: Проблема возникновения жизни на земле
Экзаменационная работа
по биологии
ученика 11 Б класса
средней школы №943
Южного учебного Округа
Московского комитета образования
Тервисиди Леонида
Тема: лПроблема возникновения жизни на земле.
Учитель: Аношина Е.В.
Москва 1997 - 98 учебный год.
План реферата.
Введение.
Глава 1. Первые шаги.
1.1. Философские мысли о возникновении жизни.
1.2. Религиозные взгляды на жизнь.
1.3. Научный взгляд на жизнь.
1.4. Жизнь из космоса.
Глава 2. Возникновение жизни.
2.1. Предпосылки возникновения жизни на земле.
2.2. Зарождение и развитие эволюционной идеи.
2.3. Эволюция одноклеточных организмов.
2.4. Возникновение и развитие многоклеточной
организации.
2.5. Эволюция растительного мира.
2.6. Эволюция животного мира.
2.7. Эволюция биосферы.
Заключение.
Введение.
В нашей современной суете мы слишком заняты своими повседневными делами, но
стоит вырваться куда-нибудь в лес, в горы, к реке, оглядеться и сразу в
голове возникает множество вопросов: как это все появилось, какое место в
природе занимает человек.
С незапамятных времен происхожденние жизни было загадкой для человеченства. С
монмента своего появления благондаря труду человек начинает выделяться среди
остальнных жинвых сунществ. Но спонсобность задать себе вопрос лоткуда мы?
человек получает сравнинтельно нендавно-7-8 тыс. лет назад, в начале нонвого
каменного века (неолита). Весьма принмечательно, что именно в начале неонлита
люди выходят из пещер и начинают строить понстоянные жинлища на открынтых
местах. Перед взором человека раснкрывается мир, который до того был ему
известен лишь частично по охотничьим вылазкам. Карнтина окружающего мира
непренрывно обогащается, так как человенческий разум открынвает все новые
горинзонты. Этому способствует зарождение земледелия и ремесел. До этого
времени человек с трудом отделял себя от других животных (человек был и
охотнником, и своеобразной дичью), но понстепенно он стал отграничивать себя
от природы и своим внутренним духовным миром. Вместе с этим появляется вера в
то, что окружаюнщая природа - животные и раснтения, реки и моря, горы и
равнины-то же одушевлена.
Это примитивное, но практичное отождествление окружающей природы с
одушевнленнностью человека имело серьезные последствия. Первые примитивные
формы веры в неренальные, сверхъестественные или божественные силы,
существовавшие уже 35-40 тыс. лет назад, расширяются и укрепляются. Человек
понимает, что он смертен, что одни рожндаются, а другие умирают, что он
создает орудия труда, обрабатывает земли и полунчает ее плоды. А что же лежит
в основе всего, кто первосоздатель, кто создал землю и небо, животных и
раснтения, воздух и воду, день и ночь и, наконец, самого человека?
Так возникло представление о сотвонрении мира как о лтворческом акте бонга,
и этот миф лежит в основе всех релингий. В Библии говорится: лВ начале Бог
создал небо и землю; на четвертый день Бог распоряжается: лДа произведет
вода обильное множество одушевленнных гандов, и птицы да летают над землей в
ненбесном просторе. Вторая часть творенния: лИ создал Бог человека по своему
образу и подобию. И, наконец: лГоснподь Бог создал женнщину из ребра,
котонрое взял от человека, и привел ее к челонвеку.
Как сборник различных по времени написания и по содержанию произведенний
древннеевнрейской культуры Библия (ее древнейшая часть известна с IX в. до н
.э.) заимствонвала преднставления о сонтворении мира из древневавилонских и
древнеегипетских мифов. Эти мифы -продукт чистой фантастики и мистицизнма,
но они показывают нам, какими бынли древние представления о происхожденнии
мира. Впрочем, они властвовали умами людей на протяженнии тысячелентий;
многие верят в них даже и сегодня; известно, что простого человека ленгенды и
мифы всегда волновали больше, чем научная истина.
Одна счастливая находка - алебастронвая ваза, найденная при археологических
раскопнках древнешумерского города Урука, который существовал в Южной
Месопотамии 4000 лет назад - позволила познакомиться с древними
представленниями о возникновении жинвых сунществ. Ваза украшена в несколько
ярусов. В самом низу изображены морские волны. Из них поднимаются растения,
далее слендуют животные, а на самом верху - люнди. Над всем этим -
скульптурная компонзиция с богиней жизни и плодородия Иштар. Примечательно,
что еще с древнних времен идет стремление человека понставить себя на верхней
ступени лестнницы жизни как существо, лстоящее блинже всех к ангелам.
Идея самозарождения жизни из воды, ила или гниющей материи также идет от
древнних мифов. В различных вариантах эта идея дожила до начала нашего века.
Глава 1. Первые шаги.
1.1. Философские мысли о возникновении жизни.
Древнегреческие философы Милетской школы (VIII-VI вв. до н. э.) принимали
идею вознникновения живых существ из воды либо из различных влажных или
гниющих матенриалов, что было результатом непосредственного влияния
вавилонской культуры. Но еще Фалес (624-547 гг. до н. э.) оспаривал
минфологические представления и создал стинхийно-материанлистическое
мировознзрение с элементами диалектики.
Согласнно Фалесу и его последоватенлям, возникнновение живых существ из воды
пронизошло без какого-либо вмешательств дунховных сил; жизнь есть свойство
материи. А. И. Опарин обоснованно отменчает, что филонсофские взгляды
Милетской школы лсодержат зачатки всех коннцепций по вопросу происнхождения
жизнни, которые впоследствии будут развиты более детально.
Яркое материалистическое развитие идеи самозарождения живых существ
осуществнлянется позже в трудах Демокринта (460-370 гг. до н. э.) и Эпикура
(341-270 гг. до н. э.). По мненнию этих финлософов, возникновение живых
существ -естественный процесс, резульнтат принродных сил, а не лакта
творения внешнних сил.
Идеи Платона (427-347 гг. до н. э.) о двойственности мира - первичном мире
идей и втонричном, материальном, мире -сыграли отрицательную роль в развитии
взглядов на возникнновение жизни. Даже такой разносторонний и самобытный
финлософ, как Аристонтель (384Ч322 гг. до н. э.), который колебался между
идеализнмом и материализмом, признавал бога за высшую форму и
перводвигатель.
