Изучение естественнонаучных моделей происхождения жизни

Актуальность. Для целостной картины окружающего мира огромное значение имеет возникновение качественно нового уровня его организации — жизни и сознания. Вопрос о происхождении жизни один из самых трудных в современном естествознании. Он тесно связан с проблемой отличия живого от неживого и с проблемой эволюции жизни. Необходимо найти ответы на вопросы: в чем сущность жизни? Как действовали механизмы эволюции при зарождении жизни?

Несмотря на то, что человек интуитивно понимает и различает живое и неживое, дать определение сущности живого представляется затруднительным. Долгое время в науке использовалось понятие жизни, предложенное Ф. Энгельсом: жизнь есть форма существования белковых тел, одним из основных свойств которой являются процессы ассимиляции и диссимиляции, благодаря чему поддерживается состав и структура живых организмов. В этом, достаточно точном и конкретном определении, ничего, однако, не сказано о тех механизмах, которые реализуют не только обмен веществ, но и воспроизводство живых организмов. Эта последняя проблема имела принципиальное значение. Именно ее решение качественно изменило представление о сущности жизни.

В процессе размножения живых организмов при переходе от одного поколения к другому осуществляется так называемая онвариантная редупликация. Смысл ее в том, чтобы в последующем поколении воспроизвести свойства организма предыдущего поколения. Понять этот механизм удалось лишь во второй половине XX века, когда к познанию жизни подключились физика и химия, что позволило выделить и приступить к исследованию молекулярного уровня биологической организации. При этом оказалось, что белки, которым придавали решающее значение при рассмотрении сущности живого, в действительности вторичны по отношению к той субстанции, которая образует основу жизни. Такой субстанцией, ответственной за воспроизведение жизни, оказались химические соединения гораздо более простые, чем белки нуклеиновые кислоты ДНК и РНК. Открытие роли этих кислот в существовании и функционировании живого заставило переформулировать то определение жизни, которое ранее казалось вполне приемлемым.

В настоящее время существует много содержательных определений живого. Однако, несмотря на их обилие, дать однозначное определение весьма затруднительно. Обобщая достижения современного естествознания, М. В. Волькенштейн определил живые тела «как открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, состоящие из биополимеров: белков и нуклеиновых кислот».

В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения биополимеры: белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК); в структурном плане живое отличается от неживого клеточным строением; в функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя.

Таким образом, жизнь как особая форма существования материи характеризуется двумя отличительными свойствами самовоспроизведением и обменом веществ с окружающей средой. На свойствах саморепродукции и обмена веществ строятся все современные гипотезы возникновения жизни.

Целью данной работы является изучение естественнонаучных моделей происхождения жизни.

Задачи работы. Для достижения поставленной цели решим следующие вопросы:

1. Рассмотрим развитие представлений о происхождении жизни.

2. Изучим основные гипотезы происхождения жизни.

3. Изучим структурные уровни организации живого.

4. Эволюционные идеи.

1. Развитие представлений о проихождении жизни

Понимание развития жизни на Земле предпринималось еще в древности. В античности для решения этой проблемы существовали два противоположных подхода. Религиозно-идеалистический подход возникновение жизни не могло осуществиться естественным, объективным, закономерным путем. На их основе понимание жизни исходило из божественного творческого акта (креационизм), поэтому всем существам свойственна особая, независимая от материального мира «жизненная сила», которая направляет все процессы жизни (витализм). В основе материалистического подхода лежало представление о том, что под влиянием естественных факторов живое может возникнуть из неживого, органическое из неорганического. При всей своей примитивности первые исторические формы концепции самозарождения сыграли прогрессивную роль в борьбе с креационизмом [1, с.486].

В эпоху Средневековья и эпоху Возрождения получила широкое распространение идея самозарождения. Тогда допускалась возможность самозарождения не только простых, но и высокоорганизованных существ.

Невозможность произвольного зарождения жизни была доказана многими опытами к примеру, итальянским ученым Ф. Реди.

В итоге идея самозарождения была развенчана Л. Пастером в середине XIX в. Он показал, что не только в запаянном сосуде, но и в незакрытой колбе с длинной S-образной горловиной хорошо прокипяченный бульон остается стерильным, потому что в колбу через такую горловину не могут проникнуть микробы. Это доказывало, что в наше время какой бы то ни было новый организм может появиться только от другого живого существа (биогенез).

