Відмінність живого від неживого. Концепція виникнення життя. Матеріальна основа життя. Земля в період виникнення життя. Початок життя на Землі. Еволюція форм життя
Одним з найбільш важких і в той же час цікавих в сучасному природознавстві є питання про походження життя. Він важкий тому, що, коли наука підходить до проблем розвитку як створення якісно нового, вона виявляється у межі своїх можливостей як галузі культури, заснованої на доказах та експериментальної перевірку тверджень.
Вчені сьогодні не в змозі відтворити процес виникнення життя з такою ж точністю, як це було кілька мільярдів років тому. Навіть найбільш ретельно поставлений досвід буде лише модельним експериментом, позбавленим ряду факторів, що супроводжували появу живого на Землі. Труднощі методологічна - у неможливості проведення прямого експерименту по виникненню життя (унікальність цього процесу перешкоджає використанню основного наукового методу).
Питання про походження життя цікавий не тільки сам по собі, але і тісним зв'язком з проблемою відмінності живого від неживого, а також зв'язком з проблемою еволюції життя. У чому сутність живого? Як і наскільки механізми еволюції діяли при зародженні життя?
Відмінність живого від неживого
Отже, що таке живе і чим воно відрізняється від неживого. Є кілька фундаментальних відмінностей в матеріальному, структурному і функціональному планах. У матеріальному плані до складу живого обов'язково входять впорядковані макромолекулярні органічні сполуки, звані биополимерами, - білки і нуклеїнові кислоти (ДНК і РНК). У структурному плані живе відрізняється від неживого клітинною будовою. У функціональному плані для живих тіл характерно відтворення самих себе. Стійкість і відтворення є і в неживих системах. Але в живих тілах має місце процес самовідтворення. Не щось відтворює їх, а вони самі. Це принципово новий момент.
Також живі тіла відрізняються від неживих наявністю обміну речовин, здатністю до росту і розвитку, активної регуляцією свого складу та функцій, здатністю до руху, подразливістю, пристосованістю до середовища і т. Д. Невід'ємною властивістю живого є діяльність, активність. «Всі живі істоти повинні або діяти, або загинути. Миша повинна перебувати в постійному русі, птах літати, риба плавати і навіть рослина повинна рости »(Сельє Г. Від мрії до · откритію.- М. 1987. - С. 32).
Однак строго наукове розмежування живого і неживого зустрічає певні труднощі. Є як би перехідні форми від нежиття до життя. Так, наприклад, віруси поза клітинами іншого організму не володіють ні одним з атрибутів живого. У них є спадковий апарат, але відсутні основні необхідні для обміну речовин ферменти, і тому вони можуть рости і розмножуватися, лише проникаючи в клітини організму-господаря і використовуючи його ферментні системи. Залежно від того, яка буде ознака ми вважаємо найважливішим, ми відносимо віруси до живих систем чи ні.
Концепції виникнення життя
Існує п'ять концепцій виникнення життя: 1) креаціонізм - божественне створення живого; 2) концепція багаторазового самовільного зародження життя з неживого речовини (її дотримувався ще Аристотель, який вважав, що живе може виникати і в результаті розкладання грунту); 3) концепція стаціонарного стану, відповідно до якої життя існувала завжди; 4) концепція панспермії - позаземного походження життя; 5) концепція походження життя на Землі в історичному минулому в результаті процесів, що підкоряються фізичним і хімічним законам.
Перша концепція є релігійною і до науки прямого відношення не має. Другу спростував вивчав діяльність бактерій французький мікробіолог XIX століття - Луї Пастер (знайомий нам по слову пастеризація). Третя через свою оригінальність і умоглядності завжди мала небагато прихильників.
До початку XX в. в науці панували дві останні концепції. Концепція панспермії, згідно з якою життя була занесена на Землю ззовні, спиралася на виявлення при вивченні метеоритів і комет «попередників живого» - органічних сполук, які можливо зіграли роль «насіння».
У концепції появи життя на Землі в історичному минулому два варіанти. Відповідно до одного, походження життя - результат випадкового утворення одиничної «живої молекули», в будові якої був закладений весь план подальшого розвитку живого. Французький біолог Ж. Моно пише, що «життя не випливає з законів фізики, але сумісна з ними. Життя - подія, винятковість якого необхідно усвідомлювати ». Відповідно до іншої точки зору, походження життя - результат закономірної еволюції матерії.
Матеріальна основа життя
XX століття призвів до створення перших наукових моделей походження життя. У 1924 році в книзі Олександра Івановича Опаріна «Походження життя» була вперше сформульована природничо-концепція, згідно з якою виникнення життя - результат тривалої еволюції на Землі - спочатку хімічної, потім біохімічної. Ця концепція отримала найбільше визнання в науковому середовищі.
Можна виділити наступні етапи живих систем, починаючи з найпростіших і потім слідуючи шляхом поступового ускладнення. У матеріальному плані для становлення життя потрібен перш за все вуглець. Життя на Землі заснована на цьому елементі, хоча в принципі можна припустити існування життя і на кремнієвій основі. Можливо десь у Всесвіті існує і «кремнієва цивілізація», але на Землі основою життя є вуглець.
Чим це обумовлено? Атоми вуглецю виробляються в надрах великих зірок у необхідному для утворення життя кількості. Вуглець здатний створювати різноманітні (кілька десятків мільйонів), рухливі, нізкоелектропроводние, драглисті, насичені водою, довгі скручені ланцюгоподібні структури. З'єднання вуглецю з воднем, киснем, азотом, фосфором, сіркою, залізом мають чудові каталітичними, будівельними, енергетичними, інформаційними та іншими властивостями.
Кисень, водень і азот поряд з вуглецем можна віднести до «цеглинці» живого. Клітка складається на 70% з кисню, 17% вуглецю, 10% водню, 3% азоту. Все цеглинки живого належать до найбільш стійким і поширеним у Всесвіті хімічних елементів. Вони легко з'єднуються між собою, вступають в реакції і мають малий атомним вагою. Їх з'єднання легко розчиняються у воді.
За радіоастрономічних даними органічні речовини виникали не тільки до появи життя, ні і до формування нашої планети. Отже, органічні речовини абіогенного походження були присутні на Землі вже при її утворенні.
При утворенні Землі з космічного пилу (часток заліза і силікатів - речовин, до складу яких входить кремній) і газу дуже ймовірно, що на зовнішніх ділянках Сонячної системи гази могли конденсуватися. Органічні сполуки могли синтезуватися і на поверхні пилинок.
Хімічні і палеонтологічні дослідження найдавніших докембрійських відкладень і особливо численні модельні експерименти, які відтворюють умови, які панували на поверхні первісної Землі, дозволяють зрозуміти, як в цих умовах відбувалося утворення все більш складних органічних речовин.
Життя можлива тільки за певних фізичних і хімічних умовах (температура, присутність води, солей і т. Д.). Припинення життєвих процесів, наприклад, при висушуванні насіння або глибокому заморожуванні дрібних організмів, не веде до втрати життєздатності. Якщо структура зберігається неушкодженою, вона при поверненні до нормальних умов забезпечує відновлення життєвих процесів.
Також і для виникнення життя потрібні певні діапазони температури, вологості, тиску, рівня радіації, певна спрямованість розвитку Всесвіту і час. Взаємне видалення галактик призводить до того, що їх електромагнітне випромінювання приходить до нас сильно ослабленим. Якби галактики зближувалися, то щільність радіації у Всесвіті була б настільки велика, що життя не могла б існувати. Вуглець синтезований в зірках-гігантах кілька мільярдів років тому. Якби вік Всесвіту був менший, то життя також не могла б виникнути. Планети повинні мати певну масу для того, щоб утримати атмосферу.