Сонгласно Аристотелю, организмы могут происходить от организмов, но вместе с
тем могут возникать и от неживой матенрии. Он считает, что матенрия лишь
паснсивное начало, возможность, которая может осуществиться только через
опренделенную форму. Бытие содержит внунтреннюю цель развития (энтелехию). По
Аристотелю, именно энтелехия как ценлеустремленная внутренняя сущность
вдыхает жизнь в материю. Взгляды Аринстонтеля почти на 2000 лет определяют
судьбу идеи о самозарождении жизни, которая станонвится предметом ряда
идеалистических и мистических трактантов.
1.2. Религиозные взгляды на жизнь.
По вопросу о происхождении жизни было широко развито учение о самозарождении
орнганизмов, сущность конторого христианские богословы видели в одуншевлении
безжизнненной материи лвечным божественным дунхом.
В качестве примера здесь можно сослаться на одного из наиболее известных
богословов средних веков, Фому Аквинского, учение которого и по сей день
признается кантоличенской церковью единственной истинной философией. В своих
сочинениях Фома Аквиннский учил, что живые сунщества возникают путем
одухотворения безжизненной мантерии. Так, в частнонсти, образуются лягушки,
змеи, рыбы при гниении морской тины и унанвонженной земли. Даже те черви,
которые в аду мучают грешников, по мнению Фомы Акнвинского, возникают там в
результате гниения грехов. Фома вообще всячески поддержинвал и
пропагандировал воинствующую демоннологию. Он считал, что дьявол ренально
сунществует как глава целого полчища демонов. На этом основании он утверждал,
что вознникновение паразинтов, вредянщих человеку, может происходить не
только по повелению божьему, но и в результате кознней дьявола и подчиненных
ему духов зла. Практическим выводом из этого понложения явинлись
многочисленные в средние века процессы над лведьмами, которых обвиняли в
том, что они напускали мышей и других вредителей на поля и танким образом
губили посевы.
В реакционном учении Фомы Аквинского западная христианская церковь возвела в
догму принцип внезапнного самозарождения организмов, согласно которому жинвые
сунщества вознникают из безжизненной материи вследнствие ее одушевления
духовным начанлом.
Раннее христианство в вопросе о происхождении жизни основывалось на библии,
котонрая в свою очередь заимнствовала данные из мистических сказаний Египта и
Ванвинлона. Богонсловские авторитеты конца четвертого и нанчала пятого века,
так называемые отцы христинанской церкви, сочетали эти сказания с учением
неоплатонинков и разрабонтали на этой осннове свою мистическую концеп
нцию происхождения жизни, которая полнностью сонхранена и до настоящего
времени всеми христианскими вероученниями.
Живший в середине четвертого века нашей эры епинскоп Кесарийский Василий
(которому церковь принсвоила звание святого и великого) в своих проповедях о
сотвонрении мира в шесть дней учил, что Земля по повенлению бога сама из себя
произвела разнличные травы, конренья и деревья, а также саранчу, насекомых,
лягушек и змей, мышей, птиц и угрей. лЭто повеление бога, Ч писал Василий, Ч
действует и до сих пор с неоснлабеваюнщей силой.
Как известно, в основе так называемых монотеистиченских религий (иудаизма,
хринстианнства, ислама) лежит теизм, т. е. вера в существование вне мирового
существа Ч бога, созндавшего мир и управляющего им. Это минровоззрение имеет
метафизический характер, так как оно учит, что природа создана богом в
законченном, сонверншенном виде и поэтому все в ней якобы постоянно,
ненизменно. Виднейший средневековый богослов Фома Аквинский говорил, что идея
развития, беспрерывного обнонвления мира колеблет креационизм (от лкреацио Ч
творение) Ч догмат божественного творческого акта, так как лделает менее
очевидным бытие бога. Даже многие ученые прошлого под влиянием
господствовавшей религиозной идеологии отрицали взгляд о преемстнвенной связи
органнических видов, т. е. считали, что эти виды понявились в результате
отдельных и незавинсимых друг от друга актов творения, так что лвидов
столько, сколько различных форм было создано в самом начале.
Дарвин в своей гениальной книге лПроисхождение видов нанес сокрушительный
удар креационно- метанфизическому учению о живой природе, дав непревзойденное
по своей убендительности доказательство факта органиченской эволюции, Ч факта
не только лтекучести органиченских видов, но и их неразрывной преемственнной
связи. Благодаря этому стало ясно, что органические формы понявились не сразу
чудесным образом, в гонтонвом виде, а еснтественным путем одни от других в
процессе длительного развития. А это означает, что жинвая природа не
находится в стабильном, неизмененном состоянии: она имeeт свою долгую историю
Ч свое проншлое, настоящее и будущее.
Когда капитан корабля лБигль Р. Фиц-Рой, с которым Дарвин совершил свое
знанменитое кругосветное путеншествие, рьяно выступил против основного вывода
эволюциноннной теонрии, отстаивая несомненность библейнского сказа
ния о сотворении мира, Дарнвин сказал: лЖаль, что он н
е предложил своей теории, по которой маснтодонт и прочи
е крупные животнные вымерли по той причине, что дверь в ковчеге Ноя была
сделана слишком узкой, чтобы они могли пролезть
туда.
Повседневно мы наблюдаем, что все живые существа возникают путем рождения от
себе подобных: человек родится от человека, теленок Ч от коровы, цыпленок
вынлуплянется из того яйца, которое снесла курица, рыбы разнвиваются из
отложенной такими же рыбами икры, раснтения вырастают из семян, которые
созрели на таких же растениях. Но так не могло быть всегда, извечно. Наша
планета Земля имеет свое начало, она когда-то вознникла. Откуда же появились
на ней прародители .всех животных и растений?
Согласно религиозным представлениям все разнообнразные живые существа были
первонанчально созданы бонгом. Вследствие этого творческого акта божества на
Земле сразу, в готонвом виде, возникли все прародители (тех животных и
растений, которые сейчас населяют нашу планету. Особым творческим актом был
якобы созндан и первый человек, от которого пошли все люди на Земле.
