Teórie vzniku života na Zemi. Moderné predstavy o pôvode života

Problém života a žitia je predmetom štúdia mnohých prírodných disciplín, počnúc biológiou a končiac filozofiou, matematikou, ktorá uvažuje o abstraktných modeloch živého javu, ako aj fyzikou, ktorá definuje život z hľadiska fyzikálnych zákonov. .

Všetky ostatné konkrétnejšie problémy a otázky sa sústreďujú okolo tohto hlavného problému a vytvárajú sa aj filozofické zovšeobecnenia a závery.

V súlade s dvomi svetonázorovými pozíciami – materialistickou a idealistickou – sa už v antickej filozofii formovali protichodné koncepcie pôvodu života: kreacionizmus a materialistická teória pôvodu organické od anorganického.

Podporovatelia kreacionizmus tvrdia, že život vznikol ako výsledok aktu božského stvorenia, čoho dôkazom je prítomnosť špeciálnej sily, ktorá riadi všetky biologické procesy v živých organizmoch.

Zástancovia pôvodu života z neživej prírody tvrdia, že organická príroda vznikla pôsobením prírodných zákonov. Neskôr sa tento koncept konkretizoval v myšlienke spontánneho generovania života.

Koncept spontánnej generácie, napriek omylu zohralo pozitívnu úlohu; experimenty určené na jej potvrdenie poskytli bohatý empirický materiál pre rozvíjajúcu sa biologickú vedu. K definitívnemu odmietnutiu myšlienky spontánnej generácie došlo až v 19.

V 19. storočí bol tiež predložený hypotéza večnej existencie života a jeho kozmický pôvod na Zemi. Predpokladalo sa, že život existuje vo vesmíre a cestuje z jednej planéty na druhú.

Na začiatku XX storočia. nápad kozmického pôvodu biologické systémy na Zemi a večnosť existencie života vo vesmíre vyvinul ruský akademik IN AND. Vernadského.

Hypotéza akademika A.I. Oparina

Zásadne novú hypotézu o vzniku života predložil akademik A.I. Oparin v knihe „Pôvod života“, publikované v roku 1924. Vyhlásil, že Rediho princíp, zavádzajúci monopol biotickej syntézy organickej hmoty, platí len pre modernú éru existencie našej planéty. Na začiatku svojej existencie, keď bola Zem bez života, prebiehala na nej abiotická syntéza zlúčenín uhlíka a ich následná prebiologická evolúcia.

Podstata Oparinovej hypotézy je nasledovná: vznik života na Zemi je dlhý evolučný proces vzniku živej hmoty v hlbinách neživej hmoty. Stalo sa tak chemickou evolúciou, v dôsledku ktorej sa z anorganických látok pod vplyvom silných fyzikálnych a chemických procesov vytvorili najjednoduchšie organické látky.

Vznik života považoval za jediný prirodzený proces, ktorý pozostával z počiatočnej chemickej evolúcie prebiehajúcej v podmienkach ranej Zeme, ktorá postupne prešla na kvalitatívne novú úroveň – biochemickú evolúciu.

Vzhľadom na problém vzniku života biochemickou evolúciou Oparin rozlišuje tri štádiá prechodu z neživej hmoty na živú.

Prvou fázou je chemická evolúcia. Keď bola Zem ešte bez života (asi pred 4 miliardami rokov), abiotická syntéza zlúčenín uhlíka a ich následné prebiologická evolúcia.

Toto obdobie vývoja Zeme sa vyznačovalo početnými sopečnými erupciami s uvoľnením obrovského množstva rozžeravenej lávy. Ako sa planéta ochladzovala, vodná para v atmosfére kondenzovala a padala na Zem v lejakoch a vytvárala obrovské vodné plochy (primárny oceán). Tieto procesy pokračovali mnoho miliónov rokov. Vo vodách primárneho oceánu boli rozpustené rôzne anorganické soli. Okrem toho sa do oceánu dostali aj rôzne organické zlúčeniny, ktoré sa nepretržite tvoria v atmosfére pôsobením ultrafialového žiarenia. vysoká teplota a aktívna sopečná činnosť.

Koncentrácia organických zlúčenín sa neustále zvyšovala a nakoniec sa vody oceánu stali „ vývar»z látok podobných bielkovinám — peptidov.

Druhou fázou je vzhľad bielkovín. Ako sa podmienky na Zemi zmierňujú, vplyvom dopadu na chemické zmesi primárneho oceánu elektrických výbojov, tepelnej energie a ultrafialových lúčov bolo možné vytvárať zložité organické zlúčeniny - biopolyméry a nukleotidy, ktoré sa postupne kombinovali a stávali sa komplexnejšími protobionti(predbunkoví predkovia živých organizmov). Výsledkom vývoja zložitých organických látok bol vzhľad koacerváty alebo koacervátové kvapky.

koacerváty- komplexy koloidných častíc, ktorých roztok je rozdelený na dve vrstvy: vrstvu bohatú na koloidné častice a kvapalinu takmer bez nich. Koacerváty mali schopnosť absorbovať rôzne látky rozpustené vo vodách primárneho oceánu. Ako výsledok vnútorná štruktúra koacerváty zmenené v smere zvyšovania ich stability v neustále sa meniacich podmienkach.

Teória biochemickej evolúcie považuje koacerváty za prebiologické systémy, čo sú skupiny molekúl obklopených vodným obalom.

Takže napríklad koacerváty sú schopné absorbovať látky z prostredia, vzájomne pôsobiť, zväčšovať veľkosť atď. Na rozdiel od živých bytostí však koacervátové kvapky nie sú schopné samoreprodukcie a samoregulácie, preto ich nemožno klasifikovať ako biologické systémy.

Treťou etapou je formovanie schopnosti samoreprodukcie, vzhľad živej bunky. V tomto období začal pôsobiť prirodzený výber, t.j. v hmote kvapôčok koacervátov boli vybrané koacerváty najodolnejšie voči daným podmienkam prostredia. Výberový proces prebieha už mnoho miliónov rokov. Koacervátové kvapky, ktoré prežili, už mali schopnosť primárneho metabolizmu, hlavnej vlastnosti života.

Zároveň sa po dosiahnutí určitej veľkosti rodičovská kvapka rozpadla na detské kvapky, ktoré si zachovali vlastnosti rodičovskej štruktúry.

Môžeme teda hovoriť o získaní vlastnosti vlastnej výroby koacervátmi - jedného z najdôležitejších znakov života. V skutočnosti sa v tomto štádiu koacerváty stali najjednoduchšími živými organizmami.

Ďalší vývoj týchto prebiologických štruktúr bol možný len s komplikáciou metabolických procesov vo vnútri koacervátu.

Vnútorné prostredie koacervátu potrebovalo ochranu pred vplyvmi prostredia. Preto okolo koacervátov, bohatých na organické zlúčeniny, vznikli vrstvy lipidov, ktoré oddeľovali koacerváty od okolitého vodného média. Počas evolúcie sa lipidy premenili na vonkajšia membrána, čím sa výrazne zvýšila životaschopnosť a odolnosť organizmov.

Vzhľad membrány predurčil smer ďalšej biologickej evolúcie po ceste stále dokonalejšej autoregulácie, ktorá vyvrcholila vytvorením primárnej bunky, archecell. Bunka je elementárna biologická jednotka, štrukturálny a funkčný základ všetkých živých vecí. Bunky uskutočňujú nezávislý metabolizmus, sú schopné delenia a samoregulácie, t.j. majú všetky vlastnosti živých vecí. Tvorba nových buniek z nebunkového materiálu je nemožná, k reprodukcii buniek dochádza len v dôsledku delenia. organický rozvoj považovaný za univerzálny proces tvorby buniek.

V štruktúre bunky sa nachádzajú: membrána, ktorá ohraničuje obsah bunky od vonkajšieho prostredia; cytoplazma, čo je fyziologický roztok s rozpustnými a suspendovanými enzýmami a molekulami RNA; jadro obsahujúce chromozómy, pozostávajúce z molekúl DNA a na ne naviazaných proteínov.

Preto za začiatok života treba považovať vznik stabilného samoreprodukujúceho sa organického systému (bunky) s konštantnou sekvenciou nukleotidov. Až po vzniku takýchto systémov môžeme hovoriť o začiatku biologickej evolúcie.

