Реферат на тему: Теория возникновения жизни на Земле

Содержание:

Введение

Одним из самых сложных и в то же время самых актуальных и интересных вопросов современной естественной науки является вопрос о происхождении жизни.

Жизнь является одним из самых сложных, если не самым сложным явлением природы. Она особенно характеризуется метаболизмом и самовоспроизводством, а особенности более высоких уровней ее организации определяются структурой более низких уровней. Живые существа - это естественные информационные системы, то есть системы, которые существуют сами по себе, а не в результате чьего-то построения или составления программы.

Живая материя отличается от неживой по нескольким фундаментальным направлениям: материальному, структурному и функциональному планам ее изучения. На материальном уровне живая материя обязательно включает в себя высокоорганизованные макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, - белки, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Структурно живые существа отличаются от неживых своей клеточной структурой. Функционально живые организмы отличаются самовоспроизводством, точнее, саморепликацией.

От неживых организмов живой организм отличается также наличием метаболизма, способностью расти и развиваться, активной регуляцией их состава и функций, способностью двигаться, раздражительностью, приспособляемостью к окружающей среде и так далее. Однако существуют переходные формы от нежизни к жизни. Например, вирусы не обладают какими-либо свойствами жизни вне клеток другого организма, хотя и обладают наследственным аппаратом. Они могут расти и размножаться только внутри клетки организма хозяина с помощью его ферментных систем.

Тайна зарождения жизни на земле всегда беспокоила людей. Взгляды на эту проблему менялись на протяжении веков, и было выдвинуто большое количество разнообразных гипотез и концепций. Некоторые из них очень распространены и доминируют в некоторые периоды развития естественных наук. К таким понятиям относятся и понятия о происхождении жизни:

1. теория устойчивого состояния, согласно которой жизнь всегда существовала;
2. Креационизм, утверждающий, что жизнь была создана актом творения сверхъестественным существом;
3. теория спонтанного генерирования жизни, основанная на идее о том, что жизнь возникает из неживой материи
4. теория панспермии, которая утверждает, что жизнь была принесена на Землю из космоса;
5. теория случайного единого происхождения жизни;
6. теория биохимической эволюции.

Разнообразие мнений обусловлено тем, что сегодня невозможно точно воспроизвести или экспериментально подтвердить процесс возникновения жизни. Вышеуказанные теории основаны, главным образом, на спекулятивных убеждениях исследователей из школ естествознания, а также на богословских взглядах.

Понятия эволюционной химии и происхождения жизни

Эволюционная химия возникла в 1950-х и 1960-х годах. Эволюционные проблемы следует понимать как проблемы самопроизвольного синтеза новых химических соединений (без вмешательства человека). Эти соединения являются более сложными и высокоорганизованными продуктами, чем исходные вещества.

Эволюционная химия основана на процессах биокатализа, ферментологии; она в основном ориентирована на изучение молекулярного уровня жизни, что основой жизни является биокатализ, то есть наличие в химической реакции различных природных веществ, которые могут управлять ею, замедляя или ускоряя ее развитие. Эти катализаторы в живых системах определяются самой природой, которая является идеальной для многих химиков.

Идея концепции ведущей роли ферментов, биорегуляторов в процессе жизнедеятельности, предложенная французским натуралистом Луи Пастером в XIX веке, остается основополагающей и по сей день.

Чрезвычайно плодотворным с этой точки зрения является изучение ферментов и открытие тонких механизмов их действия.

Ферменты - это белковые молекулы, синтезируемые живыми клетками. В каждой клетке сотни различных ферментов. С их помощью происходят многочисленные химические реакции, которые, благодаря каталитическому действию ферментов, могут происходить с высокой скоростью при подходящих для организма температурах, т.е. в диапазоне от 5 до 40 градусов Цельсия.

Ферменты можно назвать биологическими катализаторами.

В эволюционной химии значительное место отводится проблеме "самоорганизации" систем. Теория самоорганизации "отражает закономерности такого существования динамических систем, сопровождающиеся их восхождением на все более и более высокие уровни сложности в системном порядке или материальной организации".
Наука предполагает, что только шесть элементов - углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера - образуют основу живых систем, поэтому их называют органогенами.

Процентная доля этих элементов в живых организмах составляет 97,4%. Кроме того, существует 12 других элементов, которые являются биологически важными компонентами живых систем: Натрий, калий, кальций, магний, железо, цинк, кремний, алюминий, хлор, медь, кобальт и бор.