В частности, согласно священной книге евреев и хринстиан Ч библии Ч бог создал
весь мир в шесть дней, принчем на третий день им были сотворены растения, на
пянтый Ч рыбы и птицы, а на шестой Ч звери и, наконнец, Ч люди: сперва мужчина,
а потом женнщина. Пернвого челонвека, Адама, бог слепил из безжизненного
матенриала, глины и затем вдунул в него душу
, от чего он и стал живым.
Изучение истории религии показывает, что эти наивнные сказки о внезапном
возникнновении животных и раснтений во вполне готовом, организованном виде
покоятся на ненвежественнном, некритическом истолковании понверхнностных
наблюдений окружающей нас природы.
На этой основе в течение многих веков существовало убеждение, что Земля
является плонской и неподвижной и что Солнце обращается вокруг нее, подымаясь
на востоке и скрыванясь в море или за горами на западе. Такого же рода
поверхностные наблюдения нередко внушали челонвеку мысль, что различные живые
существа, как, напринмер, насенкомые, черви, а иной раз даже рыбы, птицы и
мыши, могут не только рождаться от себе подобнных, но и непосредственно
возникать сами собой, самозарождаться из ила, навоза, земли и других
безжизненнных материанлов. Всюду, где человек сталкивался с внезапным и
маснсовым появнлением живых существ, он раснсматривал его как самозарождение
жизни. Ведь и сейчас инонгда невенжественный человек убежден в том, что черви
зарожданются в навозе и гниющем мясе, а различные паразиты в домашнем быту
возникают сами собой из отбросов, грязи и нечистот. От его поверхностного
наблюдения ускольнзает то обстоятельство, что грязь и отнбросы являются лишь
тем местом, гнездом, куда паразиты откладывают свои яички, из конторых затем
и разнвивается новое поконление живых сунществ.
Древние учения Индии, Вавилона и Египта рассказынвают о таком внезапном
зарожденнии червей, мух и жунков из навоза и грязи, вшей из человеческого
пота, лягушек, змей, мышей и крокодилов из грязи Нила, светлянков из искр
догорающих костров. Эти сказанния о самозанрожденнии связывались в указанных
учениях с религинозными легендами и преданиями. Внензапное возникновение
жинвых существ объяснялось лишь как частный случай пронявления творческой
воли богов или демонов.
1.3. Научный взгляд на жизнь.
Только в середине XVII в. тосканский врач Франческо Реди (1626-1698)
преднприннимает первые опыты по самозаронждению. В 1668 г. он доказал, что
белые черви, котонрые встренчаются в мясе, являются личинками мух; если мясо
или рыбу закрыть, пока они свежие, и предотнвратить доступ мух, то они, хотя
и сгниют, но не произведут червей.
Сегодня опыты Реди выглядят нанивными, но они представляли собой первый
пронрыв фронта мистических представлений о формировании живых существ.
Опыты по самозарождению жизни проводит и шотландский ученый Т. Ниидам (1713-
1781), но их опровергает итальянец Л. Спалланцани (1729-1799) как совершенно
нечисто поставнленные. Сам Спалланцани проводит опыты, конторые подтверждают
выводы Реди о ронли стерильности при подобных эксперинментах.
Почти через двести лет после Реди в 1862 г. великий французский ученый Луи
Пастер (1822-1895) публикует свои нанблюдения по проблеме произвольного
самозарожндения.
Он доказывает, что внензапное возникновение (лспонтанное самозарождение )
микнробов в различных виндах гниющих настоек или экстрактов не есть
возникновение жизни. Гниение и брожение-это результат жизнедеянтельности
микроорганизмов, чьи зарондыши внесены изнвне. МикробыЧсложнно устроенные
организмы и могут производить себе пондобные сущенства, т. е. живое
происходит от живого. Как ученный, который доверяет только результантам
научных опытов, Пастер не делает глубоких выводов о происхожденнии жизнни.
Однако его исследования окончательнно разрушили вековые предрассудки о
спонтанном самозарожденнии.
Независимо от этого после опытов Пастера решение проблемы происхожденния
жизни стало чуть ли не невознможным. Приверженцы религии с облегнчением
вздохнули. Разуменется, сам Панстер никогда не утверждал, что жизнь не может
возникнуть первично. Но больншинство его современников именно так истолковали
его опыты, принимая их за доказательнство того, что жизнь не может возникнуть
из неживой материи. В связи с этим известный английский ученый Дж. Холдейн
отмечает: лПо целому ряду историченских причин христинанская цернковь приняла
именно эту последнюю точку зрения, потому что она, по мнению церкви,
подчеркивала контраст между духом и материей.
В эти тяжелые для естествознания времена появляются трезвые умы (Т. Гексли,
Дж. Тиндал и др.), которые во второй половине XIX в. высказывают
предположение, что жизнь возникла в первичном океане из неорганического
венщества в результате природнного процеснса.
1.4. Жизнь из космоса.
В это время возрождается и идея коснмического посева (панспермии),
высканзанная еще в V в. до н. э. греческим финлософом Анаксагором. По его
учению, жизнь возникла из семени, которое сущенствует лвсегда и везде.
Возрождение этой идеи Честественная реакция на кринзис в вопросе
происхождения жизни, в который попало естествознание в серединне XIX в. Тогда
этот вопрос выглядел принципиально неразрешимым. И снова выход ищут в
самонзарождении или принвнесении зародышей жизни с других коснмических тел.
После многовекового сна идея Анаксагора о лвечных семенах была разбуженна X.
Рихтенром в 1865 г. Согласно понследнему, зародыши жизни занесены на Землю
метеоринтами или космической пылью. В развитом и видоизмененном виде гипотеза
о космиченском посеве (панспермии) разработана шведским физикохимиком
Сванте Авенариусом в 1884 г. По Авенариусу, жизнь на Земле произошла от спор
растений или минкроорганнизмов, которые перенесены с других планет под
действием светового давления или, возможно, метеоринтами. Уже в то время П.
Беккерель, а позже и ряд других ученых донказали невозможнность переноса в
жизнеспособном сонстоянии (активном или поддаюнщемся акнтивизации) зародыншей
жизни. На них губительно действуют космические лучи, особенно коротковолновое
ультрафиолентовое излучение, которым пронизана Вселенная.
