Презентация на тему: Теории возникновения жизни на Земле

Теории возникновения жизни на Земле

Введение В разное время относительно возникновения жизни на Землевыдвигались следующие теории:-Теория самозарождения -Теория биохимической эволюции -Теория панспермии-Теория стационарного состояния жизни-Теория креационизма В настоящее время теории самозарождения и стационарногосостояния представляют собой только исторический илифилософский интерес, так как результаты научных исследованийпротиворечат выводам этих теорий.Теория панспермии не решает принципиального вопроса овозникновении жизни, она только отдаляет его в еще болеетуманное прошлое Вселенной, хотя и не может исключаться как гипотезао начале жизни на Земле.

Самозарождение жизни Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Древнем Египте в качествеальтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель (384—322 гг. до н. э.),которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанногозарождения жизни. Согласно этой гипотезе, определенные «частицы» вещества содержатнекое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм.Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, ноошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.С распространением христианства теория спонтанного зарождения жизни оказалась не в чести:ее признали лишь те, кто верил в колдовство и поклонялся нечистой силе, но эта идея всепродолжала существовать где-то на заднем плане в течение еще многих веков.Известный ученый Ван Гельмот описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создалмышей. Для этого нужны были грязная рубашка, тёмный шкаф и горсть пшеницы. Активнымначалом в процессе зарождения мыши Ван Гельмот считал человеческий пот.В 1688 году итальянский биолог и врач Франческо Реди подошел к проблеме возникновенияжизни более строго и подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Реди установил, чтомаленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе, — это личинки мух. Проведя рядэкспериментов, он получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возникнутьтолько из предшествующей жизни (концепция биогенеза).Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеи самозарождения, и хотя этаидея несколько отошла на задний план, она продолжала оставаться главнойверсией зарождения жизни.

Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеисамозарождения, и хотя эта идея несколько отошла на задний план, онапродолжала оставаться главной версией зарождения жизни.В то время как эксперименты Реди, казалось бы, опровергли спонтанноезарождение мух, первые микроскопические исследования Антони ванЛевенгука усилили эту теорию применительно к микроорганизмам. СамЛевенгук не вступал в споры между сторонниками биогенеза испонтанного зарождения, однако его наблюдения под микроскопомдавали пищу обеим теориям.В 1860 году проблемой происхождения жизни занялся французскийхимик Луи Пастер. Своими опытами он доказал, что бактерии вездесущии что неживые материалы легко могут быть заражены живымисуществами, если их не стерилизовать должным образом. Учёныйкипятил в воде различные среды, в которых могли бы образоватьсямикроорганизмы. При дополнительном кипячении микроорганизмы и ихспоры погибали. Пастер присоединил к S-образной трубке запаяннуюколбу со свободным концом. Споры микроорганизмов оседали наизогнутой трубке и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошопрокипяченная питательная среда оставалась стерильной, в ней необнаруживалось зарождения жизни, несмотря на то, что доступ воздухабыл обеспечен.В результате ряда экспериментов Пастер доказал справедливостьтеории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанногозарождения.

Теория биопоэза Современная теория возникновенияжизни на Земле была сформулирована в1947г английским учёным Дж.Берналом.Он выделил три стадии биопоэза: 1) Абиогенное возникновениебиологических мономеров2) Образование биологическихполимеров 3) Формирование мембранных структури первичных организмов (пробионтов)По своей сути теория биопоэзаобъединила теории абиогенеза ибиогенеза.

Опыт Миллера и Юри Эксперимент Миллера — Юри — известныйклассический эксперимент, в которомсимулировались гипотетические условияраннего периода развития Земли для проверкивозможности химической эволюции.Фактически это был экспериментальный тестгипотезы, высказанной ранее Опариным иХолдейном, о том, что условия,существовавшие на примитивной Земле,способствовали химическим реакциям,которые могли привести к синтезуорганических молекул из неорганических. Былпроведён в 1953 году Миллером и Юри.Аппарат, спроектированный для проведенияэксперимента, включал смесь газов,соответствующую тогдашним представлениям осоставе атмосферы ранней Земли, ипропускавшиеся через неё электрическиеразряды.

Собранный аппарат представлял собой две колбы, соединённые стеклянными трубками в цикл. Заполнявший систему газ представлял собой смесь из метана (CH4), аммиака (NH3), водорода (H2) и монооксида углерода (CO). Одна колба быланаполовину заполнена водой, которая при нагревании испарялась и водные парыпопадали в верхнюю колбу, куда с помощью электродов подавались электрическиеразряды, имитирующие разряды молний на ранней Земле. По охлаждаемой трубкеконденсировавшийся пар возвращался в нижнюю колбу, обеспечивая постояннуюциркуляцию.После одной недели непрерывного цикла Миллер и Юри обнаружили, что 10—15 %углерода перешло в органическую форму. Около 2 % углерода оказались в видеаминокислот, причём глицин оказался наиболее распространённой из них. Былитакже обнаружены сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот.Эксперимент повторялся несколько раз в 1953—1954 годах. Миллер использовал дваварианта аппарата, один из которых, т. н. «вулканический», имел определённоесужение в трубке, что приводило к ускоренному потоку водных паров черезразрядную колбу, что, по его мнению, лучше имитировало вулканическуюактивность. Интересно, что повторный анализ проб Миллера, проведённый через 50лет профессором и его бывшим сотрудником Джеффри Бейдом с использованиемсовременных методов исследования, обнаружил в пробах из «вулканического»аппарата 22 аминокислоты, то есть гораздо больше, чем считалось ранее.

