СодержаниеСодержание
Введение 3
1. Современные представления о происхождении жизни 4
2. Основные этапы эволюции органического мира 7
3. Сущность и основные признаки живых систем 10
4. Уровни организации живой природы 12
Заключение 15
Список литературы 16ВведениеВведение
Цель работы – исследовать современные взгляды на происхождение и эволюцию жизни.
Вопросы о происхождении природы и сущности жизни издавна стали предметом интереса человека в его стремлении разобраться в окружающем мире, понять самого себя и определить свое место в природе.
В своем большинстве биологические специализированные дисцип¬лины развивались путем редукции — дробления сложных явлений в живой природе на простые, в основе которых лежат определенные физические и химические законы. Различают следующие уровни организации живой материи: организменный (организм как целостная система, способная к самостоятельному существованию), клеточный, субклеточный и молекулярный.
Знания о процессах в клетке или организме существенно выросли после открытия нуклеиновых кислот, в частности дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК), соединений, содержа¬щих фосфорную кислоту, например, аденозинтрифосфат (АТФ), гор¬монов, ферментов, вирусов, биосинтеза белка и т.д.
В развитии биологии выделяют три основных этапа: систематики (К. Линней), эволюционный (Ч. Дарвин), биологии микромира (Г. Мендель).
Каждый из них связан с изменением представлений о мире живого, причем основ биологического мышления, со сменой биологических парадигм. Благодаря развитию современной биологии микромира, познанию молекулярных структур живого отчетливее стало просматриваться единство природы, органического и неорганического мира, специфика живого.
На протяжении веков менялись взгляды на проблему возникновения жизни, но наука все еще далека от ее решения. Как и сто, и двести лет назад, сегодня продолжаются споры о сущности жизни: является ли она просто чрезвычайно упорядоченным состоянием обычных атомов и молекул, из которых состоит «живое вещество», или существуют пока не открытые элементарные «частицы жизни», переводящие обычные химические и физические вещества в живое состояние. Веских доказательств и аргументов в пользу справедливости той или иной точки зрения нет, и выбор позиции определяется внутренними убеждениями каждого участника спора.
Разумеется, возникновение жизни содержало элемент случайности, но оно было не абсолютно случайным, а в основе своей закономерным, необходимым. Видимо, появление жизни произошло в ходе процесса самоорганизации, когда химическая эволюция после одной из точек бифуркации привела к появлению живого организма и началу биологической эволюции.
Поэтому сегодня наиболее перспективным направлением для естествознания является исследование возникновения жизни из неживой материи на нашей планете в ходе процессов самоорганизации.
1. Современные представления о происхождении жизни
Возникновение и эволюция биологических систем — исходная тема биологии. Вокруг нее концентрируются все другие частнонаучные проблемы и вопросы, а также стро¬ятся философские обобщения и выводы.
В соответствии с двумя основными мировоззренческими позициями — материалистической и идеалистической — еще в древней философии сложились противоположные концепции происхождения жизни: креационизм и материа¬листическая теория происхождения органической природы из неорганической. Сторонники креационизма утверждают, что жизнь возникла в результате акта божественного творе¬ния, свидетельством чего является наличие в живых орга¬низмах особой силы, которая управляет всеми биологиче¬скими процессами. Сторонники концепции происхождения жизни из неживой природы утверждают, что органическая природа возникла благодаря действию естественных зако¬нов. Позже эта позиция была конкретизирована в идее само¬зарождения жизни. Концепция самозарождения, несмотря на ошибочность, сыграла позитивную роль, опыты, при¬званные подтвердить ее, предоставили богатый эмпириче¬ский материал для развивающейся биологической науки. Окончательный отказ от идеи самозарождения произошел только в XIX в.
В XIX в. была также выдвинута гипотеза вечного суще¬ствования жизни и ее космического происхождения на Зем¬ле. В 1865 г. немецкий врач Г. Рихтер высказал предположе¬ние, что жизнь существует в космосе и переносится с одной планеты на другую. В 1907 г. шведский ученый С. Аррениус выдвинул схожую гипотезу, согласно которой зародыши жизни вечно существуют во Вселенной, движутся в косми¬ческом пространстве под влиянием световых лучей и, осе¬дая на поверхности планеты, дают начало жизни. Эта гипотеза получила название панспермии. В начале XX в. идею космического происхождения биологических систем на Зем¬ле и вечности существования жизни в космосе развивал русский ученый В.И. Вернадский.