Идея панспермии жива и сегодня, она предстает в постоянно изменяющихся
формах. Сонгласно одному из новейших вариантов этой гипотезы (называемому еще
линфекционной теорией), жизнь на Землю была занесена обитателями друнгих
планет, которые совершали межпланнетные и межзвездные перелеты. Однако этому
нет никаких доказательств.
Ни один серьезный ученый сегодня не считает, что жизнь на явление во
Вселенной. Одннако некоторые допускают, что это действинтельно так и что
земная жизньЧединнстнвенное счастливое (очевидно, для челонвека!) исключение.
Но тот факт, что до сегодняшннего дня не установлен контакт с другими
(внеземными) цивилизациями, еще не доказантельство, что жизнь имеет место
только на Земле. Вместе с тем принзнание возможности существования жизнни на
других планетах вовсе не означает, что лзародыши жизни с таких вненземных
лплантаций могут беспрепятнственно переноситься с одного космиченского тела
на другое. Несмотря на то что проведено и проводится множество
целеннанправленных исследований, до сих пор не установлено никаких фактов,
которые показынвали бы, что живые существа приннесены на Землю метеоритами
или с космической пынлью. Все опыты в этом направлении оказываются напрасными
даже сейчас, когда челонвек сам или с понмощью аппаратов пронинкает в
ближайнший космос. Опубликованные данные Б. Нада и других о микроорганизмах в
метеоритах Оргюэй и Ивонна (Франция) оказались результатом ошибочного
определения минеральных зерен в каченстве некоего окаменелого микроорганизнма
и вторичного загрязннения поверхнонсти метеорита.
Очевидно, что идея лпосева жизни на Земле из космоса не решает проблемы. Эта
идея имеет чисто психологическую привлекательность - мы идем из космонса!
Действинтельно, космос имеет особеннно привлекательную силу для современного
человека. Монжет быть, понтому, что в бесконечности космоса сегодня человек
предвидит будущие возможности нашей цивилизации, и в этом отношении его
иннтерес вполне естествен. Вероятно, поэтонму идея космического лпосева
волнует многих.
Одним из современных апостолов гинпотезы внеземного происхождения жизнни
являнется известный английский ученый, лауреат Нобелевской премии Фрэнсис
Крик. Вместе с аменриканским исследователем Лесли Оргелом Крик опубликовал
статью, озаглавленнную лУправляемая панспермия. По мнению авторов, лнекая
примитивная форма жизни была сознательно занесена на Земнлю другой
цивилизацией. Если люди на Земле спонсобны заненсти жизнь на другие планеты,
почему бы не допустить, что санма жизнь на Земле есть прондукт транснпорта
другой развитой цивилизации, конторая существовала до нас за 4 млрд. лет.
Интересно, не правда ли? После аменриканских исследований Марса по пронграмме
лВикинг по обнаружению жизни на этой планете (абсолютно никаких слендов
жизни не было обнарунжено) изнвестный американский писатель, автор научно-
фантанстических произведений, Рэй Бредбери остроумно писал: лВсе-таки
следует принять, что отныне на Марсе есть жизнь, та, которую человек донес до
Марса, и теперь на Марсе есть наша жизнь!
Но оставим в стороне этот фантастинческий исходный пункт статьи Крика и
Оргела. Канковы другие предположения и доводы в пользу этой новой вариации на
старую тему лпосева извне?
Во-первых, на борту космического конрабля внеземной цивилизации лдолжны были
быть микроорганизмы многих виндов. Радиус нашей Галактики составляет около
105 световых лет, так что, по Кринку и Оргелу, космический корабль,
двинжущийся со скоронстью 0,001 сконрости света, мог занести жизнь на все
планеты нашей Галактики. В этом случае научно донказано только одно: под
защитой коснмического аппарата микроорганнизмы действительно могут
сохраняться милнлионы лет и при температурах, близких к абсолютному нулю.
Оснтальные предположения, как и поиски призраков, не раснсматринвает даже
фантастика.
Вторым доводом Крика и Оргела в пользу лкосмического посева является
универнсальнный характер генетического кодаЧединого механизма передачи
нанследственных свойств у всех живых органнизмов. Если предположить, говорят
эти ученые, что жизнь возникла на Земле самостоятельно и одновременно в
разнных местах, то остается неяснным, как сформинровался единый для всех
земных организмов генетический код. Единый механизм наследстнвенности у
земных орнганизмов легко объясним согласно Кринку и Орнгелу, если принять,
что жизнь на Землю занесена с других планет. Однако для происхожндения
генетического кода возможно и лземное объяснение. На ранних этапах
химиченской эволюции, когда формирунются сложные молекулы, в результате
химического отнбора, оченвидно, создается и универнсальный механнизм передачи
наследственных черт земными организмами.
Третий довод в пользу рассматриваенмой гипотезы: лПрисутствие крайне реднких
эленменнтов в земных организмах ознначает, что они имеют внеземное
происнхождение. Крик и Орнгел указывают, что молибден содержится в земной
коре в нензначительном количенстве, а его роль в обмене веществ (метаболизме)
земных организмов значительна. Однонвременно отнмечается, что известны так
назынваемые лмолибденовые звезды с высонким содержанием молибдена, которые и
являются исходными лплантациями минкроорганизнмов, занесенных на Землю!
Приведение факта о низком содержании молибдена в земной коре и его большой
роли в метаболизме земных организмов было бы ловким приемом в устной
динскуссии, чтобы смутить противника. Но написанное остается и может быть
пронверено. Впрочем, в этом случае проверка не нужна. Подобного типа
несоответнствие является правилом для ценлого ряда химических элементов,
которые приннимают участие в составе и метаболизме орнганизмов. Это правило
объясняется с позиций эволюционной биохимии. В связи с этим можно привести
еще более ярнкий пример о низком содержаннии фосфонра в земной коре и его
исключительной роли для земных организмов: фосфор - обязательная составная
часть нукнлеинновых кислот, которые наряду с белками имеют важнейшее значение
для жизни; кроме того, высшая нервная деятельнность также очень тесно связана
с фосфонром. Следовательно, для объяснения ненкоторых химических
осонбенностей земнной жизни не обязательно привленкать другие звездные миры
вроде лмолибденновых звезд.