Možnosť abiogénnej syntézy biopolymérov bola experimentálne preukázaná v polovici 20. storočia. V roku 1953 americký vedec S. Miller modeloval prvotnú atmosféru Zeme a syntetizoval kyselinu octovú a mravčiu, močovinu a aminokyseliny prechodom elektrických nábojov cez zmes inertných plynov. Bolo teda preukázané, ako je možná syntéza komplexných organických zlúčenín pri pôsobení abiogénnych faktorov.

Napriek teoretickej a experimentálnej platnosti má Oparinov koncept silné aj slabé stránky.

Silnou stránkou konceptu je pomerne presné experimentálne zdôvodnenie chemickej evolúcie, podľa ktorej je vznik života prirodzeným výsledkom prebiologickej evolúcie hmoty.

Presvedčivým argumentom v prospech tohto konceptu je aj možnosť experimentálneho overenia jeho hlavných ustanovení.

Slabou stránkou konceptu je nemožnosť vysvetliť samotný moment skoku od zložitých organických zlúčenín k živým organizmom.

Jednu z verzií prechodu od prebiologickej k biologickej evolúcii ponúka nemecký vedec M. Eigen. Podľa jeho hypotézy sa vznik života vysvetľuje interakciou nukleových kyselín a bielkoviny. Nukleové kyseliny sú nositeľmi genetickej informácie a proteíny slúžia ako katalyzátory chemických reakcií. Nukleové kyseliny sa samy reprodukujú a prenášajú informácie do bielkovín. Objaví sa uzavretý reťazec - hypercyklus, v ktorom sa procesy chemických reakcií samovoľne zrýchľujú v dôsledku prítomnosti katalyzátorov a preťaženia.

V hypercykloch reakčný produkt súčasne pôsobí ako katalyzátor aj počiatočný reaktant. Takéto reakcie sa nazývajú autokatalytické.

Synergetika je ďalšou teóriou, ktorá môže vysvetliť prechod od prebiologickej k biologickej evolúcii. Synergetikou objavené vzorce umožňujú objasniť mechanizmus vzniku organickej hmoty z anorganickej hmoty v zmysle samoorganizácie prostredníctvom spontánneho vzniku nových štruktúr pri interakcii otvoreného systému s životné prostredie.

Poznámky k teórii vzniku života a vzniku biosféry

IN moderná veda bola prijatá hypotéza abiogénneho (nebiologického) vzniku života pod vplyvom prírodných príčin v dôsledku dlhého procesu kozmickej, geologickej a chemickej evolúcie - abiogenézy, ktorej základom bola hypotéza akademika A. I. Oparina. . Koncept abiogenézy nevylučuje možnosť existencie života vo vesmíre a jeho kozmického pôvodu na Zemi.

Avšak na základe moderné výdobytky veda, k hypotéze A.I. Oparin navrhuje nasledujúce objasnenia.

Na povrchu (alebo v jeho blízkosti) vody oceánu nemohol vzniknúť život, pretože v tých vzdialených časoch bol Mesiac oveľa bližšie k Zemi ako v súčasnosti. Prívalové vlny museli mať veľkú výšku, veľkú ničivú silu. Protobionti sa za týchto podmienok jednoducho nemohli vytvoriť.

Kvôli nedostatku ozónovej vrstvy pod vplyvom tvrdého ultrafialového žiarenia nemohli existovať ani protobionti. To naznačuje, že život by sa mohol objaviť iba vo vodnom stĺpci.

Kvôli špeciálnym podmienkam sa život mohol objaviť iba vo vode primárneho oceánu, ale nie na povrchu, ale na dne v tenkých filmoch organickej hmoty adsorbovanej povrchmi kryštálov pyritu a apatitu, zjavne v blízkosti geotermálnych zdrojov. Odvtedy sa zistilo, že organické zlúčeniny sa tvoria v produktoch sopečných erupcií a sopečná činnosť pod oceánom bola v staroveku veľmi aktívna. V starovekom oceáne nebol rozpustený kyslík schopný oxidovať organické zlúčeniny.

Dnes sa verí, že protobionty boli molekuly RNA, ale nie DNA, pretože bolo dokázané, že evolučný proces prešiel od RNA k proteínu a potom k vytvoreniu molekuly DNA, v ktorej boli väzby C-H silnejšie ako väzby C-OH. v RNA. Je však zrejmé, že molekuly RNA nemohli vzniknúť ako výsledok hladkého evolučného vývoja. Pravdepodobne došlo k skoku so všetkými znakmi samoorganizácie hmoty, ktorej mechanizmus v súčasnosti nie je jasný.

Primárna biosféra vo vodnom stĺpci bola pravdepodobne reprezentovaná bohatou funkčnou diverzitou. A prvý výskyt života by sa nemal vyskytnúť vo forme jedného typu organizmu, ale v celku organizmov. Mnohé primárne biocenózy sa mali objaviť okamžite. Pozostávali z najjednoduchších jednobunkových organizmov schopných vykonávať všetky funkcie živej hmoty v biosfére bez výnimky.

Tieto najjednoduchšie organizmy boli heterotrofy (živili sa hotovými organickými zlúčeninami), boli to prokaryoty (organizmy bez jadra), boli to anaeróby (využívali kvasnicovú fermentáciu ako zdroj energie).

Vďaka špeciálnym vlastnostiam uhlíka sa na tomto základe objavil život. Žiadne moderné údaje však neodporujú možnosti vzniku života nielen na uhlíkovej báze.

Niektoré budúce smery pre štúdium pôvodu života

V 21. storočí s cieľom objasniť problém pôvodu života výskumníci prejavujú zvýšený záujem o dva objekty - na Jupiterov mesiac otvorený v roku 1610 G. Galileo. Nachádza sa vo vzdialenosti 671 000 km od Zeme. Jeho priemer je 3100 km. Je pokrytá mnohými kilometrami ľadu. Pod pokrývkou ľadu je však oceán a možno si zachoval najjednoduchšie formy starovekého života.

Ďalší objekt - východné jazero, ktorá sa nazýva reliktná nádrž. Nachádza sa v Antarktíde pod štvorkilometrovou vrstvou ľadu. Naši výskumníci ho objavili v dôsledku hlbokomorských vrtov. V súčasnosti sa vyvíja medzinárodný program, ktorého cieľom je preniknúť do vôd tohto jazera bez narušenia jeho reliktnej čistoty. Je možné, že existujú reliktné organizmy staré niekoľko miliónov rokov.

Veľký záujem je aj o jaskyňa objavená v Rumunsku bez prístupu svetla. Keď vyvŕtali vchod do tejto jaskyne, zistili existenciu slepých živých organizmov, ako sú ploštice, ktoré sa živia mikroorganizmami. Tieto mikroorganizmy využívajú na svoju existenciu anorganické zlúčeniny obsahujúce sírovodík pochádzajúce z dna tejto jaskyne. V tejto jaskyni nie je svetlo, ale je tam voda.

Zvlášť zaujímavé sú mikroorganizmy, nedávno objavili americkí vedci v štúdii jedno zo soľných jazier. Tieto mikroorganizmy vykazujú výnimočnú odolnosť voči životnému prostrediu. Môžu žiť aj na čisto arzénovom médiu.

Veľkú pozornosť pútajú aj organizmy žijúce v takzvaných „čiernych fajčiaroch“ (obr. 2.1).

Ryža. 2.1. „Čierni fajčiari“ oceánskeho dna (tryska horúca voda zobrazené šípkami)

„Čierni fajčiari“ sú početné hydrotermálne prieduchy fungujúce na dne oceánov, obmedzené na axiálne časti stredooceánskych chrbtov. Z toho do oceánov pod vysokým tlakom 250 atm. vstupuje vysoko mineralizovaná horúca voda (350 °C). Ich podiel na tepelnom toku Zeme je asi 20 %.

Hydrotermálne oceánske prieduchy prenášajú rozpustené prvky z oceánskej kôry do oceánov, čím menia kôru a veľmi významne prispievajú k chemickému zloženiu oceánov. Spolu s cyklom tvorby oceánskej kôry na oceánskych chrbtoch a jej recykláciou do plášťa predstavuje hydrotermálna zmena dvojstupňový systém prenosu prvkov medzi plášťom a oceánmi. Oceánska kôra recyklovaná do plášťa je zrejme zodpovedná za časť nehomogenít plášťa.

Hydrotermálne prieduchy v stredooceánskych chrbtoch sú domovom nezvyčajných biologických spoločenstiev, ktoré získavajú svoju energiu z rozkladu hydrotermálnych tekutých zlúčenín (jet black).

