Современные концепции происхождения жизни

Введение

Вопросы возникновения жизни на земле были и остаются наиболее актуальными и до сих пор представляют огромный интерес как для исследователей, так и для всех людей, интересующихся историей нашей планеты, поскольку жизнь – это одно из сложнейших и до сих пор окончательно непознанных явлений природы.
С самых древних времен жизнь воспринималась как таинственный и непознаваемый феномен, поэтому вопросам происхождения всегда придавалось большое значение, а в философском аспекте по вопросам происхождения жизни всегда шла острая полемика между материалистами и идеалистами. В частности, представители идеализма считали жизнь в первую очередь нематериальным духовным началом, которое возникло в результате акта божественного сотворения.
В свою очередь материалисты предполагают, что жизнь на планете возникла путем абиогенеза, т.е. путем самозарождения и эволюции неорганических соединений и усложнения их.
На сегодняшний момент общепризнано, что жизнь возникла на Земле в результате закономерного процесса, который возможно исследовать и частично воспроизвести в условиях эксперимента.
В основе возникновения жизни лежит эволюция соединений углерода, происходившая во Вселенной задолго до того, как возникла Солнечная система. При формировании Земли, ее атмосферы, гидросферы и литосферы эволюция соединений углерода только продолжилась. С этого момента природа находится в состоянии непрерывного развития.
Объектом работы является происхождение жизни на Земле.
Предметом работы является происхождение жизни на Земле в свете современных теорий.
Цель работы – изучить современные теории происхождения жизни на Земле.
Для того, что достичь поставленной цели необходимо выполнить ряд промежуточных задач, таких как:
рассмотреть теория стационарного состояния;
рассмотреть теорию панспермии;
рассмотреть теорию биохимической эволюции Опарина-Холдейна;
рассмотреть идеи голобиоза и генобиоза.
Данная работа состоит из введения, четырех параграфов, заключения и списка использованной литературы.

1. Теория стационарного состояния

Ряд лабораторных опытов, которые опровергли возможность спонтанного зарождения живых организмов и осознание сложного строения клетки и многогранности происходящих в ней беиохимических процессов в совокупности с идеями эволюционного развития Ч. Дарвина оказали громадное влияние на формирование альтернативных теорий происхождения жизни на Земле.
В частности, примером такой теории стало выдвинутое в 1880 году предположение В. Прейера о том, что нет необходимости говорить о рождении жизни на нашей планете, поскольку жизнь существует вечно, и у нее не было начала как такового. Жизнь на планете неизменна и может возродиться в любых подходящих для этого условиях.
Воззрения Прейера и его последователей в настоящее время представляют скорее философский и исторический интерес, поскольку не являются научными. данные идеи были опровергнуты расчетами астрономов и физиков, которые представили сроки конечного существования для любой планетарной системы, зафиксировав постоянное неуклонное расширение Вселенной, что говорит о том, что Вселенная никогда не была ни постоянной ни вечной.
Стремление рассматривать мир как единую глобальную живую сущность перекликалось со взглядами великого ученого и философа из России - Владимира Ивановича Вернадского (1863-1945 гг.), который также имевшего своё представление о происхождении жизни на Земле.
Данная идея основывалась на том, что жизнь представляет собой неотъемлемую характеристику вселенной. По мнению Вернадского, то, что наука не смогла найти пластов, не содержавших следов органических веществ, говорило о геологической вечности жизни.
Одним из способов, которым жизнь появилась на молодой планете, Вернадский считал её контакты с космическими объектами, такими как кометы, астероиды и метеориты. Здесь его теория смыкалась с другой версией, которая объясняла происхождение жизни на Земле методом панспермии.