Природа отводит особую роль углероду. Этот элемент способен организовывать соединения с элементами, которые противоположны друг другу, и удерживать их в себе. Атомы углерода образуют почти все виды химических связей. На основе шести органогенов и около 20 других элементов природа создала около 8 миллионов различных химических соединений, которые были открыты к настоящему времени.

Химики пытаются раскрыть тайны природы. Функциональный подход к объяснению пребиологической эволюции фокусируется на изучении процессов самоорганизации материальных систем и выявляет закономерности, которым такие процессы подчиняются. В основном это позиции физиков и математиков. Экстремальный взгляд здесь склоняется к идее, что живые системы могут быть также смоделированы из металлических.

В 1969 г. появилась общая теория химической эволюции и биогенеза, которая была установлена ранее в наиболее общих положениях профессором Московского университета А.П. Руденко.

В основе этой теории лежало утверждение о том, что процесс саморазвития химических катализаторов движется в направлении их совершенствования и происходит постоянный отбор все новых и новых катализаторов с большей реакционной способностью. Основной закон химической эволюции, открытый А. П. Руденко, гласит, что эволюционные изменения катализатора происходят в направлении, в котором проявляется его максимальная активность.

Саморазвитие, самоорганизация и самокомплексование каталитических систем происходят за счет энергии основной реакции. Поэтому формируются каталитические системы с более высокой энергией. Такие системы разрушают химическое равновесие и тем самым способствуют выбору наиболее стабильных эволюционных изменений в катализаторе.

Теория саморазвития каталитических систем дает следующие возможности: выявить стадии химической эволюции и на этой основе классифицировать катализаторы по уровню их организации; применить принципиально новый метод изучения катализа; дать конкретную характеристику пределов химической эволюции и перехода от хемогенеза (химического образования) к биогенезу, связанному с преодолением второго кинетического предела саморазвития каталитических систем.

Новейшее направление, расширяющее представления об эволюции химических систем - переходная кинетика - приобретает теоретический и практический потенциал.

Эволюция химических знаний дает надежду на решение многих проблем, возникших перед человечеством в результате его наукоемкой и энергоемкой практической деятельности.

Химическая наука на самом высоком этапе своей эволюции углубляет представления о мире. Концепции эволюционной химии, включающие химическую эволюцию на Земле, самоорганизацию и самосовершенствование химических процессов, а также переход от химической эволюции к биогенезу, дают убедительные доказательства для научного понимания происхождения жизни во Вселенной.

Химическая эволюция на Земле создала все условия для появления жизни из неживой природы.

Жизнь во всем ее многообразии спонтанно возникала из неживой материи на Земле, выживая и функционируя миллиарды лет.

Срок службы полностью зависит от поддержания соответствующих условий для его функционирования. И это во многом зависит от самого человека.

Наш выдающийся химик, нобелевский лауреат по химии Николай Николаевич Семенов представил химические процессы в тканях растений и животных как химическое производство живой природы, как производство некоторых "молекулярных машин" абсолютно исключительной точности, скорости и необычайного совершенства. Это подтверждается недавно открывшимся синтезом крупных белковых молекул со строгим чередованием аминокислот. В качестве "сборочных машин" клетки имеют субмикроскопические "сборочные заводы" - рибосомы, содержащие рибонуклеиновые кислоты (РНК). Каждый тип короткой молекулы транспорта РНК захватывает специфический тип аминокислоты, переносит его в рибосому, и помещает каждую аминокислоту в свое место согласно информации, содержащейся в молекулах РНК. Затем каталитические ферменты приближаются к аминокислотам и "сшивают" аминокислоты в белковую молекулу со строгой чередованием. Это настоящая природная фабрика, которая строит молекулу по плану, разработанному организмами в процессе эволюции. Эти планы живых организмов должны быть использованы в новой эволюционной химии.

И это направление началось в работе великого французского биолога Луи Пастера по изучению процесса ферментации, проводимой молочнокислыми бактериями. Из своих наблюдений Пастер сделал вывод об особом уровне организации ферментов в материале, что в конечном итоге привело к появлению таких наук, как ферментология, успехи эволюционного катализа и молекулярная биология. Таким образом, было обнаружено, что состав и структура биополимеров одинаковы у всех живых организмов и что одни и те же физико-химические законы регулируют как абиогенные, так и жизненные процессы. Кроме того, было доказано, что уникальная специфика жизни проявляется не только на более высоких уровнях организации клетки, но и в поведении фрагментов живых существ на молекулярном уровне, на котором действуют также законы других уровней.