V oceánskej kôre sa zjavne nachádzajú najhlbšie časti biosféry, ktoré dosahujú hĺbku 2500 m.

Hydrotermálne pramene významne prispievajú k tepelnej bilancii Zeme. Pod stredovými hrebeňmi sa plášť približuje najbližšie k povrchu. Morská voda preniká puklinami do oceánskej kôry do značnej hĺbky, vplyvom tepelnej vodivosti sa zahrieva plášťovým teplom a koncentruje sa v magmatických komorách.

Hlboké štúdium vyššie uvedených „špeciálnych“ objektov nepochybne privedie vedcov k objektívnejšiemu pochopeniu problému vzniku života na našej planéte a formovania jej biosféry.

Treba však zdôrazniť, že doteraz nebolo možné získať život experimentálne.

Ak analyzujeme všetky údaje, ktoré sa vedcom podarilo získať v priebehu rôznych štúdií, je zrejmé, že život na Zemi je úžasný. neuveriteľný fakt. Šanca na jeho výskyt v našom vesmíre je mizivá. Všetky etapy vzniku života obsahovali možnosť alternatívneho vývoja udalostí, v dôsledku ktorých by svet zostal chladnou kozmickou priepasťou bez náznaku nielen ľudskej mysle, ale aj toho najmenšieho mikróba. Kreacionisti pripisujú túto neuveriteľnú udalosť božskému zásahu. Existenciu Boha však nemožno dokázať ani vyvrátiť a moderné predstavy o pôvode života, ako celá veda vo všeobecnosti, sú založené na experimentálnych údajoch a teoretickom vývoji, ktorý možno spochybniť alebo potvrdiť.

Vitalizmus

Ľudské poznanie prechádza vývojom, ktorý je vo svojich hlavných bodoch trochu podobný procesu, ktorý opísal Darwin. Teórie prechádzajú a prežívajú najsilnejší, ktorí dokázali odolať náporu protiargumentov alebo sa prispôsobiť, zmeniť, aby sa im vyrovnali. Dlhú cestu formovania prešli aj hypotézy o pôvode života, ktorých dokončenie ešte nebolo ani poznačené, keďže sa denne objavujú nové skutočnosti, ktoré nútia korigovať už zaužívané názory.

Vitalizmus, teória neustáleho spontánneho vytvárania života, sa stal hlavným míľnikom na tejto ceste. Podľa jeho ustanovení sa myši objavili v starých handrách, červoch - v hnijúcich zvyškoch jedla. Vitalizmus dominoval vede až do pokusov Louisa Pasteura v roku 1860, keď dokázal nemožnosť spontánneho generovania živých organizmov. Výsledky spustili paradoxné udalosti: posilnili vieru v božský princíp a prinútili vedcov hľadať dôkazy o tom, čo nedávno vyvrátili. Veda sa snažila vysvetliť, že nezávislý vznik života sa udial, ale veľmi dávno a prebiehal v etapách, ktoré trvali milióny rokov.

Syntéza uhlíkov

Situácia sa zdala beznádejná, až kým v roku 1864 A.M. Butlerov neurobil dôležitý objav.

Podarilo sa mu získať (uhlík) z anorganického (v jeho experimente to bol formaldehyd). Získané údaje zničili impozantný múr, ktorý doteraz ohraničoval živé organizmy a svet mŕtvej hmoty. Postupom času sa vedcom podarilo získať z anorganických látok ďalšie varianty organických látok. Od tej chvíle sa začali formovať moderné predstavy o pôvode života. Absorbovali dáta nielen z biológie, ale aj z kozmológie a fyziky.

Dôsledky Veľkého tresku

Teórie o vzniku života pokrývajú obrovské obdobie: vedci nachádzajú prvé predpoklady pre budúce formovanie organizmov už v raných fázach zrodu Vesmíru. Moderná fyzika počíta existenciu sveta od Veľkého tresku, keď sa takmer všetko objavilo z ničoho. V rýchlo sa rozširujúcom a chladnúcom vesmíre sa najskôr vytvorili atómy a molekuly, potom sa začali spájať a vytvorili prvú generáciu hviezd. Stali sa miestom vzniku väčšiny prvkov, ktoré dnes veda pozná. Nové atómy zaplnili priestor po výbuchoch hviezd a stali sa základom pre ďalšiu generáciu objektov, vrátane nášho Slnka. Moderné údaje naznačujú, že prvý sa mohol objaviť v protoplanetárnych oblakoch obklopujúcich nové hviezdy. Čoskoro z nich vznikli planéty. Ukazuje sa, že prvé etapy vzniku života na Zemi prebehli ešte pred jeho vznikom.

Autokatalytické cykly

Procesy, ktoré prebiehali na Modrej planéte v jej „detských rokoch“, boli podporované látkami, ktoré tvoria jej vnútro a pochádzajú z vesmíru ako meteority. Hypotézy o vzniku života Jedným z dôležitých základov pre vznik organických látok na Zemi sú katalyzátory chemických reakcií, ktoré sa sem dostali s úlomkami týchto „mimozemšťanov“. Viedli k tomu, že najrýchlejšie procesy začali hrať drvivú úlohu pri tvorbe nových látok na planéte.

Ďalším krokom sú autokatalytické cykly. V takýchto procesoch sa tvoria látky, ktoré zvyšujú rýchlosť reakcie, ako aj obnovujú substrát - prvky, ktoré interagujú. Cyklus sa tak uzavrel: procesy sa samy zrýchlili a „uvarili si jedlo“, teda látky, ktoré opäť zareagovali, opäť sa katalyzovali a opäť vytvorili substrát atď.

Pochybnosti

Moderné pohľady o pôvode života na dlhú dobu obsahovali protichodné názory. Kameňom úrazu je problém sliepky a vajíčka. Čo vzniklo ako prvé: proteíny, ktoré vykonávajú všetky procesy v bunke, alebo DNA, ktorá určuje štruktúru týchto proteínov a uchováva všetky dedičné informácie. Tie prvé sú pre telo nevyhnutné, pretože prispievajú k vlastnej údržbe systému, bez ktorého je život nemožný. DNA obsahuje záznam o štruktúre bunky, ktorá tiež určuje životaschopnosť. Názory vedcov boli rozdelené a na otázku neexistovala žiadna odpoveď až do okamihu, keď sa zistilo, že nie DNA, ale RNA, tretia trieda organických zlúčenín, ktorej sa v teórii pôvodu zvyčajne pripisovala len sekundárna úloha. života, pôsobí vo vírusoch ako úložisko dedičných informácií.

Svet RNA

Postupne sa začali hromadiť fakty a v 80. rokoch minulého storočia sa objavili údaje, ktoré zvrátili myšlienku skoré štádia formovanie živej hmoty. Boli objavené ribozýmy, molekuly RNA, ktoré majú schopnosť najmä proteínov katalyzovať reakcie. Prvé formy života teda mohli vzniknúť bez účasti bielkovín a DNA. Majú funkciu ukladania informácií, rovnako ako všetky vnútornú prácu vyrobené RNA. Život na Zemi teraz pochádza z protoorganizmov, čo sú autokatalytické cykly zložené zo samoreplikujúcich sa ribozýmov. Teória sa volala „Svet RNA“.

koacerváty

Dnes je ťažké si predstaviť život v tom období, keďže žiadny nemal dôležitá vlastnosť- mušle alebo okraje. V skutočnosti išlo o roztok obsahujúci autokatalytické cykly z RNA. Problém chýbajúcich hraníc nevyhnutných pre správny priebeh procesov bol vyriešený improvizovanými metódami. Protoorganizmy našli úkryt v blízkosti zeolitových minerálov, ktoré mali sieťovú štruktúru kryštálovej mriežky. Ich povrch bol schopný katalyzovať tvorbu reťazcov RNA a dať im určitú konfiguráciu.

Ďalej - viac: na javisku sa objavujú koacerváty alebo kvapky vody a lipidov. Hypotézy nedávnej doby aj modernity sú z veľkej časti založené na teórii A.I. Oparin, ktorý študoval vlastnosti takýchto útvarov. Koacerváty sú kvapky roztoku uzavreté v obale tukov (lipidov). Ich membrány sú tiež charakterizované schopnosťou vykonávať metabolizmus. Niektoré z nich sa zjavne kombinujú s reťazcami samoreplikujúcej sa RNA, vrátane tých, ktoré katalyzovali syntézu samotných lipidov. Tak vznikli nové formy života, ktoré prekonali cestu z predorganizmickej úrovne na správnu organizmickú. Možnosť takýchto formácií bola potvrdená pomerne nedávno: vedci experimentálne potvrdili schopnosť RNA v kombinácii s iónmi vápnika pripojiť sa k lipidovým membránam a regulovať ich priepustnosť.

