.1 Гипотеза Канта-Лапласа 1.2 Теория Большого Взрыва 1.3 Современные теории 2 Развитие Земли 2.1 Образование Солнечной системы 2.2 Возникновение условий для жизни 2.3 Атмосфера и гидросфера 2.4 Осадочные породы Заключение Список использованной литературы Введение Во все времена актуальным являлся вопрос, откуда и каким образом произошел мир,
в котором мы живем. Планета Земля является ее мельчайшим звеном Вселенной. Поэтому, история возникновения Земли тесно связана с историей возникновения Вселенной. Теория, которой придерживается большинство современных ученых, утверждает, что Вселенная образовалась в результате так называемого Большого Взрыва. Невероятно горячий огненный шар, температура которого достигала миллиардов градусов, в какой-то момент взорвался и
разбросал во всех направлениях потоки энергии и частиц материи, придав им колоссальное ускорение. Целью данной контрольной работы является раскрытие проблем происхождения и развития Земли. В соответствии с этой целью необходимо решить следующие задачи: Рассмотреть теории происхождения Вселенной; Рассмотреть теории происхождения Земли; Проанализировать этапы развития Земли. 1 Теории происхождения Земли 1.1 Гипотеза
Канта-Лапласа В XVIII веке было выдвинуто две основные теории происхождения Земли, которые дополняли друг друга, поэтому в литературе они часто упоминаются под общим названием как гипотеза Канта-Лалласа. Поскольку наука не располагала в то время более приемлемыми объяснениями, у этой теории было в XIX веке множество последователей.1 В 1755 году немецкий философ Иммануил Кант сформулировал теорию, согласно которой солнечная система
возникла из некой первичной материи, до того свободно рассеянной в космосе. Частицы этой материи перемещались в различных направлениях и, сталкиваясь друг с другом, теряли скорость. Наиболее тяжелые и плотные из них под действием силы притяжения соединялись друг с другом, образуя центральный сгусток - Солнце, которое, в свою очередь, притягивало более удаленные, мелкие и легкие частицы. Таким образом, возникло некоторое
Было бы удивительно, если бы, живя на Земле, лучшие умы человечества не задумывались о происхождении Земли, солнечной системы, и всей Вселенной.
В настоящее время Земля является объектом изучения многих наук — от геологии и географии до экономики и политологии. В совокупности этих наук выделяются отраслевые науки, изучающие отдельные части вертикальной и горизонтальной структуры Земли (геология, климатология, почвоведение и др.), а также системные науки, синтезирующие в себе всю совокупность знаний о Земле для решения теоретических или прикладных проблем (география, физическая география, социально-экономическая география и др.).
Оглавление
1.Введение.
2.Происхождение Земли.
•Гипотезы о происхождении Солнечной системы и Земли.
•Земля среди других планет Солнечной системы
•Возраст Земли.
3. Образование Земли.
•Строение Земли. Геосферы Земли.
•образование и строение литосферы,
•ядро Земли,
•мантия,
4.Возникновение атмосферы и гидросферы.
5.Магнитосфера.
6. Геодинамические процессы:
•эндогенные,
•экзогенные.
7. Эволюция биосферы.
8. Заключение.
Файлы: 1 файл
мой реферат.doc
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Кафедра ХИМИИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Тема: Проблема происхождения и развития Земли
Выполнила: студентка 173 – об1 группы первого курса ЭкФ
Проверила: доцент, к.х.н. С.А.Лескова
- Гипотезы о происхождении Солнечной системы и Земли.
- Земля среди других планет Солнечной системы
- Возраст Земли.
3. Образование Земли.
- Строение Земли. Геосферы Земли.
- образование и строение литосферы,
- ядро Земли,
- мантия,
4.Возникновение атмосферы и гидросферы.
6. Геодинамические процессы:
7. Эволюция биосферы.
«Открылась бездна, звезд полна,
Было бы удивительно, если бы, живя на Земле, лучшие умы человечества не задумывались о происхождении Земли, солнечной системы, и всей Вселенной.
В настоящее время Земля является объектом изучения многих наук — от геологии и географии до экономики и политологии. В совокупности этих наук выделяются отраслевые науки, изучающие отдельные части вертикальной и горизонтальной структуры Земли (геология, климатология, почвоведение и др.), а также системные науки, синтезирующие в себе всю совокупность знаний о Земле для решения теоретических или прикладных проблем (география, физическая география, социально-экономическая география и др.).
