Современные представления о возникновении жизни

Все современные представления о происхождении жизни на Земле основываются на признании абиогенного, т.е. небиологического возникновения органических веществ из неорганических молекул, что нашло отражение в теории А.И. Опарина (1924) и Дж. Холдейна (1929)

Химическая эволюция. На первых этапах формирования Земля имела очень высокую температуру. По мере остывания планеты тяжелые элементы перемешались к ее центру, а более легкие оставались на поверхности. Металлы и другие способные окисляться элементы соединялись с кислородом, и в атмосфере Земли свободного кислорода не было. Атмосфера состояла из свободного водорода и его соединений (Н2О, СН4, NH3, HCN) и поэтому носила восстановительный характер. По мнению А.И. Опарина, это служило важной предпосылкой возникновения органических молекул небиологическим путем. До начала XIX в. многие ученые предполагали, что эти соединения могут возникать только в живом организме. В связи с этим их назвали органическими соединениями в противоположность веществам неживой природы – минералам, названным неорганическими соединениями.

Однако в 1953 г. американский ученый С.Л.Миллер экспериментально доказал возможность абиогенного синтеза органических соединений из неорганических. Пропуская электрический разряд через смесь H2, H2O, CH4 и NH3, он получил набор нескольких аминокислот, органические кислоты и цианистый водород. Органические вещества образуются и при облучении этой смеси коротковолновыми ультрафиолетовыми лучами. При ультрафиолетовом облучении из HCN образуется аденин и гуанин, из формальдегида – сахара, в том числе рибоза и дезоксирибоза. В дальнейшем оказалось, что абиогенным путем в отсутствии кислорода могут быть синтезированы очень многие органические соединения, входящие в состав биологических полимеров: белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов.

Возможность абиогенного синтеза органических соединений подтверждается тем, что они обнаружены в космическом пространстве. В космосе найдены цианистый водород, формальдегид, муравьиная кислота, метиловый и этиловый спирты и др. в некоторых метеоритах заключены жирные кислоты, сахара, аминокислоты. Все это свидетельствует о том, что достаточно сложные органические соединения могли возникать в условиях, существовавших на Земле 4-4,5 млрд лет назад.

Более 4 млдр лет назад «колбой Миллера» был весь земной шар. Извергались вулканы, с которых стекали потоки раскаленной лавы, клубы пара окутывали Землю, сверкали молнии. По мере остывания планеты водяные пары, находившиеся в атмосфере, конденсировались и обрушивались ливнями. Образовывались огромные водные пространства. Поскольку Земля была еще горячей, вода испарялась, а затем, охлаждаясь в верхних слоях атмосферы, вновь выпадала на поверхность планеты. Это продолжалось в течение многих миллионов лет. В водах первичного океана были растворены компоненты атмосферы, различные соли. Кроме того, туда попадали и непрерывно образующиеся в атмосфере под действием жесткого ультрафиолетового излучения Солнца, высокой температуры в областях грозовых разрядов и активной вулканической деятельности органические соединения: сахара, аминокислоты, азотистые основания, органические кислоты и др.

Для образования на Земле сложных органических соединений важное значение имела, по-видимому, и адсорбция веществ на поверхности глин и других неорганических осадков в качестве фактора, повышающего концентрацию реагирующих между собой веществ, в результате чего появились первичные биополимеры – полипептиды и полинуклеотиды.

Таким образом, условиями для абиогенного возникновения органических соединений были: восстановительный характер атмосферы Земли (соединения, обладающие восстановительными свойствами, легко вступают во взаимодействия между собой и веществами-окислителями), высокая температура, грозовые разряды и мощное ультрафиолетовое излучение Солнца, которое в то время еще не задерживалось озоновым экраном.

По-видимому, первичный океан содержал в растворенном виде различные органические и неорганические молекулы, попадающие в него из атмосферы и вымываемые из поверхностных слоев Земли. Концентрация органических соединений постоянно увеличивалась, и в конце концов воды океана стали «бульоном» из белководоподных веществ – пептидов, а также нуклеиновых кислот и других органических соединений.

Каждая молекула имеет определенную структурную организацию, т.е. атомы, входящие в ее состав, закономерно расположены в пространстве. Вследствие этого в молекуле образуется полюса с различными зарядами. Например, молекула воды Н2О образует диполь, в котором одна ее часть несет положительный заряд, другая – отрицательный. Кроме того, некоторые молекулы (например, соли) в водной среде диссоциируются на ионы.

В силу таких особенностей химической организации молекул вокруг них в воде образуются водные «рубашки» из определенным образом ориентированных молекул воды.

Органические молекулы имеют большую молекулярную массу и сложную пространственную конфигурацию; они окружены водной оболочкой. Молекулы, окруженные водной оболочкой, объединяются, образуя высокомолекулярные комплексы- коацерваты.

Эволюция предбиологических систем. В первичном океане коацерваты, или коацерватные капли, обладали способностью поглощать различные вещества, растворенные в воде. В результате этого внутреннее строение коацервата изменялось, что вело или к его распаду, или к накоплению веществ, т.е. к росту и изменению химического состава, повышающего устойчивость коацерватной капли в постоянно меняющихся условиях.

