Гипотезы происхождения жизни на земле
Введение
Креационизм
Концепция самопроизвольного (спонтанного) зарождения жизни
Концепция стационарного состояния
Концепция панспермии
Биохимическая эволюция А.И. Опарина
Введение
С первых шагов сознательной жизни человечество стремилось разрешить проблемы мироздания, среди которых наиболее сложным и интересным является вопрос о происхождении жизни.
Жизнь – одна из высших форм бытия. Однако при всей очевидности феномена жизни познание её сущности – дело чрезвычайно сложное. До сих пор отсутствует определение жизни и закономерностей ее развития, которое удовлетворяло бы научным требованиям. Естественнонаучное познание жизни осуществляется по многим направлениям. Практически в него вовлечены все науки, основной из которых является биология.
Жизнь - это естественный природный процесс, обладающий специфи-ческими свойствами, которые делают ее принципиально отличной от всех процессов и явлений материального мира.
Жизнь на Земле представлена громадным разнообразием форм, которым присуща возрастающая сложность строения и функций. В ходе индивидуального развития и изменения (онтогенеза) организмы приспосабливаются к внешним условиям, а смена поколений приобретает эволюционно-исторический характер (филогенез). Организмы выработали способность к относительной независимости от внешней среды благодаря процессам саморегуляции.
Одним из главных свойств живого организма является обмен веществ. Всем живым организмам свойственны целостность и самовоспроизведение. Наряду с ними существенными признаками жизни являются единство химического строения, раздражимость, рост и развитие, изменчивость, наследственность, ритмичность, дискретность. Всякий живой организм как бы стремится к главному – воспроизведению себе подобных.
Сущность жизни есть функция определенной материальной организации. Долгое время в науке применялось понятие жизни, предложенное Ф. Энгельсом: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является обмен веществ».
Важным результатом естественнонаучного познания является вывод о единстве жизни на Земле. За последние годы интерес к проблеме происхождения жизни и возможности ее существования в других областях Вселенной значительно возрос.
Это обусловлено: во-первых, значительными успехами в лабораторном моделировании некоторых этапов эволюции материи, приведшей к зарождению жизни, и, во-вторых, стремительным развитием космических исследований, делающих все более реальным непосредственный поиск каких-либо форм жизни на планетах Солнечной системы и за ее пределами.
1. Креационизм (от лат. creatio - творение) возник в рамках религиозного мировоззрения и не является научной концепцией. Согласно библии Бог создал мир из ничего. Всему сущему предшествовала безначальная вечность, в которой творил один Господь. Именно им было положено новое начало - бытие. В соответствии с Библией, начало жизни на Земле связано с пятым днём творения, когда Бог сотворил рыб, птиц и др. воздушные творения. На шестой день на Земле появляются различные животные, обитающие на суше. А на седьмой день Бог сотворил человека из глины и вдохнул в него жизнь. « И создал Господь Бог человека из праха земного и вдунул в лицо его дыхание жизни; и стал человек душою живою». И, наконец, последним актом было сотворение женщины из ребра Адама.
В 1650 г. ирландский архиепископ Ашер вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н.э. и закончил свой труд 23 октября, в 9 часов утра, создав человека. Ашер получил эту дату, сложив возрасты всех людей, упоминающихся в библейской генеалогии от Адама до Христа. При этом, согласно археологическим находкам, получается, что Адам жил в то время, когда на Ближнем Востоке существовала хорошо развитая городская цивилизация.
Креационизм утверждает, что жизнь такова как она есть, потому что такой ее сотворил Бог. Рассматривая вопрос о происхождении жизни, креационизм отвечает на вопрос «почему?», а не на вопрос «каким образом?». Ученый в своих исследованиях использует для установления истины наблюдение, эксперимент, анализ и др. методы познания. Богословие постигает истину через божественное откровение и веру. Вера признает вещи, которые не могут быть научно доказаны, но для верующего теологическая истина абсолютна. Процесс божественного сотворения мира мыслится как однократный и потому недоступный для наблюдения. Поэтому наука не в состоянии ни доказать, ни опровергнуть эту концепцию.
2. Гипотеза самопроизвольного (спонтанного) зарождения жизни была распространена в Древнем Китае, Вавилоне, Египте в качестве альтернативы креационизму. Отвергая идею творения мира, некоторые ученые вплоть до середины XIX века считали, что жизнь может возникнуть из различных предметов неживой природы. Еще Аристотель (384-322 гг. до н.э.) утверждал, что определенные частицы вещества содержат некое «активное начало», способное при подходящих условиях создать живой организм. Он справедливо считал, что это «начало» содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.
Подобной точки зрения придерживались такие крупные ученые как Парацельс, Коперник, Галилей и др. их авторитет способствовал широкому распространению и длительному существованию идеи самозарождения.
С распространением христианства гипотеза спонтанного зарождения жизни оказалась не в чести: ее признавали лишь те, кто верил в колдовство, но она продолжала существовать еще несколько веков.