Среди отраслевых наук особое развитие получили геология (наука о литосфере), гидрология (наука о гидросфере), климатология (наука об атмосфере), геофизика (наука о Земле как физическом теле), геохимия (наука о естественных химических процессах, протекающих в пределах Земли), геоморфология (наука о рельефе Земли), почвоведение (наука о почвах), биогеография (наука о распределении живого вещества на поверхности Земли).
К системным наукам относится география, синтезирующая знания отраслевых наук применительно к поверхности Земли. При этом география подразделяется на физическую, изучающую естественные природные комплексы, формирующиеся на поверхности Земли, и социально-экономическую, предметом которой являются социально-экономические комплексы, формирующиеся на поверхности Земли в результате освоения человеком территорий. В рамках этих наук с древности развивались представления о Земле, неразрывно связанные с историей представления об устройстве Вселенной в целом.
Долгое время, пока господствовала мифологическая картина мира, Земля считалась плоским диском, стоящим на трех слонах, китах или черепахе и покрытым сверху полукруглым небесным сводом.
Лишь с началом эпохи Великих географических открытий шарообразность Земли была подтверждена на опыте.
С тех пор форма Земли уточнялась еще несколько раз. С большой точностью ее удалось определить лишь в XX в. с помощью приборов, установленных на искусственных спутниках Земли. Сегодня точно известно, что Земля — не вполне правильный шар. Она немного сжата у полюсов и несколько вытянута к Северному полюсу. Эта фигура называется геоидом.
Окружность Земли по экватору равна 40 075,7 км, окружность по меридиану — 40 008,5 км.
. Масса Земли оказалась равной 5976 • 1021 кг.
В последнее время среди многочисленных наук, изучающих нашу планету, появилась еще одна — сравнительная планетология. Она позволяет сопоставить данные о Земле с тем, что нам известно о других планетах Солнечной системы.
1. Гипотезы о происхождении Солнечной системы и Земли.
К настоящему времени известны многие гипотезы о происхождении Солнечной системы, а так же и Земли, в том числе предложенные независимо немецким философом И. Кантом (1724–1804) и французским математиком и физиком П. Лапласом (1749–1827). Точка зрения И. Канта заключалась в эволюционном развитии холодной пылевой туманности, в ходе которого сначала возникло центральное массивное тело – Солнце, а потом родились и планеты.
П. Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей, находящейся в состоянии быстрого вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность вследствие закона сохранения момента импульса вращалась все быстрее и быстрее. Под действием больших центробежных сил, возникающих при быстром вращении в экваториальном поясе, от него последовательно отделялись кольца, превращаясь в результате охлаждения и конденсации в планеты. Таким образом, согласно теории П. Лапласа, планеты образовались раньше Солнца.
Несмотря на такое различие между двумя рассматриваемыми гипотезами, обе они исходят от одной идеи – Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. И поэтому такую идею иногда называют гипотезой Канта–Лапласа.
Согласно современным представлениям, планеты солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад.
Такая точка зрения наиболее последовательно отражена в гипотезе российского ученого, академика О.Ю. Шмидта (1891–1956), который показал, что проблемы космологии можно решить согласованными усилиями астрономии и наук о Земле, прежде всего географии, геологии, геохимии. В основе гипотезы О.Ю. Шмидта лежит мысль об образовании планет путем объединения твердых тел и пылевых частиц. Возникшее около Солнца газопылевое облако сначала состояло на 98% из водорода и гелия. Остальные элементы конденсировались в пылевые частицы. Беспорядочное движение газа в облаке быстро прекратилось: оно сменилось спокойным движением облака вокруг Солнца.
Гипотеза X. Альвена и С. Аррениуса. На протяжении XX в. выдвигался целый ряд противоречащих друг другу гипотез о происхождении Солнца и Солнечной системы, из которых наиболее убедительной и популярной стала гипотеза шведских астрономов X. Альвена и С. Аррениуса. Они исходили из предположения, что в природе существует единый механизм планетообразования, действие которого проявляется и в случае образования планет около звезды, и в случае появления планет-спутников около планеты. Для объяснения - этого механизма они привлекают совокупность различных сил — гравитацию, магнитогидродинамику, электромагнетизм, плазменные процессы.
