1 11. Походження і розвиток життя на Землі

1.1. Життя як особлива форма руху матерії.Властивості та рівні організації живого.Гіпотези походження життя.

Життя - одне з найскладніших явищ природи. У XVII-XVIII ст. широке поширення одержав віталізм(від лат. vitalis- життєвий),основоположником якого вважають давньогрецького філософа Аристотеля. За Арістотелем«життя є живлення, ріст і постаріння, причиною яких є ентелехія - принцип, що має ціль у самому собі».Прихильники віталізму припускали, що організмам властива особлива "життєва сила", яка керує всіма життєвими процесами. Як тільки вона покидає тіло, організм починає руйнуватися. Віталізм завжди представляв антинаукове течію в біології, основним положенням якоїбуло визнання особливої життєвої сили або «душі», властивої всім тілам живої природи. Життєва сила, як особлива нематеріальна субстанція, вважалася незалежною від матерії. Тому послідовні прихильники віталїстичноїконцепції вважали її проявомбожественного начала.Віталісти вважали, що живі організми складаються з органічних речовин, які неможливо отримати штучним шляхом, що для живих організмів непридатний закон збереження енергії.Однак ці твердження були спростовані німецьким хіміком Ф. Велером, який в 1828 р. вперше синтезував в лабораторних умовах органічнуречовину(сечовину). В даний час штучним шляхом отримано понад 100000 органічних речовин. У XVIII в. був поширений механістичний погляд на природу, відповідно до якого живі організми розглядалися як особливі механізми, що відрізняються від створених людиною тільки складністю будови. Така концепція виявилася безсилою вирішити проблему сутності життя, так як творці її не бачили специфіки живих тіл природи. Надалі спроби визначити сутність життя також робилися неодноразово. Павлов визначаєжиття, як складний хімічний процес.Опарін - якособливу дуже складну форму руху матерії.По визначенню Енгельса«життя - це спосіб існування білкових тіл, істотним моментом якого є постійний обмін речовин з навколишнім середовищем, причому з припиненням цього обміну припиняється і життя ».

Ж

10

12

иття- це макромолекулярна відкрита система, якій властива ієрархічна організація, здатність до самопоновлення, обмін речовин і тонкий регуляторний процес.

Основними властивостями живого є подібний хімічний склад, обмін речовин, розмноження, спадковість, мінливість, ріст, розвиток, рухливість, подразливість, пристосованість. Жодназ цих властивостей не дозволяє провести різкої межі між живим і неживим і лише за сукупністю цих особливостей можна охарактеризувати життя . Наприклад, кристали здатні до зростання. Тільки живе має сукупністю всіх перерахованих властивостей. Більш того, фундаментальні властивості живого тісно пов'язані, невіддільні один від одного феномени.

Подібний хімічний склад(хімічний склад живої речовини представлений групою біогенних атомів (N, Р, Са, К та ін).

Обмін речовин і енергією.Обмін речовин - особливий спосіб взаємодії живих організмів із середовищем. Обмін речовин вимагає постійного припливу деяких речовин і енергії із зовні і виділення деяких продуктів дисиміляції в зовнішнє середовище.

Розмноження,яке забезпечує наступність між поколіннями організмів.

Спадковість- потік інформації між поколіннями.

Мінливість- поява нових ознак у процесі репродукції.

Подразливість- полягає в передачі інформації від зовнішнього середовища до організму,на основі подразливості здійснюється саморегуляція і гомеостаз.

Життя на Землі представленеукрай різноманітними формами. В залежності від методів досліджень у всьому цьому різноманітті можна виділити різні рівні організації живого. Кожна більш висока форма матерії включає в себе елементи більш низького рівня.

Молекулярний рівень.Елементарні структурні одиниці -молекули.Основні елементарні явища цього рівня:реплікація, біосинтез, мутації.

Клітинний рівень.Структурними елементарними одиницями є різніорганели та компоненти клітин.Основні елементарні явища цього рівня:здатність до самовідтворення, регуляція хімічних реакцій, запасання і витрачання енергії.

О

13

рганізмовий рівень.Одиницею рівня єорганізм.Основним процесом на даному рівні єонтогенез.