Интересно отметить, что риториченский трюк Крика и Оргела с молибденом был
бынстро раскрыт японским ученым Ф. Егани. Через год после статьи Крика и
Оргела Егани опублинковал свои исслендования содержания металлов в составе
Земли. Суммарное сондержание монлибденна на Земле оказалось действительно
низким, но его процентное сондержание в морнской воде в два раза выше, чем
хронма. По этому поводу Егани .пишет: лОтнносительное обинлие этого элемента
(монлибдена) в морской воде подтверждает шинроко принятую точку зренния о
происнхождении жизни на Земле в первичном океане.
Как в целом, так и в своих отдельных вариантах гипотеза панспермии - мираж.
Незанвинсимо от того объясняет ли она иснторию распространения жизни, она не
объясняет возникнновения самой жизни. По выражению Дж. Бернала, эта гипотенза
только ллукавая уловка ума, которая отвлекает его от решения проблемы. По
мнению Бернала, лодинаково бессондернжательны и утверждения, что жизнь бынла
создана со специальной целью, и утверждение, что она пришла откуда-то из
другого места, где была всегда. Так как если даже и допуснтить, что жизнь
принесена с других космических тел, то подобное допущение ничем не понмогает
в решении проблемы происхождения жизни. лВсе-таки жизнь, - пишет Опанрин, -
конгда-то и где-то должна была вознникнуть на эволюционном пути, а Земля, как
показывают современные научные данные, была для этого вполне подходянщим
местом. Вот почему нет необходимости привлекать другие созвездия, удаленные
от нас на миллионы световых лет, чтобы узнать тайну жизни. Эти тайны скрыты
здесь - на Земле, где люди открывают горинзонты науки, любят фаннтастику, но
уже перестали верить в призраки.
* * *
Уже установлено достаточно фактов, которые показывают, что физико-химинческие
услонвия океана не противоречат идее земного происхождения жизни. Процентное
сондержание отдельных менталлов одинаково у бактерий, губок, раснтений,
животных и в океанской воде.
Однако вернемся к началу XX в. Все большее число ученых склонно признать, что
пронблема возникновения жизни не может быть решена наукой. Основания для
такого мнения налицо: тысячелетнее господство религиозных мифов о сотвонрении
мира и нанивные преднставления о самозарождении заменяются умозринтельными
гипотезами и нонвыми мифами о космическом посеве. В научной среде в начале
века остро реагировали на всякую умозринтельную попытку объяснить мир вокруг
нас. Знаменитый английский финзик Резерфорд часто говорил: лТолько бездельник
говорит о Вселенной в моей лабонратории! Но человенчество (за иснключением,
может быть, представителей традиционнного британского эмпинризма) не только с
помощью поэтов и филосонфов, но и добросонвестных ученых стренмилось познать
Вселенную и жизнь как ее детище.
Есть нечто символичное в том, что оснновы современной теории происхожденния
жизни заложены в один прекрасный майский день. 3 мая 1924 г. на собрании
Русского ботаниченского общества молондой советский ученый А. И. Опарин с
дерзостью, присунщей молодости, позвонлил себе с новой точки зрения
рассмонтреть проблему возникновенния жизни. Его докнлад лО возникновении
жизни стал исходной точкой нового взгляда на вечную проблему лоткуда мы
пришли?. Пять лет спустя независимо от Опарина сходные идеи были развиты
английским ученым Дж. Холдейном. Общим во взглядах Опарина и Холдейна
является понпытка объяснить возникновение жизни в результате хинмической
эволюции на первичной Земле. Оба они подчеркивают огромную роль первичнного
океана как огромной химической лаборатории, в конторой образовался лпервичный
бульон, а кроме того, и роль энзимов - органиченских молекул, которые
многократно ускоряют нормальный ход химических пронцессов. В дополнение к
этому Холдейн впернвые высказывает идею, что пернвичная атмонсфера на Земле,
лвероятно, содержала очень мало или вообще не сондержала кислорода.
Согласно Дж. Берналу, лтруд Опанрина содержит в себе основы новой пронграммы
хинминческих и биологических иснследований. Идеи Опарина вдохновили многих
ученых на новые целенапранвленные исследования, результаты конторых начинают
открывать тайну жизнни - эту мучительную и сладкую загадку для человека.
Глава 2. Возникновение жизни.
2.1. Предпосылки возникновения жизни на земле.
Большинство современных специалинстов убеждены, что возникновение жизни в
уснлонвиях первичной Земли есть естенственный результат эволюции материи. Это
убеждение оснновано на доказанном единстве химической основы жизни,
понстроенной из нескольнких простых и самых распространенных во Вселенной
атомов.
Исключительное морфологическое разнообразие жизни (микроорганизмы, растения,
жинвотные) осуществляется на достаточно единообразной биохимиченской основе:
нукнлеиновые кислоты, белнки, углеводы, жиры и несколько более редких
соединений типа фосфатов.
Основные химические элементы, из которых построена жизнь, - это углерод,
водород, кислород, азот, сера и фосфор. Очевидно, организмы используют для
своего строения пронстейшие и наиболее распространенные во Вселенной
эленменты, что обусловлено санмой принродой этих элементов. Например, атомы
водонрода, углерода, лкислорода и азота имеют ненбольшие размеры и способны
обранзовывать устойчивые соединения с двух- и трехкратнными связями, что
повышает их реакционную способность. Образованние сложнных полименров, без
которых возникновение и развитие жизни вообще невозможны, свянзано со
специнфиченскими.
Другие два биогенных элемента -сера и фосфор - присутствуют в относительно
малых количествах, но их роль для жизнни особенно важна. Химические свойства
этих элеменнтов также дают возможность образования кратных химических связей.
Сера входит в сонстав белков, а фосфор - составная часть нуклеиновых кислот.
Кроме этих шести основных химиченских элементов в построении организмов в
малых количествах участвуют натрий, калий, магний, кальций, хлор, а также
микроэлементы: женлезо, марганец, конбальт, медь, цинк и небольшие следы
алюминия, бора, ванадия, йода и молибндена; следует отметить и некоторые
иснключительно редкие атомы, которые встречанются случайно и в ничтожных
количествах.