Альвен и Аррениус отказались от традиционного допущения об образовании Солнца и планет из одного массива вещества в одном нераздельном процессе. Они считают, что сначала из газопылевого облака возникло первичное тело — звезда, а затем к нему из другого газопылевого облака, через которое по своей орбите двигалось Солнце, поступил материал для образования вторичных тел. Таким образом, к моменту, когда начали образовываться планеты, центральное тело системы уже существовало. К такому выводу исследователи пришли в результате многолетнего изучения изотопного состава вещества метеоритов, Солнца и Земли. При этом были обнаружены отклонения в изотопном составе ряда элементов, содержащихся в метеоритах и земных породах, от изотопного состава тех же элементов на Солнце. Это говорит о различном происхождении этих элементов. Отсюда следует, что основная масса вещества Солнечной системы поступила из одного газопылевого облака, и из него образовалось Солнце. Значительно меньшая часть вещества, не превышающая 0,15 массы Солнца, с другим изотопным составом поступила из другого газопылевого облака, и она послужила материалом для формирования планет и метеоритов. Если бы масса этого облака была больше, оно аккумулировалось бы не в систему планет, а в звездообразный спутник Солнца.
Чтобы образовать планетную систему, звезда должна обладать рядом признаков:
мощным магнитным полем, величина которого превышает определенное критическое значение;
пространство в окрестностях звезды должно быть заполнено разреженной плазмой, создающей солнечный ветер.
Молодое Солнце, предположительно обладавшее значительным магнитным моментом, имело размеры, превышавшие нынешние, но не доходившие до орбиты Меркурия. Его окружала гигантская сверхкорона, представлявшая собой разреженную намагниченную плазму. Как и в наши дни, с поверхности Солнца вырывались протуберанцы, но выбросы тех лет имели протяженность в сотни миллионов километров и достигали орбиты современного Плутона. Токи в них оценивались в сотни миллионов ампер и более. Это способствовало стягиванию плазмы в узкие каналы. В них возникали разрывы, пробои, откуда разбегались мощные ударные волны, уплотнявшие плазму на пути их следования. Плазма сверхкороны быстро становилась неоднородной и неравномерной.
Когда молодое Солнце начало свое прохождение через газопылевое облако, мощное гравитационное воздействие звезды начало притягивать поток газовых и пылевых частиц, послуживших материалом для образования вторичных тел. Поступавшие из внешнего резервуара нейтральные частицы вещества под действием гравитации падали к центральному телу. Но при этом они попадали в сверхкорону Солнца. Там они ионизировались, и в зависимости от химического состава тормозились на разных расстояниях от центрального тела. Таким образом, с самого начала имела место дифференциация допланетного облака по химическому и весовому составу. В конечном счете, выделились три-четыре концентрические области, плотность частиц в которых примерно на семь порядков превышала их плотности в промежутках. Это объясняет тот факт, что вблизи Солнца располагаются планеты земной группы, которые при относительно малых размерах имеют высокую плотность (от 3 до 5,5 г/см3), а планеты-гиганты — намного меньшие плотности (1-2 г/см3).
Сверхкорона, по мере накопления в ней выпадающего вещества, начинала отставать в своем вращении от вращения центрального тела. Стремление выровнять угловые скорости тела и короны заставляли плазму вращаться быстрее. Но это происходило за счет замедления вращения центрального тела. Ускорение плазмы увеличивало центробежные силы, оттесняя их от звезды. Между центральным телом и плазмой образовалась область с очень низкой плотностью вещества. Таким образом, создалась благоприятная обстановка для конденсации нелетучих веществ путем их выпадения из плазмы в виде отдельных зерен. Эти зерна получали от плазмы импульс и, двигаясь по орбитам будущих планет, уносили с собой часть момента количества движения в Солнечной системе. Сегодня на долю планет, суммарная масса которых составляет только 0,1% массы всей системы, приходится 99% суммарного момента количества движения.
Множественные соударения между зернами приводили к их агрегации в большие группы. Затем эти зерна слипались в зародышевые ядра, к которым продолжали прилипать частицы, и они постепенно разрастались до крупных тел — планетезималий. Сталкиваясь друг с другом, планетезималии образовывали допланетные тела. Их первоначальное количество оценивается во множество миллионов. Образование планетезималий продолжалось десятки тысяч лет. Формирование же самих планет заняло от 105 до 108 лет. Столкновение планетезималий друг с другом привело к тому, что наиболее крупные «з них начали еще более увеличиваться в размерах, вследствие чего и образовались планеты. А как только планетные тела оформились настолько, что возле них появилось достаточно сильное собственное магнитное поле, то начался процесс образования спутников, в миниатюре повторяющий то, что произошло при образовании самих планет.
Чаще всего упоминается как Мир, Голубая планета, или Терра (от лат. Terra). Единственное известное человеку на данный момент тело Солнечной системы в частности и Вселенной вообще, населённое живыми существами.
Земля имеет форму сфероида — сжатый силами тяготения эллипсоид.
