Основные концепции биологии.

Если естествознание это совокупность наук о природе, то биология как одна из наук этой совокупности изучает живые системы на разных уровнях их биологической интеграции и условия среды, определяющие их существование. В соответствии с современным основополагающим принципом развивающейся Вселенной, жизнь - это продукт эволюции вещества во Вселенной.

Что такое жизнь или живые организмы?

Дать определение сущности жизни очень сложно. Существует множество определений, но до сегодняшнего дня четкого, лаконичного, удовлетворяющего всех, пока нет. Можно попытаться высказать определение, обобщающее таковые разных источников.

Живые организмы – это открытые, самообновляемые, саморегулируемые, самовоспроизводящие системы, проходящие необратимый путь развития (онто – и филогенеза). Следовательно, они обладают фундаментальными свойствами - обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Это позволяет биосистемам как открытым системам поддерживать во времени свою упорядоченность (гомеостаз) на высоком уровне и самосовершенствоваться. Именно эти свойства и отличают живые системы от неживых.

Происхождение жизни это также весьма трудный вопрос. Существует несколько гипотез происхождения жизни, но все они при ближайшем рассмотрении оказываются несостоятельными или могут быть приняты при неправдоподобно больших допущениях.

Концепции происхождения жизни на Земле.

По вопросу происхождения жизни существует две основные группы гипотез:

жизнь как творение (креационизм) и жизнь как итог естественного природного эволюционного процесса.

Божественное сотворение мира, в том числе и жизни, излагаемое в Библии, обычно не служит объектом изучения или наблюдений какой-либо из наук. Поэтому креационизм как основа сегодняшнего мира не рассматривается в данном пособии.

В то же время, другая точка зрения, утверждающая, что жизнь – это продукт эволюции материи имеет длительную историю. Взгляды на то, что жизнь может зарождаться самопроизвольно, существовали еще в древнем Китае, древнем Египте и других государствах Востока. В частности, Аристотель в четвертом столетии до н.э. был сторонником теории спонтанного происхождения жизни считая, что жизнь может зарождаться в гниющем мясе, болотной тине и т. д. Такая точка зрения просуществовала слишком долго, около 2 тыс. лет. Впервые, лишь в 1688 году экспериментально итальянский биолог и врач Франческо Реди установил, что белые червячки в гниющем мясе это личинки мух, подтвердив тем самым идею биогенеза, что жизнь может развиваться только от жизни. Аналогичные эксперименты, проведенные позднее Ладзаро Спалланцани (1765 Г.) и Луи Пастером (1860 г.) опровергли теорию спонтанного зарождения жизни.

Тем не менее, в двадцатом веке ученые вновь обратились к теории самопроизвольного зарождения жизни на Земле. Они полагали, что образование органических веществ и возникновение жизни - закономерный шаг в эволюции вещества. Как это происходило?

Для создания живых организмов, как отмечалось ранее, природа «предпочла» в основном 6 элементов (углерод, водород, кислород, фосфор, азот и серу), а из всего разнообразия органических соединений, в построении живых организмов принимают участие всего несколько десятков аминокислот, пуриновых, пиримидиновых оснований и сахаров.

В условиях ранней Земли из первичной атмосферы планеты легкие газы - водород, гелий, азот, кислород и аргон - из-за слабого гравитационного поля улетучивались. В то же время, некоторые соединения – аммиак, двуокись углерода и метан - содержавшие те же элементы, удерживались. Другими словами, атмосфера Земли была восстановительной. И, как считают исследователи, только такие условия - отсутствие кислорода, относительно низкая температура и наличие воды, могли быть приемлемыми для возникновения жизни. Исследования горных пород показывают, что атмосфера Земли на ранних этапах развития была восстановительной. Об этом свидетельствует факт наличия в древних породах металлов в восстановленной форме, тогда как в более поздних горных породах металлы окисленные. В современных условиях образование органических веществ из неорганических – большая редкость. Однако в первичной атмосфере Земли, где преобладали углекислый газ, пары воды, водород, аммиак и метан процессы образования органических веществ под воздействием электрических разрядов и мощного ультрафиолетового облучения, были обычным явлением. Этому способствовало отсутствие кислорода (появление которого на Земле связывают исключительно с фотосинтезом) и живых организмов, которые использовали бы эти вещества в качестве пищи.

Начало физико-химическим процессам образований соединений, формирующим живые организмы (аминокислот, нуклеиновых оснований, углеводородов), положила теория А. И. Опарина, объясняющая самопроизвольное происхождение жизни на Земле.

А. Опарин в начале 20-го века в своей теории показал возможный путь образования органических веществ из неорганических компонентов. Он полагал, что органические вещества (углеводороды) создавались в океане. Этому способствовало отсутствие озона в атмосфере и свободно, проникавшее жесткое излучение солнца, именно та энергия, которая необходима была для синтеза органических веществ.

В 1953 году С. Миллер в экспериментальных условиях синтезировал сложные органические вещества. Он создал в колбе предполагаемую первичную атмосферу Земли (метан, аммиак, водяные пары, водород), а затем, пропуская электрические разряды высокого напряжения получил многие аминокислоты, белок аденин и простые сахара типа рибозы. Позднее другие ученые в сходных условиях, но при использовании лишь углекислого газа, паров воды и следов других газов получили вещества аналогичные тем, которые были получены в экспериментах С. Миллера. Однако эти эксперименты пока не подтвердили гипотезу о самопроизвольном зарождении жизни. От органических веществ до возникновения жизни путь слишком большой или даже невозможный. Математический анализ показывает, что образование живых систем - невероятное событие. Тем не менее, живые организмы населяют землю и возможно не только землю.

В этом плане интересны взгляды Опарина. Он полагал, что в воде постепенно накапливались органические вещества «первичный бульон», в котором и возникла жизнь. Решающая роль в возникновении живого из неживого отводилась белкам. Благодаря амфотерности белковых молекул, они способны к образованию коллоидных гидрофильных комплексов. Они, притягивая к себе молекулы воды и тем самым, формировали оболочку вокруг себя. Объединенные комплексы или коацерваты, как называл их А. Опарин, были способны обмениваться веществами с окружающей средой и избирательно их накапливать. Предполагалось также, что коацерваты поглощали металлы и таким образом могли возникнуть ферменты. На границе коацерватов аккумулировались липиды, тем самым, формируя примитивную клеточную мембрану и одновременно, придавая образованию некоторую стабильность. Крупные коацерваты могли делиться с последующим поглощением веществ из внешней среды и восстановлением размеров. Предполагается, что таким путем могли возникнуть примитивные живые формы, питающиеся гетеротрофно и способные к размножению делением.

Тем не менее, сложные органические соединения – это еще не жизнь. Она невозможна без механизма репликации, т. е. без механизма передачи наследственности потомкам и без наличия обменных процессов. Механизмы данных явлений очень сложны и вероятность их самопроизвольного создания бесконечно мала. В частности, английские астрономы Ф. Хойл и Ч. Викрамасингх утверждают, что вероятность образования ста ферментов меньше, чем число атомов во всех звездах Вселенной. Хорошо известно, что в каждом организме боле тысячи ферментов и без них невозможны ни репликация, ни любые обменные процессы, свойственные живым организмам. В итоге рассмотрения различных теорий, мы видим доказательства самопроизвольного образования органических веществ при определенных обстоятельствах, которые могли быть в космосе в различных его уголках. С другой стороны, различные теории самопроизвольного возникновения жизни малоубедительны.