Kvalifikovaní pomocníci

Vznik života v ďalšej fáze bol procesom zlepšovania funkcií vytvorených organizmov. RNA získala schopnosť katalyzovať syntézu polymérov aminokyselín, spočiatku celkom jednoduchú. Vrcholným úspechom nového mechanizmu bola schopnosť syntetizovať proteíny. Vzniknuté útvary si poradili s biologickými procesmi niekoľkonásobne efektívnejšie ako ribozýmy.

Spočiatku syntéza peptidov nebola objednaná. Proces prebehol „náhodne“, pričom smer poradia aminokyselín v nových reťazcoch ponechal náhode. Postupom času sa presné kopírovanie udomácnilo, keďže práve ono prispelo k väčšej stabilite celého systému. Takto to vyzeralo, že umožňuje syntetizovať určité proteíny s potrebnými funkciami.

Dokonalosť

Zdokonaľovanie schopnosti syntetizovať správne bielkoviny prešiel postupne. Prvým krokom bol vznik špeciálneho typu RNA, ktorý by dokázal spájať aminokyseliny. Ďalšia fáza bola sprevádzaná konštrukciou procesu tvorby peptidových molekúl pomocou báz zoradených v určitom poradí. Sekvencia bola nastavená templátom RNA. Koreláciu „inštrukcií“ informatívnej RNA a prvkov budúcich proteínov prevzal nový typ RNA, nazývaný transport. Rovnako ako informačná, je dodnes dôležitou súčasťou syntézy peptidov.

DNA

Komplikácia organizmov išla ďalej cestou zlepšovania spôsobov ukladania informácií. Predpokladá sa, že DNA bola pôvodne jednou z fáz životný cyklus RNA kolónie. Mala stabilnejšiu štruktúru. Jeho stupeň ochrany informácií bol rádovo vyšší, a tak sa DNA po nejakom, dosť dlhom čase stala hlavným úložiskom genetického kódu.

Jednou z vlastností nového útvaru, ktorý svojho času neumožňoval postaviť DNA na čelo teórie o vzniku života, je neschopnosť akcie. Stal sa akousi platbou za vylepšené funkcie úložiska informácií. Všetka „práca“ zostala na bielkovinách a RNA.

Symbióza

Moderné predstavy o pôvode života nededukujú ako predchodcu organizmus, ktorý je uzavretý a ohradený od zvyšku. Vedci sú skôr za domnienku, že v raných štádiách existovali spoločenstvá mikroskopických podobností buniek, ktoré vykonávali rôzne funkcie. Takúto symbiózu dnes v prírode nie je ťažké nájsť. Najjednoduchším príkladom sú rohože zo cyanobaktérií, ktoré sú spoločenstvom mikroorganizmov a jednou celou živou bytosťou.

Biológia v súčasnom štádiu svojho vývoja vidí proces, ktorý nie je charakterizovaný neustálym bojom a súťažou, ale skôr neustále sa zväčšujúcim zhromažďovaním určitých rôznorodých štruktúr, ktoré nakoniec viedli k vzniku živej bunky, ako si ju dnes predstavujeme.

Zovšeobecnenie

Stručne môžeme uviesť všetky fázy formovania života, ktoré sa podľa moderných teórií zdajú byť najpravdepodobnejšou verziou vzhľadu a vývoja organizmov na Zemi:

Tvorba primárnych organických zlúčenín v protoplanetárnych oblakoch.

Postupne sa do popredia dostávajú samozrýchľovacie reakcie a autokatalytické cykly.

Vznik autokatalytických cyklov pozostávajúcich z RNA.

Spojenie RNA a lipidových membrán.

Získanie schopnosti RNA syntetizovať proteín.

Vznik DNA a jej ustanovenie ako hlavného úložiska informácií.

Vznik prvých jednobunkových organizmov založených na symbióze.

Pochopenie procesov, ktoré viedli k vzniku života, je stále nedokonalé. Vedcom zostáva veľa otázok. Nie je presne známe, ako RNA vznikla, mnohé medzifázy zostávajú len teoretickými. Každý deň však vznikajú nové experimenty, testujú sa fakty a hypotézy. Dá sa s istotou povedať, že naše storočie dá svetu oveľa viac objavov súvisiacich s prehistorickou érou.

V súčasnosti existuje niekoľko konceptov zvažujúcich pôvod života na Zemi. Zastavme sa len pri niektorých hlavných teóriách, ktoré pomáhajú zostaviť celkom úplný obraz tohto zložitého procesu.

Kreacionizmus (lat. cgea – tvorba).

Podľa tohto konceptu je život a všetky druhy živých bytostí obývajúcich Zem výsledkom tvorivého aktu vyššej bytosti v určitom konkrétnom čase.

Hlavné ustanovenia kreacionizmu sú uvedené v Biblii, v Knihe Genezis. Proces božského stvorenia sveta je chápaný tak, že prebehol len raz, a preto je neprístupný pozorovaniu.

To stačí na to, aby sa celý koncept božského stvorenia vymanil z rozsahu vedeckého výskumu. Veda sa zaoberá iba pozorovateľnými javmi, a preto nikdy nebude môcť tento koncept dokázať ani zamietnuť.

Spontánna(spontánna) generácia.

Myšlienky o pôvode živých bytostí z neživej hmoty boli rozšírené v starovekej Číne, Babylone a Egypte. Najväčší filozof Staroveké Grécko Aristoteles navrhol, že určité „častice“ hmoty obsahujú akýsi „aktívny princíp“, ktorý za vhodných podmienok dokáže vytvoriť živý organizmus.

Van Helmont (1579–1644), holandský lekár a prírodný filozof, opísal experiment, pri ktorom údajne za tri týždne vytvoril myši. Na to bola potrebná špinavá košeľa, tmavá skriňa a hrsť pšenice. Van Helmont považoval ľudský pot za aktívny princíp v procese zrodu myši.

V 17.-18.storočí vďaka úspechom v štúdiu nižších organizmov, oplodňovania a vývoja zvierat, ako aj pozorovaniam a pokusom talianskeho prírodovedca F. Rediho (1626-1697), holandského mikroskopu A. Leeuwenhoeka (1632-1723), talianskeho vedca L. Spallanzaniho (1729-1799), ruského mikroskopu M. M. Terekhovského (1740-1796) a ďalších bola viera v spontánnu tvorbu úplne podkopaná.

Až do objavenia sa v polovici desiateho storočia diela zakladateľa mikrobiológie Louisa Pasteura však táto doktrína naďalej nachádzala prívržencov.

Vývoj myšlienky spontánnej generácie sa v podstate vzťahuje na éru, keď náboženské myšlienky dominovali v povedomí verejnosti.

Tí filozofi a prírodovedci, ktorí nechceli prijať učenie Cirkvi o „stvorení života“, s vtedajšou úrovňou poznania, ľahko dospeli k myšlienke jeho spontánneho generovania.

Nakoľko sa na rozdiel od viery v stvorenie zdôrazňovala myšlienka prirodzeného pôvodu organizmov, myšlienka spontánnej generácie mala v určitom štádiu progresívny význam. Preto sa proti tejto myšlienke často postavila cirkev a teológovia.

Hypotéza panspermie.

Podľa tejto hypotézy navrhnutej v roku 1865. nemeckým vedcom G. Richterom a nakoniec sformulovaný švédskym vedcom Arrheniusom v roku 1895, by mohol byť na Zem prinesený život z vesmíru.

Najpravdepodobnejší zásah živých organizmov mimozemského pôvodu meteoritmi a kozmickým prachom. Tento predpoklad je založený na údajoch o vysokej odolnosti niektorých organizmov a ich spór voči žiareniu, vysokému vákuu, nízkym teplotám a iným vplyvom.

Stále však neexistujú žiadne spoľahlivé fakty potvrdzujúce mimozemský pôvod mikroorganizmov nachádzajúcich sa v meteoritoch.

Ale aj keby sa dostali na Zem a dali vzniknúť životu na našej planéte, otázka pôvodného pôvodu života by zostala nezodpovedaná.

Hypotéza biochemická evolúcia.