Особенность молекулярного уровня живых и неживых систем заключается в существенной разнице в принципах действия ферментов и катализаторов, в различии механизмов образования полимеров и биополимеров. Структура этих полимеров определяется только генетическим кодом (который сегодня точно знает наука), и, наконец, тем фактом, что многие химические реакции окислительно-восстановительного характера могут происходить в клетке без прямого контакта между реагирующими молекулами. Таким образом, в живых организмах могут происходить и происходить такие химические превращения, которые, казалось бы, не могут быть реализованы в неживой природе. Но постепенно они стали доступны химикам, когда им удалось освоить каталитический опыт природы, живой клетки.

То, что ферментный катализ сыграл решающую, фундаментальную роль в переходе от химических систем к биологическим, то есть на пребиологической стадии эволюции, сегодня подтверждается многими данными. Чрезвычайно важную роль сыграла реакция самоорганизации химических систем, которую провел выдающийся советский биохимик Борис Павлович Белоусов, а затем тщательно изучил А.М. Шаботинский и вошел в арсенал современной эволюционной химии под названием реакция Белоусова-Шаботинского. Эта реакция сопровождается образованием специфических пространственно-временных структур (например, периодическим изменением цвета жидкости) за счет поступления новых химических реагентов и их удаления. Именно в этих реакциях самоорганизации каталитические процессы играют решающую роль.

Понятие "самоорганизация" означает упорядоченное существование материальных динамических, качественно изменяющихся систем. Роль каталитических процессов в них возрастает по мере усложнения состава и структуры химических систем. Отрадно, что решающую роль в изучении этого плана сыграли работы отечественных ученых И.В. Березина, А.А. Баландина и особенно А.П. Руденко, создавшего в 1964-1969 гг. единую теорию химической эволюции и биогенеза. Эта теория решает в одном комплексе вопросы о движущих силах и механизмах эволюционного процесса, т.е. о законах химической эволюции, о выборе элементов и структур и их причинах, об уровне химической организации и об иерархии химических систем в результате эволюции. Суть теории Руденко состоит в утверждении и обосновании принципа, согласно которому химическая эволюция - это саморазвитие открытых каталитических систем, и поэтому развивающееся вещество является катализатором. В ходе реакций происходит естественный отбор тех каталитических центров, которые обладают наибольшей активностью.

Руденко Александр Прокопьевич сформулировал основной закон химической эволюции, согласно которому с наибольшей скоростью и вероятностью формируются те формы эволюционных изменений катализатора, при которых происходит максимальное увеличение его абсолютной активности.
Следует также отметить, что эволюционный процесс предполагает особо дифференцированный отбор только тех химических элементов и соединений, которые являются основным строительным материалом для формирования биологических систем. В этой связи достаточно упомянуть, что из более ста химических элементов только шесть - углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера - чей общий процент по весу в организмах составляет 97,4%, так называемые органо- или биогены, служат основой для построения живых систем.

Менделеев называл химию "наукой о химических элементах и их соединениях"; другие определяли ее как "науку о веществах и их превращениях" или "науку, изучающую процессы качественного превращения веществ" и т.д., наиболее полное определение давалось следующим образом: "Химия - это наука, изучающая свойства и превращения веществ, которые сопровождаются изменением их состава и структуры".

Главной задачей химии является получение веществ с заданными свойствами. Эта задача является как научной, так и промышленной, что определяет главную, можно сказать, двойную главную проблему химии:

1. получение веществ с заданными свойствами как производственная, практическая задача;
2. нахождение способов контроля за свойствами веществ как исследовательская проблема.

Решение этих задач породило четыре основных этапа (концептуальные системы) в развитии химии с XVII века по настоящее время.

Первая концептуальная система - это учение об элементарном составе веществ, вторая - о строении химических соединений, третья - учение о химических процессах, и последняя, четвертая концептуальная система - эволюционная химия.

Последняя, четвертая система, представляет собой единую теорию химической эволюции и биогенеза. Эта теория решает в одном комплексе вопросы о движущих силах и механизмах эволюционного процесса, то есть о законах химической эволюции, о выборе элементов и структур и их причинах, об уровне химической организации, об иерархии химических систем в результате эволюции.

Развитие идеи о происхождении жизни на земле

Существует большое количество идей о происхождении жизни на Земле. Наиболее важными из них являются: теория стационарного состояния, теория креационизма, теория спонтанного происхождения жизни, теория панспермии, теория случайного единичного происхождения жизни, теория биохимической эволюции. Есть также современные представления о происхождении жизни на Земле.