А.И. Опарин отмечал, что в данных конкурентных условиях в массе коацерватных капель должен был идти отбор наиболее устойчивых. Достигнув определенных размеров, материнская коацерватная капля могла распадаться на дочерние. Продолжали существовать только те дочерние коацерватные капли, которые, вступая в элементарные формы обмена со средой, сохраняли относительно постоянство своего состава. В дальнейшем они приобрели способность поглощать из окружающей среды не всякие вещества, а лишь такие, которые обеспечивали их устойчивость, а также выделять наружу продукты обмена. Параллельно увеличивались различия между химическим составом капли и окружающей средой. В процессе длительного отбора (химической эволюции) сохранились лишь те капли, которые при распаде на дочерние не утрачивали особенностей структуры, т.е. приобретали свойство самовоспроизведения.

Важнейшие составные части коацерватных капель – полипептиды и полинуклеотиды. В ходе эволюции у пептидов выработалась способность к каталитической активности, т.е. к значительному ускорению биохимических реакций, приводящих к превращению органических соединений. В свою очередь, нуклеотиды оказались способными связываться друг с другом по принципу дополнения, или комплементарности, и, следовательно, осуществлять неферментативный синтез дочерних полинуклеотидных цепей.

Следующий важный шаг предбиологической эволюции – объединение способности полинуклеотидов к самовоспроизведению с возможностью полипептидов ускорять течение химических реакций, так как удвоение молекул ДНК идет эффективнее при участии белков, обладающих каталитической активностью. В то же время стабильность «удачных» комбинаций аминокислот в полипептидах может обеспечиваться только сохранением информации о них в нуклеиновых кислотах.

Дальнейшая прогрессивная эволюция предбиологических структур могла происходить только при усложнении обменных процессов и в условиях пространственного разделения различных синтетическихи энергетических процессов внутри коацервата. Более прочную изоляцию внутренней среды от внешних воздействий по сравнению с той, которую обеспечивала водная оболочка, могла осуществить лишь биологическая мембрана. Вокруг коацерватов, богатых органическими соединениями, возникли слои липидов, отделивших коацерват от окружающей водной среды. Входе эволюции липиды преобразовались в наружную мембрану, существенно повысившую жизнеспособность и устойчивость организмов.

Появление мембраны, отделяющей содержимое коацервата от окружающей среды и способной к избирательной проницаемости, предопределило направление дальнейшей химической эволюции по пути развития все более совершенных саморегулирующихся систем вплоть до возникновения первых клеток.

Образование первичных клеточных организмов положило начало биологической эволюции.

Концепция происхождения и эволюции человека

Человек как предмет естественно-научного познания.

Проблема антропогенеза — возникновения человека — представляет большой научный интерес и вызывает жаркие споры среди ученых. Причина этому, с одной стороны, — огромное методологическое значение материалистического решения вопроса о происхождении человека, а с другой — возможность проследить, как закономерности органической эволюции, действующие на уровне биологической формы движения материи, уступают место иным, связанным с возникновением социальной формы движения материи. Социальные факторы антропогенеза (трудовая деятельность, общественный образ жизни, речь и мышление) приобрели важное значение в эволюции человека, что позволяет говорить об антропосоциогенезе. Это означает, что становление социальной формы движения не отменило действия биологических законов, а лишь изменило их проявление. Человек как предмет естественно-научного познания может рассматриваться в трех аспектах: 1) происхождение; 2) соотношение в нем естественного и гуманитарного; 3) изучение специфики человека методами естественно-научного познания. Первое направление, традиционно называемое антропологией, изучает, когда, от кого и как произошел человек и чем он отличается от животных; второе направление — социобиология — изучает генетическую основу человеческой деятельности и соотношение физиологического и психического в человеке; к третьему направлению относится изучение естественно-научным путем мозга человека, его сознания, души и т.п. Рассмотрим первое направление. Как и в вопросе происхождения Вселенной и жизни, существует представление о божественном творении человека. "И сказал Бог: сотворим человека по образу и подобию нашему... И сотворил Бог человека по образу своему". Во многих первобытных племенах были распространены представления о том, что их предки произошли от животных и даже растений (тотемы). В античности высказывались мысли о естественном происхождении людей из ила (Анаксимандр). Тогда же заговорили о сходстве человека и обезьяны (Ганнон из Карфагена). В настоящее время в связи с ажиотажем вокруг НЛО в моду вошли версии о происхождении человека от внеземных существ, посещавших Землю, или даже от скрещивания космических пришельцев с обезьянами. Но в науке с XIX в. господствует вытекающая из теории эволюции Дарвина концепция происхождения человека от единых высокоразвитых предков современных обезьян и человека. Она получила в XX в. генетическое подтверждение, поскольку из всех животных по генетическому аппарату ближе всего к человеку оказались шимпанзе. Проблема возникновения человека ныне рассматривается, во-первых, как проблема возникновения видовой специфичности человека. Под критериями человека понимается фундаментальное свойство, в котором отразилась бы специфичность человеческого общества.