Проблема происхождения Земли относится к важнейшим и старейшим проблемам науки. Во все времена люди хотели знать, откуда и каким образом произошел мир, в котором мы живем. Вопрос о том, как возникла Земля, занимает умы людей уже не одно тысячелетие. Ответ на него всегда зависел от уровня знаний людей. Первоначально существовали наивные легенды о сотворении мира некоей божественной силой. Затем Земля в работах ученых приобрела очертания шара, который являлся центром Вселенной.
Содержание
Введение………………………………………………………….…………3
1. Гипотезы о происхождении земли и планет………….………….……4
1.1. Гипотеза Ж. Бюффона………. …………………………………4
1.2. Гипотеза Канта-Лапласа…………………………………………4
1.3. Гипотеза В. Томсона……………………………………………..5
1.4. Идеи Чемберлена и Мультона…………………………………..5
1.5. Идеи Дж. Джинсона и Г. Джеффриса…………………………..5
1.6. Гипотеза О.Ю. Шмида…………………………………………. 6
1.7. Гипотеза Левина………………………………………………….6
1.8. Последние гипотезы происхождения Земли…………………. 7
2. Эволюция Земли………………………………………………………..8
2.1. Развитие Земли…………………………………………………..8
2.2. Эволюция атмосферы…………………………………………..11
2.3. Начальные этапы эволюции жизни……………………………12
Заключение………………………………………………………………..15
Список используемой литературы
Вложенные файлы: 1 файл
Контрольная по естествознанию.doc
Новосибирский государственный технический университет
Кафедра прикладной и теоретической физики
По дисциплине: Концепции современного естествознания
Тема № 25 Происхождение и эволюция Земли
группы № 203 Рябчук Н.С.
- Гипотезы о происхождении земли и планет………….………….……4
- Гипотеза Ж. Бюффона………. …………………………………4
- Гипотеза Канта-Лапласа…………………………………………4
- Гипотеза В. Томсона……………………………………………..5
- Идеи Чемберлена и Мультона…………………………………..5
- Идеи Дж. Джинсона и Г. Джеффриса…………………………..5
- Гипотеза О.Ю. Шмида…………………………………………. 6
- Гипотеза Левина………………………………………………….6
- Последние гипотезы происхождения Земли…………………. 7
- Эволюция Земли………………………………………… ……………..8
- Развитие Земли…………………………………………………..8
- Эволюция атмосферы…………………………………………..11
- Начальные этапы эволюции жизни……………………………12
Список используемой литературы………………………………………16
Планета Земля – третья планета Солнечной системы
Диаметр: 12756 км
Плотность: 5510 кг/м³
Период вращения: 23 ч 56 мин 4,1с
Период обращения: 365,26 суток
Образование Земли потребовало около 50 млн. лет
Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 149,6 млн км.
Земля́ — третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы.
Чаще всего упоминается как Мир, Голубая планета, или Терра (от лат. Terra). Единственное известное человеку на данный момент тело Солнечной системы в частности и Вселенной вообще, населённое живыми существами.
Земля имеет форму сфероида — сжатый силами тяготения эллипсоид.
Проблема происхождения Земли относится к важнейшим и старейшим проблемам науки. Во все времена люди хотели знать, откуда и каким образом произошел мир, в котором мы живем. Вопрос о том, как возникла Земля, занимает умы людей уже не одно тысячелетие. Ответ на него всегда зависел от уровня знаний людей. Первоначально существовали наивные легенды о сотворении мира некоей божественной силой. Затем Земля в работах ученых приобрела очертания шара, который являлся центром Вселенной. В XVI веке появилось учение Н.Коперника, которое поместило Землю в ряд планет, вращающихся вокруг Солнца. Победа гелиоцентрической системы Коперника нанесла непоправимый удар господству церкви в области естественных наук и подготовила почву для возникновения научных гипотез о происхождении нашей планеты, что, естественно предполагало единство вещества Земли и Космоса.
В истории планетной космогонии издавна наметились два пути объяснения происхождения планет. Эта двойственность существует и сегодня.
1.1 Гипотеза Ж. Бюффона
Далее знаменитый французский математик, Пьер Лаплас предложил свою космогоническую гипотезу. Согласно его гипотезе, первоначально существовала раскаленная вращающаяся газовая туманность, по своим размерам превышающая современную планетарную систему. С течением времени под влиянием охлаждения и притяжения к центру эта туманность сжималась. При сжатии туманности повышалась ее температура, и в результате увеличения центробежной силы от нее оторвались отдельные газовые кольца, которые при сгущении превращались в планеты. Первоначально, все планеты представляли собой раскаленные газовые тела, которые медленно остывали. Основная часть туманности осталась в центре, до сих пор не остыла и стала Солнцем.