Теория Спокойного Государства. Согласно этой концепции, Земля никогда не существовала, но всегда существовала и всегда была способна поддерживать жизнь. Если на Земле произошли изменения, то они были очень малы.
Сторонники этой концепции приводят в качестве основного аргумента существующие неопределенности в физических, химических и геологических теориях при определении возраста Земли и Вселенной в целом.

Виды, согласно этому понятию, всегда существовали и для них есть только два варианта: выжить за счет чисел или вымернуть.

Сторонники этой концепции также ставят под сомнение результаты палеонтологических исследований по изменению живых организмов с течением времени. Например, по палеонтологическим данным, диптеранцы вымерли 70 миллионов лет назад. Однако в современную эпоху представители этого вида были обнаружены на территории Мадагаскара.

По мнению сторонников этой концепции, сравнение палеонтологических данных с современными видами может иметь только экологическое значение: Перемещение видов, увеличение их численности или вымирание в неблагоприятных условиях.

Существующие пробелы в палеонтологической летописи видов, на которые обратил внимание французский ученый Ж. Кювье (1769 - 1832), и объяснение их возникновения периодическими катастрофами на Земле используются сторонниками этой концепции как аргументы в пользу вечного, неиссякающего и неиссякающего явления жизни.

Теория креационизма. Она имеет самую древнюю историю, поскольку практически во всех политеистических религиях происхождение жизни считается божественным актом творения, доказательством чего является существование в живых организмах особой силы, контролирующей все биологические процессы. Эти взгляды разделяют многие религиозные учения европейской цивилизации. Процесс божественного сотворения мира и живых существ недоступен для наблюдения, а божественный план недоступен для человеческого понимания.

Интересным образом в креационизме решен вопрос о продолжительности акта сотворения мира. В Библии сказано, что Бог сотворил мир за шесть дней. Некоторые христианские богословы считают, что это были обычные 24-часовые дни. Другие богословы относятся к библейским текстам как к аллегориям и считают, что день творения длился тысячу лет.

Но во всех случаях весь аргумент основывается только на вере в библейское откровение, истина которого, в отличие от научных истин, не может быть поставлена под сомнение.

Таким образом, концепция креационизма в основном не является научной, поскольку она зародилась в религиозном мировоззрении. Она утверждает, что жизнь такая, какая она есть, потому что Бог создал ее таким образом. Это практически исключает вопрос научного решения проблемы происхождения жизни, поскольку все религии требуют, чтобы эта позиция была принята по вере, без доказательств.
Т

ем не менее, эта концепция была и остается очень популярной.

Теория спонтанного происхождения жизни

Эта теория также возникла давно и долгое время была единственной альтернативой креационизму. Это возникло из повседневных наблюдений, что в кучах мусора, гниющих отбросах постоянно появляются личинки, черви и мухи. Поскольку в древности о существовании микроорганизмов ничего не было известно, считалось, что все низшие организмы появились в результате самообразования. Средневековые ученые, например, предполагали, что рыба может возникать из грязи, мыши - из грязи, а мухи - из мяса. Этими взглядами придерживались многие известные ученые (Аристотель, Парацельс, Коперник, Галилей, Декарт и др.), благодаря авторитету которых эта теория могла стоять долгое время.

Однако с XVII века свидетельства против такого понимания происхождения жизни стали накапливаться. В 1668 году итальянский натуралист и врач Франческо Реди провел серию экспериментов, чтобы доказать, что белые черви в гнилом мясе были ничем иным, как личинками мух. Он сформулировал знаменитый принцип, что "все живое происходит от живых существ". Реди основал концепцию биогенеза, которая утверждает, что жизнь возникает только из предыдущей жизни.

Эксперименты Реди были простыми и убедительными. Он клал куски мяса в различные сосуды. Некоторые из этих сосудов он оставил открытыми, а другие накрыл воздухопроницаемым материалом. Вскоре в первых сосудах появились личинки мухи, но в крытых сосудах их не было. Таким образом, он доказал невозможность самопродукции червей из гниющей плоти в отсутствие мух.
Несмотря на убедительность экспериментов Реди, споры по этой теории продолжались до середины XIX века, когда французский ученый Лю Пастер наконец доказал невозможность самостоятельного создания простых организмов с помощью простых и оригинальных экспериментов.

