A földi élet keletkezésének elméletei. Modern elképzelések az élet eredetéről

Az élet és az élet problémája számos természettudományi tudomány tárgya, kezdve a biológiával és a filozófiával, a matematikával, amely az élő jelenség absztrakt modelljeit veszi figyelembe, valamint a fizikával, amely az életet a fizikai törvények szemszögéből határozza meg. .

Az összes többi konkrétabb probléma és kérdés e fő probléma köré összpontosul, és filozófiai általánosítások és következtetések is épülnek.

Két világnézeti álláspontnak - materialista és idealista - összhangban még az ókori filozófiában is ellentétes fogalmak alakultak ki az élet eredetéről: kreacionizmus és materialista eredetelmélet szerves a szervetlenből.

Támogatók kreacionizmus azzal érvelnek, hogy az élet egy isteni teremtés eredményeként keletkezett, aminek bizonyítéka egy olyan különleges erő jelenléte az élő szervezetekben, amely minden biológiai folyamatot irányít.

Az élet élettelen természetből való eredetének hívei azzal érvelnek, hogy a szerves természet a természeti törvények hatására jött létre. Később ez a koncepció az élet spontán generációjának gondolatában konkretizálódott.

A spontán generáció fogalma, a tévedés ellenére pozitív szerepet játszott; az ennek igazolására tervezett kísérletek gazdag empirikus anyagot szolgáltattak a fejlődő biológiai tudomány számára. A spontán generáció gondolatának végső elutasítása csak a 19. században következett be.

A 19. században is előterjesztették az élet örök létezésének hipotéziseés kozmikus eredete a Földön. Azt sugallják, hogy az élet létezik az űrben, és egyik bolygóról a másikra utazik.

A XX. század elején. ötlet kozmikus eredet a Föld biológiai rendszereit és az élet létezésének örökkévalóságát az űrben az orosz akadémikus dolgozta ki AZ ÉS. Vernadszkij.

A.I. akadémikus hipotézise. Oparina

Az élet keletkezésének alapvetően új hipotézisét állította fel Akadémikus A.I. Oparin a könyvben "Az élet eredete”, amely 1924-ben jelent meg. Azt a kijelentést tette, hogy Redi elve, amely a biotikus szintézis monopóliumát vezeti be szerves anyag, csak bolygónk létezésének modern korszakára érvényes. Fennállásának kezdetén, amikor a Föld élettelen volt, a szénvegyületek abiotikus szintézise, ​​majd az azt követő prebiológiai fejlődésük ment végbe rajta.

Oparin hipotézisének lényege a következő: a földi élet keletkezése az élő anyag kialakulásának hosszú evolúciós folyamata az élettelen anyag mélyén. Ez kémiai evolúció útján történt, melynek eredményeként a szervetlen anyagokból erős fizikai és kémiai folyamatok hatására a legegyszerűbb szerves anyagok keletkeztek.

Az élet kialakulását egyetlen természetes folyamatnak tekintette, amely a kezdeti kémiai evolúcióból állt a korai Föld körülményei között, amely fokozatosan egy minőségileg új szintre - a biokémiai evolúcióra - ment át.

Figyelembe véve az élet biokémiai evolúció útján történő megjelenésének problémáját, Oparin az élettelen anyagból az élő anyagba való átmenet három szakaszát különbözteti meg.

Az első szakasz a kémiai evolúció. Amikor a Föld még élettelen volt (kb. 4 milliárd évvel ezelőtt), a szénvegyületek abiotikus szintézise és az azt követő prebiológiai evolúció.

A Föld fejlődésének ezt az időszakát számos vulkánkitörés jellemezte, hatalmas mennyiségű vörösen izzó láva szabadulásával. Ahogy a bolygó lehűlt, a légkörben lévő vízgőz lecsapódott és záporokban a Földre hullott, hatalmas vízfelületeket (az elsődleges óceánt) képezve. Ezek a folyamatok sok millió évig folytatódtak. Különféle szervetlen sókat oldottak fel az elsődleges óceán vizében. Emellett a légkörben az ultraibolya sugárzás hatására folyamatosan képződő különféle szerves vegyületek is bekerültek az óceánba. magas hőmérsékletűés aktív vulkáni tevékenység.

A szerves vegyületek koncentrációja folyamatosan nőtt, és végül az óceán vize " húsleves»fehérjeszerű anyagokból — peptidekből.

A második szakasz a fehérjék megjelenése. Ahogy a Föld körülményei enyhülnek, a becsapódás hatására kémiai keverékek az elektromos kisülések, a hőenergia és az ultraibolya sugarak elsődleges óceánjában lehetővé vált összetett szerves vegyületek - biopolimerek és nukleotidok - képzése, amelyek fokozatosan egyesülve és összetettebbé válva protobionták(élő szervezetek sejt előtti ősei). Az összetett szerves anyagok evolúciójának eredménye volt a megjelenés koacervál, vagy co-acervat cseppek.

koacervál- kolloid részecskék komplexei, amelyek oldata két rétegre oszlik: egy kolloid részecskékben gazdag rétegre és egy azoktól szinte mentes folyadékra. A koacervátok képesek voltak felszívni az elsődleges óceán vizében oldott különféle anyagokat. Ennek eredményeként belső szerkezet A koacervátumok állandóan változó körülmények között stabilitásuk növelésének irányába változtak.

A biokémiai evolúció elmélete a koacervátumokat prebiológiai rendszernek tekinti, amelyek vízhéjjal körülvett molekulacsoportok.

Így például a koacervátumok képesek felszívni az anyagokat a környezetből, kölcsönhatásba lépnek egymással, megnövelik a méretüket stb. Az élőlényekkel ellentétben azonban a koacervátumcseppek nem képesek önreprodukcióra és önszabályozásra, ezért nem sorolhatók a biológiai rendszerek közé.

A harmadik szakasz az önreprodukciós képesség kialakulása, az élő sejt megjelenése. Ebben az időszakban kezdett hatni a természetes szelekció, i.e. a koacervátumcseppek tömegében az adott környezeti feltételeknek leginkább ellenálló koacervátumokat választottuk ki. A kiválasztási folyamat sok millió éve tart. A fennmaradt koacervátumcseppek már rendelkeztek az elsődleges anyagcsere képességével, az élet fő tulajdonságával.

Ugyanakkor egy bizonyos méretet elérve a szülőcsepp gyermekcseppekre bomlott, amelyek megtartották a szülőstruktúra jellemzőit.

Így beszélhetünk az öntermelés tulajdonságának koacervátumok általi megszerzéséről - ez az élet egyik legfontosabb jele. Valójában ebben a szakaszban a koacervátumok a legegyszerűbb élő szervezetekké váltak.

Ezeknek a prebiológiai struktúráknak a további evolúciója csak a koacervátumon belüli anyagcsere-folyamatok szövődményével volt lehetséges.

A koacervátum belső környezete védelemre szorult a környezeti hatásokkal szemben. Ezért a szerves vegyületekben gazdag koacervátumok körül lipidrétegek keletkeztek, elválasztva a koacervátumokat a környező vizes közegtől. Az evolúció során a lipidek átalakultak külső membrán, amely jelentősen növelte az élőlények életképességét és rezisztenciáját.

A membrán megjelenése előre meghatározta a további biológiai evolúció irányát az egyre tökéletesebb autoreguláció útján, amely az elsődleges sejt, az archecella kialakulásában tetőzött. A sejt egy elemi biológiai egység, minden élőlény szerkezeti és funkcionális alapja. A sejtek önálló anyagcserét folytatnak, képesek osztódásra és önszabályozásra, pl. rendelkezik az élőlények összes tulajdonságával. Új sejtek képződése nem sejtes anyagból lehetetlen, a sejtszaporodás csak osztódásnak köszönhető. szerves fejlődés a sejtképződés univerzális folyamatának tekintik.

A sejt szerkezetében találhatók: membrán, amely elhatárolja a sejt tartalmát a külső környezettől; citoplazma, amely egy sóoldat oldható és szuszpendált enzimekkel és RNS-molekulákkal; kromoszómákat tartalmazó mag, amely DNS-molekulákból és a hozzájuk kapcsolódó fehérjékből áll.

Ezért az élet kezdetének egy stabil önreprodukáló szerves rendszer (sejt) megjelenését kell tekinteni, állandó nukleotidsorrenddel. Csak az ilyen rendszerek megjelenése után beszélhetünk a biológiai evolúció kezdetéről.

A 20. század közepén kísérletileg igazolták a biopolimerek abiogén szintézisének lehetőségét. 1953-ban egy amerikai tudós S. Miller modellezte a Föld őslégkörét, és ecet- és hangyasavakat, karbamidot és aminosavakat szintetizált úgy, hogy elektromos töltéseket vezet át inert gázok keverékén. Így bemutatták, hogyan lehetséges komplex szerves vegyületek szintézise abiogén faktorok hatására.