В современной науке принята гипотеза абиогенного (не¬биологического) происхождения жизни под действием есте¬ственных причин в результате длительного процесса косми¬ческой, геологической и химической эволюции — абиогенез. Абиогенная концепция не исключает возможности суще¬ствования жизни в космосе и ее космического происхожде¬ния на Земле. Понятно, что воспроизвести процессы, проис¬ходившие в момент зарождения жизни, невозможно, поэтому любые заключения по этому вопросу и любые интерпрета¬ции этой темы основаны на методе моделирования.
Первый этап возникновения живого связан с химичес¬кой эволюцией. После возникновения Земля представляла собой раскаленный шар. Постепенное остывание планеты способствовало тому, что тяжелые химические элементы перемещались к ее центру, а легкие постепенно скаплива¬лись на поверхности. Легкие элементы — кислород, угле¬род, азот и водород — стали взаимодействовать друг с дру¬гом, и в ходе дальнейшей химической эволюции появились различные органические соединения. Земная жизнь имеет углеродную основу, чему способствуют особые физические свойства этого химического элемента. Так, углерод спосо¬бен создавать самые разнообразные структуры, число воз¬можных органических соединений на основе углерода со¬ставляет десятки миллионов. Соединения углерода активны при невысокой температуре, даже при небольшой перестрой¬ке молекул их химическая активность может существенно меняться. Соединения углерода с водородом, азотом, кисло¬родом, серой, железом и т.п. обладают высокими каталити¬ческими свойствами. Кроме того, многие углеродные соеди¬нения хорошо растворяются в воде. Тем не менее ученые не исключают возможности возникновения жизни и на иной, например, кремниевой основе.
По мере остывания земной поверхности происходило сгу¬щение водяных паров, что впоследствии привело к образо¬ванию огромных водоемов. Результатом активной вулкани¬ческой деятельности на первых этапах эволюции нашей планеты стал выброс "на ее поверхность различных карбидов.— соединений углерода с металлами. Карбиды смыва¬лись в первичный океан, где вступали во взаимодействие с водой. В результате этих химических реакций образовались различные углеводородные соединения.
Второй этап возникновения живого связан с появлением белковых веществ. Присутствие в водах первичного океана большого числа углеродных соединений привело к возник¬новению концентрированного «органического бульона», в ко¬тором осуществлялся дальнейший процесс синтеза сложных органических молекул — белков и нуклеиновых кислот — из достаточно простых углеродных соединений.
Одним из условий для синтеза сложных органических молекул — биополимеров — является высокая концентра¬ция исходных веществ. Предполагается, что необходимые условия сложились в результате осаждения простых орга¬нических молекул на минеральных частицах, например на глине, первичных водоемов. Кроме того, органические мо¬лекулы могли образовывать тонкую пленку на поверхности воды, которая под воздействием ветра и водных потоков сбивалась к берегу, образуя толстые слои. Еще одним условием для синтеза биополимеров является наличие бескислородной среды, поскольку кислород, буду¬чи сильным окислителем, моментально разрушил бы ис¬ходные органические соединения. Американский ученый Г. Юри выдвинул предположение, что первичная атмосфе¬ра Земли действительно была бескислородной и носила восстановительный характер. Она была насыщена инерт¬ными газами — гелием, неоном, аргоном, содержала водо¬род, метан, аммиак и азот. Именно в такой среде легко со¬здаются органические соединения. Вторичная атмосфера Земли имела уже иной состав, который стал следствием раз¬вития жизни. Вторичная атмосфера на 20 % состояла из кис¬лорода и носила окислительный характер. Для подобного преобразования земной атмосферы понадобилось не менее 1 млрд лет. Идея Г. Юри оказала значительное влияние на развитие представлений о происхождении жизни.