Популяційно-видовий рівень.Популяція- елементарна структура на популяційно-видовому рівні, елементарне явище - зміна генотипічногоскладу популяції. Основні ознакирівня: народжуваність, смертність, структура (статева і вікова), щільність, чисельність популяції.Виділеноелементарні факто ри, щодіють на цьому рівні:мутаційний процес, популяційні хвилі, ізоляція і природний добір.

Біосферний рівень.Одиницею рівня єбіоценоз. Біоценоз - сукупність живих організмів, що населяють ділянку суші або водойми і знаходяться у певних відносинах між собою.Екосистема - взаємообумовлений комплекс живих і неживих компонентів, пов'язаних між собою обміном речовин та енергієюДля цього рівня характерне:активна взаємодія живої і неживої речовини, біологічний кругообіг речовин і енергії.

Проблема походження життя - одна з фундаментальних і найбільш складних в сучасному природознавстві. Її рішення має виняткове значення для розробки основ теоретичної біології, пошуку життя у Всесвіті, вивчення геологічного минулого Землі, а також розробки світоглядних та філософсько-методологічних завдань.

Питання про виникнення живого цікавитьлюдинуз давніх часів. Існує безліч гіпотез походження життя. Найбільш важливими з них є наступні:

1. Креаціонізм (життя виникло внаслідок певної надприродної події в минулому), якої дотримуються прихильники релігійних учень.

2. Довільне зародження(самозародження; життя виникало неодноразово з неживої речовини).

3. Стаціонарного стану(життя існувало завжди).

4. Панспермія(життя занесене на Землю з інших планет).

5. Біохімічні(життя виникло в умовах Землі в результаті процесів, що підкоряються хімічним і фізичним законам, тобто в результаті біохімічної еволюції).

Креаціонізм. Процес створення світу Богом уявляється таким, що мав місце лише один раз, і тому вважається недоступним для спостереження. Так, архієпіскоп Ашер у 1650 році «вирахував», що Бог створив світ у жовтні 4004 року до нашої ери і закінчив цей акт створенням людини 23 жовтня о 9 годині ранку. Подібні погляди суперечать археологічним даним: згідно з ними Адам жив у той час, коли на Близькому Сході вже існувала добре розвинена міська цивілізація.

С

14

пираючись на доступність подання матеріалу для всіх людей усіх часів, Біблію не можна вважати науковою книгою, а тому наведену інформацію слід сприймати філософськи.

Богослов’я осягяє істину через Божественне одкровення та віру. Наука займається лише тими явищами, які підтверджуються фактами, тому вона наколи не зможе на довести, ні спростувати ці концепції.

Гіпотези самозародження.Ця гіпотеза була поширена в древньому Китаї, Вавілоні і Єгипті як альтернатива креаціонізму. Ідея самозародження висловлювали також філософи Древньої Греції. Поступово ця гіпотеза видозмінювалася. Аристотель вважав, що жаби і комахи заводяться в сирому грунті. В середні віки багатьом "вдавалося" спостерігати зародження комах, хробаків, вугрів, мишей. Ці "факти" вважалися досить переконливими. У 1668 р. італійський лікар Франческо Реді спростував ці погляди дослідним шляхом. Для цього він помістив мертвих змій у різні посудини, причому одні посудини накрив серпанком, а інші залишив відкритими.Мухи відклали яйця на мертвих змій у відкритих посудинах; незабаром з яєць вивелися личинки. У накритих судинах личинок не виявилося. Таким чином, Реді довів, що білі черв'яки, що з'являються в м'ясі змій, є личинками флорентійської мухи, і що якщо м'ясо закрити і запобігти доступ мух, то воно не "зробить" черв'яків. Спростувавши концепцію самозародження, Реді висловив думку про те, що життя може виникнути тільки з попереднього життя.

Схожі досліди проробив італійський вчений Ладзаро Спаланцані (1729-1799), який вирішив довести дослідним шляхом, що мікроорганізми, які часто виявляються в м'ясному бульйоні, мимовільно в ньому не зароджуються. З цією метою він поміщав рідину, багату органічними речовинами (м'ясний бульйон), в судини, кип'ятив цю рідину на вогні, після чого судини герметично запаюва. У підсумку бульйон в судинах залишався чистим і вільним від мікроорганізмів. Своїми дослідами Спаланцані довів неможливість самовільного зародження мікроорганізмів.