Эксперименты Пастера показали, что микроорганизмы появляются в органических растворах, потому что их микроорганизмы были ранее введены туда. Если емкость, содержащая питательную среду, стерилизуется (пастеризуется), тем самым предотвращая попадание микробов в емкость, самопрорастание не происходит. Эксперименты Пастера подтвердили принцип Реди и показали научную несостоятельность концепции самопроизвольного самооплодотворения организмов.

Но, к сожалению, после того, как Пастер опроверг эту концепцию, он не предложил новую идею. Поэтому в начале ХХ века наука не смогла ответить на вопрос о том, как зародилась жизнь на Земле.

Концепция саморождения жизни, несмотря на свою ошибочность, сыграла положительную роль в развитии естествознания, поскольку эксперименты по ее подтверждению помогли обеспечить богатый эмпирический материал для развивающейся биологической науки.

Теория панспермии

Почти одновременно с экспериментами Пастера немецкий ученый Георг Рихтер выдвинул гипотезу о переносе живых существ из космоса на Землю, которую позже назвали понятием панспермии (от греческого pan - все, sperma - семя). Согласно этой гипотезе, эмбрионы простых организмов могли прилетать на Землю вместе с метеоритами и космической пылью, а затем, в процессе эволюции, порождать все многообразие земной жизни.

Другими словами, жизнь могла возникнуть в разное время в разных частях галактики и так или иначе быть перенесена на Землю. Основную идею этой концепции разделяли великие ученые конца XIX века Кельвин, Гельмгольц, В.И. Вернадский и другие, что способствовало ее широкому распространению.
В 1908 году шведский химик Сванте Аррениус предложил аналогичную гипотезу. Он предложил, чтобы микробы жизни вечно существовали во Вселенной, двигаясь в космосе под действием лучей света и оседая на поверхности планет, особенно Земли, порождали жизнь.

Довольно много сторонников этой концепции есть в наши дни. Например, американские астрономы, исследуя газовую туманность, расположенную в 25 тысячах световых лет от Земли, обнаружили в ее спектре следы аминокислот и других органических веществ.

В начале 1980-х годов американские исследователи в Антарктиде обнаружили фрагмент скалы, который когда-то был отделен от поверхности Марса большим метеоритом. В этой скале были найдены окаменелые останки микроорганизмов, похожих на земные бактерии. Это может указывать на то, что примитивная жизнь существовала на Марсе в прошлом и может все еще быть настоящим сегодня.

Тем не менее, нет серьезных аргументов в пользу концепции панспермии. Но есть серьезные аргументы против этого. Дело в том, что хотя диапазон условий возможного существования живых организмов достаточно широк, тем не менее, в нем говорится, что они (эти организмы) должны умереть в космосе под действием ультрафиолетовых и космических лучей.

Были попытки опровергнуть эту позицию. Например, голландский ученый М. Гринберг считал, что жизнь на нашей планете принесла комета. По его словам, живые клетки образовались в газовых хвостах комет. Поэтому он попытался воспроизвести кометную среду в лаборатории. Для этого Гринберг охладил смесь метана, окиси углерода и воды до температуры 269 ºC и подверг ее ультрафиолетовому облучению. В результате он получил сложные органические соединения. Но эксперименты Гринберга не изменили мнение большинства ученых. А.Ф. Хойл, например, предположил, что микроорганизмы возникают в космосе, захватываются кометами и рассеиваются в атмосфере планет, которые они проходят. Но предопределенность такого появления жизни крайне мала, и возможность сама по себе не является важнейшим условием появления жизни в космосе или на Земле.

Главный недостаток теории панспермии заключается в том, что она не позволяет определить причину и механизм возникновения жизни, поскольку не дает ответа на фундаментальный вопрос о происхождении жизни, а просто констатирует, что жизнь зародилась не на Земле, а в другом месте, тем самым перенося проблему в космическое пространство. При всей широте спектра возможных условий существования живых существ вероятность нахождения жизни в Солнечной системе считается очень низкой. Случай нахождения в метеоритах объектов, напоминающих примитивные формы жизни, до сих пор не выглядит убедительным.

Теория о случайном единичном происхождении жизни

Ее суть заключается в гипотезе о случайном происхождении первичной живой молекулы на Земле, которая появилась лишь однажды за время существования нашей планеты. В связи с этим экспериментально проверить эту гипотезу невозможно.

Эта гипотеза получила широкое распространение среди генетиков в связи с открытием роли ДНК в феномене наследования. Г. Меллер развивал идею о том, что единственная "молекула живого гена" с внутримолекулярной жизненно-детерминирующей структурой, которую она носила неизменной на протяжении всей эволюции жизни на Земле, возникла чисто случайно.

