Происхождение жизни на Земле

 

Происхождение жизни на Земле представляет собой сложную научную проблему, которая в предыдущие времена решалась по-разному. Наиболее распространённой гипотезой в настоящее время является теория происхождения жизни в результате соединения углерода, водорода, кислорода, азота и некоторых других элементов при воздействии электрических разрядов и солнечной энергии. Утверждалось, что таким образом возникли органические молекулы, органические соединения – аминокислоты и белки. Всё это происходило в водной среде, а затем живые организмы вышли на сушу.

Эта гипотеза подвергается критике, так как нужное сочетание неорганических веществ и необходимых условий для их синтеза может быть только случайным. Вероятность этого сочетания в определённый момент времени и пространства при определённых условиях ничтожно мала.

В противовес данной гипотезы выдвигаются теории о космическом происхождении жизни. Это не значит, что живые организмы были переселены с какой-либо планеты на Землю, а что органическое вещество или биополе было занесено на нашу планету, из чего при благоприятных условиях зародилась жизнь в виде сложных органических веществ. Эта гипотеза продолжает идею В. Вернадского, который говорил о появлении жизни на Земле как о явлении космического масштаба. Наиболее распространённые элементы во Вселенной – это водород, углерод, азот и кислород. Они же составляют основу всего живого. Их синтез рано или поздно должен был привести к образованию сложных молекулярных структур, которые лежат в основе живых организмов.

Кроме того, возможен небиологический синтез органических соединений из смеси углекислого газа и воды под воздействием электрического разряда, в результате чего получаются аминокислоты.

Остаётся добавить, что Вселенная, слишком необъятна, и, поэтому вероятность существования жизни ещё где-то, кроме Земли, является очевидной. В любом случае, жизнь на Земле возникла, и нам остаётся этот факт осмыслить и по возможности изучить как можно глубже. Для этого нам необходимо уяснить специфику биологической жизни или основные свойства живого.

Жизнью мы можем считать активное, идущее с затратой получаемой извне энергии, поддержание и самовоспроизведение специфической структуры. Отсюда вытекает ряд свойств живого, которые, впрочем, в большинстве своём относительны:

1) высокоупорядоченное строение;

2) получение энергии извне и использование её для поддержания упорядоченности;

3) развитие живых организмов;

4) активная реакция на окружающую среду;

5) размножение;

6) расщепление необходимой информации для нормального существования и передача её потомкам;

7) адаптация к определённой среде.

Современная наука может проследить основные этапы возникновения и развития жизни на Земле. Можно выделить два основных этапа. Каждый из них включает три – четыре периода.

Первый этап – химической эволюции. Он включает в себя три периода:

1. Образование агрегатов – длинноцепочных, относительно стабильных полимеров.

2. Образование клеток посредством:

- отбора агрегатов, способных длительное время не разрушаться, что обеспечивали молекулы-катализаторы;

- отбора агрегатов, катализаторы которых действовали быстрее;

- появления систем, обеспечивающих клетки энергией, а также появления мембраны.

3. Возникновение размножения при наличии РНК и ДНК.

Второй этап – биологической эволюции. Он включает в себя четыре периода:

1. Формирование организмов, получающих питательные вещества из среды.

2. Формирование организмов, способных к самостоятельному синтезу питательных веществ из неорганических соединений.

3. Появление растений, побочным продуктом жизнедеятельности которых был кислород, при этом появилась возможность дыхания.

4. Появление животных.

Таким образом, сформировалась биосфера Земли, имеющая системное строение. В системе живых организмов Земли прослеживаются следующие уровни:

1. Доклеточный уровень, представленный ДНК, РНК и белками.

2. Клеточный уровень.

3. Уровень многоклеточных организмов – растений и животных.

4. Уровень популяций, представляющих собой совокупность особей одного вида, в течение длительного времени населяющих определённое пространство.

5. Уровень биогеоценозов, представляющих собой комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергии, сохраняющихся в пределах однородного участка земной поверхности.

6. Биосфера – оболочка Земли, состав, структура и энергетика, которой обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов. Она представляет собой экологическую систему высшего ранга и охватывает часть атмосферы, гидросферу, верхнюю часть литосферы, которые связаны сложными биохимическими круговоротами веществ, потоками энергии и информации.

Кроме того, необходимо выделить отдельный уровень, характеризуемый наличием человека и общества, входящий в единую систему жизни на планете.

Существование биомассы связано с поступлением энергии и веществ из окружающей неорганической среды. Большинство веществ земной коры проходит через живые организмы и вовлечено в биологический круговорот веществ, создавший биосферу и определяющий её устойчивость. В энергетическом отношении жизнь в биосфере поддерживается постоянным притоком энергии от Солнца и использованием её в процессах фотосинтеза.

Химические элементы, входящие в состав живого, обычно циркулируют в биосфере из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Для биогенной миграции свойственно накопление химических элементов в организмах и их высвобождение в результате минерализации отмершей биомассы.

Поток солнечной энергии, воспринимаясь молекулами живых клеток, преобразуется в энергию химических связей. В процессе фотосинтеза растения используют энергию солнечного света для превращения углекислого газа и воды с низким содержанием энергии в более сложные органические соединения, в которых часть солнечной энергии запасена в форме химических связей.

Образованные в процессе фотосинтеза органические вещества могут служить источником энергии для самого растения. Они также могут переходить в процессе поедания и последующего усвоения от одних организмов к другим: от растений к растительноядным животным, от них – к плотоядным животным. Высвобождение заключённой в органических соединениях энергии происходит в процессе дыхания или брожения. Разрушение использованных или отмерших остатков биомассы осуществляют разнообразные организмы. Они разлагают остатки биомассы на неорганические составные части, способствуя вовлечению в биологический круговорот соединений и химических элементов, что обеспечивает очередные циклы продуцирования органического вещества. Но содержащаяся в пище энергия не совершает круговорота, а постепенно превращается в тепловую энергию. В конечном итоге вся поглощённая организмами в виде химических связей солнечная энергия снова возвращается в пространство в виде теплового излучения. Поэтому биосфере необходим приток энергии извне.