С

15

упротивники цієї точки зору стверджували, що самозародження не відбувається з тієї причини, що повітря в колбах під час кип'ятіння псується, тому як і раніше визнавали гіпотезу самозародження. У XIX в. гіпотеза самозародження була остаточно спростована французьким ученим Луї Пастером (1822-1895) і англійським біологом Джоном Тіндалем. Вони показали, що бактерії поширюютьсячерезповітряі що якщоуповітрі, що попадає в колби з простерилізованимбульйоном, їх немає, то і в самому бульйоні вони не виникнуть. Пастер користувався для цього колбами із зігнутим S-подібним горлом, яке служило для бактерій пасткою, тоді як повітря вільно проникалоуколбу і виходилоз неї. Тиндаль стерилізував повітря, що надходить у колби, пропускаючи його крізь полум'я або пропускаючи через вату. До кінця 70-х рр.. XIX в. практично всі вчені визнали, що живі організми походять тільки від інших живих організмів.

Гіпотеза стаціонарного стану.Відповідно до цієї гіпотези, Земля ніколи не виникала, а існувала вічно, вона завжди була здатна підтримувати життя, а якщо і змінювалася, то дуже мало; види також існували завжди. Цю гіпотезу називають іноді гіпотезоюетернізма(від лат.Eternus- Вічний). Гіпотеза етернізма була висунута німецьким вченим В. Прейерому1880 р. Погляди Прейера підтримував академік В. І. Вернадський.

Гіпотеза панспермії(від грец. -весь, всякий іsperma-насіння)- гіпотеза про появу життя на Землі в результаті перенесення з інших планет зародків життя. Ця гіпотеза примикає до гіпотези стаціонарного стану. Її прихильники підтримують думку про вічне існування життя і висувають ідею пройого неземне походження. Одним з перших ідею про космічне(неземне) походження життя висловив німецький учений Г. Ріхтеру1865 р. Згідноз Ріхтером, життя на Землі не виниклоз неорганічних речовин, а булозанесенез інших планет. У зв'язку з цим вставали питання, наскільки можливо таке перенесення з однієї планети на іншу і як це здійснилося. Прихильниками цієї теорії були Г. Гельмгольц, С. Арреніус, Дж. Томсон, П. П. Лазарєв та ін. Згідно з уявленнями Томсона і Гельмгольца, спори бактерій та інших організмів могли бути занесені на Землю з метеоритами.

Л

16

абораторні дослідження підтверджують високу стійкість живих організмів до несприятливих впливів, зокрема до низьких температур. Наприклад, деякенасіння рослин не гиненавіть при тривалійвитримців рідкому кисні або азоті. Інші вчені висловлювали думку про перенесення життя на Землю світлом.

Сучасні прихильники концепції панспермії (в числі яких лауреат Нобелівської премії англійський біофізик Ф. Крік) вважають, що життя на Землю занесеневипадково або навмисно космічними прибульцями за допомогою літальних апаратів. Доказом цьогоприхильники поглядів вважаютьбагаторазові появи НЛО (непізнаних літаючих об'єктів), наскальні зображення предметів, схожих на ракети і космонавтів, залишки споруд, схожих на космодроми, а також повідомлення про ніби-то зустрічі з інопланетянами. До гіпотези панспермії примикає точка зору астрономів Ч. Вік-Вікрамасингха(Шрі-Ланка)таФ. Хойла(Велика Британія). Вони вважають, що в космічному просторі, в основному в газових і пилових хмарах, у великій кількості присутні мікроорганізми, де вони, на думку вчених, і утворюються. Далі ці мікроорганізми захоплюються кометами, які потім, проходячи поблизу планет, "сіють зародки життя".

Біохімічні гіпотези походження життя.В даний час більшість біологів дотримуються теорії походження біологічних молекул абіогенним шляхом. У цьому зв'язку ця гіпотеза буде розглянута окремо.