Во второй половине 19 века выдающийся английский физик В.Томсон, основываясь на теории теплопроводности, вычислил возраст Земли, как период времени ее остывания от раскаленного состояния до современной температуры. Он оказался равным 24 млн. лет. Но эта величина оказалась малой по сравнению с другими оценками геологического времени.
Согласно Чемберлену и Мультону, в результате близкого прохождения или даже касательного столкновения Солнца с другой звездой образовался выброс солнечного вещества, из которого, в конце концов, образовались планеты и их спутники. Предполагалось, что выброшенное указанным способом солнечное вещество – солнечный газ – быстро остынет и затвердеет, образуя малые сгущения вещества, названные планетезималями. Их объединение приводит к формированию планет, в частности Земли.
По Дж. Джинсу и Г.Джеффрису, первичное одинокое Солнце никогда не встречалось со звездой. При этом сближении, произошедшем на расстояниях порядка величины их диаметров, под приливным воздействием Солнце выбросило огромную сигарообразную струю вещества в сторону проходящей звезды. Из этой струи в результате ее разделения и последующей конденсации образовывались планеты.
Рассмотренные выше гипотезы однозначно приводили к горячему началу нашей планеты Земли, ранняя история которой представлялась как процесс остывания первоначального газового, а затем жидкого сферического тела. Однако, скоро были предложены космогонические построения, допускающие относительно холодное начало Земли.
Из лав выделялись газы. Они образовали первичную атмосферу, которая еще не содержала кислорода. Больше половины объема первичной атмосферы составляли пары воды, а температура ее превышала 100°С. При дальнейшем постепенном остывании атмосферы произошла конденсация водяных паров, что привело к выпадению дождей и образованию первичного океана. Это произошло около 4,5-5 млрд. лет назад. Позднее началось формирование суши, которая представляет собой утолщенные, относительно легкие части литосферных плит, поднимающихся выше уровня океана.
По Б.Ю. Левину весь процесс формирования планет можно разделить на 2 этапа. На первом этапе в облаке происходило образование роя относительно крупных тел – промежуточных между первоначальными пылевыми частицами и теперешними планетами. На втором этапе произошло объединение промежуточных тел в планеты. В этом случае Земля возникла как относительно холодное тело более-менее однородного состава. В дальнейшем началось разогревание первичной Земли от распада присутствующих в ней радиоактивных элементов. В результате разогрева появились расплавленные участки с последующей дифференциацией.
Первый шаг в познании химической истории планет при их возникновении был сделан выдающимися американским ученым Гарольдом Юри. Он рассчитал ряд химических равновесий между элементами в процессе остывания газа солнечного состава. Он допустил, что Земля и планеты земной группы возникли из почти однородной смеси силикатов и металлического железа. Различный нагрев первичных планетезималей, а впоследствии и самих планет от радиогенного тепла определил различную интенсивность окисления вещества, при относительно низких температурах – ниже температур плавления материала этих планетемизалей.
Далее английским астрофизиком Фредом Хойлом была предложена своя гипотеза. Согласно ей у Солнца была звезда-близнец, которая взорвалась. Большая часть осколков унеслась в космическое пространство, меньшая — осталась на орбите Солнца и образовала планеты.
Все гипотезы по-разному трактуют происхождение Солнечной системы и родственные связи между Землей и Солнцем, но они едины в том, что все планеты произошли из единого сгустка материи, а дальше судьба каждой из них решалась по-своему. Земле предстояло пройти путь в 5 млрд. лет, испытать ряд фантастических превращений, прежде чем мы увидели ее в современном облике. Гипотезы, не имеющей серьезных недостатков и отвечающей на все вопросы о происхождении Земли и других планет Солнечной системы, пока еще нет. Но можно считать установленным, что Солнце и планеты образовались одновременно из единой материальной среды, из единого газово-пылевого облака.
История Земли составлена двумя последовательными событиями, двумя частями.
Событие первое: образование тела Земли из материала взорвавшейся Звезды. Если период строительства прошел относительно быстро (5-10 млн. лет.), то на ее выход из шокового состояния после грандиозной катастрофы потребовалось 100-200 млн. лет – время вхождения в автономную стадию развития. Шла опрессовка маленькой рыхлой планеты. Накапливалось собственное тепло.
Первоначальный размер Земли можно представить, если собрать воедино архейские земли, разбросанные сегодня небольшими плитками по всей ее поверхности. Первоначальный вид не совсем круглой планеты определялся большими и малыми перепадами высот с пологими и крутыми переходами одна к другой без горизонтальных равнин.
