Тема 25. Происхождение и эволюция жизни

Жизнь – высшая из природных форм движения материи, которая характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением разноуровневых открытых систем, основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения. Важнейшие признаки Ж.: противостояние энтропийным процессам, обмен веществ с окружающей средой, активная регуляция своего состава и функций, способность к движению, воспроизводство на основе генетического кода, раздражимость, молекулярная хиральность.

Живая природа – совокупность организмов. Делится на пять царств: вирусы, бактерии, грибы, растения и животные. ЖП организуется в экосистемы, которая составляет биосферу. Основной атрибут живой материи – генетическая информация, проявляющаяся в репликации и мутации.

Механицизм – учение о сущности жизни, характерное для классической науки Нового времени (механистического материализма), согласно которому жизненные процессы есть результат действия химических и физических процессов, а живые организмы есть подобие сложных машин.

Витализм (от лат. vitalis – живой, жизненный) – концепция в биологии, согласно которой жизненные процессы объясняются как результат действия особых нематериальных факторов, заключенных в живых организмах: "жизненной силы", "души" или "энтелехии".

Гилозоизм – учение, признающее одушевленность всех тел, космоса, материи, природы.

Концепции происхождения жизни: креационизм, гипотеза панспермии, биохимическая эволюция, постоянное самозарождение, стационарное состояние

Гипотеза креационизма – гипотеза возникновения жизни, согласно которой жизнь, как и весь мир и человек, есть результат божественного творения; поскольку Бог создает совершенный мир, то эта теория отрицающает изменение видов и их историческое развитие.

Гипотеза постоянного самозарождения – наиболее ранняя гипотеза зарождения жизни, согласно которой жизнь возникает спонтанно, т.к. определенные "частицы" вещества содержат некое "активное начало", которое при подходящих условиях может создать живой организм (Др.Китай, Др.Египт, Эмпедокл, Аристотель). Эта концепция, вплоть до середины XIX в. была единственной, альтернативной креационизму.

Гипотеза стационарного состояния – гипотеза, согласно которой проблемы зарождения жизни вообще не существует; жизнь никогда не возникала, а существовала всегда, поскольку Земля всегда способна поддерживать жизнь; в разные геологические эпохи менялись лишь формы жизни; виды животных никогда не возникали, а также существовали всегда, у каждого вида есть лишь две возможности существования: изменение численности или вымирание.

Гипотеза панспермии (греч. pan – весь, sperma – семя) – гипотеза возникновения жизни, согласно которой земная жизнь имеет космическое происхождение: жизнь в виде "семян" широко распространена в космосе, откуда зародыши простых организмов могли попасть в земные условия вместе с метеоритами и космической пылью и дать начало эволюции всего живого (У.Томсон, Г.Гельмгольц, В.И.Вернадский, С. Аррениус, Ф. Хойл, Ф.Крик и др.).

Гипотеза случайного однократного происхождения жизни – гипотеза генетика Г.Меллера (начало ХХ в.), согласно которой живая молекула, способная размножаться, могла возникнуть случайно в результате взаимодействия простейших веществ; жизнь в форме гена возникла путем случайного сочетания атомных группировок и молекул, существовавших в водах первичного океана.

Гипотеза биохимической эволюции – современная естественнонаучная гипотеза возникновения жизни (А.И.Опарин, 1924), согласно которой жизнь на Земле возникла в процессе самоорганизации из неорганических веществ как результат абиогенного синтеза живой материи из неживой; зарождение жизни на Земле – длительный эволюционный процесс, в результате которого простейшие органические вещества образовались из неорганических под влиянием сильнодействующих физико-химических факторов. Экспериментальным подтверждением ряда идей ГБЭ стали опыты С.Миллера и Г.Юри (1953), в которых были получены некоторые низкомолекулярные органические вещества в восстановительных условиях, пропуская электрические разряды через смесь газов (CH₄ , NH₃, H₂) и паров воды.

Абиогеннная концепция – принятная в современной науке концепция небиологического возникновения живых существ из веществ неорганической природы в процессе эволюции; в настоящее время такой процесс не происходит из-за отсутствия физико-химических предпосылок и неминуемого уничтожения возникающих форм преджизни современными живыми организмами.

Биогенная концепция – концепция биологического возникновения жизни, утверждающая, что между живой и не­живой материей лежит непреодолимая преграда, а следовательно, все живое может происходить только от живого.

Этапы возникновения жизни на Земле. Согласно современной теории биохимической эволюции (абиогенеза) возникновение жизни происходило поэтапно: I. Предбиологическая эволюция (4,5 млрд. лет назад): образование первичной атмосферы Земли из газов, которые могли бы служить "сырьем" для синтеза органических веществ → абиогенный синтез низкомолекулярных органических (углеводородных) соединений из неорганических в результате химической эволюции в первичной атмосфере и океане Земли → концентрация органических соединений и образование биополимеров (синтез органических молекул – белков и нуклеиновых кислот – в "первичном бульоне") → II. Биологическая эволюция (3,5 млрд. лет назад): возникновение самовоспроизводящихся молекул (первичных организмов), которые были прокариотами, гетеротрофами, и анаэробами → возникновение автотрофов (фотосинтеза) → появление эукариотов (ядерно-клеточных организмов) → возникновение многоклеточных организмов, дифференциация на растительные и животные клетки → выход жизни из моря на сушу, освоение живыми оранизмами суши → эволюция растительного и животного мира.

Первичная атмосфера Земли – "восстановительная" атмосфера Земли в абиогенный период возникновения жизни, которая состояла из водяных паров, углекислого газа с небольшой примесью других газов – аммиака, метана, серы, других окислов углерода; в ней отсутствовал газообразный кислород (O₂).

Коацерваты – капли или слои с большей концентрацией коллоида (растворенного вещества), чем в остальной части раствора того же химического состава; в гипотезах о происхождении жизни – праорганизмы (протоорганизмы).

Автотрофы или аутотрофы (греч. autos – сам; trope – пища) – организмы, способные самостоятельно синтезировать питательные (органические) вещества из неорганических соединений за счет энергии Солнца (фотосинтез) и за счет энергии некоторых химических реакций (хемосинтез); к ним относятся высшие растения (кроме паразитных и сапрофитных), водоросли и некоторые бактерии.

Гетеротрофы (греч. heteros – другой; trope – пища) – организмы, питающиеся готовыми органическими веществами (в отличие от автотрофов); к ним относятся микроорганизмы, некоторые растения (грибы, паразиты и др.), все животные и человек.

Анаэробы – организмы, живущие в отсутствие свободного ки­слорода (многие бактерии, некоторые черви, моллюски).

Аэробы – большинство живых организмов, которые могут существовать только при наличии свободного молекулярного кислорода (животные, растения и часть микроорганизмов).

Прокариоты (лат. pro – вместо; греч. kоrуоn – ядро) – организмы, не обладающие в отличие от эукариот оформленным клеточным ядром (вирусы, бактерии, сине-зеленые водоросли, риккетсии, микоплазмы)

Эукариоты (греч. еu – полностью; kаrуоn – ядро) – организмы, обладающие в отличие от прокариотов оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазм ядерной оболочкой (все животные, большинство растений).

Концепции голобиоза и генобиоза – современные концепции, которые по-разному решают вопрос о происхождении жизни на уровне доклеточного предка – протобионта (что первично в протобионте – белки или нуклеиновые кислоты?)

Голобиоз – методологический подход в вопросе о происхождении жизни, основанный на идее первичности структур клеточного типа, способных к элементарному обмену веществ при участии ферментных белков (субстрантная точка зрения). Появление нуклеиновых кислот считается завершением эволюции, итогом конкуренции протобионтов. Пример – теория биохимической эволюции А.И. Опарина.

Генобиоз – методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности макромолекулярной системы со свойствами первичного генетического кода ("информационная" точка зрения). Пример – концепция генетика Дж. Холдейна, согласно которой первичной была макромолекулярная система, подобная гену и способная к саморепродукции ("голый ген").