Долгое время образцом такой "живой молекулы" считалась частица нуклеопротеина вируса табачной мозаики. Однако теперь стало очевидно, что вирусы нельзя рассматривать как промежуточную стадию на пути к зарождению жизни. Дело в том, что вирусы - это организмы, которые паразитируют на других живых организмах, в которых они могут только жить.

Поэтому сначала должна возникнуть жизнь, а затем и вирусы.
Тем не менее, идея случайного происхождения ДНК все еще широко распространена в научной литературе, несмотря на то, что вероятность такого события очень мала. И при всей своей внешней научности это понятие не сильно отличается по степени доказанности от понятия креационизма. Теория биохимической эволюции.

До середины ХХ века многие ученые считали, что органические соединения могут образовываться только в живом организме. Поэтому их называли органическими соединениями, в отличие от веществ неживой природы - минералами, которые называли неорганическими соединениями.

Предполагалось, что органические вещества образуются только биогенно, в то время как природа неорганических веществ совершенно иная, так что образование даже самых простых организмов из неорганических веществ совершенно невозможно. Однако после того, как было синтезировано первое органическое соединение из обычных химических элементов, понятие двух разных эссенций органических и неорганических веществ оказалось несостоятельным. В результате этого открытия появилась органическая химия и биохимия для изучения химических процессов в живых организмах.
Кроме того, это научное открытие позволило создать концепцию биохимической эволюции, согласно которой жизнь на Земле возникла в результате физических и химических процессов. Эта гипотеза была основана на данных о сходстве веществ, входящих в состав растений и животных, о возможности синтеза в лабораторных условиях органических веществ, входящих в состав белков.

Академик А. И. Опарин опубликовал в 1924 г. работу "Происхождение жизни", в которой установил принципиально новую гипотезу о происхождении жизни. Суть гипотезы состояла в том, что зарождение жизни на Земле - это длительный эволюционный процесс формирования живой материи в недрах неживой материи. И это происходило путем химической эволюции, в результате которой из неорганического под влиянием мощных физико-химических факторов формировалось простейшее органическое вещество, и таким образом химическая эволюция постепенно поднималась на качественно новый уровень и трансформировалась в биохимическую эволюцию.

Рассматривая проблему происхождения жизни по биохимической эволюции, Опарин выделяет три стадии перехода от неживой к живой материи:

• синтез исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях первичной атмосферы первозданной земли;
• образование биополимеров, липидов, углеводородов из накопленных органических соединений в первичных резервуарах Земли;
• Самоорганизация сложных органических соединений, возникновение на их основе и эволюционное совершенствование процесса метаболизма и воспроизводства органических структур, которое завершается формированием простейшей клетки.

Несмотря на всю экспериментальную обоснованность и теоретическую убедительность, концепция Oparin имеет как сильные, так и слабые стороны.
Сильной стороной концепции является ее довольно близкое соответствие химической эволюции, согласно которой происхождение жизни является естественным результатом пребиологической эволюции материи.

Убедительным аргументом в пользу этой концепции является также возможность экспериментальной проверки ее основных положений. Это предполагает не только лабораторное воспроизведение предполагаемых физико-химических условий первобытной Земли, но и репликацию коакерватов, имитирующих предка клетки и ее функциональные свойства.

Слабой стороной концепции является невозможность объяснить момент скачка от сложных органических соединений к живым организмам. На самом деле, ни один из проведенных им экспериментов не дал жизнь. Более того, Опарин допускает возможность самообновления коацерватов при отсутствии молекулярных систем с функциями генетического кода. Другими словами, без реконструкции эволюционного механизма наследования невозможно объяснить скачок от неодушевленного к неодушевленному. В случае с последним, считается, что в настоящее время не удастся решить эту очень сложную проблему биологии без включения в нее понятий открытых каталитических систем, молекулярной биологии и кибернетики.

Биохимическое развитие теории академика Опарина

Первая научная теория происхождения живых организмов на Земле была предложена советским биохимиком А. И. Опариным (1894-1980). В 1924 году он опубликовал документ, объясняющий, как жизнь могла зародиться на Земле. Согласно этой теории, жизнь возникла в специфических условиях древней Земли и рассматривается Опариным как естественный результат химической эволюции углеродных соединений во Вселенной.
По мнению Опарина, процесс, приведший к появлению жизни на Земле, можно разделить на три этапа:

• Формирование органических веществ;
• Формирование биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и т.д.) из более простых органических веществ;
• Происхождение примитивных самореплицирующихся организмов.

Астрономические исследования показывают, что как звезды, так и планетарные системы образуются из газопылевой материи. Химические исследования газо-пылевого вещества в галактике показали, что помимо металлов и их оксидов в ней обнаружены водород, аммиак, вода и простейший углеводород - метан.

Вторая стадия - образование белков. Условия для начала процесса формирования белковых структур были созданы с момента формирования первичного океана. Прежде всего, в водной среде углеводородные производные могут претерпевать сложные химические изменения и превращения. В результате такого осложнения молекул могут образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.

Согласно теории Опарина, еще одним шагом на пути к появлению белковых тел может быть образование капель коацервата, микроскопических капель, которые осаждаются при смешивании двух белковых растворов. Это породило новый закон, уже имеющий биологическую природу - естественный отбор капель коацервата. Под влиянием естественного отбора качество организации белка постоянно менялось. Это и послужило причиной той связи процессов синтеза и разложения, которая привела к появлению первых живых организмов. Видимо, это были гетеротрофы, получавшие свою энергию путем бескислородного разложения органических соединений. Появление атмосферы с современным химическим составом связано с развитием жизни. Появление организмов, способных к фотосинтезу, привело к выбросу кислорода в атмосферу.

Теория биохимической эволюции имеет наибольшие сторонники среди современных ученых. Земля образовалась около пяти миллиардов лет назад; первоначально температура ее поверхности была очень высокой (до нескольких тысяч градусов). При охлаждении образуется твердая поверхность (кора - литосфера).

Атмосфера, изначально состоявшая из легких газов (водород и гелий), не могла эффективно удерживаться недостаточно плотной Землей, и эти газы были заменены более тяжелыми: Водяной пар, углекислый газ, аммиак и метан. Когда температура Земли упала ниже 100 ºC, водяной пар начал конденсироваться и образовывать океаны. В то время, по замыслу А. И. Опарина, происходил абиогенный синтез, т. е. синтез более сложных органических соединений, а затем биополимеров начинался в первичных океанах Земли, насыщенных различными простыми химическими соединениями, "в первичном бульоне" под воздействием вулканического тепла, молниеотвода, интенсивного ультрафиолетового излучения и других факторов окружающей среды.

Формированию органических веществ способствовало отсутствие живых организмов - потребителей органической материи - и основного окислителя - кислорода. Сложные молекулы аминокислот случайным образом объединялись в пептиды, которые, в свою очередь, формировали исходные белки. Именно из этих белков были синтезированы первые микроскопические живые существа.
Самой сложной проблемой современной эволюционной теории является превращение сложных органических веществ в простые живые существа.

Опарин считал, что решающую роль в превращении неживых существ в живые играют белки. Видимо, белковые молекулы притягивали молекулы воды и образовывали коллоидные гидрофильные комплексы. Дальнейшее слияние таких комплексов друг с другом привело к выделению коллоидов из среды воды (коацервация). Молекулы липидов, примитивной клеточной мембраны, образуются на границе между коацерватом (от латинского coacervus - кусок, куча) и средой. Считается, что коллоиды обмениваются молекулами с окружающей средой (прототип гетеротрофного питания) и аккумулируют определенные вещества. Другой тип молекулы предлагает возможность воспроизводить себя. Система взглядов Опарина была названа "гипотезой коацервата".

Гипотеза Опарина была лишь первым шагом в развитии биохимических представлений о происхождении жизни. Следующим шагом стали эксперименты Л.С. Миллера, который в 1953 году показал, как аминокислоты и другие органические молекулы могут образовываться из неорганических составляющих первичной атмосферы Земли под действием электрических разрядов и ультрафиолетового излучения.

Академик РАН В. Н. Пармон и ряд других ученых предлагают различные модели для объяснения того, как в среде, насыщенной органическими молекулами, могут протекать автокаталитические процессы, воспроизводящие некоторые из этих молекул. Некоторые молекулы реплицируются более успешно, другие менее успешно. Так запускается процесс химической эволюции, предшествующий биологической.

На сегодняшний день среди биологов преобладает гипотеза о мире РНК, которая утверждает, что существует промежуточная стадия между химической эволюцией, в которой отдельные молекулы реплицируются и конкурируют друг с другом, и полноценной жизнью, основанная на модели ДНК-РНК-белка, в которой отдельные молекулы РНК реплицируются и конкурируют друг с другом. Уже существуют исследования, показывающие, что некоторые молекулы РНК обладают аутокаталитическими свойствами и могут обеспечивать саморепликацию без участия сложных белковых молекул.
Современная наука еще далека от полного объяснения того, как именно неорганическая материя достигла высокой степени организации, характерной для жизненных процессов. Тем не менее, очевидно, что это был многоступенчатый процесс, в ходе которого степень организации материи возрастала шаг за шагом. Восстановление конкретных механизмов этого поэтапного усложнения - задача будущих научных исследований. Есть два основных направления для этого исследования:

• сверху вниз: анализ биологических объектов и изучение возможных механизмов формирования их отдельных элементов,
• снизу вверх: увеличение "химии" - изучение все более сложных химических соединений.

До сих пор не удалось установить полноценную связь между этими двумя подходами. Тем не менее, биоинженерам уже удалось собрать простейший живой организм - вирус - из биологических молекул по "схеме F", т.е. по известному генетическому коду и структуре белкового покрытия. Это доказало, что для создания живого организма из неживой материи не требуется никакого сверхъестественного воздействия. Таким образом, единственный вопрос, на который необходимо ответить, заключается в том, как этот процесс может происходить в природной среде без участия человека.
начало жизни, эволюция Земли

Широко распространено "статистическое" возражение против абиогенного механизма возникновения жизни. Например, в 1966 г. немецкий биохимик Шрамм подсчитал, что вероятность случайной комбинации 6000 нуклеотидов в РНК-вирусе вируса табачной мозаики 1 составляет один шанс из 102 000. Это крайне низкая вероятность, указывающая на полную невозможность случайного образования такой РНК. Однако в действительности это возражение неверно истолковано. Она предполагает, что вирусная молекула РНК должна образоваться "из ничего" из рассеянных аминокислот. При поэтапном усложнении химических и биохимических систем вероятность рассчитывается совершенно по-разному. Более того, нет необходимости приобретать только один такой вирус, а не другой. С учетом этих возражений выясняется, что оценки вероятности происхождения вирусной РНК совершенно неадекватны и не могут считаться убедительным возражением против абиогенной теории происхождения жизни.

Заключение

Существует множество теорий о происхождении жизни на Земле, в том числе гипотеза о происхождении жизни из ледяного куба, и теория внеземного происхождения жизни, и даже о происхождении жизни в местах с вулканической активностью.

Некоторые из этих теорий научно обоснованы, в то время как другие не были тщательно исследованы. В любом случае, из всех существующих теорий, большая часть научного мира поддерживает теорию Чарльза Дарвина о том, что жизнь на Земле зародилась в водоемах.

Скачок от неорганической к органической, а затем к живой материи очевиден, но эти переходы пока не могут быть объяснены на основе физических, химических и биологических теорий.

Проблема происхождения жизни остается камнем преткновения в современной естественной науке, так как нет достаточных доказательств ни для одной из выдвинутых гипотез.

Таким образом, взгляды на проблему происхождения жизни изменились на протяжении веков, но наука все еще далека от ее решения. Как и сто двести лет назад, на эту тему до сих пор существуют споры, и даже сегодня нет веских аргументов в пользу какой-либо точки зрения. Таким образом, выбор позиции определяется внутренними убеждениями каждого участника спора.

Тем не менее, все большее число ученых склонно рассматривать жизнь как особую форму материи-движения, которая постепенно появляется на определенном этапе ее развития.

Конечно, возникновение жизни содержало в себе элемент случайности, но это было не совсем случайно, а необходимо из-за ее регулярности.

Скорее всего, жизнь возникла в процессе самоорганизации материи, когда химическая эволюция после одной из точек бифуркации привела к появлению живого организма и началу биологической эволюции.

Как мы видим, эволюция жизни на Земле - это очень длительный и довольно сложный процесс. Но именно этому процессу мы обязаны своей жизнью и существованием.

Список литературы

1. Происхождение жизни на земле, как примитивно выглядела земля, эволюция жизни на земле: от простого к сложному. М.: 2006.
2. Комаров В.Е., Рязанова Г.Е. Пространство и время химического движения (вопросы методологии).М., 2004. - 135 с.
3. Кузнецов В.И. Тенденции развития химии. М., 2003. - 213 с.
4. Основные теории о происхождении жизни на Земле. М.: 2000.
5. Пармон В.Н. Новизна в теории происхождения жизни, химии и жизни, № 5, 2004. 
6. Происхождение жизни М.: 2001.