Американский учёный С.Фокс в 1957г высказал идею о том, что аминокислоты могутсоединяться, образуя пептидные связи в отсутствии воды, т.е. благодарядегидратационному синтезу. Он нагревал сухую смесь аминокислот и послеохлаждения и растворения в воде обнаружил белковоподобные молекулы сослучайной последовательностью аминокислот. Фокс предполагает, что на древнейЗемле аминокислоты концентрировались в испаряющихся водоёмах, а затемполимеризовались под действием тепла лавовых потоков или в ходе высушивания под действием солнечных лучей. Последующие дожди растворяли полипептиды.Возможно, синтез полимеров катализировался на поверхности минеральных глин.Экспериментально показано, что раствор аминокислоты аланина в водной среде вприсутствии особого вида глинозема и АТФ может давать полимерные цепочкиполиаланина.

Белково-коацерватная теория Опарина Согласно этой теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может бытьразделён на три этапа:-Возникновение органических веществ -Возникновение белков -Возникновение белковых тел Астрономические исследования показывают, что как звёзды, так и планетные системы возниклииз газопылевого вещества. Наряду с металлами и их окислами в нём содержались водород,аммиак, вода и простейший углеводород — метан.Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с моментапоявления первичного океана. В водной среде производные углеводородов могли подвергатьсясложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекулмогли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.Наука доказала, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственносинтезировать не только аминокислоты, но и другие биохимические вещества. Большойпобедой современной биохимии является первый полный синтез молекулы белков:синтезирован гормон инсулин, управляющий углеводным обменом.Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел моглоявиться образование коацерватных капель. При определённых условиях водная оболочкаорганических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающегораствора. Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуямногомолекулярные комплексы — коацерваты.

Коацерватные капли также могли возникать при простом смешивании разнообразныхполимеров. При этом происходила самосборка полимерных молекул в многомолекулярныеобразования — видимые под оптическим микроскопом капли.Капли были способны поглощать извне вещества по типу открытых систем. При включении вкоацерватные капли различных катализаторов (в том числе и ферментов) в них происходилиразличные реакции, в частности полимеризация поступающих из внешней среды мономеров.За счёт этого капли могли увеличиваться в объёме и весе, а затем дробиться на дочерниеобразования. Таким образом, коацерваты могли расти, размножаться, осуществлять обменвеществ.Далее коацерватные капли подвергались естественному отбору, что обеспечило их эволюцию.Теория была обоснована, кроме одной проблемы, на которую долго закрывали глаза почти всеспециалисты в области происхождения жизни. Если спонтанно, путем случайных безматричныхсинтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкции белковых молекул(например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимущество данному коацервату вросте и размножении), то как они могли копироваться для распространения внутри коацервата,а тем более для передачи коацерватам-потомкам? Теория оказалась неспособной предложитьрешение проблемы точного воспроизведения — внутри коацервата и в поколениях —единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Однако, было показано,что первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированныхабиогенным путем, и они могли вступить в симбиоз с "живыми растворами" – колониямисамовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующиесинтез липидов, а такое сообщество уже можно назвать организмом.

Панспермия Согласно теории Панспермии, предложенной в 1865 годунемецким ученым Г. Рихтером и окончательно сформулированнойшведским ученым Аррениусом в 1895 году, жизнь могла бытьзанесена на Землю из космоса. Наиболее вероятно попаданиеживых организмов внеземного происхождения с метеоритами икосмической пылью. Это предположение основывается на данныхо высокой устойчивости некоторых организмов и их спор крадиации, глубокому вакууму, низким температурам и другимвоздействиям. Однако до сих пор нет достоверных фактов,подтверждающих внеземное происхождение микроорганизмов,найденных в метеоритах. Но если бы даже они попали на Землю идали начало жизни на нашей планете, вопрос об изначальномвозникновении жизни оставался бы без ответа.

Теория стационарного состояния Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда былаСпособна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно. Согласно этойверсии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности — либо изменение численности, либо вымирание.Однако гипотеза стационарного состояния в корне противоречит данным современнойастрономии, которые указывают на конечное время существования любых звёзд и,соответственно, планетных систем вокруг звёзд.По современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возрастЗемли, Солнца и Солнечной системы исчисляется ~4,6 млрд лет. Поэтому эта гипотеза обычноне рассматривается Академической наукой.

Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенныхископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того илииного вида, и приводит в качестве примера представителя кистеперых рыб —латимерию (целаканта). По палеонтологическим данным кистеперые вымерли вконце мелового периода. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда врайоне Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых.Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая нынеживущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод овымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным.Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарногосостояния, ее сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков вэкологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либоископаемого вида в определенном пласте они объясняют увеличением численностиего популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохраненияостатков.

Креационизм Креационизм (от англ. Creationсоздание) — религиозно философскаяконцепция, в рамках которой всёмногообразие органического мира,человечества, планеты Земля, а такжемир в целом, рассматриваются какнамеренно созданные некимсверхсуществом или божеством. Теориякреационизма, отсылая ответ на вопросо возникновении жизни к религии(сотворение жизни Богом), по критериюПоппера находится вне поля научныхизысканий (так как она неопровержима:Научными методами невозможнодоказать, как то что Бог не сотворялжизни, так и то, что Бог ее сотворял)