Событие второе: Основной состав первичной Земли - анортозитовый, что характерно и для Луны. Мощные отложения железистых кварцитов в морях докембрия - является свидетельством богатства первичного материала соединениями железа. Железо присутствует в виде мелких частиц и в дисперсном состоянии (как и на Луне).
Огромное количество железа на севере Сибири свидетельствует о большой составляющей железа в теле Земли, что не может не иметь отношения к образованию магнитного поля Земли и Сибирской магнитной аномалии. В количественном отношении железо, как и другие металлы, должно распределяться по планетам земной группы в порядке возрастания расстояний от Меркурия к поясу астероидов, что связано с ударно-скоростной дифференциацией вещества.
Вода. Обилие воды на телах Солнечной системы прослеживается всюду. Ею буквально залиты и планеты, и спутники. Вода найдена в атмосферах звезд. В другом случае вода обнаружена в газопылевом диске, обращающемся вокруг звезды. На телах планет земной группы воды все больше по мере удаления от Солнца. Ранняя Земля была пропитана водой от центра до поверхности. Еще больше воды на Марсе и в Поясе астероидов.
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Содержание.
Глава 1. Что такое жизнь? Отличие живого от неживого.
Глава 2. Концепции происхождения жизни.
Глава 3. Как появилась жизнь на Земле.
Введение
Проблема происхождения жизни приобрела сейчас неодолимое очарование для всего человечества. Она не только привлекает к себе пристальное внимание ученых разных стран и специальностей, но интересует вообще всех людей мира.
Сейчас считается общепризнанным, что возникновение жизни на Земле представляло собой закономерный процесс, вполне поддающийся научному исследованию. В основе этого процесса лежала эволюция соединений углерода которая происходила во Вселенной задолго до возникновения нашей Солнечной системы и лишь продолжалась во время образования планеты Земля – при формировании ее коры, гидросферы и атмосферы.
С момента возникновения жизни природа находится в непрерывном развитии. Процесс эволюции длится уже сотни миллионов лет, и его результатом является то разнообразие форм живого, которое во многом до конца еще не описано и не классифицировано.
Вопрос о происхождении жизни труден в исследовании, потому, что, когда наука подходит к проблемам развития как создания качественно нового, она оказывается у предела своих возможностей как отрасли культуры, основанной на доказательстве и экспериментальной проверке утверждений.
Ученые сегодня не в состоянии воспроизвести процесс возникновения жизни с такой же точностью, как это было несколько миллиардов лет назад. Даже наиболее тщательно поставленный опыт будет лишь модельным экспериментом, лишенным ряда факторов, сопровождавших появление живого на Земле. Трудность - в невозможности проведения прямого эксперимента по возникновению жизни (уникальность этого процесса препятствует использование основного научного метода).
Вопрос происхождении жизни интересен не только сам по себе, но и тесной связью с проблемой отличия живого от неживого, а также связью с проблемой эволюции жизни.
Глава 1. Что такое жизнь? Отличие живого от неживого.
Для понимания закономерностей эволюции органического мира на Земле необходимо иметь общие представления об эволюции и основных свойствах живого. Для этого необходимо охарактеризовать живые существа с точки зрения их некоторых особенностей и выделить основные уровни организации жизни.
Когда-то считалось, что живое можно отличить от неживого по таким свойствам, как обмен веществ, подвижность, раздражимость, рост, размножение, приспособляемость. Но анализ показал, что порознь все эти свойства встречаются и среди неживой природы, и поэтому не могут рассматриваться как специфические свойства живого. В одной из последних и наиболее удачных попыток живое характеризуется следующими особенностями, сформулированными Б. М. Медниковым в виде аксиом теоретической биологии:
Все живые организмы оказываются единством фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающейся по наследству из поколения в поколение (аксиома А. Вейсмана).
Генетическая программа образуется матричным путем. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения, используется ген предшествующего поколения (аксиома Н. К. Кольцова).
В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате различных причин изменяются случайно и не направленно, и лишь случайно такие изменения могут оказаться удачными в данной среде (1-ая аксиома Ч. Дарвина) .
Случайные изменения генетических программ при становлении фенотипа многократно усиливаются (аксиома Н. В. Тимофеева-Ресовского).
Многократно усиленные изменения генетических программ подвергаются отбору условиями внешней среды (2-ая аксиома Ч. Дарвина).