Az elméleti és kísérleti érvényesség ellenére Oparin koncepciójának vannak erősségei és gyengeségei is.

A koncepció erőssége a kémiai evolúció meglehetősen pontos kísérleti alátámasztása, amely szerint az élet keletkezése az anyag prebiológiai evolúciójának természetes eredménye.

Meggyőző érv e koncepció mellett a főbb rendelkezések kísérleti ellenőrzésének lehetősége is.

A koncepció gyenge oldala az, hogy lehetetlen megmagyarázni a bonyolult szerves vegyületektől az élő szervezetek felé történő ugrás pillanatát.

A prebiológiai evolúcióból a biológiai evolúcióba való átmenet egyik változatát kínálja a német tudós M. Eigen. Hipotézise szerint az élet keletkezését a kölcsönhatás magyarázza nukleinsavakés fehérjéket. A nukleinsavak genetikai információ hordozói, a fehérjék pedig a kémiai reakciók katalizátoraiként szolgálnak. A nukleinsavak önmagukat reprodukálják és információt továbbítanak a fehérjéknek. Megjelenik egy zárt lánc - egy hiperciklus, amelyben a kémiai reakciók folyamatai öngyorsulnak a katalizátorok jelenléte és a torlódások miatt.

Hiperciklusokban a reakciótermék egyidejűleg katalizátorként és kiindulási reagensként is működik. Az ilyen reakciókat autokatalitikusnak nevezik.

A szinergetika egy másik elmélet, amely megmagyarázhatja a prebiológiai evolúcióból a biológiai evolúcióba való átmenetet. A szinergetika által feltárt minták lehetővé teszik a szerves anyagok szervetlen anyagokból történő kialakulásának mechanizmusának tisztázását az önszerveződés szempontjából, a nyílt rendszer kölcsönhatása során új struktúrák spontán megjelenésén keresztül. környezet.

Megjegyzések az élet keletkezésének elméletéhez és a bioszféra kialakulásához

NÁL NÉL modern tudomány elfogadták a hosszú kozmikus, geológiai és kémiai evolúció - abiogenezis - eredményeként természetes okok hatására létrejövő élet abiogén (nem biológiai) eredetének hipotézisét, amelynek alapját A. I. Oparin akadémikus hipotézise képezte. . Az abiogenezis koncepciója nem zárja ki az élet létezésének lehetőségét az űrben és kozmikus eredetét a Földön.

Ennek alapján azonban modern vívmányok tudomány, az A.I. hipotéziséhez. Oparin a következő pontosításokat javasolja.

Az Óceán vizének felszínén (vagy annak közelében) nem keletkezhetett élet, hiszen azokban a távoli időkben a Hold sokkal közelebb volt a Földhöz, mint jelenleg. A dagályhullámoknak nagy magasságúaknak, nagy pusztító erejűeknek kellett lenniük. Ilyen körülmények között a protobionták egyszerűen nem jöhettek létre.

Az ózonréteg hiánya miatt a kemény ultraibolya sugárzás hatására protobiontok sem létezhettek. Ez arra utal, hogy az élet csak a vízoszlopban jelenhetett meg.

A különleges körülmények miatt élet csak az elsődleges Óceán vizében jelenhetett meg, de nem a felszínen, hanem az alján pirit- és apatitkristályok felületén adszorbeált vékony szervesanyag-filmekben, nyilván geotermikus források közelében. Azóta megállapították, hogy a vulkánkitörések termékeiben szerves vegyületek képződnek, és az ókorban az óceán alatti vulkáni tevékenység nagyon aktív volt. Az ókori óceánban nem volt olyan oldott oxigén, amely képes lett volna szerves vegyületeket oxidálni.

Ma úgy tartják, hogy a protobionok RNS-molekulák, de nem DNS-molekulák, mivel bebizonyosodott, hogy az evolúciós folyamat az RNS-ből fehérjévé, majd egy DNS-molekula kialakulásáig jutott, amelyben a C-H kötések erősebbek voltak, mint a C-OH kötések. RNS-ben. Nyilvánvaló azonban, hogy az RNS-molekulák nem keletkezhettek zökkenőmentes evolúciós fejlődés eredményeként. Valószínűleg ugrás történt az anyag önszerveződésének minden jellemzőjével, amelynek mechanizmusa jelenleg nem tisztázott.

A vízoszlop elsődleges bioszféráját valószínűleg gazdag funkcionális diverzitás képviselte. És az élet első megjelenésének nem egyfajta organizmus formájában kellett volna bekövetkeznie, hanem az élőlények összességében. Sok elsődleges biocenózisnak azonnal meg kellett volna jelennie. A legegyszerűbb egysejtű élőlényekből álltak, amelyek kivétel nélkül képesek voltak ellátni a bioszférában lévő élő anyagok összes funkcióját.

Ezek a legegyszerűbb élőlények heterotrófok voltak (kész szerves vegyületekkel táplálkoztak), prokarióták (mag nélküli szervezetek), anaerobok (élesztő fermentációt használtak energiaforrásként).

A szén különleges tulajdonságai miatt ezen az alapon jelent meg az élet. Azonban egyetlen modern adat sem mond ellent annak, hogy az élet nem csak szén-dioxid-alapon keletkezhetne.

Néhány jövőbeli irány az élet keletkezésének tanulmányozásához

A 21. században az élet keletkezésének problémájának tisztázása érdekében a kutatók két tárgy iránt is fokozott érdeklődést mutatnak - a Jupiter holdjára 1610-ben nyitották meg G. Galileo. A Földtől 671 000 km távolságra található. Átmérője 3100 km. Sok kilométernyi jég borítja. A jégtakaró alatt azonban ott van az óceán, és az ősi élet legegyszerűbb formáit őrizhette meg.

Egy másik tárgy - keleti tó, amelyet reliktumtározónak neveznek. Az Antarktiszon található, négy kilométeres jégréteg alatt. Kutatóink mélytengeri fúrások eredményeként fedezték fel. Jelenleg egy nemzetközi program kidolgozása van folyamatban, melynek célja, hogy a tó reliktum tisztaságának megsértése nélkül behatoljon a tó vizébe. Lehetséges, hogy több millió éves ereklye élőlények léteznek.

iránt is nagy az érdeklődés barlangot fedeztek fel Romániában fényhez való hozzáférés nélkül. Amikor megfúrták ennek a barlangnak a bejáratát, felfedezték a vak élő szervezetek, például a mikroorganizmusokkal táplálkozó poloskák létezését. Ezek a mikroorganizmusok létezésükhöz a barlang aljából származó hidrogén-szulfidot tartalmazó szervetlen vegyületeket használnak fel. Ebben a barlangban nincs fény, de víz van.

Különösen érdekesek mikroorganizmusok, nemrég fedezték fel amerikai tudósok a tanulmányban az egyik sós tó. Ezek a mikroorganizmusok rendkívül ellenállóak a környezettel szemben. Még tisztán arzénes közegben is élhetnek.

Az úgynevezett „fekete dohányosokban” élő szervezetek is nagy figyelmet keltenek (2.1. ábra).

Rizs. 2.1. Az óceán fenekének „fekete dohányosai” (jet forró víz nyilak mutatják)

A "fekete dohányosok" számos hidrotermikus szellőzőnyílás, amelyek az óceánok fenekén működnek, és az óceánközépi gerincek tengelyirányú részeire korlátozódnak. Ebből az óceánokba 250 atm magas nyomás alatt. erősen mineralizált forró víz (350 °C) lép be. Hozzájárulásuk a Föld hőáramához körülbelül 20%.

A hidrotermikus óceáni szellőzőnyílások oldott elemeket szállítanak az óceáni kéregből az óceánokba, megváltoztatva a kérget, és nagyon jelentős mértékben hozzájárulnak az óceánok kémiai összetételéhez. Az óceáni gerinceken zajló óceáni kéregképződés ciklusával és annak a köpenybe való újrahasznosításával együtt a hidrotermikus átalakulás kétlépcsős rendszert jelent az elemek átvitelére a köpeny és az óceánok között. A köpenybe újrahasznosított óceáni kéreg nyilvánvalóan felelős a köpeny inhomogenitásának egy részéért.

Az óceán közepén található hidrotermikus szellőzőnyílások szokatlan biológiai közösségeknek adnak otthont, amelyek energiájukat a hidrotermális folyadékvegyületek (jet black) lebomlásából nyerik.

Úgy tűnik, az óceáni kéregben találhatók a bioszféra legmélyebb részei, amelyek 2500 m mélységet érnek el.