Возможность абиогенного синтеза биополимеров — бел¬ковых молекул и азотистых оснований была эксперимен¬тально доказана в середине XX в. В 1953 г. американский ученый С. Миллер смоделировал первичную атмосферу Зем¬ли и синтезировал жирные кислоты, уксусную и муравьиную кислоты, мочевину и аминокислоты путем пропускания элек¬трических зарядов через смесь инертных газов. Таким об¬разом было продемонстрировано, как под действием абио¬генных факторов возможен синтез сложных органических соединений.
Итак, под воздействием высокой температуры, ионизиру¬ющего и ультрафиолетового излучения, атмосферного элек¬тричества из простейших органических соединений образо¬вались белки, жиры, углеводы и аминокислоты. Согласно гипотезе русского ученого А.И. Опарина, которая была из¬ложена в работе «Происхождение жизни» (1924), смешива¬ясь в первичном «бульоне», поначалу разрозненные органи¬ческие соединения способны образовывать коацерватные капли. Коацерваты уже обладают рядом свойств, которые объединяют их с простейшими живыми существами. Так, например, коацерваты способны поглощать вещества из ок¬ружающей среды, вступать во взаимодействия друг с дру¬гом, увеличиваться в размерах и т.п. Однако в отличие от живых существ коацерватные капли не способны к самовос¬производству и саморегуляции, поэтому их нельзя отнести к биологическим системам. Эксперименты с коацерватами показали, что скорость, с которой они поглощают вещества из окружающей среды, может быть различна и зависит от хи¬мической организации и пространственной структуры каж¬дой конкретной капли. Поэтому две разновидности коацерватов в одном и том же растворе будут вести себя по-разному. Данные эксперименты являются косвенным подтверждени¬ем того обстоятельства, что на этой стадии предбиологической эволюции вполне мог происходить отбор коацерватов в зависимости от характера их взаимодействия с окружаю¬щей средой.
Третий этап возникновения жизни связан с формирова¬нием у органических соединений способности к самовос¬производству. Началом жизни следует считать возникно¬вение стабильной самовоспроизводящейся органической системы с постоянной последовательностью нуклеотидов. Только после возникновения таких систем можно говорить о начале биологической эволюции. Одну из версий перехо¬да от предбиологической к биологической эволюции пред¬лагает немецкий ученый М. Эйген. Согласно его гипотезе возникновение жизни объясняется взаимодействием нуклеиновых кислот и протеинов. Нуклеиновые кислоты являют¬ся носителями генетической информации, а протеины служат катализаторами химических реакций. Нуклеиновые кислоты воспроизводят себя и передают информацию протеинам. Воз¬никает замкнутая цепь — гиперцикл, в котором процессы химических реакций самоускоряются за счет присутствия катализаторов. В гиперциклах продукт реакции одновре¬менно выступает и катализатором, и исходным реагентом. Подобные реакции называются автокаталитическими.
Другой теорией, в рамках которой можно объяснить пе¬реход от предбиологической эволюции к биологической, является синергетика. Закономерности, открытые си¬нергетикой, позволяют прояснить механизмы возникнове¬ния органической материи из неорганической в терминах самоорганизации через спонтанное возникновение новых структур в ходе взаимодействия открытой системы с окру¬жающей средой.
2. Основные этапы эволюции органического мираЛитератураСписок литературы
1. Вернадский В.И. Живое вещество – М., Наука, 1978
2. Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания – М., Высшая школа, 1998
3. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания – Новосибирск, ООО "Издательство ЮКЭА", 1997
4. Идлис Г.М. Революции в астрономии, физике и космоло¬гии. М., 1985.
5. Карнап Р. Философские основания физики. М., 1971.
6. Концепции современного естествознания /под ред. проф. Лавриненко В.Н., проф. Ратникова В. П. – М., ЮНИТИ, 1997
7. Миронов В.В. Образы науки в современной культуре и фи¬лософии. М., 1997.
8. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М., 2002.
9. Пригожий И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986.
10. Степин B.C. Теоретическое знание. М., 2000.
11. Хрисанова Е.Н., Перевозчиков И. В. Антропология. М, 1991.
12. Стрельник О.Н.Концепции современного естествознания М., Юрайт, 2005"
|
|