Целостность биологических систем качественно отличается от целостности неживого, и прежде всего тем, что целостность живого поддерживается в процессе развития. Живые системы – открытые системы, они постоянно обмениваются веществами и энергией со средой. Для них характерна отрицательная энтропия (увеличение упорядоченности), увеличивающаяся, видимо, в процессе органической эволюции. Вероятно, что в живом проявляется способность к самоорганизации материи.
«Среди живых систем нет двух одинаковых особей, популяция и видов. Эта уникальность проявления дискретности и целостности живого основана на замечательном явлении ковариантной редупликации.
Итак, что такое живое и чем оно отличается от неживого. Наиболее точное определение жизни дал около 100 лет назад Ф. Энгельс: "Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел". Наиболее точное определение жизни дал около 100 лет назад Ф. Энгельс: "Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел". Термин "белок" тогда ещё не был определён вполне точно и его относили обычно к протоплазме в целом. Сознавая неполноту своего определения, Энгельс писал: "Наша дефиниция жизни, разумеется, весьма недостаточна, поскольку она далека от того, чтобы охватить все явления жизни, а, напротив, ограничивается самыми общими и самыми простыми среди них. Чтобы получить действительно исчерпывающее представление о жизни, нам пришлось бы проследить все формы её проявления, от самой низшей до наивысшей".
Кроме того, есть несколько фундаментальных отличий живого от неживого в вещественном, структурном и функциональном планах. В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, - белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). В структурном плане живое отличается от неживого клеточным строением. В функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя. Устойчивость и воспроизведение есть и в неживых системах. Но в живых телах имеет место процесс самовоспроизведения. Не что-то воспроизводит их, а они сами. Это принципиально новый момент.
Жизнь возможна лишь при определённых физических и химических условиях (температура, присутствие воды, ряда солей и т. д.). Однако прекращение жизненных процессов, например при высушивании семян или глубоком замораживании мелких организмов, не ведёт к потере жизнеспособности. Если сохраняется неповрежденной структура, она при возвращении к нормальным условиям обеспечивает восстановление жизненных процессов.
Однако строго научное разграничение живого и неживого встречает определенные трудности. Так, например, вирусы вне клеток другого организма не обладают ни одним из атрибутов живого. У них есть наследственный аппарат, но отсутствуют основные необходимые для обмена веществ ферменты, и поэтому они могут расти и размножаться, лишь проникая в клетки организма-хозяина и используя его ферментные системы. В зависимости от того, какой признак мы считаем важным, мы относим вирусы к живым системам или нет.
Итак, суммируя все выше сказанное, дадим определение жизни:
Глава 2. Концепции происхождения жизни.
а) Идея самопроизвольного происхождения.
Вначале в науке вообще не существовало проблемы возникновения жизни, потому что учеными античного мира допускалась возможность постоянного зарождения живого из неживого. Великий Аристотель (4-ый в. до Р.Х.) не сомневался в самозарождении лягушек. Философ Плотин в 3-ем веке до новой эры утверждал, что живые существа самозарождаются в земле в процессе гниения. Эта идея самопроизвольного зарождения организмов, видимо, представлялась многим поколениям наших далеких предков очень убедительной, так как просуществовала, не меняясь, долгие века, вплоть до 17-го века .
В 17-ом веке опыты тосканского врача Франческо Реди показали, что без мух черви в гниющем мясе не обнаружатся, а если прокипятить органические растворы, то микроорганизмы в них вообще зарождаться не смогут. И только в 60-х гг. 19-го века французский ученый Луи Пастер в своих опытах продемонстрировал, что микроорганизмы появляются в органических растворах только потому, что туда раньше был занесен зародыш.
Таким образом, опыты Пастера имели двоякое значение –
Доказали несостоятельность концепции самопроизвольного зарождения жизни.
Обосновали идею о том, что все современное живое происходит только от живого.
в) Идея космического происхождения жизни.
Примерно в тот же период, когда Пастер продемонстрировал свои опыты, немецкий ученый Г. Рихтер разработал теорию занесения живых существ на Землю из космоса. Он утверждал, что зародыши могли попасть на Землю вместе с космической пылью и метеоритами и положить начало эволюции живого, которая породила все многообразие земной жизни. Эта концепция называлась концепцией панспермии. Ее разделяли такие ученые, как Г. Гельмгольц, У. Томпсон, что способствовало ее широкому распространению в научных кругах. Но она не получила научного доказательства, так как примитивные организмы или зародыши должны были бы погибнуть под действием ультрафиолетовых лучей и космического излучения.
г) Гипотеза А.И. Опарина.
Гипотеза Опарина способствовала конкретному изучению происхождения простейших форм жизни. Она положила начало физико-химическому моделированию процессов образования молекул аминокислот, нуклеиновых оснований, углеводородов в условиях предполагаемой первичной атмосферы Земли.