V roku 1924 biochemik AI Oparin a neskôr anglický vedec J. Haldane (1929) sformulovali hypotézu, ktorá považuje život za výsledok dlhého vývoja zlúčenín uhlíka.

Modernú teóriu o vzniku života na Zemi, nazývanú teória biopoézy, sformuloval v roku 1947 anglický vedec J. Bernal.

V súčasnosti sa v procese formovania života bežne rozlišujú štyri etapy:

• 1. Syntéza nízkomolekulárnych organických zlúčenín (biologických monomérov) z plynov primárnej atmosféry.
• 2. Tvorba biologických polymérov.
• 3. Vznik fázovo oddelených systémov organických látok oddelených od vonkajšieho prostredia membránami (protobionty).
• 4. Vznik najjednoduchších buniek, ktoré majú vlastnosti živého tvora, vrátane reprodukčného aparátu, ktorý zabezpečuje prenos vlastností rodičovských buniek na bunky dcérske.

Prvé tri stupne sa pripisujú obdobiu chemickej evolúcie a od štvrtého začína evolúcia biologická.

Pozrime sa podrobnejšie na procesy, v dôsledku ktorých mohol na Zemi vzniknúť život. Podľa moderných koncepcií bola Zem vytvorená asi pred 4,6 miliardami rokov. Jej povrchová teplota bola veľmi vysoká (4000-8000°C) a ako sa planéta ochladzovala a pôsobili gravitačné sily, zo zlúčenín rôznych prvkov sa formovala zemská kôra.

Procesy odplynenia viedli k vytvoreniu atmosféry obohatenej prípadne o amoniak, dusík, vodnú paru, oxid uhličitý a oxid uhoľnatý. Takáto atmosféra bola zjavne obnovujúca, o čom svedčí prítomnosť v najstaršej skaly Kovy Zeme v redukovanej forme, ako je napríklad železné železo.

Zároveň je dôležité poznamenať, že v atmosfére boli atómy vodíka, uhlíka, kyslíka a dusíka, ktoré tvoria 99 % atómov zahrnutých v mäkkých tkanív akýkoľvek živý organizmus.

Na to, aby sa atómy zmenili na zložité molekuly, však nestačili ich jednoduché zrážky. Bola potrebná dodatočná energia, ktorá bola na Zemi k dispozícii v dôsledku sopečnej činnosti, elektrických výbojov blesku, rádioaktivity, ultrafialového žiarenia zo Slnka.

Absencia voľného kyslíka zrejme nebola dostatočnou podmienkou pre vznik života. Ak by bol voľný kyslík prítomný na Zemi v prebiotickom období, potom by na jednej strane oxidoval syntetizované organické látky a na druhej strane by vytváraním ozónovej vrstvy v horných horizontoch atmosféry absorboval vysokoenergetické ultrafialové žiarenie Slnka.

V uvažovanom období vzniku života, ktoré trvalo približne 1000 miliónov rokov, bolo pravdepodobne hlavným zdrojom energie pre syntézu organických látok ultrafialové žiarenie.

Oparin A.I.

Zo zlúčenín vodíka, dusíka a uhlíka mali za prítomnosti voľnej energie na Zemi najskôr vzniknúť jednoduché molekuly (amoniak, metán a podobné jednoduché zlúčeniny).

V budúcnosti by tieto jednoduché molekuly v primárnom oceáne mohli vstúpiť do reakcií medzi sebou navzájom a s inými látkami a vytvárať nové zlúčeniny.

V roku 1953 americký výskumník Stanley Miller v sérii experimentov simuloval podmienky, ktoré existovali na Zemi približne pred 4 miliardami rokov.

Prechodom elektrických výbojov cez zmes čpavku, metánu, vodíka a vodnej pary získal množstvo aminokyselín, aldehydov, mliečnych, octových a iných organických kyselín. Americký biochemik Cyril Ponnaperuma dosiahol tvorbu nukleotidov a ATP. V priebehu takýchto a podobných reakcií by mohli byť vody primárneho oceánu nasýtené rôzne látky, tvoriaci takzvaný "primárny vývar".

Druhý stupeň pozostával z ďalších premien organických látok a abiogénnej tvorby zložitejších organických zlúčenín vrátane biologických polymérov.

Americký chemik S. Fox skladal zmesi aminokyselín, podrobil ich zahrievaniu a získal látky podobné proteo. Na primitívnej zemi mohla prebiehať syntéza bielkovín na povrchu zemskej kôry. V malých priehlbinách v tuhnúcej láve sa objavili rezervoáre obsahujúce malé molekuly rozpustené vo vode, vrátane aminokyselín.

Keď sa voda vyparila alebo striekala na horúce kamene, aminokyseliny reagovali a vytvorili proteoidy. Dažde potom spláchli proteoidy do vody. Ak by niektoré z týchto proteoidov mali katalytickú aktivitu, potom by sa mohla začať syntéza polymérov, teda molekúl podobných proteínom.

Tretia etapa bola charakterizovaná uvoľňovaním špeciálnych koacervátových kvapôčok, ktoré sú skupinami polymérnych zlúčenín, v primárnom "živnom bujóne". V mnohých experimentoch sa ukázalo, že tvorba koacervátových suspenzií alebo mikroguľôčok je typická pre mnohé biologické polyméry v roztoku.

Koacervátové kvapky majú niektoré vlastnosti, ktoré sú charakteristické aj pre živú protoplazmu, ako napríklad selektívne adsorbujú látky z okolitého roztoku a vďaka tomu „rastú“ a zväčšujú svoju veľkosť.

Vzhľadom na to, že koncentrácia látok v kvapkách koacervátu bola desaťkrát väčšia ako v okolitom roztoku, výrazne sa zvýšila možnosť interakcie medzi jednotlivými molekulami.

Je známe, že molekuly mnohých látok, najmä polypeptidov a tukov, pozostávajú z častí, ktoré majú iný postoj k vode. Hydrofilné časti molekúl nachádzajúce sa na hranici medzi koacervátmi a roztokom sa otáčajú smerom k roztoku, kde je vyšší obsah vody.

Hydrofóbne časti sú orientované vo vnútri koacervátov, kde je menšia koncentrácia vody. Výsledkom je, že povrch koacervátov získava určitú štruktúru a v súvislosti s tým aj vlastnosť prechádzať niektorými látkami určitým smerom a iné neprepúšťať.

Vďaka tejto vlastnosti sa koncentrácia niektorých látok vo vnútri koacervátov ešte zvyšuje, zatiaľ čo koncentrácia iných klesá a reakcie medzi zložkami koacervátov nadobúdajú určitý smer. Koacervátové kvapky sa stávajú systémami izolovanými od média. Vznikajú protobunky alebo protobionty.

Dôležitým krokom v chemickej evolúcii bolo vytvorenie membránovej štruktúry. Paralelne s objavením sa membrány došlo k usporiadaniu a zlepšeniu metabolizmu. Katalyzátory mali zohrať významnú úlohu pri ďalšej komplikácii metabolizmu v takýchto systémoch.

Jednou z hlavných čŕt živého tvora je schopnosť replikovať sa, teda vytvárať kópie, ktoré sú na nerozoznanie od rodičovských molekúl. Túto vlastnosť majú nukleové kyseliny, ktoré sú na rozdiel od proteínov schopné replikácie.

V koacervátoch by sa mohol tvoriť protenoid schopný katalyzovať polymerizáciu nukleotidov s tvorbou krátkych reťazcov RNA. Tieto reťazce by mohli hrať úlohu primitívneho génu aj messengerovej RNA. Ani DNA, ani ribozómy, ani transferové RNA, ani enzýmy syntézy proteínov sa tohto procesu ešte nezúčastnili. Všetky sa objavili neskôr.

Už v štádiu formovania protobiontov pravdepodobne prebiehal prirodzený výber, teda zachovanie niektorých foriem a eliminácia (smrť) iných. Progresívne zmeny v štruktúre protobiontov boli teda fixované v dôsledku selekcie.

Vzhľad štruktúr schopných sebareprodukcie, replikácie a premenlivosti zjavne určuje štvrtú fázu vývoja života.

Takže v neskorom archeánskom období (približne pred 3,5 miliardami rokov) na dne malých nádrží alebo plytkých, teplých a bohatých živiny morí, vznikli prvé primitívne živé organizmy, ktoré boli z hľadiska výživy heterotrofné, teda živili sa hotovými organickými látkami syntetizovanými v priebehu chemickej evolúcie.