A hidrotermikus források jelentősen hozzájárulnak a Föld hőegyensúlyához. A középső gerincek alatt a köpeny a felszínhez legközelebb esik. A tengervíz a repedéseken keresztül jelentős mélységig behatol az óceáni kéregbe, a hővezető képesség miatt a köpenyhő hatására felmelegszik, és magmakamrákban koncentrálódik.

A fent felsorolt ​​"speciális" objektumok mélyreható tanulmányozása kétségtelenül elvezeti a tudósokat ahhoz, hogy objektívebben megértsék bolygónkon az élet keletkezésének és bioszférája kialakulásának problémáját.

Meg kell azonban jegyezni, hogy a mai napig nem sikerült kísérleti úton életet szerezni.

Ha elemezzük az összes adatot, amelyet a tudósoknak sikerült megszerezniük a különböző tanulmányok során, nyilvánvalóvá válik, hogy a Földön az élet csodálatos. hihetetlen tény. Az univerzumunkban való előfordulásának esélye elhanyagolható. Az élet kialakulásának minden szakasza magában foglalta az események alternatív fejlődésének lehetőségét, amelynek eredményeként a világ egy hideg kozmikus szakadék maradt volna, nem csak az emberi elme, de még a legkisebb mikroba utalása nélkül is. A kreacionisták ezt a hihetetlen eseményt az isteni beavatkozásnak tulajdonítják. Isten létezését azonban nem lehet sem bizonyítani, sem megcáfolni, az élet eredetére vonatkozó modern elképzelések, mint általában minden tudomány, kísérleti adatokon és elméleti fejleményeken alapulnak, amelyek megkérdőjelezhetők vagy megerősíthetők.

Vitalizmus

Az emberi tudás olyan evolúción megy keresztül, amely fő pontjaiban némileg hasonlít a Darwin által leírt folyamathoz. Az elméletek átmennek és túlélik a legerősebbeket, akiknek sikerült ellenállniuk az ellenérvek támadásának, vagy alkalmazkodni, változni, hogy megfeleljenek azokhoz. Az élet keletkezésére vonatkozó hipotézisek is nagy utat jártak be, amelyeknek a beteljesedését még csak meg sem jelölték, hiszen naponta derülnek ki új tények, amelyek a már kialakult nézeteket korrigálni kényszerítik.

A vitalizmus, az élet állandó spontán nemzedékének elmélete ezen az úton mérföldkővé vált. Rendelkezései szerint az egerek régi rongyokban, férgek - rothadó táplálékmaradványokban jelentek meg. A vitalizmus uralta a tudományt egészen Louis Pasteur 1860-as kísérleteiig, amikor bebizonyította az élő szervezetek spontán nemzedékének lehetetlenségét. Az eredmények paradox eseményeket váltottak ki: megerősítették az isteni princípiumba vetett hitet, és arra kényszerítették a tudósokat, hogy bizonyítékokat keressenek arra vonatkozóan, amit nemrégiben cáfoltak. A tudomány azt próbálta megmagyarázni, hogy az élet önálló keletkezése megtörtént, de nagyon régen, és szakaszosan, több millió évbe telt.

Szének szintézise

A helyzet reménytelennek tűnt, amíg 1864-ben A.M. Butlerov nem tett fontos felfedezést.

Szervetlenből (kísérletében formaldehidből) sikerült (szenet) szereznie. A kapott adatok lerombolták azt az impozáns falat, amely eddig az élő szervezeteket és a holt anyagok világát határolta. Idővel a tudósok képesek voltak a szerves anyagok más változatait is előállítani szervetlen anyagokból. Ettől a pillanattól kezdve kezdtek kialakulni a modern elképzelések az élet eredetéről. Nemcsak biológiából, hanem kozmológiából és fizikából is vettek fel adatokat.

Az ősrobbanás következményei

Az élet keletkezésének elméletei hatalmas korszakot ölelnek fel: a tudósok már az Univerzum születésének korai szakaszában megtalálják az organizmusok jövőbeni kialakulásának első előfeltételeit. A modern fizika a világ létezését az Ősrobbanástól számítja, amikor szinte minden megjelent a semmiből. A gyorsan táguló és lehűlő Univerzumban először atomok és molekulák keletkeztek, majd elkezdtek egyesülni, megalkotva a csillagok első generációját. Ezek lettek a tudomány által ma ismert legtöbb elem kialakulásának helye. A csillagok robbanása után új atomok töltötték be a teret, és az objektumok következő generációjának alapjává váltak, beleértve a Napunkat is. A modern adatok arra utalnak, hogy az első az új csillagokat körülvevő protoplanetáris felhőkben jelenhetett meg. Hamarosan bolygók alakultak ki belőlük. Kiderült, hogy az élet megjelenésének első szakaszai a Földön már a kialakulása előtt lezajlottak.

Autokatalitikus ciklusok

A Kék Bolygón „gyermekkori éveiben” lezajló folyamatokat a belsejét alkotó, az űrből meteoritként érkező anyagok támogatták. Hipotézisek az élet eredetéről A szerves anyagok földi keletkezésének egyik fontos alapja a kémiai reakciók katalizátorai, amelyek ezen „idegenek” töredékeivel kerültek ide. Oda vezettek, hogy a leggyorsabb folyamatok kezdtek elsöprő szerepet játszani az új anyagok kialakulásában a bolygón.

A következő lépés az autokatalitikus ciklus. Az ilyen folyamatokban olyan anyagok képződnek, amelyek növelik a reakció sebességét, valamint megújítják a szubsztrátot - az elemeket, amelyek kölcsönhatásba lépnek. A kör tehát bezárult: a folyamatok felgyorsították magukat, és maguknak „főztek ételt”, vagyis olyan anyagokat, amelyek újra reakcióba léptek, ismét önmagukat katalizálták és újra szubsztrátot képeztek stb.

Kétségek

Modern kilátás az élet eredetéről hosszú ideje ellentmondó véleményeket tartalmazott. A buktató a tyúk-tojás probléma. Ami először keletkezett: fehérjék, amelyek a sejtben minden folyamatot végrehajtanak, vagy DNS, amely meghatározza e fehérjék szerkezetét, és tárolja az összes örökletes információt. Az előbbiek szükségesek a szervezet számára, mivel hozzájárulnak a rendszer önfenntartásához, amelyek nélkül az élet lehetetlen. A DNS tartalmazza a sejt szerkezetének feljegyzését, amely meghatározza az életképességet is. A tudósok véleménye megoszlott, és a kérdésre nem volt válasz egészen addig a pillanatig, amikor kiderült, hogy nem a DNS, hanem az RNS, a szerves vegyületek harmadik osztálya, amelyet általában csak másodlagos szerepet tulajdonítottak az eredetelméletben. élet, a vírusok örökletes információinak tárházaként működik.

RNS világ

Fokozatosan gyűlni kezdtek a tények, és a múlt század 80-as éveiben olyan adatok jelentek meg, amelyek megfordították a gondolatot korai szakaszaibanélő anyag kialakulása. Ribozimokat, RNS-molekulákat fedeztek fel, amelyek különösen a fehérjék képesek katalizálni a reakciókat. Az élet első formái tehát fehérjék és DNS részvétele nélkül is létrejöhettek volna. Ezeknek a funkciójuk az információ tárolása, valamint minden belső munka RNS készítette. A földi élet ma protoorganizmusoktól származik, amelyek önreplikálódó ribozimekből álló autokatalitikus ciklusok. Az elméletet "RNA World"-nek hívták.

koacervál

Ma nehéz elképzelni annak az időszaknak az életét, hiszen nem volt ilyen fontos jellemzője- héjak vagy szegélyek. Valójában ez egy RNS-ből származó autokatalitikus ciklusokat tartalmazó oldat volt. A folyamatok helyes lebonyolításához szükséges határok hiányának problémáját improvizált módszerekkel oldották meg. A protoorganizmusok a zeolit ​​ásványok közelében találtak menedéket, amelyeknek a kristályrács hálózatos szerkezete volt. Felületük képes volt katalizálni az RNS-láncok kialakulását, és bizonyos konfigurációt adni nekik.

Tovább - tovább: koacervátumok vagy víz-lipid cseppek jelennek meg a színpadon. Mind a közelmúlt, mind a modernitás hipotézisei nagyrészt az A.I. elméletén alapulnak. Oparin, aki tanulmányozta az ilyen képződmények tulajdonságait. A koacervátumok zsírok (lipidek) héjába zárt oldatcseppek. Membránjukra az is jellemző, hogy képesek az anyagcserére. Némelyikük nyilvánvalóan önreplikáló RNS-láncokkal kombinálódott, beleértve azokat is, amelyek maguk a lipidek szintézisét katalizálták. Így az élet új formái jelentek meg, legyőzve a preorganizációs szintről a megfelelő szervezeti szintre vezető utat. Az ilyen formációk lehetőségét a közelmúltban erősítették meg: a tudósok kísérletileg megerősítették az RNS kalciumionokkal kombinált azon képességét, hogy a lipidmembránokhoz kapcsolódjanak és szabályozzák azok permeabilitását.

Szakképzett Segítők

Az élet eredete a következő szakaszban a létrejövő organizmusok funkcióinak javításának folyamata volt. Az RNS megszerezte azt a képességet, hogy katalizálja az aminosav polimerek szintézisét, kezdetben meglehetősen egyszerű. Az új mechanizmus megkoronázása a fehérjeszintézis képessége volt. Az így létrejövő képződmények többszörösen hatékonyabban birkóztak meg a biológiai folyamatokkal, mint a ribozimek.

Kezdetben a peptidek szintézise nem volt elrendelt. A folyamat "véletlenül" ment végbe, az új láncok aminosav-szekvenciájának irányát a véletlenre bízva. Idővel a pontos másolás beépült, mivel ez járult hozzá az egész rendszer nagyobb stabilitásához. Így jelent meg, lehetővé téve bizonyos fehérjék szintetizálását a szükséges funkciókkal.

Tökéletesség

A szintetizáló képesség fejlesztése a megfelelő fehérjéket fokozatosan elmúlt. Az első lépés egy speciális RNS-típus megjelenése volt, amely képes összekapcsolni az aminosavakat. A következő fázist a peptidmolekulák képződési folyamatának felépítése kísérte meghatározott sorrendben sorba rendezett bázisok segítségével. A szekvenciát az RNS-templát állította be. Az informatív RNS „utasításának” és a jövőbeli fehérjék elemeinek korrelációját egy új típusú RNS, az úgynevezett transzport vette fel. Amellett, hogy információs, a mai napig fontos része a peptidszintézisnek.

DNS

Az élőlények szövődményei tovább követték az információtárolási módok fejlesztésének útját. Úgy gondolják, hogy a DNS eredetileg az egyik fázis volt életciklus RNS kolóniák. Stabilabb szerkezete volt. Információvédettségi foka egy nagyságrenddel magasabb volt, így hosszú idő után a DNS lett a genetikai kód fő tárháza.

Az új képződmény egyik tulajdonsága, amely egy időben nem tette lehetővé, hogy a DNS-t az élet keletkezésének elméletének élére állják, az, hogy nem akció. Ez egyfajta fizetés lett az információtárolás továbbfejlesztett funkcióiért. Minden „munka” a fehérjékre és az RNS-re volt bízva.

Szimbiózis

Az élet eredetére vonatkozó modern elképzelések nem vezetnek le ősként egy olyan szervezetet, amely el van zárva és el van zárva a többiektől. A tudósok inkább azt a feltételezést támogatják, hogy a korai szakaszban a sejtek mikroszkopikus hasonlóságaiból álló közösségek léteztek, amelyek különböző funkciókat láttak el. Ilyen szimbiózist ma már nem nehéz megtalálni a természetben. A legegyszerűbb példa erre a cianobaktérium szőnyeg, amely egyszerre mikroorganizmusok közössége és egyetlen egész élőlény.

Fejlődésének jelenlegi szakaszában a biológia olyan folyamatot lát, amelyet nem állandó küzdelem és versengés jellemez, hanem bizonyos változatos struktúrák egyre erősödő összegyűlése, ami végül egy élő sejt megjelenéséhez vezetett, ahogyan azt ma elképzeljük.

Általánosítás

Összefoglalva röviden felsorolhatjuk az élet kialakulásának valamennyi szakaszát, amely a modern elméletek szerint az organizmusok Földön való megjelenésének és fejlődésének legvalószínűbb változata:

Primer szerves vegyületek képződése protoplanetáris felhőkben.

Az öngyorsító reakciók és az autokatalitikus ciklusok fokozatos előtérbe kerülése.

RNS-ből álló autokatalitikus ciklusok kialakulása.

RNS és lipid membránok egyesülése.

Az RNS fehérjeszintetizáló képességének megszerzése.

A DNS megjelenése és megalakulása az információ fő tárházaként.

Az első egysejtű szervezetek kialakulása szimbiózison alapul.

Az élet kialakulásához vezető folyamatok megértése még mindig tökéletlen. A tudósoknak sok kérdésük maradt. Nem ismert pontosan, hogyan keletkezett az RNS, sok köztes fázis csak elméleti marad. Azonban minden nap új kísérleteket állítanak fel, tényeket és hipotéziseket tesztelnek. Nyugodtan kijelenthetjük, hogy századunk sokkal több, a történelem előtti korszakhoz kapcsolódó felfedezést fog adni a világnak.

Jelenleg számos fogalom létezik a földi élet eredetére vonatkozóan. Maradjunk csak néhány fő elméletnél, amelyek segítenek egy meglehetősen teljes képet alkotni erről az összetett folyamatról.

Kreacionizmus (lat. cgea - teremtés).

E felfogás szerint az élet és a Földön élő minden élőlényfaj egy magasabb rendű lény teremtő cselekedetének eredménye egy bizonyos időpontban.

A kreacionizmus főbb rendelkezéseit a Biblia, a Genezis könyve tartalmazza. A világ isteni teremtésének folyamatát úgy képzelik el, hogy csak egyszer ment végbe, és ezért megfigyelhetetlen.

Ez elég ahhoz, hogy az isteni teremtés egész fogalmát kivonjuk a tudományos kutatás hatóköréből. A tudomány csak megfigyelhető jelenségekkel foglalkozik, ezért soha nem fogja tudni sem bizonyítani, sem elvetni ezt az elképzelést.

Spontán(spontán generáció.

Az ókori Kínában, Babilonban és Egyiptomban széles körben elterjedt az az elképzelés, hogy az élőlények élettelen anyagból származnak. A legnagyobb filozófus Ókori Görögország Arisztotelész azt javasolta, hogy az anyag bizonyos "részecskéi" tartalmaznak valamilyen "aktív anyagot", amely megfelelő körülmények között élő szervezetet hozhat létre.

Van Helmont (1579–1644), holland orvos és természetfilozófus egy kísérletet írt le, amelyben állítólag három hét alatt egereket hozott létre. Ehhez egy koszos ing, egy sötét szekrény és egy marék búza kellett. Van Helmont az emberi verejtéket az egér születésének aktív alkotóelemének tekintette.

A 17-18. században az alacsonyabb rendű élőlények, az állatok megtermékenyítésének és fejlődésének kutatásában elért sikereknek, valamint F. Redi (1626-1697) olasz természettudós, A. Leeuwenhoek holland mikroszkópos megfigyeléseinek és kísérleteinek köszönhetően. (1632-1723), az olasz tudós, L. Spallanzani (1729-1799), orosz mikroszkópos M. M. Terekhovsky (1740-1796) és mások, a spontán generációba vetett hit alaposan aláásott.

Ez a doktrína azonban a mikrobiológia alapítója, Louis Pasteur munkásságának a X. század közepéig történő megjelenéséig továbbra is hívekre talált.

A spontán generáció gondolatának kialakulása lényegében arra a korszakra utal, amikor a vallási eszmék uralták a köztudatot.

Azok a filozófusok és természettudósok, akik nem akarták az akkori tudásszinttel elfogadni az Egyház tanítását az „életteremtésről”, könnyen jutottak a spontán nemzedék gondolatához.

Amilyen mértékben a teremtésbe vetett hittel ellentétben az élőlények természetes eredetének gondolatát hangsúlyozták, a spontán nemzedék gondolata progresszív jelentőséggel bírt. Ezért az egyház és a teológusok gyakran ellenezték ezt az elképzelést.

A pánspermia hipotézise.

E hipotézis szerint, amelyet 1865-ben javasoltak. G. Richter német tudós és végül Arrhenius svéd tudós 1895-ben fogalmazta meg, életet hozhatnak a Földre az űrből.

Földönkívüli eredetű élőlények legvalószínűbb találata meteoritokkal és kozmikus porral. Ez a feltételezés egyes élőlények és spóráik sugárzással, nagy vákuummal, alacsony hőmérséklettel és egyéb hatásokkal szembeni nagy ellenállására vonatkozó adatokon alapul.

A meteoritokban talált mikroorganizmusok földönkívüli eredetét azonban továbbra sincsenek megbízható tények.

De még ha eljutnának is a Földre, és életet hoznának létre bolygónkon, az élet eredetének kérdése megválaszolatlan maradna.

Hipotézis biokémiai evolúció.

1924-ben AI Oparin biokémikus, majd J. Haldane angol tudós (1929) megfogalmazott egy hipotézist, amely szerint az élet a szénvegyületek hosszú fejlődésének eredménye.

A földi élet keletkezésének modern elméletét, amelyet biopoiesis elméletnek neveznek, J. Bernal angol tudós fogalmazta meg 1947-ben.

Jelenleg az élet kialakulásának folyamatában négy szakaszt különböztetnek meg hagyományosan:

• 1. Kis molekulatömegű szerves vegyületek (biológiai monomerek) szintézise az elsődleges atmoszféra gázaiból.
• 2. Biológiai polimerek képződése.
• 3. A külső környezettől membránokkal (protobiontokkal) elválasztott szerves anyagok fázisszeparált rendszereinek kialakulása.
• 4. A legegyszerűbb, élőlény tulajdonságaival rendelkező sejtek megjelenése, beleértve a szaporodási apparátust is, amely biztosítja a szülői sejtek tulajdonságainak átvitelét a leánysejtekbe.

Az első három szakasz a kémiai evolúció időszakának tulajdonítható, a negyediktől pedig a biológiai evolúció kezdődik.

Tekintsük részletesebben azokat a folyamatokat, amelyek eredményeként élet keletkezhetett a Földön. A modern elképzelések szerint a Föld körülbelül 4,6 milliárd évvel ezelőtt keletkezett. Felszíni hőmérséklete igen magas volt (4000-8000°C), a bolygó lehűlésével és a gravitációs erők hatásával a földkéreg különböző elemek vegyületeiből alakult ki.

A gáztalanítási folyamatok olyan atmoszférát eredményeztek, amely valószínűleg ammóniával, nitrogénnel, vízgőzzel, szén-dioxiddal és szén-monoxid. Az ilyen légkör láthatóan helyreállító volt, amint azt a legősibbek jelenléte is bizonyítja sziklák Földfémek redukált formában, mint például a vasvas.

Fontos megjegyezni ugyanakkor, hogy a légkörben hidrogén-, szén-, oxigén- és nitrogénatomok voltak, amelyek a benne foglalt atomok 99%-át alkották. lágy szövetek bármilyen élő szervezet.

Ahhoz azonban, hogy az atomok összetett molekulákká alakuljanak, egyszerű ütközéseik nem voltak elegendőek. További energiára volt szükség, amely a vulkáni tevékenység, az elektromos villámkisülések, a radioaktivitás, a Nap ultraibolya sugárzása következtében állt rendelkezésre a Földön.

A szabad oxigén hiánya valószínűleg nem volt elégséges feltétele az élet kialakulásának. Ha a prebiotikus időszakban szabad oxigén jelen lenne a Földön, akkor egyrészt oxidálná a szintetizált szerves anyagokat, másrészt a légkör felső horizontjain ózonréteget képezve elnyelné a a Nap nagy energiájú ultraibolya sugárzása.

Az élet megjelenésének vizsgált időszakában, amely körülbelül 1000 millió évig tartott, valószínűleg az ultraibolya sugárzás volt a fő energiaforrás a szerves anyagok szintéziséhez.

Oparin A.I.

Hidrogén-, nitrogén- és szénvegyületekből a Földön szabad energia jelenlétében először egyszerű molekuláknak (ammónia, metán és hasonló egyszerű vegyületek) kellett volna keletkezniük.

A jövőben ezek az egyszerű molekulák az elsődleges óceánban reakcióba léphetnek egymással és más anyagokkal, új vegyületeket képezve.

1953-ban Stanley Miller amerikai kutató kísérletsorozatban szimulálta azokat a körülményeket, amelyek körülbelül 4 milliárd évvel ezelőtt léteztek a Földön.

Az elektromos kisüléseket ammónia, metán, hidrogén és vízgőz keverékén átvezetve számos aminosavat, aldehidet, tejsavat, ecetsavat és más szerves savakat nyert. Cyril Ponnaperuma amerikai biokémikus elérte a nukleotidok és az ATP képződését. Ilyen és ehhez hasonló reakciók során az elsődleges óceán vizei telítődhetnek különféle anyagok, létrehozva az úgynevezett "elsődleges húslevest".

A második szakasz a szerves anyagok további átalakulásából és összetettebb szerves vegyületek, köztük biológiai polimerek abiogén képzéséből állt.

S. Fox amerikai kémikus aminosavak keverékeit állította össze, melegítette, és proteoszerű anyagokat kapott. A primitív földön a fehérjeszintézis a földkéreg felszínén mehet végbe. A megszilárduló láva kis mélyedéseiben vízben oldott kis molekulákat, köztük aminosavakat tartalmazó tározók jelentek meg.

Amikor a víz elpárolgott vagy forró kőzetekre fröccsent, az aminosavak reakcióba lépve proteoidokat képeztek. Az esők ezután a proteoidokat a vízbe mosták. Ha ezen proteoidok némelyikének katalitikus aktivitása lenne, akkor megkezdődhet a polimerek, azaz fehérjeszerű molekulák szintézise.

A harmadik szakaszt speciális koacervátumcseppek, amelyek polimer vegyületek csoportjai, felszabadulásával jellemezték az elsődleges "tápanyag-levesben". Számos kísérletben bebizonyosodott, hogy a koacervátum szuszpenziók vagy mikrogömbök képződése sok oldatban lévő biológiai polimerre jellemző.

A koacervátumcseppek az élő protoplazmára is jellemző tulajdonságokkal rendelkeznek, például szelektíven adszorbeálnak anyagokat a környező oldatból, és ennek köszönhetően "nőnek", megnövelik a méretüket.

Tekintettel arra, hogy a koacervátum cseppekben az anyagok koncentrációja tízszer nagyobb volt, mint a környező oldatban, jelentősen megnőtt az egyes molekulák közötti kölcsönhatás lehetősége.

Ismeretes, hogy számos anyag, különösen a polipeptidek és zsírok molekulái olyan részekből állnak, amelyek rendelkeznek eltérő hozzáállás a vízhez. A koacervátumok és az oldat határán elhelyezkedő molekulák hidrofil részei az oldat felé fordulnak, ahol nagyobb a víztartalom.

A hidrofób részek a koacervátumok belsejében helyezkednek el, ahol kisebb a vízkoncentráció. Ennek eredményeként a koacervátumok felülete egy bizonyos szerkezetet nyer, és ezzel összefüggésben azt a tulajdonságot, hogy bizonyos anyagokat egy bizonyos irányba enged át, másokat nem enged át.

Ennek a tulajdonságnak köszönhetően egyes anyagok koncentrációja a koacervátumokban még jobban megnő, míg másoké csökken, és a koacervátumok komponensei közötti reakciók bizonyos irányt vesznek. A koacervátum cseppek a táptalajtól elszigetelt rendszerré válnak. Protocellák vagy protobionok keletkeznek.

A kémiai evolúció fontos lépése volt a membránszerkezet kialakulása. A membrán megjelenésével párhuzamosan az anyagcsere rendeződése, javulása következett be. A katalizátoroknak jelentős szerepet kellett volna játszaniuk az ilyen rendszerek metabolizmusának további bonyolításában.

Az élőlények egyik fő jellemzője a replikáció képessége, azaz olyan másolatok létrehozása, amelyek megkülönböztethetetlenek az anyamolekuláktól. Ezzel a tulajdonsággal a nukleinsavak rendelkeznek, amelyek a fehérjékkel ellentétben képesek replikációra.

A koacervátumokban olyan protenoid képződhet, amely képes katalizálni a nukleotidok polimerizációját rövid RNS-láncok kialakításával. Ezek a láncok primitív gén és hírvivő RNS szerepét is betölthetik. Sem DNS, sem riboszómák, sem transzfer RNS-ek, sem fehérjeszintézis enzimek nem vettek még részt ebben a folyamatban. Később mindegyik megjelent.

Valószínűleg már a protobionták kialakulásának szakaszában megtörtént a természetes szelekció, azaz egyes formák megőrzése, mások eliminálása (elhalása). Így a protobionták szerkezetének progresszív változásai a szelekció miatt rögzültek.

Az önreprodukcióra, replikációra és változékonyságra képes struktúrák megjelenése láthatóan meghatározza az élet fejlődésének negyedik szakaszát.

Tehát a késő archeusban (körülbelül 3,5 milliárd évvel ezelőtt) kis tározók alján, vagy sekély, meleg és gazdag tápanyagok tengerekben keletkeztek az első primitív élőlények, amelyek táplálkozási szempontból heterotrófok voltak, vagyis a kémiai evolúció során szintetizált, kész szerves anyagokkal táplálkoztak.

A fermentáció, a szerves anyagok enzimatikus átalakulásának folyamata, amelyben más szerves anyagok elektronakceptorként szolgálnak, az anyagcsere eszközeként.

Az ezekben a folyamatokban felszabaduló energia egy része ATP formájában raktározódik. Lehetséges, hogy egyes élőlények életfolyamatokhoz is felhasználták a redoxreakciók energiáját, vagyis kemoszintetikus anyagok voltak.

Idővel csökkent a szabad szervesanyag-tartalék a környezetben, és a szervetlenekből szerves vegyületeket szintetizálni képes szervezetek előnyhöz jutottak.

Ily módon, valószínűleg körülbelül 2 milliárd évvel ezelőtt, megjelentek az első cianobaktérium típusú fototróf organizmusok, amelyek képesek a fényenergiát felhasználni szerves vegyületek CO2-ból és H2O-ból történő szintézisére, miközben szabad oxigént szabadítanak fel.

Az autotróf táplálkozásra való áttérés megvolt nagyon fontos a földi élet kialakulásához, nemcsak a szervesanyag-tartalékok létrehozása, hanem a légkör oxigénnel való telítése szempontjából is. Ugyanakkor a légkör kezdett oxidáló jelleget nyerni.

Az ózonszűrő megjelenése megvédte az elsődleges élőlényeket az ultraibolya sugárzás káros hatásaitól, és véget vetett a szerves anyagok abiogén (nem biológiai) szintézisének.

Ezek a modern tudományos elképzelések a földi élet keletkezésének és kialakulásának főbb szakaszairól.

A földi élet kialakulásának vizuális diagramja (kattintható)

Kiegészítés:

csodálatos világ"fekete dohányosok"

A tudományban régóta úgy tartják, hogy élő szervezetek csak a Nap energiájából létezhetnek. Jules Verne Utazás a Föld középpontjába című regényében dinoszauruszokkal és ősi növényekkel írta le az alvilágot. Azonban ez kitaláció. De ki gondolta volna, hogy lesz egy, a Nap energiájától elszigetelt világ, teljesen más élőlényekkel. És a Csendes-óceán fenekén találták meg.

A huszadik század ötvenes éveiben azt hitték, hogy az óceánok mélyén nem lehet élet. A batiszkáf Auguste Picard feltalálása eloszlatta ezeket a kétségeket.

Fia, Jacques Picard Don Walsh-al együtt a trieszti batiszkáfban ereszkedett le a Mariana-árokba több mint tízezer méter mélyre. A mélyben a merülés résztvevői egy élő halat láttak.

Ezt követően számos ország oceanográfiai expedíciói elkezdték mélytengeri hálókkal átfésülni a mély óceáni szakadékot, és új állatfajokat, családokat, rendeket, sőt osztályokat fedeztek fel!

A batiszkáfok alámerülése javult. Jacques-Yves Cousteau és számos ország tudósai költséges merüléseket hajtottak végre az óceánok fenekén.
A 70-es években tettek egy felfedezést, amely a tudósok számos elképzelését felforgatta. Hibákat fedeztek fel a Galápagos-szigetek közelében, két-négyezer méteres mélységben.
Az alján pedig kis vulkánokat fedeztek fel - hidrotermákat. A földkéreg hibáiba hulló tengervíz a különféle ásványokkal együtt elpárolgott kisméretű, akár 40 méter magas vulkánokon keresztül.
Ezeket a vulkánokat "fekete dohányzóknak" nevezték a belőlük kiáramló fekete víz miatt.

A leghihetetlenebb azonban az, hogy egy ilyen, hidrogén-szulfiddal, nehézfémekkel és különféle mérgező anyagokkal teli vízben vibráló élet virágzik.

A fekete dohányzókból kilépő víz hőmérséklete eléri a 300°C-ot, a napsugarak nem hatolnak be négyezer méteres mélységig, ezért nem lehet gazdag élet.
Még a sekélyebb mélységben is nagyon ritka a bentikus élőlény, nem beszélve a mély szakadékokról. Ott az állatok felülről lehulló szerves törmelékkel táplálkoznak. És aztán több mélységet, annál kevésbé az alsó élet szegényebb.
A fekete dohányosok felületén kemoautotróf baktériumokat találtak, amelyek lebontják a bolygó belsejéből kitört kénvegyületeket. A baktériumok összefüggő rétegben borítják az alsó felületet, és agresszív körülmények között élnek.
Sok más állatfaj táplálékává váltak. Összességében mintegy 500 állatfajt írtak le, amelyek „fekete dohányosok” extrém körülmények között élnek.

Egy másik felfedezés a vestimentifera volt, amely a bizarr állatok - pogonoforok - osztályába tartozik.

Ezek kis csövek, amelyekből hosszú csápok állnak ki a végén, csápokkal. Ezeknek az állatoknak az a sajátossága, hogy nincs emésztőrendszer! Szimbiózisba léptek a baktériumokkal. A vestimentifer belsejében van egy szerv - a trofoszóma, ahol sok kénes baktérium él.

A baktériumok életük végéig hidrogén-szulfidot és szén-dioxidot kapnak, a szaporodó baktériumok feleslegét maga a vestimentifera eszi meg. Ezenkívül a közelben találtak a Calyptogena és a Bathymodiolus nemzetséghez tartozó kéthéjú kagylókat, amelyek szintén szimbiózisba léptek a baktériumokkal, és már nem függtek a táplálékkereséstől.

Az egyik legtöbb szokatlan lények a hidrotermák mélytengeri világa az Alvinella pompeii férgek.

A Pompeii vulkán kitörésével való analógia miatt nevezték el őket - ezek a lények 50 ° C-os forró víz zónájában élnek, és a kénrészecskék hamuja folyamatosan rájuk esik. A férgek a vestimentiferákkal együtt valódi "kerteket" alkotnak, amelyek táplálékot és menedéket biztosítanak számos élőlény számára.

A rákok és a tízlábúak a velük táplálkozó vestimentifera és pompeii férgek kolóniái között élnek. Ezen "kertek" között is vannak polipok és halak az angolnafélék családjából. A fekete dohányosok világa rég kihalt állatokat is rejtegetett, amelyeket az óceán más részeiből szorultak ki, például a neolepák barnákat.

Ezek az állatok 250 millió évvel ezelőtt széles körben elterjedtek, de aztán kihaltak. Itt a barnák képviselői nyugodtnak érzik magukat.

A „fekete dohányosok” ökoszisztémáinak felfedezése a biológia legjelentősebb eseményévé vált. Ilyen ökoszisztémákat találtak itt Különböző részek a Világóceánon, sőt a Bajkál-tó fenekén is.

Pompei féreg. Fotó life-grind-style.blogspot.com

A földi élet keletkezésének hipotézisei. Az élet az egyik legösszetettebb természeti jelenség. Ősidők óta titokzatosnak és megismerhetetlennek tűnt – ezért folyt mindig éles harc a materialisták és az idealisták között eredetének kérdéseiben. Az idealista nézetek hívei az életet spirituális, nem anyagi kezdetnek tartották (és tartják ma is), amely az isteni teremtés eredményeként keletkezett. Ezzel szemben a materialisták azt hitték, hogy a Földön élet keletkezhet az élettelen anyagból spontán generálással (abiogenezis) vagy más világokból való behurcolással, pl. más élő szervezetek terméke (biogenezis).

A modern felfogás szerint az élet olyan komplex rendszerek létezésének folyamata, amelyek nagy szerves molekulákból és szervetlen anyagokból állnak, és a környezettel való energia- és anyagcsere eredményeként képesek önszaporodni, önkifejlődni és fenntartani létezésüket. .

A körülöttünk lévő világról szerzett ismeretek felhalmozásával, a természettudomány fejlődésével az élet eredetéről alkotott nézetek megváltoztak, új hipotéziseket állítottak fel. Az élet eredetének kérdése azonban még ma sincs véglegesen megoldva. Számos hipotézis létezik az élet eredetére vonatkozóan. Ezek közül a legfontosabbak a következők:

Kreacionizmus (az életet a Teremtő teremtette);

A spontán keletkezés hipotézisei (spontán nemzedék; élettelen anyagból többszörösen keletkezett élet);

Steady state hipotézis (élet mindig is létezett);

Panspermia hipotézis (más bolygókról hozott élet a Földre);

Biokémiai hipotézisek (az élet a Föld körülményei között fizikai és kémiai törvényeknek engedelmeskedő folyamatok eredményeként, azaz biokémiai evolúció eredményeként jött létre).