Следовательно, химическая основа жизни разнообразится еще 15 химическинми
эленменнтами, которые вместе с шестью основными биогенными эленментами
участвуют в различнных соотноншениях в строении и осуществлении функций живых
организмов. Этот факт особенно показателен в двух отношенниях: 1) как
доказательство единства происхонждения жизни и 2) в том, что санма жизнь,
являющаяся результатом самоорганизации мантерии, включила в эволюцию
биологических макромолекул не только все самые распронстраненные элементы, но
и все атомы, которые осонбенно пригодны для осуществления жизнненных функций
(например, фосфор, женлезо, йод и др.). Как отмечает советский ученный М.
Камшинлов, лдля осуществленния функций жизни важны химические свойства ее
атомов, к которым, в частнонсти, относятся квантовые особенности. Не только
струкнтура, обмен веществ, но даже и механические действия живых орнганизмов
зависят от сонставляющих их молекул. Это, однако, не означает, что жизнь
может быть сведена просто к хинмическим закономернонстям.
Жизнь - одно из сложнейших, если не самое сложное явление природы. Для нее
осонбенно характерны обмен веществ и воспроизведение, а особенности более
высоких уровней ее организации обуснловлены строением более низких уронвней.
Современная теория происхождения жизни основана на идее о том, что
биолонгиченские молекулы могли возникнуть в далеком геологическом прошлом
неорнганическим путем. Сложную химическую эволюцию обычно выражают следуюнщей
обобщенной схенмой: атомы ð простые соединения ð простые
биоорганнические соединения ð макронмолекулы ð орнганизованные
системы. Начало этой эволюции положено нуклеосинтезом в Солнечной сиснтеме,
когда образонвались основные элементы, в том числе и биогенные. Начальное
состоянние -нуклеосинтез -быстро переходит в процесс образования химиченских
соединений. Этот пронцесс протекает в условиях первичной Земли со все
нарастаюнщей сложнностью, обусловнленной общекосмическинми и конкретными
планетарными преднпосылками.
Первое необходимое условие имеет общекосмический характер. Оно связано с
единой химической основой Вселенной. Жизнь развивается на этой единой
оснонве, отражающей как количественные, так и качественные особенности
отдельных химических элементов. Это допущение приводит к заключению, что на
любой планете во Вселенной, которая похожа на нашу по массе и расположению
относинтельно центральной звезды, может вознникнуть жизнь. Согласно
представленниям видного американского астронома X. Шенпли, во Вселеннной
имеется 108 коснмических тел (планет или звезд-лилипунтов), на котонрых может
возникннуть и сунществовать жизнь.
Главное условие возникновения жизнни имеет планетарную причину и
опреденляется маснсой планеты. Такое утвержденние, быть может, имеет
несколько геонцентрический и антропонцентрический ханрактер, но жизнь,
подобная земной, монгла возникнуть и разнвиться на планнете, масса которой
имеет строго определеннную величину. Если масса планнеты больнше чем 1/20
массы Солнца, на ней нанчинаются интенсивные ядерные реакции, что повышает ее
температуру и она светится, как звезда. Таковы планеты Юпинтер, Сантурн, Уран
и Нептун. Планеты с малой массой (Меркурий) имеют слабое гравитационное поле
и не могут продолжительное время удернжинвать атмосферу, которая необходима
для развития жизни. Здесь интересно отментить, что по ряду подсчетов Земля
принобрела 80% своей массы в первые 100 млн. лет своего сущестнвования.
Из планет Солнечной системы кроме Земли подходящую массу имеют Венера и Марс,
но там отсутствуют другие услонвия. По мнению советского астрофизика В. Г.
Фесенкова, во Вселенной 1% планнет имеет подходящую массу.
Особенно важной предпосылкой вознникновения и развития жизни является
относинтельно постоянная и оптимальная радиация, получаемая планетой от
ценнтральной звезды. Обычно оптимальную радиацию получают планеты имеющие
орбиту, близкую к круговой, и подвернгающиеся поэтому относительно
понстоянному облучению.
Обязательным условием возникновенния жизни является наличие воды.
Парандокнсально, что, хотя вода - чуть ли не санмая распространенная молекула
во Всенленной, понразительно мало планет имеют гидросферу: в нашей Солнечной
системе только Земля имеет гидронсферу, а на Марсе имеется лишь
незначительное количество воды.
Значение воды для жизни исключинтельно. Это обусловлено ее специфиченскими
тернмиченскими особенностями: огромной теплоемкостью, слабой
теплонпроводностью, раснширением при замернзании, хорошими свойствами как
раствонрителя и др. Эти особеннонсти обусловлинвают круговорот воды в
природе, конторый играет исключительную роль в геологической истории Земли.
Из сказанного выше можно сделать следующий вывод: возникновение жизни на
Земле есть часть общей эволюции мантерии во Вселенной, а не некий
сверхънестественный акт. Нанлицо были иснходные органические соединения,
оптинмальная масса Земли, оптинмальная солннечная радиация, наличие
гидросферы. В этих условиях эволюция материи с высонкой степеннью вероятности
осуществляетнся по пути возникновения жизни.
За последние 20 лет были получены интересные сведения о наличии органиченских
сонединнений во Вселенной. Источнинки этих сведений естественные понсланцы
космоса на Землю, метеориты.
Все ранее рождавшиеся теории идеалистов, сторонников религиозных течений и
даже матенриалистов были несостоятельными и до конца необоснованными из-за
ненхватки знаний тонгдашних ученых.
И только с наступлением капитализма, который отличался прогрессом в науке и
техннике, когда был накоплен большой научный потенциал, стали зарождаться
научно обосннованные теории о происхождении жизни на земле.
2.2. Зарождение и развитие эволюционной идеи.
Первые проблески эволюционной мысли зарождаются в недрах диалектической
натурфилонсофии античного времени, рассматривавшей мир в бесконечном
движении, постоянном санмообновлении на основе всеобщей связи и
взаимодействия явлений и борьбы противопонложностей.
Выразителем стихийного диалектического взгляда на природу был Гераклид,
эфеснский мыслитель (около 530-470 гг.. до н. э.) его высказывания о том, что
в природе все течет все изменяется в результате взаимопревращений
первоэлементов космоса - огня, воды, воздуха, земли, содержали в зародыше
идею всеобщего, не имеющего начала и конца развития матенрии.
Крупнейшие представители ионийской школы философов - Фалес из Милета счинтал,
что все возникло из первичного материала - воды в ходе естественного
развития. Анаксинмандр исходил из того, что жизнь возникла из воды и земли
под действием тепла. Согласно Анаксимену основным элементом является воздух,
способный разрежаться и уплотняться, и этим процессом Анаксимен объяснял
причину различий веществ. Он утнверждал, что человек и животное произошли из
земной слизи.