Ako prostriedok látkovej premeny slúžila fermentácia, proces enzymatickej premeny organických látok, pri ktorom ostatné organické látky slúžia ako akceptory elektrónov.

Časť energie uvoľnenej pri týchto procesoch sa ukladá vo forme ATP. Je možné, že niektoré organizmy využívali na životné procesy aj energiu oxidačno-redukčných reakcií, teda boli to chemosyntetiká.

Postupom času došlo k poklesu zásob voľnej organickej hmoty v prostredí a výhodu získali organizmy schopné syntetizovať organické zlúčeniny z anorganických.

Takto pravdepodobne asi pred 2 miliardami rokov vznikli prvé fototrofné organizmy typu cyanobaktérie schopné využívať svetelnú energiu na syntézu organických zlúčenín z CO2 a H2O, pričom uvoľňujú voľný kyslík.

Prechod na autotrofnú výživu mal veľký význam pre evolúciu života na Zemi, a to nielen z hľadiska vytvárania zásob organickej hmoty, ale aj pre nasýtenie atmosféry kyslíkom. Atmosféra zároveň začala nadobúdať oxidačný charakter.

Vzhľad ozónovej clony chránil primárne organizmy pred škodlivými účinkami ultrafialového žiarenia a ukončil abiogénnu (nebiologickú) syntézu organických látok.

Toto sú moderné vedecké predstavy o hlavných etapách vzniku a formovania života na Zemi.

Vizuálny diagram vývoja života na Zemi (kliknite naň)

Doplnenie:

úžasný svet"čierni fajčiari"

Vo vede sa dlho verilo, že živé organizmy môžu existovať iba z energie Slnka. Jules Verne vo svojom románe Cesta do stredu Zeme opísal podsvetie s dinosaurami a prastarými rastlinami. Avšak, toto fikcia. Kto by si však pomyslel, že bude existovať svet izolovaný od energie Slnka s absolútne odlišnými živými organizmami. A našli ho na dne Tichého oceánu.

Ešte v päťdesiatych rokoch dvadsiateho storočia sa verilo, že v hlbinách oceánu nemôže byť život. Vynález batyskafu od Augusta Picarda rozptýlil tieto pochybnosti.

Jeho syn Jacques Picard spolu s donom Walshom zostúpili v Terstskom batyskafe do Mariánskej priekopy do hĺbky viac ako desaťtisíc metrov. Na samom dne účastníci ponoru videli živú rybu.

Potom oceánografické expedície mnohých krajín začali prečesávať hlbokomorskú priepasť hlbokomorskými sieťami a objavovať nové živočíšne druhy, rodiny, rády a dokonca aj triedy!

Ponory v batyskafoch sa zlepšili. Jacques-Yves Cousteau a vedci z mnohých krajín uskutočnili nákladné ponory na dno oceánov.
V 70. rokoch došlo k objavu, ktorý obrátil naruby mnohé nápady vedcov. V blízkosti Galapágskych ostrovov boli objavené zlomy v hĺbke od dvoch do štyroch tisíc metrov.
A na dne boli objavené malé sopky - hydrotermy. Morská voda, padajúca do zlomov zemskej kôry, sa vyparovala spolu s rôznymi minerálmi cez malé sopky vysoké až 40 metrov.
Tieto sopky sa nazývali „čierni fajčiari“ kvôli čiernej vode, ktorá z nich vychádzala.

Najneuveriteľnejšie však je, že v takejto vode, naplnenej sírovodíkom, ťažkými kovmi a rôznymi toxickými látkami, prekvitá pulzujúci život.

Teplota vody vychádzajúcej z čiernych fajčiarov dosahuje 300 ° C. Slnečné lúče nepreniknú do hĺbky štyroch tisíc metrov, a preto tu nemôže byť bohatý život.
Aj v menších hĺbkach sú bentické organizmy veľmi zriedkavé, o hlbokých priepastiach ani nehovoriac. Tam sa zvieratá živia organickým odpadom, ktorý padá zhora. A potom väčšiu hĺbku, tým menej je život na dne chudobnejší.
Na povrchoch čiernych fajčiarov sa našli chemoautotrofné baktérie, ktoré rozkladajú zlúčeniny síry vybuchnuté z vnútra planéty. Baktérie pokrývajú spodný povrch v súvislej vrstve a žijú v agresívnych podmienkach.
Stali sa potravou pre mnohé iné živočíšne druhy. Celkovo bolo popísaných asi 500 druhov zvierat žijúcich v extrémnych podmienkach „čiernych fajčiarov“.

Ďalším objavom boli vestimentifera, ktoré patria do triedy bizarných živočíchov – pogonofórov.

Sú to malé rúrky, z ktorých na koncoch vyčnievajú dlhé rúrky s chápadlami. Zvláštnosťou týchto zvierat je, že nemajú zažívacie ústrojenstvo! Vstúpili do symbiózy s baktériami. Vo vnútri vestimentifera je orgán - trofozóm, kde žije veľa sírnych baktérií.

Baktérie doživotne prijímajú sírovodík a oxid uhličitý, prebytok rozmnožovacích baktérií požiera samotná vestimentifera. Okrem toho sa v blízkosti našli lastúrniky rodov Calyptogena a Bathymodiolus, ktoré tiež vstúpili do symbiózy s baktériami a prestali byť závislé na hľadaní potravy.

Jeden z najviac nezvyčajné stvorenia hlbokomorský svet hydroterm sú červy Alvinella pompeii.

Sú pomenované kvôli analógii s erupciou sopky Pompeje - tieto stvorenia žijú v zóne horúcej vody dosahujúcej 50 ° C a neustále na ne padá popol z častíc síry. Červy spolu s vestimentifera tvoria skutočné „záhrady“, ktoré poskytujú potravu a úkryt mnohým organizmom.

Medzi kolóniami vestimentifera a pompejských červov, ktoré sa nimi živia, žijú kraby a desaťnožce. Aj medzi týmito „záhradami“ sú chobotnice a ryby z čeľade úhorov. Vo svete čiernych fajčiarov sa ukrývali aj dávno vyhynuté zvieratá, ktoré boli vytlačené z iných častí oceánu, ako napríklad Barnacles Neolepas.

Tieto zvieratá boli rozšírené pred 250 miliónmi rokov, ale potom vyhynuli. Tu sa zástupcovia barnacles cítia pokojne.

Objavenie ekosystémov „čiernych fajčiarov“ sa stalo najvýznamnejšou udalosťou v biológii. Takéto ekosystémy sa našli v rôzne časti svetového oceánu a dokonca aj na dne jazera Bajkal.

Pompejský červ. Foto life-grind-style.blogspot.com

Hypotézy o vzniku života na Zemi.Život je jedným z najzložitejších prírodných javov. Od pradávna pôsobila tajomne a nepoznateľne – preto medzi materialistami a idealistami vždy prebiehal ostrý boj o otázky jej pôvodu. Prívrženci idealistických názorov považovali (a stále považujú) život za duchovný, nemateriálny začiatok, ktorý vznikol ako výsledok božského stvorenia. Materialisti naopak verili, že život na Zemi môže vzniknúť z neživej hmoty spontánnym vznikom (abiogenézou) alebo zavedením z iných svetov, t.j. je produktom iných živých organizmov (biogenéza).

Podľa moderných koncepcií je život procesom existencie zložitých systémov pozostávajúcich z veľkých organických molekúl a anorganických látok, ktoré sú schopné samy sa reprodukovať, rozvíjať a udržiavať svoju existenciu v dôsledku výmeny energie a hmoty s prostredím. .

S hromadením ľudských vedomostí o svete okolo nás, rozvojom prírodných vied, menili sa názory na vznik života, boli predložené nové hypotézy. Ani dnes však nie je definitívne vyriešená otázka vzniku života. Existuje veľa hypotéz o vzniku života. Najdôležitejšie z nich sú nasledovné:

Kreacionizmus (život stvoril Stvoriteľ);

Hypotézy spontánneho generovania (spontánne generovanie; život vznikal opakovane z neživej hmoty);

Hypotéza ustáleného stavu (život vždy existoval);

Hypotéza panspermie (život prinesený na Zem z iných planét);

Biochemické hypotézy (život vznikol v podmienkach Zeme ako výsledok procesov, ktoré sa riadia fyzikálnymi a chemickými zákonmi, t.j. ako výsledok biochemickej evolúcie).