Ученый ван Гельмонт в начале XVII в. описал эксперимент, в котором он за 3 недели якобы создал мышей, поместив грязную рубашку и горсть пшеницы в темный шкаф. Активным началом он считал человеческий пот.
В 1688 г. итальянский биолог Франческо Реди экспериментально доказывает невозможность самозарождения червей (личинок мух) в гниющем мясе при отсутствии мух и провозглашает знаменитый принцип: «все живое - от живого» (концепция биогенеза). В своих опытах Реди раскладывал сырое мясо и рыбу по нескольким сосудам, часть из которых он оставлял открытыми, а часть – плотно закрывал. В запечатанных сосудах черви не «зарождались».
Однако первые микроскопические исследования Антони ван Левенгука усилили позиции гипотезы самозарождения применительно к микроорганизмам. «В моем рту, - писал Левенгук, - микробов больше, чем людей в соединенном королевстве».
В середине XVIII века шотландский священник Нидхэм попытался экспериментально доказать самозарождение микроорганизмов из неживой материи. Он брал мясной бульон или отвары растительных веществ, помещал их в плотно закрывающиеся сосуды и короткое время кипятил. При этом, по мнению Нидхэма, должны были погибнуть все микроорганизмы, новые же не могли попасть извне, так как сосуды были плотно закрыты. Однако спустя некоторое время в жидкостях появлялись бактерии. Отсюда ученый делал вывод о самозарождении микроорганизмов.
В 1765 г. итальянец Ладзаро Спалланцани повторяя опыты Нидхэма, убедился, что при более длительном кипячении, самозарождения жизни в запечатанных сосудах не происходит. Из этого он сделал вывод, что высокая температура уничтожила все формы живых существ, а без них ничто живое возникнуть уже не может.
Между оппонентами разгорелся ожесточенный спор. Спалланцани доказывал, что жидкости в опытах Нидхэма не были достаточно прогреты и там оставались зародыши живых существ (цисты). На это Нидхэм возражал, что, наоборот, Спалланцани кипятил их слишком долго и тем самым разрушил «зарождающую силу» органических настоев, которая очень капризна и непостоянна.
Каждый из спорящих остался при своем мнении, а вопрос о возможности самозарождения жизни остался неразрешенным еще в течение целого столетия. И лишь в 1860 г. французский микробиолог Луи Пастер смог разрешить этот спор.
Он показал, что бактерии вездесущи и что неживые материалы могут легко наполняться ими, если их не простерилизовать должным образом. Таинственное появление микроорганизмов в опытах предыдущих исследователей Пастер объяснял или неполным обеспложиванием среды, или недостаточной защитой жидкостей от проникновения микроорганизмов.
В основе экспериментов Пастера лежали методы Спалланцани. Для обеспложивания притекающего в колбу воздуха Пастер применял разнообразные приемы: прокаливал воздух в стеклянных и металлических трубках, защищал горло колбы ватной пробкой, в которой задерживались все микробы, или, пропускал воздух через тонкую S-образно изогнутую стеклянную трубку. В последнем случае все зародыши механически задерживались на влажных поверхностях изгибов трубки. Во всех вариантах появление жизни в жидкости не наблюдалось.
Возможно, продолжительное кипячение химически изменило среду и сделало ее непригодной для поддержания жизни? Пастер легко опроверг и это возражение. Стоило поместить в покипяченную жидкость ватную пробку, через которую в колбу пропускался воздух и которая, следовательно, содержала микроорганизмы, - жидкость быстро загнивала.
Опыты Л. Пастера блестяще подтвердили справедливость теории биогенеза Ф. Реди и окончательно опровергли теорию спонтанного зарождения. Но и они не давали ответа на вопрос: как появилась жизнь? Ведь если каждый организм появился от другого организма, то откуда взялся самый первый? Только гипотеза стационарного состояния не требует ответа на этот вопрос.
3. Концепция стационарного состояния из-за своей оригинальности и умозрительности всегда имела небольшое количество сторонников. Согласно ей, Земля существовала вечно и всегда была способна поддерживать жизнь.
Оценки возраста Земли сильно варьировали — от 6000 лет по расчетам архиепископа Ашера до 5 млрд. лет по современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада. Более совершенные методы датирования дают все более высокие оценки возраста Земли, что позволяет сторонникам гипотезы стационарного состояния полагать, что Земля существовала всегда. Виды также никогда не возникали, а существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности — изменение численности, либо вымирание.
Сторонники этой гипотезы не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводят в качестве примера представителя кистеперых рыб - латимерию. По палеонтологическим данным кистеперые вымерли в конце мелового периода 70 млн. лет назад. Однако, в районе Мадагаскара и сейчас живут представители кистеперых.
Внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте сторонники данной гипотезы объясняют увеличением численности его популяции или перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков.