Основные концепции происхождения жизни

Сущность жизни

 

Долгое время в науке господствовали два основных подхода к решению вопроса о сущности жизни: механицизм и витализм. Механистический материализм, характерный для классической науки Нового времени, не признавал качественной специфики живых организмов и представлял жизненные процессы как результат действия химических и физических процессов. Поэтому механицизм отождествлял живые организмы со сложными машинами.

Противоположной точкой зрения придерживался витализм, который объяснял качественное отличие живого от неживого наличием в живых организмах особой "жизненной силы", отсутствующей в неживых предметах и не подчиняющейся физическим законам. Такое решение проблемы сущности жизни тесно связано с признанием факта творения ее Богом, иным разумным началом и т.д.

Ученым удалось точно установить, что качественное отличие живого от неживого заключено в структуре их соединений, строении и связях, особенностях функций, характеристике и организации протекающих внутри организма процессов. Кроме того, жизнь отличается динамичностью и лабильностью. Но при этом можно говорить о полном тождестве химических элементов, входящих в состав живого и неживого.

Современная биология в вопросе о сущности жизни все чаще идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. Б.М. Медников называет жизнью активное, идущее с затратой энергии поддержание и воспроизведение специфических структур, обладающих следующими свойствами: наличием генотипа и фенотипа; репликацией генетических программ матричным способом; неизбежностью ошибок на микроуровне при репликации, приводящих к мутациям; многократное усилие этих изменений в ходе формирования фенотипа и их селекция со стороны факторов внешней среды.

При этом организм воспроизводит себя и поддерживает свою целостность за счет использования элементов окружающей среды с более низкой упорядоченностью. Отличия живых организмов от неживых систем придают жизни качественно новые свойства. Живым организмам присущи определенные специфические свойства, которые часто в той или иной степени характерны и для неживой природы, что подчеркивает единство эволюционных процессов. Совокупность и характер проявления этих свойств определяют сущность жизни. Поэтому для понимания сущности жизни необходимо установить путем сравнительного анализа, что такое живое и чем оно отличается от неживого.

Единство химического состава. В состав живых организмов и неживых предметов входят одни и те же химические элементы, но соотношение элементов в живом и неживом существенно различается. Элементный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, магнием, алюминием и т.д. В живых организмах, как уже отмечалось ранее, 98% химического состава приходится на четыре элемента: углерод, кислород, азот и водород. Кроме того, живые организмы построены в основном из четырех сложных органических молекул - биологических полимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, жиров, которые очень редко встречаются в неживой природе.

Обмен веществ. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой: они поглощают из нее необходимые вещества и выделяют продукты своей жизнедеятельности. Обмен веществ - двусторонний процесс: во-первых, в результате ряда сложных химических превращений вещества из окружающей среды употребляются органическими веществами живого организма, и из них строится его тело; во-вторых, сложные органические соединения распадаются на простые, при этом утрачивается их сходство с веществами организма и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения всех частей организма и, как следствие, постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся уловиях окружающей среды, т.е. обеспечивает гомеостаз. В неживой природе также существует обмен веществ, но там круговорот веществ сводится только к простому переносу их с одного места на другое или изменение их агрегатного состояния.

Самовоспроизведение и наследственность. При размножении живых организмов потомство похоже на родителей, что дает основание утверждать, что размножение - это свойство организмов воспроизводить себе подобных. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур на основе информации, заложенной в ДНК. Благодаря репродукции не только целые организмы, но и клетки, органоиды клеток после деления сходны со своими прототипами. Следовательно, самовоспроизведение часто связано с наследственностью - способностью организмов к передаче свойств, признаков, особенностей развития из поколения в поколение, что обуславливает преемственность поколений.

Изменчивость развитие. Под изменчивостью в естествознании понимают способность организмов приобретать новые признаки и свойства на основе изменения молекул ДНК. Изменчивость дает разнообразный материал для естественного отбора и соответственно предпосылки для развития и роста живых организмов. Развитие - это необратимое направленное закономерное изменение объектов живой природы. В результате развития возникает качественное новое состояние живой системы развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием организмов, а увеличение его массы обусловлено репродукцией макромолекул, элементарных структур клеток и самих клеток.

Раздражимость. Любой живой организм неразрывно связан с окружающей средой: он поглощает необходимые вещества, подвергается воздействию неблагоприятных факторов среды, вступает в взаимодействие с другими организмами. В процессе эволюции у живых организмов выработало и закрепилось свойство раздражимости - избирательной реакции на внешние воздействия. Всякое изменение окружающих условий среды по отношению к организму представляет собой раздражение, а реакция организма на внешние раздражители служит показателям его чувствительности и проявлением раздражимости.