2. Теория панспермии

Теория панспермии полагает, что жизнь – это фундаментальное свойство материи, не объясняя при этом способа ее возникновения. Приверженцы панспермии называют космос источником зародышей жизни, которые попадают на те небесные тела, которые обладают подходящими для прорастания этих зародышей условиями.
Первое упоминание об основных концепциях панспермии можно найти еще в сочинениях древнегреческого философа Анаксагора (500-428 до н. э.), а в XVIII веке о пансепермии высказывался французский дипломат и геолог Бенуа де Майе (1656-1738 гг.). Реанимировали эти идеи Сванте Август Аррениус (1859-1927 гг.), лорд Кельвин Уильям Томсон (1824-1907 гг.) и Герман фон Гельмгольц (1821-1894 гг.).
С началом космической эры и развитием исследований жестких космических излучений на органические объекты поставило актуальность идеи панспермии под вопрос, поскольку тот спектр физических условий (низкая температура, вакуум, жесткие космические излучения) не способствуют выживанию любого организма.
В 1973 году нобелевский лауреат Френсис Крик (1916-2004 гг.) высказал мысль о внеземном производстве молекулярных живых систем и дальнейшем попадании их на Землю с метеоритами и кометами. При этом шансы абиогенеза на нашей планете им оценивались как крайне низкие.
При этом происхождение и развитие жизни на Земле путем усложнения и самосборки органических молекул высокой сложности ученый считал практически нереальным или как минимум маловероятным.
Данная идея основывалась на том, чтоокаменевшие биологические структуры находили в метеоритах по всей планете, а также подобные следы были обнаружены в образцах грунта, которые доставили с Луны и Марса.
С другой стороны, проводятся многочисленные эксперименты по обработке биоструктур воздействиями, возможными при нахождении их в космическом пространстве и при прохождении атмосферы, подобной земной.
Важный эксперимент был проведен в 2006 году в рамках миссии Deep Impact. Комета Темпеля была протаранена специальным зондом-импактором, выпущенным автоматическим аппаратом. Анализ кометного вещества, выделившегося в результате удара, показал наличие в нем воды и многообразных органических соединений.
Следовательно, теория панспермии со времени своего зарождения и до сегодняшнего момента претерпела ряд значительных изменений.
Современная наука несколько по-другому трактует те первичные элементы жизни, которые могли быть доставлены на нашу молодую планету посредством различных космических объектов

.
Ряд современных исследований и экспериментов доказывают, что живые клетки способны сохранять свою жизнестойкость в условиях открытого космоса. Разумеется, это касается не всех клеток, но допускает возможность внеземного происхождения жизни.
Основные концепции происхождения жизни на Земле являются те теории, в которые панспермия входит или в качестве ведущего компонента, или как способа доставки на Землю компонентов для создания живой материи.

