1. Основные концепции происхождения жизни. Появление жизни на Земле.

Возникновение жизни на Земле является фундаментальной проблемой естествознания. Среди основных концепций, пытающихся объяснить возникновение жизни, наиболее известны следующие:

• Креационизм (классический, эволюционный);

• панспермия (случайная, направленная);

• независимое (автономное) происхождение жизни из неживой природы (самопроизвольное зарождение жизни, теория биохимической эволюции).

Креационизм. Согласно креационизму жизнь возникла в результате какого-то сверхъестественного события в прошлом.

Сторонники классического креационизма предполагают, что в процессе креационного акта жизнь была создана однажды во всех ее многообразных формах и только на Земле. Эта концепция признает неизменность видов живых существ, ее придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений, подтверждая свою позицию сведениями из Библии, Корана, Торы.

Сторонники эволюционного креационизма предполагают создание жизни на Земле сверхъестественным существом в виде первоначальных форм. Затем по «Божественному Плану» пошло эволюционное совершенствование этих первичных организмов.

Панспермия. Согласно этой концепции жизнь возникла в момент образования Вселенной и повсеместно существует в Космосе в виде «зародышей жизни». Сторонники случайной панспермии считают, что на нашу Землю жизнь случайно попала при переносе на различных космических объектах (метеориты, космическая пыль). Сторонники этой концепции: С.Аррениус, В.И.Вернадский, лорд Кельвин. Известны аргументы, подтверждающие эту концепцию: на метеоритах были обнаружены органические вещества, окаменелые останки водорослей, бактерий, нанобактерий.

Сторонники направленной панспермии (Нобелевский лауреат Ф.Крик и Л.Оргел) считают, что жизнь в виде бактериальных форм (сине-беленых бактерий) была специально занесена из Космоса некой высокоразвитой цивилизацией.

Концепция самопроизвольного происхождение жизни. Эта гипотеза была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму. Согласно этой гипотезе жизнь неоднократно спонтанно возникла из неживого вещества под воздействием некоего «активного начала». Например, приверженцем этой гипотезы был Аристотель.

Биохимическая эволюция жизни из предбиологических форм. Согласно этой концепции жизнь возникла в ходе закономерного, самоусложняющегося развития природы в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам. Основоположниками этой гипотезы являются русский ученый А. И. Опарин и английский естествоиспытатель Дж. Холдейн. В процессе биохимической эволюции выделяют два этапа – абиогенез и биогенез.

Абиогенез - длительный процесс космической, геологической и химической эволюции. Согласно абиогенезу нужно несколько основных условий для появления живого из неживого:

• наличие определенных химических веществ,

• наличие источника энергии,

• отсутствие газообразного кислорода,

• длительное время.

Абиогенез. Выделяют три основных этапа абиогенеза.

1. Химическая эволюция. После возникновения (4,5 млрд. лет назад) Земля представляла собой раскаленный шар. По мере остывания тяжелые химические элементы перемещались к центру Земли, а легкие скапливались на поверхности (например, углерод и более тугоплавкие металлы). Химические элементы взаимодействовали друг с другом и образовали молекулы неорганических веществ (воды, азота, углекислого газа, аммиака, метана, сероводорода). В результате конденсации водяных паров образовались водоемы, в которых растворялись различные неорганические соединения.

2. Появление белковых веществ (биополимеров). Из неорганических веществ и более простых углеродных соединений возникают органические вещества, которые являются основой жизни. Источником энергии в таких реакциях были солнечная радиация и тепло Земли, поскольку озонового слоя в первичной атмосфере еще не было. В первичной атмосфере не было и кислорода, который, будучи сильным окислителем, моментально разрушил бы органические соединения. В 1953 г. Стэнли Миллер (США) экспериментально подтвердил возможность синтеза органических веществ из неорганических. В установке он смоделировал условия, предположительно существовавшие на ранней Земле. Смесь газов (водяные пары, метан, аммиак и водород) в течение недели подвергалась воздействию электрических разрядов, после чего в «ловушке» было обнаружено 15 аминокислот. Позднее в подобных экспериментах были синтезированы простые нуклеиновые кислоты.

3. Формирование у органических соединений способности к самовоспроизводству. Органические вещества, накапливаясь в океане, образовали «первичный бульон». Затем они стали объединяться в биополимерные молекулы (белки, полинуклеотиды), которые за счет межмолекулярных связей образовывали студнеобразные сгустки — коацерваты, организованные предживые системы, протобионты. Нуклеиновые кислоты являются носителями генетической информации, а белки служат катализаторами химических реакций, протекающих внутри коацервата. За счет физико-химических процессов, происходивших в «первичном бульоне», коацерватные капли увеличивались в размерах, получили способность делиться на части, поглощать вещества из окружающей среды, т.е. приобрели признаки роста, размножения и обмена веществ. Поглощение коацерватами соединений металлов привело к образованию ферментов, ускоряющих биохимические процессы, а появление границ между коацерватами и окружающей средой (полупроницаемых мембран) обеспечило стабильность коацерватов. Таким образом, сложная открытая органическая система приобрела основные признаки живого – способность к самоорганизации, саморегуляции и самовоспроизводству, и стала прообразом единицы живого - клетки.

Биогенез - биологическая эволюция. Биологическая эволюция начинается с возникновения клеточной организации и идет по пути совершенствования строения и функций клетки, образования многоклеточных организмов.

Жизнь на Земле возникла 3,5 млрд. лет назад. В это время появились первые живые клетки – прокариоты. Прокариоты – это безъядерные клетки. Они представлены бактериями и сине-зелеными водорослями. Прокариоты могли жить без кислорода и в качестве питательных веществ использовали вещества «первичного бульона»,т.е. они были гетеротрофами. «Первичный бульон» истощался, и для самостоятельного синтеза необходимых веществ у клеток сформировался механизм фотосинтеза. Так появились автотрофы, а в первичную атмосферу стал поступать кислород.

1,5 - 2 млрд. лет назад появляются эукариоты – организмы, клетки которых содержат ядро. Затем произошло разделение эукариотов на растительные и животные клетки.

Появление первых многоклеточных организмов произошло примерно 800 млн. лет назад. У них развиваются органы и ткани, происходит дифференциация функций.

Существенным шагом в биологической эволюции стало появление полового размножения. Половое размножение значительно повышает видовое разнообразие, приспособляемость и способствует ускорению эволюции.

Простейшие живые организмы являются родоначальниками «эволюционного древа жизни». Его изучение позволило обнаружить цепочку, начинающуюся с рыб, от которых произошли земноводные, давшие в свою очередь, начало пресмыкающимся. Пресмыкающиеся признаются родоначальниками птиц и млекопитающих (100 млн. лет). Из класса млекопитающих выделился человек (.приматы - 60 млн лет; гоминиды - 16 млн лет; род человека - 6 млн лет; Homo sapiens - 60 тыс. лет)

Сейчас жизнь на Земле представлена клеточными и доклеточными формами. Доклеточные организмы - это вирусы и фаги, клеточные разделяют на четыре царства: микроорганизмы, грибы, растения и животные.