Представителями механистического материализма были философы более позднего
пенриода (460-370 гг. До н. э. ). По Демокриту мир состоял из бесчисленного
множества неденлимых атомов, расположенных в бесконечном пространстве. Атомы
находятся в понстояннном процессе случайного соединения и разъединения. Атомы
находятся в случайнном двинжении и различны по величине, массе и форме, то
тела, появившиеся вследствие скопления атомов, могут быть также различными.
Более легкие из них поднялись вверх и образовали огонь и небо, более тяжелые,
опустившись, образовали воду и землю, в конторых и зародинлись различные
живые существа: рыбы, наземные животные, птицы.
Механизм происхождения живых существ первым пытался истолковать древнегреченский
философ Эмпедокл (490-430 гг. до н. э.). Развивая мысль Гераклида о первичных
эленментах, он утверждал, что их смешение создает множество комбинаций, одни из
конторых - наименее удачные- разрушаются, а другие - гармонирующие сочетания
-сохранняются. Комнбинации этих элементов и создают органы животных. Соединение
органов друг с другом порождает целостные организмы. Примечательной была мысль,
что сонхранились в принроде только жизнеспособные варианты из множества
неудачных комбинаций.
Зарождение биологии как науки связано с деятельностью великого мыслителя из
Греции Аристотеля (387-322 гг. до н. э.). В своих капитальных трудах он
изложил принципы класнсификации животных, провел сравнение различных животных
по их строению, заложил оснновы античной эмбриологии.
В работе лО частях животных приводится мысль о взаимосвязи (корреляции )
органнов, о том, что изменение одного органа влечет за собой изменение
другого, связанного с ним функциональными отношениями.
В труде лВозникновение животных Аристотель разработал сравнительно
анатоминченский метод и применил его в эмбриологических исследованиях. Он
обратил внимание на то, что у разных организмов эмбриогенез (развитие
эмбриона ) проходит через послендовательнный ряд: в начале закладываются
наиболее общие признаки, затем видовые и, наконец, инндивидуальные. Обнаружив
большое сходство начальных стадий в эмбриогеннезе представинтелей разных
групп животных, Аристотель пришел к мысли о возможнонсти единства их
происхождения. Этим выводом Аристотель предвосхитил идеи зародыншевого
сходства и эпигенеза (эмбриональных новообразований ), выдвинутые и
экспенриментально обоснованнные в середине XVIII в.
Таким образом, воззрения античных философов содержали ряд важных элементов
эвонлюнционизма: во-первых, мысль о естественном возникновении живых существ и
их изнменении в результате борьбы противоположностей и выживании удачных
вариантов, во-вторых, идею ступенчатого усложнения органнизации живой природы;
в-третьих, преднставление о целостнности организма (принцип корреляции) и об
эмбриогенезе как пронцессе новообразонвания.
Отмечая значение античных мыслителей в развитии филосонфии, Ф. Энгельс писал:
л... в многообразных формах греческой философии уже имеются в зародыше, и
процессе вознникнновения почти все позднейшие типы мировоззрений.
Последующий период, вплоть до XVI в., для развития эволюнционной мысли почти
нинчего не дал. В эпоху Возрождения резко усиливается интерес к античной
науке и начинанется нанкопление знаний, сыгравших значительную роль в
становлении эволюционной идеи.
Исключительной заслугой учения Дарвина явилось то, что оно дало научное,
матенриалинстическое объяснение возникновению высших животных и растений путем
послендовательнного развития живого мира, что оно привлекло для разрешения
биологических проблем иснторический метод исследования. Однако к самой проблеме
происхожндения жизни у многих естествоиспытателей и после Дарвина сохранился
прежний метафизиченский подход. Шинроко распространенный в научных кругах
Америки и Западной Европы менделизм-морганнизм выдвинул полонжение, согласно
которому наследственностью и всеми друнгими свойстнвами жизни обладают частицы
особенного генного вещества, сконцентрированного в
хронмосомах кленточного ядра. Эти частицы будто бы когда-то внезапно
возникли на Земле и сонхранили свое жизнеопределяющее строение в основном
неизменным в течение всего развинтия жизни. Таким образом, проблема
происхождения жизни, с точки зрения менделистов-морганистов, сводится к
вопронсу, как могла сразу внезапно возникнуть наделенная всенми свойствами
жизни частица генного вещества.
Большинство высказывающихся по этому вопросу занрубежных авторов (например,
Девинлье во Франции или Александер в Америке) подходит к нему весьма
упронщенно. По их мненнию, генная молекула возникает чисто случайно,
благодаря лсчастливому сочентанию атонмов углерода, водорода, кислорода,
азота и фосфора, которые лсами собой сложились в чрезвычайно сложно
построеннную молекулу генного вещества, сразу же получившую все атрибуты
жизни.
Но такого рода лсчастливый случай настолько исклюнчителен и необычен, что он
мог якобы осуществиться всего лишь раз за время существования Земли. В
дальннейшем шло только постоянное размножение этой единожды возникшей, вечной
и неизменной геннной субнстанции.
Это лобъяснение, конечно, ничего по существу не обънясняет. Характерной
особенннонстью всех без исключения живых существ является то, что их
внутренняя организанция чрезнвычайно хорошо, совершенно приспособлена к
осуществлению определенных жизнненных явлений: питанния, дыхания, роста и
размножения в данных условиях существонвания. Как же в результате чистой
случайности могла возникнуть эта внутренняя принспособленность, конторая так
характерна для всех, даже наипростейших живых форм?
Антинаучно отрицая закономерность процесса происнхождения жизни,
рассматринвая это важнейшее в жизни нашей планеты событие как случайное,
сторонники уканзаннных взглядов ничего не могут ответить на этот вопрос и
неизбежно скатываются к санмым идеалистиченским, минстическим представлениям
о первичной творческой воле бонжества и об определеннном плане создания
жизни.