Kreacionizmus. Podľa tejto náboženskej hypotézy, ktorá má prastaré korene, všetko, čo existuje vo Vesmíre, vrátane života, bolo stvorené jedinou Silou – Stvoriteľom v dôsledku niekoľkých činov nadprirodzeného stvorenia v minulosti. Organizmy, ktoré dnes obývajú Zem, pochádzajú zo samostatne vytvorených základných typov živých bytostí. Vytvorené druhy boli od začiatku výborne organizované a obdarené schopnosťou určitej variability v určitých hraniciach (mikroevolúcia). Stúpenci takmer všetkých najbežnejších náboženských učení sa držia tejto hypotézy.

Tradičná židovsko-kresťanská myšlienka o stvorení sveta, uvedená v Knihe Genezis, vyvolávala a stále vyvoláva kontroverzie. Existujúce rozpory však nevyvracajú koncepciu stvorenia. Náboženstvo, zvažujúc otázku vzniku života, hľadá odpoveď najmä na otázky "prečo?" a „na čo?“, a nie na otázku „ako?“. Ak veda vo veľkej miere využíva pozorovanie a experimenty pri hľadaní pravdy, potom teológia chápe pravdu prostredníctvom Božieho zjavenia a viery.

Proces božského stvorenia sveta je prezentovaný tak, že prebehol len raz, a preto je neprístupný pozorovaniu. V tomto ohľade nemožno hypotézu stvorenia dokázať ani vyvrátiť a vždy bude existovať spolu s vedeckými hypotézami o pôvode života.

Hypotézy spontánneho generovania. Po tisíce rokov ľudia verili v spontánnu generáciu života a považovali to za obvyklý spôsob objavenia sa živých bytostí z neživej hmoty. Verilo sa, že zdrojom spontánnej tvorby sú buď anorganické zlúčeniny, alebo rozkladajúce sa organické zvyšky. (koncept abiogenézy). Táto hypotéza kolovala v starovekej Číne, Babylone a Egypte ako alternatíva ku kreacionizmu, s ktorým koexistovala. Myšlienku spontánnej generácie vyjadrili aj filozofi starovekého Grécka a dokonca aj starší myslitelia, t. zdá sa, že je starý ako ľudstvo samo. Počas tak dlhej histórie bola táto hypotéza modifikovaná, ale stále zostala mylná. Aristoteles, často oslavovaný ako zakladateľ biológie, napísal, že žabám a hmyzu sa darí vo vlhkej pôde. V stredoveku sa mnohým „darilo“ pozorovať zrod rôznych živých tvorov, ako je hmyz, červy, úhory, myši, v rozkladajúcich sa či hnijúcich pozostatkoch organizmov. Tieto „fakty“ boli považované za veľmi presvedčivé, kým taliansky lekár Francesco Redi (1626-1697) nepristúpil k problému vzniku života dôslednejšie a nespochybnil teóriu spontánneho generovania. V roku 1668 urobil Redi nasledujúci experiment. Mŕtve hady umiestnil do rôznych nádob, pričom niektoré nádoby prikryl mušelínom a iné nechal otvorené. Rojace sa muchy nakladali vajíčka na mŕtve hady v otvorených nádobách; čoskoro sa z vajíčok vyliahli larvy. V zakrytých nádobách neboli žiadne larvy (obr. 5.1). Redi teda dokázal, že biele červy, ktoré sa objavujú v mäse hadov, sú larvy florentskej muchy a že ak je mäso uzavreté a je zamedzený prístup muchám, tak červy „nevyrobí“. Redi vyvrátil koncept spontánneho generovania a navrhol, že život môže vzniknúť len z predchádzajúceho života. (koncept biogenézy).

Podobné názory zastával aj holandský vedec Anthony van Leeuwen-hoek (1632-1723), ktorý pomocou mikroskopu objavil tie najmenšie organizmy neviditeľné voľným okom. Boli to baktérie a protisti. Leeuwenhoek navrhol, že tieto drobné organizmy alebo „zvieratá“, ako ich nazval, pochádzajú z ich vlastného druhu.

Názor Leeuwenhoeka zdieľal aj taliansky vedec Lazzaro Spallanzani (1729-1799), ktorý sa rozhodol experimentálne dokázať, že mikroorganizmy, ktoré sa často nachádzajú v mäsovom vývare, v ňom spontánne nevznikajú. Na tento účel vložil do nádob tekutinu bohatú na organické látky (mäsový vývar), túto tekutinu uvaril na ohni a potom nádoby hermeticky uzavrel. V dôsledku toho zostal vývar v nádobách čistý a bez mikroorganizmov. Spallanzani svojimi pokusmi dokázal nemožnosť spontánnej tvorby mikroorganizmov.

Odporcovia tohto pohľadu tvrdili, že život nevznikol v bankách z toho dôvodu, že vzduch v nich sa počas varu zhoršuje, preto stále uznávali hypotézu spontánneho generovania.

Drvivý úder tejto hypotéze zasadilo 19. storočie. Francúzsky mikrobiológ Louis Pasteur (1822-1895) a anglický biológ John Tyndale (1820-1893). Ukázali, že baktérie sa šíria vzduchom a že ak by neboli vo vzduchu vstupujúcom do baniek so sterilizovaným vývarom, nevznikli by v samotnom vývare. Pasteur na to použil banky so zakriveným hrdlom v tvare S, ktoré slúžili ako lapač baktérií, pričom vzduch voľne vstupoval a vystupoval z banky (obr. 5.3).

Tyndall sterilizoval vzduch vstupujúci do baniek prechodom cez plameň alebo cez vatu. Do konca 70. rokov. 19. storočie prakticky všetci vedci uznali, že živé organizmy pochádzajú iba z iných živých organizmov, čo znamenalo vrátiť sa k pôvodnej otázke: odkiaľ sa vzali prvé organizmy?

Hypotéza ustáleného stavu. Podľa tejto hypotézy Zem nikdy nevznikla, ale existovala navždy; vždy bola schopná udržať život, a ak sa zmenila, zmenila sa len veľmi málo; druhy vždy existovali. Táto hypotéza sa niekedy nazýva hypotéza eternizmus (z lat. eternus- večný).

Hypotézu eternizmu predložil nemecký vedec W. Preyer v roku 1880. Preyerove názory podporil akademik V.I. Vernadsky, autor doktríny biosféry.

Panspermia hypotéza. Hypotéza o výskyte života na Zemi v dôsledku prenosu určitých zárodkov života z iných planét bola tzv.

panspermia (z gréčtiny. panvicu- všetci, všetci a spermie- semeno). Táto hypotéza susedí s hypotézou ustáleného stavu. Jeho prívrženci podporujú myšlienku večnej existencie života a presadzujú myšlienku jeho mimozemského pôvodu. Jednu z prvých myšlienok o kozmickom (mimozemskom) pôvode života vyslovil nemecký vedec G. Richter v roku 1865. Podľa Richtera život na Zemi nevznikol z anorganických látok, ale bol zavlečený z iných planét. V tejto súvislosti vyvstali otázky, ako je možný takýto presun z jednej planéty na druhú a ako by sa dal uskutočniť. Odpovede sa hľadali predovšetkým vo fyzike a nie je prekvapujúce, že prvými obhajcami týchto názorov boli predstavitelia tejto vedy, vynikajúci vedci G. Helmholtz, S. Arrhenius, J. Thomson, P.P. Lazarev a ďalší.

Podľa predstáv Thomsona a Helmholtza sa spóry baktérií a iných organizmov mohli dostať na Zem pomocou meteoritov. Laboratórne štúdie potvrdzujú vysokú odolnosť živých organizmov voči nepriaznivým vplyvom, najmä voči nízkym teplotám. Napríklad spóry a semená rastlín nezomreli ani po dlhšom vystavení kvapalnému kyslíku alebo dusíku.

Iní vedci vyjadrili myšlienku prenosu „spór života“ na Zem svetlom.

Moderní prívrženci koncepcie panspermie (vrátane nositeľa Nobelovej ceny anglického biofyzika F. Cricka) veria, že život na Zemi priniesli náhodne alebo zámerne vesmírni mimozemšťania.

Pohľad astronómov C. Vik-ramasingh (Srí Lanka) a F. Hoyle sa pripája k hypotéze panspermie

(Veľká Británia). Veria, že vo vesmíre, hlavne v oblakoch plynu a prachu, v vo veľkom počte sú prítomné mikroorganizmy, kde sa podľa vedcov tvoria. Ďalej sú tieto mikroorganizmy zachytené kométami, ktoré potom pri prechode v blízkosti planét „zasievajú zárodky života“.