3. Теория биохимической эволюции Опарина-Холдейна

Идея зарождения живых существ без вмешательства божественной воли, из неорганических компонентов среды, впервые была сформулирована академиком А.И.Опариным в 1924 году в работе «Происхождение жизни».
В 1929 году, похожие концепции происхождения жизни на Земле высказал английский биолог Джон Холдейн (1860-1936 гг.) не зависимо от Опарина, поскольку на тот момент связи между советскими и зарубежными учеными были недостаточно активными.
В своей теории Опарин исходит из того, что атмосфера молодой Земли не содержала кислорода и была таким образом восстановительной. Под воздействием мощных всплесков энергии (грозы и космическое излучение) мог происходить синтез органических соединений из более простых неорганических компонентов, которые присутствовали в первичной атмосфере и первичном океане.
В дальнейшем эти молекулы могли образовать сгустки и скопления, получившие название коацерватных капель. Коацерватные капли представляли собой протоорганизмы, окруженные водными рубашками – зачатками клеточной мембраны, благодаря наличию которых происходило расслоение, порождающее разность зарядов, а следовательно и движение – начало обмена веществ, зачатки метаболизма и т. д. Коацерваты считались основой для начала эволюционных процессов, приведших в итоге к возникновению первых жизненных форм.
Холдейн ввел понятие «первичного бульона» - начального земного океана, который стал своеобразной огромной химической лабораторией, подключенной к мощному источнику питания – солнечному свету. Сочетание диоксида углерода, аммиака и ультрафиолетового излучения привело в итоге к появлению концентрированной популяции органических мономеров и полимеров.
В дальнейшем эти соединения компоновались с образованием вокруг них липидной мембраны, что в итоге привело к появлению первых живых клеток.
Значительное количество ученых положительно отнеслись к идее возникновения жизни на Земле на основе абиогенеза, хотя с самого начала указывали на определенные недоговоренности и «узкие места» в теории Опарина-Холдейна.
В разных странах начались работы по проведению тестовых исследований гипотезы, из которых наиболее известен классический эксперимент, который был проведен в 1953 году американскими учеными Стенли Миллером (1930-2007 гг.) и Гарольдом Юри (1893-1981 гг.).
Повторные и модифицированные опыты полностью подтвердили возможность абиогенеза в имитируемых условиях ранней Земли. В последующие годы в других лабораториях были проведены и повторные опыты. К составу газовой смеси добавлялся сероводород как возможный компонент вулканических выделений, вносились и ряд других некардинальных изменений.
В большинстве случае исследователям удавалось получить органические соединения в указанных условиях атмосферы земли в ранний период ее формирования. Однако попытки синтезировать более сложные структуры, которые приближались бы по составу и строению к живой прото-клетке пока не увенчались успехом.
К концу XX века многим ученым, которых не переставала интересовать проблема происхождения жизни на Земле, стало ясно, что несмотря на всю логическую стройность теоретических выкладок и опытном подтверждении теория Опарина-Холдейна имеет ряд явных изъянов.
Основной проблемой данной теории была невозможность объяснения того, как у протобионтов возникло основное свойство любого живого организма – свойство размножения и сохранения наследственных признаков.
С открытием генетических клеточных структур, с определением функции и строения ДНК, с развитием микробиологии появился новый кандидат на роль молекулы первожизни. Им стала молекула рибонуклеиновой кислоты – РНК.
Теория биохимической эволюции на сегодняшний момент является самой разработанной из всех теорий, так или иначе объясняющих феномен происхождения жизни на земле.
Данная теория учитывает множество аспектов, которые оказали влияние на формирование первых коацерватных капель, однако вопрос о том, как произошло формирование единой живой клетки как организма из набора белковых молекул остается до сих пор неясным.
Таким образом, теория происхождения жизни путем постепенного усложнения органических молекул, присутствовавших в «первичном бульоне», является наиболее проработанной и подтверждается ядом экспериментов. Однако теория абиогенеза не дает всех ответов на вопросы о происхождении жизни на Земле и образовании именно клеточных структур и многоклеточных организмов.

4. Голобиоз и генобиоз

Ученые, занимающиеся рассмотрением вопросов о происхождении жизни, наиболее сложным вопросом считают характеристику структурных и функциональных систем протобиологической системы, то есть доклеточного предка всех живых существ.
Трудность в решении данной проблемы связана прежде всего с тем, что для самовоспроизведения нуклеиновых кислот, являющихся основой генетического кода нужны белки-ферменты, а синтез этих ферментных белков в свою очередь кодируется определенной последовательностью нуклеиновых кислот.
Поэтому предметом дискуссии издавна служили два взаимосвязанных вопроса.
Первый: что было первичным - белки или нуклеиновые кислоты? Второй: если признать, что оба эти класса биополимеров возникли не одновременно, а последовательно, то на каком этапе и как произошло их объединение в единую систему, которая оказалась способной к функциям передачи генетической информации и регуляции биосинтеза белков?
Рассматривая ответы на вопрос о первичности белков или нуклеиновых кислот, все существующие гипотезы и концепции можно разделить на две большие группы - голобиоза и генобиоза.
Рассмотренная нами концепция Опарина относится к группе голобиоза - методологического подхода, который основывается на идее первичности структур типа клеточной, которые обладают способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма