Факт говорящий в пользу гипотезы об одном центре возникновения жизни

 “Биология. Общая биология. Базовый уровень. 10-11 классы”. В.И. Сивоглазов (гдз)

Вопрос 1. Какие условия необходимы для возникновения живых организмов, по мнению древнегреческих философов?
Древнегреческие философы считали, что живые организмы возникают из неживых путем самозарождения. По мнению Аристотеля, должно существовать некое «активное начало», которое способно, используя неживую материю, создать живой организм. Он считал, что такое активное начало присутствует в оплодотворенном яйце, солнечном свете и гниющем мясе.

Вопрос 2. В чем заключается смысл опытов Ф. Реди?
В начале XVII в. было распространено убеждение, что личинки мух самопроизвольно зарождаются из гнилого мяса. Франческо Реди (1626—1698) в своих опытах решил опровергнуть это заблуждение. Он помещал мясо в сосуды и часть из них закрывал марлей. В сосудах, закрытых марлей, куда не могли попасть мухи, личинки не появлялись, а в открытых через несколько дней обнаруживалось множество личинок. Опыты Ф. Реди нанесли серьезный удар по теории самозарождения и подтвердили концепцию биогенеза, согласно которой жизнь может возникнуть только из уже существующей жизни.

Вопрос 3. Опишите опыты Л. Пастера, доказывающие невозможность самозарождения жизни в обычных условиях.
Сторонники теории абиогенеза («виталисты», лат. вита — жизнь) считали, что существует «жизненная сила», с помощью которой неживое может стать живым. Опровержением этой точки зрения послужили опыты Луи Пастера, доказавшие невозможность самопроизвольного зарождения жизни; в 1862 г. Пастер за эти опыты получил премию Французской Академии наук.
Луи Пастер в своих опытах пользовался колбами собственного изобретения с длинным тонким горлышком в форме буквы S. Он наливал в колбу питательный бульон и кипятил его на огне, оставляя горлышко открытым. Это было важно, поскольку считалось, что причиной отсутствия самозарождения жизни в закрытых сосудах является невозможность проникновения в них «жизненной силы», необходимой для самозарождения. Пастер в своих опытах не препятствовал возможному проникновению «жизненной силы» в колбу, однако не давал попасть туда микроорганизмам (они оседали на изгибах трубки). В итоге бульон мог храниться долгое время, оставаясь стерильным. Если же горлышко отламывали, то бульон очень быстро мутнел из-за появления в нем бактерий.

Вопрос 4. Что вам известно о гипотезе вечности жизни?
Гипотеза вечности жизни, или гипотеза стационарного состояния, утверждает, что жизнь на Земле никто не создавал, поскольку она существует вечно. 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. Он предполагал, что даже раскаленные области внутри земного шара могут являться скоплением живых организмов со своим обменом веществ.

Вопрос 5. Какие вы знаете материалистические теории возникновения жизни?
Существует несколько основных концепций возникновения жизни:
• жизнь была создана Творцом в определенное время (креационизм);
• жизнь возникла самопроизвольно из неживого вещества (этой точки зрения придерживался, в частности, Аристотель);
• жизнь существовала всегда — концепция стационарного состояния (выдвинута немецким ученым В. Прейером в 1880 г.);
• концепция панспермии — внеземного происхождения жизни (была выдвинута шведским физиком и химиком, создателем теории электролитической диссоциации и гипотезы о парниковом эффекте Сванте Аррениусом (1859—1927).);
• концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам.
Полностью идеалистической является только первая из этих концепций, полностью материалистической — только последняя. Правильность ее основных положений была подтверждена в дальнейшем многими учеными.

Вопрос 6. Что вы думаете о гипотезе занесения жизни на Землю из космоса?
Гипотеза панспермии, или занесения жизни извне, была выдвинута шведским физиком и химиком, создателем теории электролитической диссоциации и гипотезы о парниковом эффекте Сванте Аррениусом (1859—1927). Он утверждал, что жизнь попала на нашу планету из космоса вместе с метеоритами или космической пылью, перемещающимися под давлением лучей света. Примером, свидетельствующим в пользу этой гипотезы, является способность некоторых организмов переносить крайне неблагоприятные условия. Споры и семена растений способны длительное время находиться в жидком кислороде и азоте и при этом не терять всхожести. Сперматозоиды, находившиеся десятки лет в замороженном состоянии, сохраняют способность к оплодотворению. Споры бактерий выдерживают колебания температур от -273 до +140oС. Данная гипотеза не лишена права на существование, однако она не решает проблему собственно возникновения жизни.

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

Согласно этой концепции, Земля в современном ее виде существовала всегда, и на ее поверхности на всем протяжении истории была жизнь. Теория появилась в 1880 году, ее предложил немецкий медик Тьерри Вильям Прейер. Согласно современным исследованиям, примерный возраст Земли – 4,6 млрд лет. Но точно определить возраст планеты на сегодняшний день невозможно. Этот факт и позволяет сторонникам теории стационарного состояния развивать свое учение. Основные положения теории:

• 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.

Основные доказательства этернизма (второе название теории, от латинского слова eternus – вечный) основываются в большей степени на пробелах и неясных аспектах эволюционной теории. Самое популярное доказательство связано с рыбой латимерией. Останки этой древней кистеперой рыбы находят в пластах, датируемых мезозойской эрой (60-90 млн лет назад, меловой период). Долгое время латимерия считалась переходным видом от рыб к земноводным. Однако в 1939 году в районе острова Мадагаскара рыбакам удалось выловить живую латимерию. Эта находка позволяет сделать вывод, что данный вид не может быть переходным.

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

В современном научном сообществе наиболее обоснованной считают теорию биохимической эволюции или абиогенез. Ее в 1923 году выдвинул российский биохимик А. И. Опарин. Основное положение теории Опарина состоит в том, что зарождение жизни – это длительный процесс возникновения жизни из неживого вещества. Этапы формирования “живого” из “неживого”:

1. Синтез органических соединений из неорганической материи в аэробных условиях первобытного океана.
2. Формирование из органических веществ биополимеров, углеводородов и липидов в водоемах планеты.
3. 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.

Около четырех миллиардов лет назад наша Земля, еще очень молодая планета, сильно отличалась от современной. Температура поверхности планеты достигала 8000°С, а все породы под действием таких высоких температур были расплавлены. Поверхность Земли непрерывно бомбардировали метеориты, в том числе и очень крупные. После эпохи “великой бомбардировки” поверхность планеты начала понемногу остывать, породы затвердели. Когда температура упала ниже 100°С, вода из ранней атмосферы пролилась в виде дождя, и так появился первобытный океан. Он предоставил необходимые для образования простейшей жизни условия.

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.

Таким образом ни одна из существующих на сегодняшний день теорий не дает ответа на вопрос о том, как на нашей планете появилась первая жизнь. Это вызвано, в первую очередь, тем, что современные ученые пока не в состоянии провести такой эксперимент, который бы однозначно решил эту проблему. Все представленные концепции – как теологические, так и научные, основаны на умозрительных заключениях ученых и философов. Возможно, со временем, научно-технический прогресс предоставит исследователям средства для дальнейшего изучения, что приведет к новым открытиям. Дополнительную интересную информацию по этой теме вы найдете в видео.