Были попытки объяснить происхождения жизни путем занесения ее из других космических миров. Немецкий врач Г. Рихтер в 1865 г. выдвинул гипотезу космозоев космических зачатков. Согласно ей жизнь является вечной и зачатки населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Единомышленниками этой теории были ученые XIX в. У. Томсоном, Г. Гельмгольцем и др. Сходную гипотезу, названную панспермией, в 1907 г. выдвинул известный шведский естествоиспытатель С. Аррениус: во Вселенной вечно существуют зародыши жизни, которые движутся в космическом пространстве под давлением световых лучей; попадая в сферу притяения планеты, они оседают на ее поверхности и закладывают на этой планете начало живого.

В XX в. учение продвинулось вперед. Такие отрасли знаний, как биохимия, биофизика, генетика, молекулярная биология, космическая биохимия и др., расширили представления о сущности земной жизни, о возможности существования подобных явлений вне пределов нашей планеты. В наше время известно, что в любом существе, живущем на Земле, присутствует 20 аминокислот, пять оснований, два углевода и один фосфат. Небольшое число одних и тех же молекул во всех живых организмах убеждает, что все живое должно иметь единое происхождение.

Отрицание возможности самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возможности развития органической природы, жизни в прошлом из неорганической материи. На определенной стадии развития материи жизнь может возникнуть как результат естественных процессов, совершающихся в неорганической природе. Кроме того, элементарные химические процессы на начальных этапах возникновения и развития жизни могли происходить не только на Земле, но и в других частях Вселенной и в различное время. Поэтому не исключается возможность занесения определенных предпосылочных факторов жизни на Землю из Космоса. Однако в изученной пока человеком части Вселенной только на Земле они привели к формированию и расцвету жизни.

Согласно положениям современной науки, жизнь возникла из неживого вещества в результате эволюции материи, является результатом естественных процессов, происходивших во Вселенной. Жизнь это свойство материи, которое ранее не существовало и появилось в особый момент истории Земли. Возникновение жизни явилось результатом процессов, протекавших сначала миллиарды лет во Вселенной, а затем многие миллионы лет на Земле. От неорганических соединений к органическим, от органических к биологическим таковы последовательные стадии процесса зарождения жизни.

Возраст Земли исчисляется примерно 4,6 млрд лет. Жизнь существует на Земле, видимо, около 3,8 млрд лет. Признаки деятельности живых организмов обнаружены в докембрийских породах, рассеянных по всему земному шару.

В сложном процессе возникновения жизни на Земле можно выделить несколько основных этапов. Первый из них связан с образованием простейших органических соединений из неорганических [1, с.487].

2. Основные гипотезы происхождения жизни

В попытках провести разграничение между неживой и живой природой наука сталкивается с проблемой возникновения жизни. В современной литературе упоминаются следующие гипотезы возникновения жизни [2,3]:

— креационизм (созидание, творение) содержит тезис о божественном творении мира и человека. Креационизм религиозная доктрина и потому выносится за рамки научного исследования. Трудности, с которыми сталкивается наука при решении проблемы возникновения жизни, и сегодня создают почву для активизации креационистских взглядов;

— концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества. Ее придерживался еще Аристотель, допускавший возможность возникновения мелких организмов из неорганических веществ. Французский биолог Луи Пастер (1822−1895) в результате экспериментов опроверг эту гипотезу и подтвердил справедливость популярной в то время теории биогенеза:

— теория биогенеза сводится к утверждению, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни, т. е. «живое от живого». Она была сформулирована в XV в. итальянским врачом и биологом Ф. Реди и известна в литературе как «принцип Реди»;

— концепция стационарного состояния, согласно которой жизнь существовала всегда. Немногочисленные ее сторонники считают, что виды никогда не возникали, они существовали всегда и у каждого вида есть только две возможности: увеличение численности или вымирание;

— концепция панспермии внеземного происхождения жизни, по которой жизнь была занесена на Землю извне, из далеких районов космоса, где она могла существовать. Концепция опирается на обнаружение при изучении метеоритов и комет «предшественников живого» органических соединений, которые возможно сыграли роль «семян». Эти семена нашли на Земле благоприятные условия для превращения в живые организмы с их дальнейшей эволюцией. Однако эта гипотеза считается маловероятной и для науки неплодотворной, поскольку проблема происхождения живого от неживого все равно остается открытой для естествознания;