Kreacionizmus. E vallási hipotézis szerint, amelynek ősi gyökerei vannak, mindent, ami az Univerzumban létezik, beleértve az életet is, egyetlen Erő hozta létre – a Teremtő a múltban végzett több természetfeletti teremtés eredményeként. A Földön ma élő szervezetek az élőlények külön létrehozott alaptípusaiból származnak. A létrehozott fajok kezdettől fogva kiválóan szerveződtek, és bizonyos határokon belüli változékonyságra (mikroevolúcióra) voltak felruházva. Szinte az összes leggyakoribb vallási tanítás követői ragaszkodnak ehhez a hipotézishez.

A világ teremtésének hagyományos zsidó-keresztény elképzelése, amelyet a Genezis könyve fogalmaz meg, vitákat váltott ki és okoz továbbra is. A fennálló ellentmondások azonban nem cáfolják a teremtés fogalmát. A vallás az élet keletkezésének kérdését szem előtt tartva elsősorban a „miért?” kérdésekre keresi a választ. és a „miért?”, és nem a „hogyan?” kérdésre. Ha a tudomány széles körben alkalmazza a megfigyeléseket és kísérleteket az igazság keresésére, akkor a teológia az isteni kinyilatkoztatáson és hiten keresztül érti meg az igazságot.

A világ isteni teremtésének folyamatát úgy mutatják be, mint amely csak egyszer ment végbe, és ezért megfigyelhetetlen. Ebben a vonatkozásban a teremtés hipotézise sem bizonyítható, sem megcáfolhatatlan, és mindig létezni fog az élet keletkezésének tudományos hipotéziseivel együtt.

A spontán generáció hipotézisei. Az emberek évezredek óta hittek az élet spontán nemzedékében, ezt tartották az élőlények élettelen anyagból való megjelenésének szokásos módjának. Úgy gondolták, hogy a spontán képződés forrása vagy szervetlen vegyületek, vagy bomló szerves maradékok. (az abiogenezis fogalma). Ezt a hipotézist az ókori Kínában, Babilonban és Egyiptomban terjesztették a kreacionizmus alternatívájaként, amellyel együtt élt. A spontán nemzedék gondolatát az ókori Görögország filozófusai, sőt a korábbi gondolkodók is megfogalmazták, pl. úgy tűnik, egyidős, mint maga az emberiség. Egy ilyen hosszú történelem során ez a hipotézis módosult, de továbbra is hibás maradt. Arisztotelész, akit gyakran a biológia megalapítójaként emlegetnek, azt írta, hogy a békák és rovarok a nedves talajban boldogulnak. A középkorban sokaknak „sikerült” megfigyelniük különféle élőlények, például rovarok, férgek, angolnák, egerek születését az élőlények bomló vagy rothadó maradványaiban. Ezeket a "tényeket" nagyon meggyőzőnek tartották egészen addig, amíg az olasz orvos, Francesco Redi (1626-1697) szigorúbban közelítette meg az élet eredetének problémáját, és megkérdőjelezte a spontán generáció elméletét. 1668-ban Redi a következő kísérletet végezte. Az elhullott kígyókat különböző edényekbe helyezte, egyes edényeket muszlinnal beborítva, másokat nyitva hagyva. A nyüzsgő legyek nyitott edényekben döglött kígyókra rakták tojásaikat; hamarosan kikeltek a lárvák a tojásokból. A fedett edényekben lárvák nem voltak (5.1. ábra). Így Redi bebizonyította, hogy a kígyók húsában megjelenő fehér férgek a firenzei légy lárvái, és ha a húst lezárják és a legyek bejutását megakadályozzák, akkor nem "termel" férgeket. A spontán generáció fogalmát megcáfolva Redi azt javasolta, hogy élet csak egy előző életből fakadhat. (a biogenezis fogalma).

Hasonló nézeteket vallott Anthony van Leeuwen-hoek (1632-1723) holland tudós is, aki mikroszkóp segítségével fedezte fel a legkisebb szabad szemmel láthatatlan élőlényeket. Baktériumok és protisták voltak. Leeuwenhoek azt javasolta, hogy ezek az apró élőlények, vagy "állati fajok", ahogy ő nevezte őket, saját fajtájuk leszármazottai.

Leeuwenhoek véleményét osztotta Lazzaro Spallanzani (1729-1799) olasz tudós is, aki úgy döntött, kísérletileg bebizonyítja, hogy a húslében gyakran előforduló mikroorganizmusok nem spontán keletkeznek benne. Ebből a célból szerves anyagban gazdag folyadékot (húslevest) helyezett edényekbe, ezt a folyadékot tűzön felforralta, majd az edényeket hermetikusan lezárta. Ennek eredményeként az edényekben lévő húsleves tiszta és mikroorganizmusoktól mentes maradt. Spallanzani kísérleteivel bebizonyította, hogy lehetetlen a mikroorganizmusok spontán keletkezése.

Ennek a nézőpontnak az ellenzői azzal érveltek, hogy a lombikokban azért nem keletkezett élet, mert forralás közben romlik a levegő, ezért továbbra is felismerték a spontán keletkezés hipotézisét.

A 19. században megsemmisítő csapást mértek erre a hipotézisre. Louis Pasteur francia mikrobiológus (1822-1895) és John Tyndale angol biológus (1820-1893). Kimutatták, hogy a baktériumok a levegőn keresztül terjednek, és ha nincsenek a levegőben, amikor a sterilizált húslevessel belépnek a lombikba, akkor magában a húslevesben nem keletkeznek. Pasteur ehhez az ívelt S-alakú nyakú lombikhoz használta, amely a baktériumok csapdájaként szolgált, miközben a levegő szabadon be- és kilép a lombikból (5.3. ábra).

Tyndall a lombikba belépő levegőt lángon vagy vattán keresztül sterilizálta. A 70-es évek végére. 19. század gyakorlatilag minden tudós felismerte, hogy az élő szervezetek csak más élő szervezetek leszármazottai, ami azt jelentette, hogy visszatérünk az eredeti kérdéshez: honnan jöttek az első szervezetek?

Steady State hipotézis. E hipotézis szerint a Föld soha nem jött létre, hanem örökké létezett; mindig is képes volt fenntartani az életet, és ha változott is, akkor nagyon keveset; fajok mindig is léteztek. Ezt a hipotézist néha hipotézisnek is nevezik örökkévalóság (a lat. örökkévalóság- örök).

Az eternizmus hipotézisét W. Preyer német tudós terjesztette elő 1880-ban. Preyer nézeteit V. I. akadémikus támogatta. Vernadsky, a bioszféra tanának szerzője.

Panspermia hipotézis. Azt a hipotézist, miszerint bizonyos életcsírák más bolygókról való átvitele következtében az élet megjelenése a Földön az ún.

pánspermia (görögből. Pán- minden, mindenki és sperma- vetőmag). Ez a hipotézis szomszédos az egyensúlyi állapot hipotézisével. Hívei támogatják az élet örökkévaló létezésének gondolatát, és előterjesztik földönkívüli eredetének gondolatát. Az élet kozmikus (földönkívüli) eredetének gondolatát az elsők között G. Richter német tudós fogalmazta meg 1865-ben. Richter szerint a Földön az élet nem szervetlen anyagokból keletkezett, hanem más bolygókról érkezett. Ezzel kapcsolatban kérdések merültek fel, hogy hogyan lehetséges egy ilyen átvitel egyik bolygóról a másikra, és hogyan lehet ezt végrehajtani. A válaszokat elsősorban a fizikában keresték, és nem meglepő, hogy e nézetek első védelmezői e tudomány képviselői, a kiváló tudósok, G. Helmholtz, S. Arrhenius, J. Thomson, P.P. Lazarev és mások.

Thomson és Helmholtz elképzelései szerint a baktériumok és más élőlények spórái meteoritokkal kerülhettek a Földre. Laboratóriumi vizsgálatok igazolják, hogy az élő szervezetek nagymértékben ellenállnak a káros hatásoknak, különösen az alacsony hőmérsékletnek. Például a növények spórái és magjai még folyékony oxigénnek vagy nitrogénnek való hosszan tartó expozíció után sem pusztultak el.

Más tudósok megfogalmazták azt az ötletet, hogy az "élet spóráit" fénnyel vigyék át a Földre.

A pánspermia fogalmának modern hívei (köztük a Nobel-díjas angol biofizikus, F. Crick is) úgy vélik, hogy az életet véletlenül vagy szándékosan űrlények hozták a Földre.

C. Vik-ramasingh (Srí Lanka) és F. Hoyle csillagászok álláspontja csatlakozik a pánspermia hipotézishez

(Nagy-Britannia). Úgy vélik, hogy a világűrben, főleg gáz- és porfelhőkben, be nagy számban mikroorganizmusok vannak jelen, ahol a tudósok szerint kialakulnak. Ezenkívül ezeket a mikroorganizmusokat üstökösök fogják be, amelyek a bolygók közelében elhaladva "elvetik az élet csíráit".