Так в недавно вышедшей книжке Шредингера лЧто такое жизнь с точки зрения
финзики, в книге американнского биолога Александера лЖизнь, ее природа и
происнхожденние и в ряде других произведений буржуазных авторов мы находим
прямое утвержденние того, что жизнь могла возникнуть только в результате
творческой воли божества. Менделизм-морганизм пытается идеологически
разоружить ученых биологов в их борьбе с идеализмом. Он стренмится доказать,
что вопрос о происхождении жизниЧэта важнейшая мировоззренческая проблема Ч
неразрешим с материалистических позиций. Однако такого рода утверждение
насквозь ложно. Оно легко опровергается, если мы пондойдем к интересующему
нас вопросу с позиций единственно правильной, подлинно научной философии Ч с
позиций диалектинческого материализма.
Жизнь как осонбая форма существования материи характеризуется двумя
отнличинтельными свойствами Ч самовоспроизведением и обменом веществ с
окружающей срендой. На свойстнвах саморепродукции и обмена веществ строятся
все современные гипонтезы возникнновения жизни. Наиболее широко признанные
гипотезы коацерватная и геннетическая.
Коацерватная гипотеза. В 1924 г. А. И. Опарин впервые сформулировал
основные положенния концепции предбиологической
эволюции и затем, опираясь на эксперименты Бунгеннберга
де Йонга, развил эти положения в
коацерватной гипотезе происнхождения жизни. Осннову гипотезы составляет
утверждение, что начальные этапы биогенеза были связаны с формированием
белнковых структур.
Первые белковые структуры (протобионты, по
терминологии Опарина) появились в период, когда молекулы белков
отгранинчивались от окружающей среды мембраной. Эти структуры могли возникнуть
из первичного лбульона благодаря коацервации Ч
самопроизвольному разделению водного раствора полинмеров на фазы с различной их
концентрацией. Процесс коацервации приводил к
образованию микроскопических капенлек с вынсокой концентрацией полимеров. Часть
этих капелек поглощали из среды низнкомолекулярные соединения: аминнокислоты,
глюконзу, примитивные катализаторы. Взаимодействие молекулярного субстрата и
катализаторов уже означало возникновение простейншего метаболизма внутри
протобионнтов.
Обладавшие метаболизмом капельки включали в себя из окружающей среды новые
соединнения и увеличивались в объеме. Когда коацерваты
достигали размера, максинмально допуснтимого в данных физических условиях, они
распадались на более мелнкие капельки, напринмер, под действием волн, как это
происхондит при встряхивании сосуда с эмульсией масла в воде. Мелнкие капельки
вновь продолжали расти и затем образовывать новые поколения
коацерватов.
Постепенное усложнение протобионтов осуществлялось отнбором таких
коацерватнных канпель, которые обладали преимунществом в лучшем
использовании вещества и энергии среды. Отбор как основная причина
совершенствования коацерватов до первичнных живых существ Ч центральное
положение в гипотезе Опарина.
Генетическая гипотеза. Согласно этой гипотезе, вначале возникли
нуклеиновые кислоты как матричная основа синтеза белков. Впервые ее выдвинул в
1929 г. Г. Мёллер.
Экспериментально доказано, что несложные нуклеиновые кислоты могут
реплицинроваться и без ферментов. Синтез белнков на
рибосомах идет при участии транспортной (т-РНК)
и рибонсомной РНК (р-РНК). Они способны строить не просто случайные сочентания
аминокислот, а упорядоченные полимеры белков. Возможно, первичные рибонсомы
состояли только из РНК. Такие безбелковые рибосомы могли синтезировать
упоряндоченные пептиды при учанстии молекул т-РНК, которые свянзывались с р-РНК
через спанривание оснований.
На следующей стадии химической эволюции появились матнрицы, определявшие
последовантельность молекул т-РНК, а тем самым и последовательность
аминокислот, которые связынваются молекулами т-РНК.
Способность нуклеиновых кислот служить матрицами при образовании
компленментарных цепей (например, синтез и-РНК на ДНК) Ч наиболее
убедительный аргумент в пользу преднставлений о ведущем значении в процессе
биогенеза наследнственного апнпарата и, следовантельно, в пользу генетической
гипотезы происхождения жизни.
Основные этапы биогенеза. Процесс биогенеза включал три основных этапа:
вознникновение органических веществ, появленние сложных полимеров
(нуклеиновых кислот, белков, полинсахаридов), образование первичных живых
организмов.
Первый этап Ч возникновение органических веществ. Уже в период
формирования Земли образовался значительный запас абиогенных органических
соединений. Исходнными для их синтеза были газообразные продукты докислородной
атмосферы и гидронсферы (СН4, СО2, H2О, Н2, NH3, NО2). Именно эти продукты
используются и в искуснственном синтезе органнинческих соединений, составляющих
биохимическую основу жизни. Экспериментальный
синтез белковых компонентов Ч аминокислот в попытках создать живое лв
пронбирке нанчался с работ С. Миллера (1951Ч1957). С. Миллер провел серию
опытов по воздействию искровыми электрическими разрядами на смесь ганзов СН4,
NH3, H2 и панров воды, в резульнтате чего обнаружил аминокислоты аспарагин,
глицин, глутамин. Понлученные Милленром данные подтвердили советские и
зарубежные ученые.
Наряду с синтезом белковых компонентов экспериментально синтезированы
нукнлеиновые компоненты Ч пуриновые и пиримидиновые основания и сахара. При
умереннном нагреваннии смеси цианистого водорода, аммиака и воды Д. Оро
получил аденин. Он же синтезиронвал урацил при взаимодействии аммиачного
раствора мочевины с соединенниями, вознинкающими из простых газов под
влиянием электрических разрядов. Из смеси метана, амнмиака и воды под
действием ионизирующей радиации обранзовывались угленводные компонненты
нуклеотидов Ч рибоза и дезоксирибоза. Опыты с применением ультрафиолетового
облученния показали возможность синтеза нуклеотидов из смеси пунриновых
оснований, ринбозы или дезоксирибозы и полифоснфатов. Нуклеотиды, как
изнвестно, являются мономерами нуклеинновых кислот.
Второй этап Ч образование сложных полимеров. Этот этап возникновения
жизни характенризовался абиогенным синтезом полимеров, подобных нуклеиновым
кислотам и белкам.
С. Акабюри впервые синтезировал полимеры
протобелков со случайным располонжением аминокислотных остатков. Затем на
куске вулканической лавы при нагревании смеси аминнокислот до 100
