Основные понятия и термины

Ген, генотип, наследственность, генетика, хромосомы, биваленты, евгеника, мутагены, мутация, онтогенез, филогенез, фенотип, популяционная генетика, биотехнологии, генная инженерия, селекция, клон, клонирование, биоэтика

Тема 16. Происхождение и сущность жизни на земле

1. Теории возникновения жизни

2. Теория биохимической эволюции (Концепция А.И. Опарина).

3. Начало жизни на Земле. Земля в период возникновения жизни.

4. Спорные вопросы концепций происхождения жизни. Современные представления о происхождении жизни: проблемы и решения.

М е т о д и ч е с к и е у к а з а н и я

В первом вопросе указывается на пять концепций возникновения жизни на земле: 1) креационизм – божественное сотворение живого; 2) концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из не живого; 3) концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда; 4) концепция панспермии – внеземного происхождения жизни; 5) концепция происхождения жизни на земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам.

Во втором вопросе обсуждается революционная эволюционная гипотеза происхождения жизни, выдвинутая А.И. Опариным в 1924 г. и английским исследователем Дж. Холдейном в 1929 г. Согласно этой гипотезе жизнь возникла в ходе длительной многоступенчатой биологической эволюции материи. Жизнь зародилась на земле естественным путем в результате химических, а затем – биохимических процессов. Причём это явилось не маловероятной случайностью, а достаточно вероятным результатом самоорганизации. Одним из основных, в теории биохимической эволюции является понятие коацерваты – капли или слои с большой концентрацией распространённого вещества, находящегося в растворе этого же полимера или биополимера. Реконструкция возможный ход биохимической эволюции, Опарин опирался на установленную экспериментальную возможность образования коллоидных гелей (студено образных смесей) образующихся при смешивании белков и других высокомолекулярных соединений. Этот процесс был назван коацервацией. Согласно гипотезе Опарина образование поверхностно обособленных гелиевых структур (коацерватов) и было тем самым центральным событием, которое предшествовало биогенезу, т.е. подменной биологической эволюции на уровне первичной клеточной структуры. В концепции биохимической эволюции самой планеты Земля обсуждение этих входит в структуру третьего вопроса. Земля планета солнечной системы, которая наиболее подходит для зарождения жизни. Возраст Земли около 5 млрд. лет. Температура земли в начальный период была около 4000 – 8000^оС и по мере того как Земля остывала, углерод и более тугоплавкие металлы конденсировались и образовывали земную кору. Первичная атмосфера содержала легкие газы – водород и соединения углерода и азота. Отсутствие в атмосфере кислорода было, вероятно, необходимым условием возникновения жизни на земле: органические вещества гораздо легче создаются в восстановительной среде чем в атмосфере, богатой кислородом. Начало возникновения биохимической эволюции положило возникновение протоклетки. Известно три способа синтеза органических веществ, (содержащих углерод и азот). Такие вещества могут возникать 1) в расплавленных глубинах Земли и выносится на поверхность при вулканической деятельности, попадая далее в океан. 2) органические вещества могли создаваться и в океане из более простых соединений (А.И. Опарин) 3) Органические соединения могли образоваться во Вселенной из неорганического космического «сырья» эволюция форм жизни 1 этап – клетки без ядра, но имеющие нити ДНК (возраст около 3 млрд. лет); 2) Этап приблизительно 2 млрд. лет назад в клетке появляется ядро, возникают простейшие организмы; 3 этап примерно 1 млрд. лет назад появляется первые многоклеточные организмы и произошёл выбор растительного или животного образа жизни. Результатом растительной деятельности является фотосинтез, продуктом же последнего – возникновение кислорода в атмосфере.

В четвёртом вопросе обсуждаются спорные стороны концепции происхождения жизни. Так в рамках концепции Опарина не удаётся решить главную проблему – о движущих силах саморазвития химических систем и переходе от химической эволюции к биологической, раскрыть причину скачка от неживой материи к живой. В проблеме происхождения жизни самым сложным считают характеристику структурных и функциональных особенностей протобиологической системы. Трудность решения этого вопроса объясняется хорошо известным фактом: для саморепродукции нуклеиновых кислот – основа генетического кода – необходимы ферментные белки, а для синтеза белков – нуклеиновые кислоты. Поэтому предметом дискуссии является 1) что было первичным – белки или нуклеиновые кислоты; 2) На каком этапе и как произошло их объединение в единую систему, способную к функциям передачи генетической информации и регуляции биосинтеза белков. Рассматривая ответы на эти вопросы, все существующие гипотезы можно разделить на две группы – голобиоза – подход, основанный на идее первичности структур, наделённых способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма (концепция Опарина). И генобиоз – подход, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода. (концепция Дж. Холдейна).

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1. Почему проблема происхождения жизни одна из самых трудных в науке?

2. Как Пастер доказал, что жизнь не может возникнуть сейчас сама по себе? Как это связано с процессом пастеризации?

3. Что нужно, чтобы появилось и могло существовать живое вещество?

4. Каковы стадии происхождения жизни по И,А. Опарину?

5. Какое значение имеет то, что с точки зрения теории вероятностей вероятность возникновения жизни очень мала?

6. В чем заключаются сильные и слабые стороны теории Опарина–Холдейна?

7. Объясните сущность и различие гипотез генобиоза и голобиоза.

8. Охарактеризуйте биохимическую стадию химической эволюции.

9. Каковы основные стадии эволюции химических соединений на нашей планете?

10. Что такое коацерваты и как они могли возникнуть?

Рефераты и доклады

В.И. Вернадский о начале и вечности жизни на Земле.

Писатели-фантасты о возможностях иных форм жизни.

Проблема происхождения жизни в истории науки и философии.

Жизнь. Сравнительный анализ определений.

Б и б л и о г р а ф и ч е с к и й с п и с о к

Вернадский В.И. Начало и вечность жизни. М.,1989.

Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста. М.,1988.

Войткевич Г.В. Возникновение и развитие жизни на Земле. М.,1988.

Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. М..1996.

Опарин А.И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. М.,1960.