д) Современные концепции происхождения жизни.
Сегодня проблема происхождения жизни исследуется широким фронтом различных наук. В зависимости от того, какое наиболее фундаментальное свойство живого исследуется и преобладает в данном изучении (вещество, информация, энергия), все современные концепции происхождения жизни можно разделить условно на:
Концепцию субстратного происхождения жизни (ее придерживаются биохимики во главе с А.И. Опариным).
Концепцию энергетического происхождения. Она разрабатывается ведущими учеными-синергетиками И. Пригожиным, М. Эйгеном.
Концепцию информационного происхождения. Ее развивали А.Н. Колмогоров, А.А. Ляпунов, Д.С. Чернавский.
Концепция генного происхождения.
Автором этой концепции является американский генетик Г. Меллер. Он допускает, что живая молекула, способная размножаться, могла возникнуть вдруг, случайно в результате взаимодействия простейших веществ. Он считает, что элементарная единица наследственности – ген – является и основой жизни. И жизнь в форме гена, по его мнению, возникла путем случайного сочетания атомных группировок и молекул, существовавших в водах первичного океана. Но математические расчеты этой концепции показывают полную невероятность такого события.
Ф. Энгельс одним из первых высказал мысль о том, что жизнь возникла не внезапно, а сформировалась в ходе длительного пути эволюционного развития материи. Эволюционная идея положена в основу гипотезы сложного, многоступенчатого пути развития материи, предшествовавшего зарождению жизни на Земле.
Современные биологи доказывают, что универсальной формулы жизни (т.е. такой, которая бы полностью отображала бы ее сущность) нет и быть не может. Такое понимание предполагает исторический подход к биологическому познанию как постижению сущности жизни, в ходе чего менялись и сами концепции происхождения жизни и представления о тех формах, в которых такое познание возможно.
Биоэнергоинформационный обмен как основа возникновения жизни.
Одной из новейших концепций происхождения жизни на Земле является концепция о биоэнергоинформационном обмене. Понятие биоэнергоинформационного обмен возникло в сфере биофизики, биоэнергетики и экологии в связи с последними достижениями в этих областях науки. Термин биоэнергоинформатика был введен доктором технических наук, профессором МГТУ им. Н.Э. Баумана В.Н. Волченко в 1989 году, когда им его единомышленниками была проведена первая Всесоюзная конференция по биоэнергоинформатике в Москве .
Одним из элементов этой концепции выступает наличие во Вселенной общего замысла, плана. Эта гипотеза подтверждается современной астрофизикой, согласно которой фундаментальные свойства Вселенной, значения основных физических констант и даже формы физических закономерностей тесно связаны со структурой Вселенной во всех ее масштабах и с возможностью Жизни.
Отсюда следует второй элемент концепции биоэнергоинформатики – Вселенную нужно рассматривать как живую систему. А в живых системах фактор Сознания (информации) наряду с материей и энергией, должен занимать весьма существенное место. Таким образом , можно говорить о необходимости триединства Вселенной: материи, энергии и информации.
Глава 3. Как появилась жизнь на Земле.
Современная концепция возникновения жизни на Земле является результатом широкого синтеза естественных наук, многих теорий и гипотез, выдвинутых исследователями разных специальностей .
Предметом дискуссии является вопрос о том, возник ли на Земле сначала какой-то один вид организма или появилось их великое множество. Предполагают, что возникло множество первых комочков живой протоплазмы.
Заключение.
За последние десять лет понимание происхождения жизни сделало огромные успехи. Остается надеяться, что следующее десятилетие принесет еще больше: новые исследования очень активно ведутся во многих областях.
Но, именно, теория эволюции дает возможность понять оптимальную стратегию взаимоотношения человека и окружающей живой природы, позволяет ставить вопрос о разработке принципов управляемой эволюции. Отдельные элементы такой управляемой эволюции уже сегодня просматриваются, например, в попытках не простого промыслового использования, а хозяйственного управления эволюцией отдельных видов животных и растений.
Список литературы
1. Агапова О. В., Агапов В. И. Лекции по концепциям современного естествознания. Вузовский курс. – Рязань, 2000.
2. Вернадский В. И. Начало и вечность жизни. – М.: Республика, 1989.
3. Горелов А. А. Концепции современного естествознания. – М.: Мысль, 2000.
4. Дубнищева Г. Д. Концепции современного естествознания: Учеб. для студ. вузов / Под ред. М. Ф. Жукова. – Новосибирск: ЮКЭА, 1999.
Читайте также: