Лекция 11 Концепции происхождения жизни на Земле

ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ

ОРГАНИЧЕСКОЙ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЧЕЛОВЕКА.

МОЗГ. СОЗНАНИЕ. ПСИХИКА. ЧЕЛОВЕК И КОСМОС.

1. Концепции происхождения жизни на Земле.

2. Гипотезы происхождения человека.

3. Человек и Космос: русские космисты. Гелиобиология.

Этнология.

4. Психика, мозг, сознание, творчество.

Концепции происхождения жизни на Земле.

Вопрос о происхождении жизни на Земле интересовал ученых с древних времен. Так, Аристотель считал, что живые организмы могут спонтанно (самопроизвольно) возникать из неживого материала (черви – из почвы, мухи - из гнилого мяса).

Опроверг точку зрения Аристотеля в ХУП веке итальянский врач и естествоиспытатель Франческо Реди ( 1626 -1698 ), которыйопытным путемпришел к формуле «живое – только из живого» (опыты Реди). Окончательно правоту Ф.Реди подтвердил Л. Пастер (золотая медаль Французской Академии наук, колба Пастера). Заслуга Ф.Реди состоит еще и в том, что он поколебал незыблемые, казалось, основы креационизма - концепции божественного создания жизни,которой придерживалось большинство философов и естествоиспытателей того времени. Мы эту концепцию рассматривать не будем.

В пользу третьей точки зрения - стационарного состояния – высказываются противники эволюции (таковые имеются и в настоящее время): жизнь существовала всегда, у нее не было начала, поэтому нечего и обсуждать. Однако концепция биологической эволюции, хотя и не имеет прямых экспериментальных подтверждений (биологическая эволюция идет в геологическое время и поэтому впрямую не наблюдается), достаточно серьезно аргументирована, и отрицать ее нелогично (см. Лекцию 10).

Четвертая концепция – панспермия – это идея внеземного, космического происхождения жизни. Ее автор – шведский химик лауреат Нобелевской премии Сванте Аррениус (1859 –1927). Космическую идею происхождения жизни поддерживал и наш выдающийся соотечественник, основоположник геохимии и автор учения о биосфере В.И. Вернадский, принадлежавший к русским космистам. Аргументами в пользу этой концепции являются обнаруженные в космических объектах - метеоритах – органические соединения, которые могли сыграть роль «предшественников живого», а также найденные на глубинах до 3000 м в литосфере и на высотах до 25 км в стратосфере живые споры (об этих клетках см. в Лекции 10). Правда, остается открытым вопрос о том, откуда эти споры появились в Космосе. Далее сторонники концепции панспермия вступают уже в область фантастики: существуют целые Галактики, в которых планетные системы генерируют эти «семена жизни», а затем они разносятся по Вселенной, и там, где они попадают в благоприятные условия, начинает развиваться жизнь.

Наконец, пятая концепция - биохимическая: органическая жизнь зародилась на Земле случайно, однократно, 3,5 мрд лет назад из неорганического материала. В Лекции 8 «Науки о Земле» уже было сказано о блестящем опыте С. Миллера и Г. Юри, которые, пропустив через смесь газов, соответствующую составу атмосферы первозданной Земли, получили аминокислоты. Это говорит о том, что такой путь возникновения органических соединений был возможен. В связи с этим возникает следующий вопрос: как был подобран существующий в настоящее время набор из 20 аминокислот? Возможно, существовали и другие генетические коды, определяющие другие наборы аминокислот, но соответствующие им эволюционные линии оборвались, не выдержав конкуренции с другими линиями, которым удалось выжить…

Биохимическую гипотезу выдвинули независимо русский биохимик Александр Иванович Опарин (1894 - 1980) в 1924 г. и английский ученый Джон Холдейн ( 1860 – 1936 ) в 1929 г. Основным химическим элементом, лежащим в основе состава всех живых организмов, является углерод. Оба автора предложили более или менее вероятные механизмы, с помощью которых из углерода, кислорода, водорода и азота могли синтезироваться почти все мономеры, необходимые живой клетке. Напомним, что в атмосфере первозданной Земли не было свободного кислорода, и возникшие органические вещества могли накопиться в первобытном океане. в достаточно больших количествах. Идеи Опарина и Холдейна не были поддержаны большинством ученых того времени, считавших, что Л. Пастер раз и навсегда доказал невозможность самопроизвольного зарождения живого из неживого. Однако доказательство Пастера касается современных условий с окислительной обстановкой, а в биохимической концепции речь идет об условиях первозданной Земли с восстановительной обстановкой. В настоящее время биохимическая концепция А.И. Опарина и Дж. Холдейна является общепринятой. В соответствии с этой гипотезой, процесс возникновения жизни можно разделить на пять этапов:

1. Образование планеты (примерно 4,5 мрд лет назад) с газовой оболочкой, имевшей сырье для возникновения органических соединений.

2. Синтез органических соединений (аминокислот, сахаров, органических оснований, жиров) из неорганического сырья.

3. Полимеризация образовавшихся мономеров с получением белковых и полинуклеотидных цепей в водной среде.

4. Накопление органических биополимеров в Мировом океане и образование «коацерватных капель» с собственной индивидуальностью, отделенных от водной среды оболочкой из жироподобных веществ.

5. Возникновение репродуктивного аппарата, т.е. способности к размножению. Появление жизни на Земле - это возникновение нуклеиновых кислот, именно здесь лежит граница неживого и живого.

Первые примитивные клетки были безъядерными (пробионты) и питались имеющимися в «первозданном бульоне» органическими веществами или своими собратьями, т.е. были гетеротрофами. Далее живые организмы, ставшие предками растений, «научились» улавливать солнечную энергию и запасать ее в химических связях органических веществ, т.е. стали автотрофами. Таким образом, уже через миллиард лет после образования планеты, в архее, на ней появились живые организмы, способные к самовоспроизведению. В протерозое появляются клетки, имеющие оформленное ядро (эукариоты). Первые ядерные организмы были одноклеточными (простейшими). Далее появились многоклеточные. В течение архея и протерозоя жизнь развивалась в водной среде, и только в палеозойскую эру вышла на сушу. Весьма существенно отметить, что эволюция не только творила новые, более приспособленные и сложные формы жизни, но сохраняла и некоторые старые, т.е. шла путем создания разнообразия живых организмов (породив млекопитающих и цветковые растения, она сохранила бактерии и сине-зеленые водоросли, т.е. прокариоты).