Existuje mnoho hypotéz o pôvode života na Zemi. Najdôležitejšie z nich sú: kreacionizmus, spontánna tvorba, rovnovážny stav, panspermia, biochemické hypotézy

Problém vzniku a vývoja života je jednou z najzaujímavejších a zároveň najmenej skúmaných otázok súvisiacich s filozofiou a náboženstvom. Takmer počas celej histórie vývoja vedeckého myslenia sa verilo, že život je fenomén, ktorý sa vytvára sám.

Hlavné teórie:

1) život stvoril Stvoriteľ v určitom čase - kreacionizmus (z lat. tvorba- tvorba);

2) život vznikol spontánne z neživej hmoty;

3) život vždy existoval;

4) život bol prinesený na Zem z vesmíru;

5) život vznikol ako výsledok biochemickej evolúcie.

Podľa teórie kreacionizmus , vznik života sa vzťahuje na konkrétnu udalosť v minulosti, ktorú možno vypočítať. Organizmy, ktoré dnes obývajú Zem, pochádzajú zo samostatne vytvorených základných typov živých bytostí. Vytvorené druhy boli od začiatku výborne organizované a obdarené schopnosťou určitej variability v určitých hraniciach (mikroevolúcia).

Teória spontánneho vzniku života existoval v Babylone, Egypte a Číne ako alternatíva ku kreacionizmu. Vracia sa k Empedoklesovi a Aristotelovi: určité „častice“ hmoty obsahujú nejaký „aktívny princíp“, ktorý za určitých podmienok môže vytvoriť živý organizmus. Aristoteles veril, že účinná látka je v oplodnenom vajíčku, slnečnom svetle, hnijúcom mäse. Pre Demokrita bol začiatok života v bahne, pre Thalesa vo vode, pre Anaxagorasa vo vzduchu.

S šírením kresťanstva boli myšlienky spontánneho generovania vyhlásené za kacírske a dlho sa na ne nespomínalo. Helmont však prišiel s receptom, ako získať myši z pšenice a špinavé prádlo. Bacon veril, že rozklad je zárodkom nového narodenia. Myšlienky spontánneho generovania života podporovali Kopernik, Galileo, Descartes, Harvey, Hegel, Lamarck, Goethe, Schelling.

L. Pasteur v roku 1860 nakoniec ukázal, že baktérie sa môžu objaviť v organických roztokoch iba vtedy, ak tam boli prinesené skôr. A na zbavenie sa mikroorganizmov je potrebná sterilizácia, tzv pasterizácia . Preto bola táto predstava posilnená nový organizmus môže byť len od živých.

Podporovatelia teórie večnej existencie života verí, že na stále existujúcej Zemi boli niektoré druhy nútené vyhynúť alebo drasticky zmeniť ich počet na určitých miestach v dôsledku zmien vonkajších podmienok. Jasná koncepcia tejto cesty nebola vyvinutá, pretože v paleontologickom zázname Zeme existujú určité medzery a nejasnosti.

Hypotéza o výskyte života na Zemi v dôsledku prenosu určitých zárodkov života z iných planét bola tzv. panspermia (z gréčtiny. panvicu- všetci, všetci a spermie- semeno). Teória panspermie neponúka žiadny mechanizmus na vysvetlenie pôvodu života a presúva problém inam vo vesmíre. Po vzniku vo vesmíre bol život dlho zachovaný v anabióze takmer pri T= O K a bol prinesený na Zem meteoritmi. Na začiatku XX storočia. Arrhenius prišiel s myšlienkou rádiopanspermie. Opísal, ako častice hmoty, prachové častice a živé spóry mikroorganizmov opúšťajú obývané planéty do svetového priestoru. Pri zachovaní svojej životaschopnosti lietajú vo vesmíre vďaka ľahkému tlaku a keď pristanú na planéte s vhodnými podmienkami, začnú nový život.

V minulom storočí sa pri štúdiu látky meteoritov a komét objavilo veľa „predchodcov života“ - organické zlúčeniny, voda, formaldehyd, kyanogény. Moderní prívrženci konceptu panspermie veria, že život na Zemi priniesli náhodne alebo úmyselne vesmírni mimozemšťania. Pohľad astronómov C. Wickramasingh (Srí Lanka) a F. Hoyle (Veľká Británia) sa pripája k hypotéze panspermie. Veria, že vo vesmíre, hlavne v plynových a prachových oblakoch, sú vo veľkom počte prítomné mikroorganizmy, kde podľa vedcov vznikajú. Ďalej sú tieto mikroorganizmy zachytené kométami, ktoré potom pri prechode v blízkosti planét „zasievajú zárodky života“.

Prvú vedeckú teóriu o pôvode živých organizmov na Zemi vytvoril sovietsky biochemik A.I. Oparin. V roku 1924 publikoval diela, v ktorých načrtol myšlienky o tom, ako mohol na Zemi vzniknúť život. Podľa tejto teórie život vznikol v špecifických podmienkach starodávna zem a považuje sa za prirodzený výsledok chemického vývoja zlúčenín uhlíka vo vesmíre. Podľa tejto teórie možno proces, ktorý viedol k vzniku života na Zemi, rozdeliť do troch etáp:

1) Vznik organických látok.

2) Tvorba biopolymérov (proteíny, nukleové kyseliny, polysacharidy, lipidy a pod.) z jednoduchších organických látok.

3) Vznik primitívnych samoreprodukujúcich sa organizmov.

V predstavách o vznik života ako výsledok biochemickej evolúcie dôležitú úlohu zohráva samotný vývoj planéty. Zem existuje takmer 4,5 miliardy rokov a organický život asi 3,5 miliardy rokov. Mladá Zem bola horúcou planétou s teplotou 5 ... 8 10 3 K. Pri ochladzovaní kondenzovali žiaruvzdorné kovy a uhlík a vytvárali tak zemskú kôru. Atmosféra primitívnej Zeme bola veľmi odlišná od tej modernej. Ľahké plyny – vodík, hélium, dusík, kyslík, argón atď. – zatiaľ nedostatočne hustá planéta zadržiavala, zatiaľ čo ťažšie zlúčeniny zostali (voda, amoniak, oxid uhličitý, metán).

Keď teplota Zeme klesla pod 100ºC, vodná para začala kondenzovať a vytvárať oceány. V tomto čase prebiehala abiogénna syntéza, teda v primárnych suchozemských oceánoch nasýtených rôznymi jednoduchými chemickými zlúčeninami, „v primárnej polievke“, pod vplyvom sopečného tepla, bleskových výbojov, intenzívneho ultrafialového žiarenia a iných environmentálnych faktorov. začala syntéza zložitejších organických zlúčenín a potom biopolymérov. Vznik organických látok uľahčila absencia živých organizmov – konzumentov organickej hmoty – a hlavného oxidačného činidla – kyslíka. Komplexné molekuly aminokyselín sa náhodne spojili do peptidov, ktoré následne vytvorili pôvodné proteíny. Z týchto proteínov boli syntetizované primárne živé tvory mikroskopickej veľkosti.

Najťažším problémom modernej evolučnej teórie je premena zložitých organických látok na jednoduché živé organizmy. Oparin veril, že rozhodujúcu úlohu pri premene neživého na živé majú bielkoviny. Molekuly proteínov, ktoré priťahujú molekuly vody, zrejme vytvorili koloidné hydrofilné komplexy. Ďalšie vzájomné spájanie takýchto komplexov viedlo k oddeleniu koloidov z vodného prostredia (koacervácia). Na hranici medzi koacervátom (z lat. coacervus- zrazenina, hromada) a prostredím usporiadané molekuly lipidov - primitívna bunková membrána. Predpokladá sa, že koloidy by si mohli vymieňať molekuly s okolím (prototyp heterotrofnej výživy) a akumulovať určité látky.

Prvé organizmy na zemi boli jednobunkové – prokaryoty. Po niekoľkých miliardách rokov vznikli eukaryoty a s ich výskytom bol na výber rastlinný alebo živočíšny spôsob života, pričom rozdiel medzi nimi spočíva v spôsobe výživy a súvisí s procesom fotosyntézy. Sprevádza ho vstup kyslíka do atmosféry, súčasný obsah kyslíka v atmosfére 21 % bol dosiahnutý pred 25 miliónmi rokov v dôsledku intenzívneho rozvoja rastlín.