Ритмичность. Неотъемлемым свойством природы является последовательная закономерная смена циклов. Периодические изменения в окружающей среде оказывают существенное влияние на живую природу и на собственные жизненные ритмы живых организмов. В живых системах ритмичность проявляется в периодических изменениях интенсивности физиологических функций с различными периодами их активации (от нескольких секунд до столетия): суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих и др. Ритмичность обеспечивает согласование функций организма и окружающей среды, т.е. приспособление к периодически изменяющимся условиям существования.

Саморегуляция. Все живые организмы способны поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов в постоянно меняющихся условиях окружающей среды. При недостаток каких-либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а при избытке какого-либо вещества его синтез вызывает усиленное размножение оставшихся клеток до нормально возникает сигнал о снижении интенсивности клеточного еления.

Дискретность. Как уже было отмечено, жизнь на Земле существует в виде дискретных форм, т.е. биосфера в целом и каждый отдельный организм состоят из обособленных и ограниченных в пространстве, но связанных и взаимодействующих частей, образующих структурно-функциональное единство. Дискретность строения организма - основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления организма путем замены отживших структурных элементов без прекращения его функционирования. Дискретность вида предопределяет возможность его эволюции через гибель или невозможность размножения неприспособленных особей и сохранения особей с полезными для выживания признаками.

Все живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются в природе. Эти признаки должны быть отражены в определении жизни. В современном естествознании понятием "жизнь" или "живое" обозначается высшая из природных форм движения материи, которая характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением равноуровневых открытых систем, основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения.

 

Основные концепции происхождения жизни

 

Загадка появления жизни на Земле с незапамятных времен волнует людей. На протяжении веков менялись взгляды на эту проблему, высказывались разнообразные гипотезы и концепции. Некоторые из них получили широкое распространение и доминировали в те или иные периоды развития естествознания. К такого рода концепциям происхождения жизни относят:

Концепцию креационизма, утверждающую, что жизнь создана сверхъестественным существом в результате акта творения;

Концепцию стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда;

Концепцию самопроизвольно зарождения жизни, основывающуюся на идее многократного возникновения жизни из неживого вещества;

Концепцию панспермии, утверждающую, что жизнь занесена на Землю из космоса;

Концепцию случайного однократного происхождения жизни;

Концепцию закономерного происхождения жизни путем биохимической эволюции.

Концепция креационизма имеет самую длинную историю, так как практически во всех религиях возникновение жизни рассматривается как акт Божественного творения, свидетельством чего является наличие в живых организмах особой силы, которая управляет всеми биологическими процессами.

Концепция креационизма, по существу, научной не является, ведь она возникла в рамках религиозного мировоззрения. Она утверждает, что жизнь такова, какова она есть, потому что такой ее сотворил Бог. Тем самым практически снимается вопрос о научном решении проблемы происхождения жизни, так как все религии требует принимать это положение на веру, без доказательств.

Концепция стационарного состояния. Сторонники теории вечного существования жизни считают, что Земля никогда не возникала, а существовала вечно, и вместе с ней всегда существовали различные виды живого. При этом одни из них при изменении условий вымерли, другие переместились в другие биологические ниши, а третьи резко изменили численность. Большая часть аргументов в пользу этой теории основана на исследованиях палеонтологов, выявивших исчезновение некоторых видов животных в процессе эволюции, отсутствие следов переходных звеньев между разными видами живого и все более высокими оценками возраста земли.

Концепция самопроизвольного зарождения жизни долгое время была единственной альтернативой креационизму. Считалось, что все низшие организмы появляются путем самозарождения. Ученые средневековья, например, допускали, что рыбы могли зародиться из ила, мыши - из грязи, мухи - из мяса, и т.д. Однако начиная с 17 века стали накапливаться данные против такого понимания происхождения жизни. В 1668 г итальянский естествоиспытатель и врач Ф. Реди сформулировал знаменитый принцип "все живое - от живого". Поэтому он стал основоположником концепции биогенеза, утверждавшей, что жизнь возникает только из предшествующей жизни. В середине 19 века французский ученый Л. Пастер своими опытами окончательно доказал научную несостоятельность концепции спонтанного самозарождения организмов.