Számos hipotézis létezik a földi élet eredetére vonatkozóan. Ezek közül a legfontosabbak: kreacionizmus, spontán generáció, steady state, pánspermia, biokémiai hipotézisek

Az élet keletkezésének és fejlődésének problémája az egyik legérdekesebb és egyben legkevésbé tanulmányozott filozófiai és vallási kérdés. A tudományos gondolkodás fejlődésének szinte teljes történetében azt hitték, hogy az élet önmagát generáló jelenség.

Főbb elméletek:

1) az életet a Teremtő teremtette egy bizonyos időben - a kreacionizmus (lat. Teremtés- Teremtés);

2) az élet spontán módon keletkezett az élettelen anyagból;

3) az élet mindig is létezett;

4) életet hoztak a Földre az űrből;

5) az élet a biokémiai evolúció eredményeként keletkezett.

Az elmélet szerint kreacionizmus , az élet eredete egy konkrét múltbeli eseményre utal, amely kiszámítható. A Földön ma élő szervezetek az élőlények külön létrehozott alaptípusaiból származnak. A létrehozott fajok kezdettől fogva kiválóan szerveződtek, és bizonyos határokon belüli változékonyságra (mikroevolúcióra) voltak felruházva.

Az élet spontán keletkezésének elmélete Babilonban, Egyiptomban és Kínában létezett a kreacionizmus alternatívájaként. Empedoklészre és Arisztotelészre nyúlik vissza: az anyag bizonyos „részecskéi” tartalmaznak valamilyen „aktív princípiumot”, amely bizonyos feltételek mellett élő szervezetet hozhat létre. Arisztotelész úgy vélte, hogy a hatóanyag a megtermékenyített tojásban, a napfényben, a rothadó húsban van. Démokritosz számára az élet kezdete iszapban, Thalésznél a vízben, Anaxagorásznál a levegőben volt.

A kereszténység terjedésével a spontán nemzedék gondolatait eretneknek nyilvánították, és sokáig nem emlékeztek rájuk. De Helmont előállt egy recepttel az egerek búzából és szennyes. Bacon úgy gondolta, hogy a bomlás az újjászületés csírája. A spontán életgeneráció gondolatait Kopernikusz, Galilei, Descartes, Harvey, Hegel, Lamarck, Goethe, Schelling támogatta.

L. Pasteur 1860-ban végül kimutatta, hogy a baktériumok csak akkor jelenhetnek meg szerves oldatokban, ha korábban vitték őket oda. A mikroorganizmusoktól való megszabaduláshoz pedig sterilizálás szükséges, ún pasztőrözés . Ezért erősödött meg az az elképzelés, hogy új szervezet csak az élőktől lehet.

Támogatók elméletek az élet örök létéről úgy gondolják, hogy a mindig létező Földön egyes fajok kénytelenek voltak kihalni, vagy bizonyos helyeken drasztikusan megváltoztatták a számukat a változások miatt külső körülmények. Egyértelmű koncepció ezen az úton nem alakult ki, mivel a Föld paleontológiai feljegyzésében vannak hiányosságok és kétértelműségek.

Azt a hipotézist, miszerint bizonyos életcsírák más bolygókról való átvitele következtében az élet megjelenése a Földön az ún. pánspermia (görögből. Pán- minden, mindenki és sperma- vetőmag). A pánspermia elmélet nem kínál mechanizmust az élet eredetének magyarázatára, és a problémát az univerzum más részébe helyezi. Az űrben keletkezett, az élet hosszú ideig megmaradt anabiózisban csaknem a T= O K és meteoritok hozták a Földre. A XX. század elején. Arrhenius előállt a radiopanspermia ötletével. Leírta, hogy az anyagrészecskék, a porszemcsék és a mikroorganizmusok élő spórái hogyan hagyják el a lakott bolygókat a világűrbe. Életképességük megőrzése mellett enyhe nyomás hatására berepülnek az Univerzumban, és megfelelő feltételekkel rendelkező bolygóra érve új életet kezdenek.

A múlt században a meteoritok és üstökösök anyagának tanulmányozásakor számos "élő előfutárt" fedeztek fel - szerves vegyületeket, vizet, formaldehidet, ciánokat. A pánspermia koncepciójának modern hívei úgy vélik, hogy az életet véletlenül vagy szándékosan űrlények hozták a Földre. C. Wickramasingh (Srí Lanka) és F. Hoyle (Nagy-Britannia) csillagászok álláspontja csatlakozik a pánspermia hipotézishez. Úgy vélik, hogy a világűrben, elsősorban a gáz- és porfelhőkben, nagy számban vannak jelen a mikroorganizmusok, ahol a tudósok szerint kialakulnak. Ezenkívül ezeket a mikroorganizmusokat üstökösök fogják be, amelyek a bolygók közelében elhaladva "elvetik az élet csíráit".

A szovjet biokémikus A.I. alkotta meg az első tudományos elméletet az élő szervezetek földi eredetére vonatkozóan. Oparin. 1924-ben műveket publikált, amelyekben felvázolta az élet keletkezésének módját a Földön. Ezen elmélet szerint az élet meghatározott körülmények között keletkezett ősi föld, és az univerzumban a szénvegyületek kémiai evolúciójának természetes eredményének tekintik. Ezen elmélet szerint a folyamat, amely az élet kialakulásához vezetett a Földön, három szakaszra osztható:

1) Szerves anyagok megjelenése.

2) Egyszerűbb szerves anyagokból biopolimerek (fehérjék, nukleinsavak, poliszacharidok, lipidek stb.) képzése.

3) Primitív önszaporodó organizmusok megjelenése.

Az ötletekben kb az élet keletkezése a biokémiai evolúció eredményeként maga a bolygó evolúciója is fontos szerepet játszik. A Föld csaknem 4,5 milliárd éve létezik, a szerves élet pedig körülbelül 3,5 milliárd éve. A fiatal Föld egy forró bolygó volt, hőmérséklete 5 ... 8 10 3 K volt. Lehűlés közben a tűzálló fémek és a szén lecsapódtak, létrehozva a földkérget. A primitív Föld légköre nagyon különbözött a modernétól. A könnyű gázokat - hidrogént, héliumot, nitrogént, oxigént, argont stb. - még nem tartotta vissza a nem kellően sűrű bolygó, míg a nehezebb vegyületek (víz, ammónia, szén-dioxid, metán) megmaradtak.

Amikor a Föld hőmérséklete 100 °C alá süllyedt, a vízgőz elkezdett lecsapódni, és óceánok alakultak ki. Ekkor ment végbe az abiogén szintézis, vagyis a különféle egyszerű kémiai vegyületekkel telített elsődleges szárazföldi óceánokban, „az elsődleges levesben”, vulkáni hő, villámkisülések, intenzív ultraibolya sugárzás és egyéb környezeti tényezők hatására, a megindult a bonyolultabb szerves vegyületek, majd a biopolimerek szintézise. A szerves anyagok képződését elősegítette az élő szervezetek – a szervesanyag-fogyasztók – és a fő oxidálószer – az oxigén – hiánya. Az összetett aminosavmolekulák véletlenszerűen egyesültek peptidekké, amelyek viszont létrehozták az eredeti fehérjéket. Ezekből a fehérjékből szintetizálták a mikroszkopikus méretű elsődleges élőlényeket.

A modern evolúcióelmélet legnehezebb problémája az összetett szerves anyagok egyszerű élőlényekké való átalakulása. Oparin úgy vélte, hogy a fehérjéké a döntő szerep az élettelen élővé alakításában. Úgy tűnik, a fehérjemolekulák, amelyek magukhoz vonzzák a vízmolekulákat, kolloid hidrofil komplexeket képeztek. Az ilyen komplexek további összeolvadása a kolloidok vizes közegtől való elválasztásához (koacerváció) vezetett. A koacervátum közötti határon (lat. coacervus- alvadék, kupac) és a környezet felsorakoztatott lipidmolekulák - primitív sejtmembrán. Feltételezik, hogy a kolloidok molekulákat cserélhetnek a környezettel (a heterotróf táplálkozás prototípusa), és felhalmozhatnak bizonyos anyagokat.

Az első élőlények a földön egysejtűek voltak - prokarióták. Több milliárd év elteltével eukarióták alakultak ki, megjelenésükkel lehetőség nyílt a növényi vagy állati életmód választására, amelyek közötti különbség a táplálkozás módszerében rejlik, és a fotoszintézis folyamatához kapcsolódik. Ezzel együtt jár az oxigén légkörbe jutása is, a légkör jelenlegi, 21%-os oxigéntartalmát 25 millió évvel ezelőtt érte el a növények intenzív fejlődése.