Концепция панспермии. Практически одновременно с опытами Пастера немецким ученым Г. Рихтером была высказана гипотеза о занесении живых существ на Землю из космоса, получившая позднее название концепции панспермии. Эта теория допускала возможность возникновения жизни в разное время в разных частях Галактики и перенесения ее на Землю тем или иным способом. Концепция панспермии была поддержана многими известными учеными, что способствовало ее широкому распространению. Тем не менее серьезных аргументов в нее нет. Есть даже серьезные доводы против данной концепции. Дело в том, что, хотя спектр возможных условий для существования живых организмов достаточно широк, все же считается, что они должны погибнуть в космосе под действием ультрафиолетовых и космических лучей.

Концепция случайного однократного появления жизни. Неспособность рассмотренных теорий и концепций дать убедительное и аргументированное объяснение происхождения жизни привели в начале 20 века к дальнейшим поискам решения этой проблемы. Американский генетик Г. Меллер выдвинул гипотезу о случайном возникновении первичной молекулы живого вещества, согласно которой живая молекула, способная размножаться, могла возникнуть случайно в результате взаимодействия простейших веществ. Он считает, что элементарная единица наследственности - ген - является основой жизни, поэтому и жизнь в форме гена возникла путем случайного сочетания атомных группировок и молекул.

Теория биохимической эволюции. Концепция А.И. Опарина. Одним из главных препятствий, стоявших в начале 20 века на пути решения проблемы возникновения жизни, было господствовавшее тогда в науке и основанное на повседневном опыте убеждение, что между органическими и неорганическими соединениями не существует никакой взаимосвязи. Считалось, что природа неорганических веществ совершенно иная, поэтому возникновение даже простейших организмов из неорганических веществ совершенно невозможно. Однако после того, как из обычных химических элементов было синтезировано первое органическое соединение, представление об отсутствии связи между органическими и неорганическими веществами оказалось несостоятельным. В результате этого открытия возникли органическая химия, изучающие химические процессы в живых организмах.

Кроме того, данное научное открытие позволило создать концепцию биохимической эволюции, согласно которой жизнь на Земле возникла в результате спонтанных физических и химических процессов. Исходную основу этой гипотезы составили данные о сходстве веществ, входящих в состав растений, животных, о возможности в лабораторных условиях синтезировать органические вещества, составляющие белок.

Эти открытия легли в основу концепции А.И. Опарина, опубликованной в 1924 г в книге "Происхождение жизни", в которой была изложена принципиально новая гипотеза о происхождении жизни, суть которой сводилась к следующему: зарождение жизни на Земле - длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой.

 

Появление жизни на Земле

 

Современная наука выдвигает некоторые гипотезы, отвечающие на вопросы о том, как, когда и в какой форме появилась жизнь на Земле.

История жизни и история Земли неотделимы друг от друга, так как именно в процессах развития нашей планеты закладывались условия, необходимые для появления и развития жизни. Для этого требуются определенные физические и химические условия.

Прежде всего, жизнь может существовать в достаточно узком диапазоне температур, давлений, радиации. Также для появления жизни на Земле нужны были материальные основы: химические элементы-органогены и в первую очередь углерод, так как именно он лежит в основе жизни.

Наряду с углеродом требуются кислород, водород и азот. Все эти элементы живого принадлежат к наиболее устойчивым и распространенным химическим элементам. Они легко соединяются между собой, вступают в реакции и обладают малым атомным весом.

Огромную роль в появлении и функционировании живых организмов играет вода, которая выступает не только средой, но и обязательным участником всех биохимических процессов. Вода обеспечивает метаболизм клетки, терморегуляцию организмов. Кроме того, водная среда как уникальная по своим упругим свойствам структура позволяет всем определяющим жизнь молекулам реализовать свою пространственную организацию.

Сегодня уже не вызывает сомнений тот факт, что В.И. Вернадский, предположивший, что жизнь сразу возникла в виде примитивной биосферы, был прав. Только разнообразие видов живых организмов могло обеспечить выполнение всех функций живого вещества в биосфере. Жизнь не просто существует в окружающей ее среде, но активно эту среду формирует, преобразуя ее "под себя". Весь облик современной Земли - результат действия живого вещества.

Эти данные позволили Вернадскому утверждать, что с самого начала биосферы входящая в нее жизнь должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, так как биогеохимические функции жизни в силу своего разнообразия и сложности не могут быть связаны только с какой-то одной формой жизни. Таким образом, первичная биосфера изначально была представлена богатым функциональным разнообразием. Поскольку организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте, первое появление жизни должно было произойти не в виде какого-то одного вида организмов, а их совокупности. Иными словами, сразу должны были появиться первичные биоценозы. Состояли они из простейших одноклеточных организмов, так как все ее исключения функции живого вещества в биосфере могут быть выполнены ими.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: