VALGEVENE VABARIIGI HARIDUSMINISTEERIUM

BSPU IM. M. TANKA

ERIPEADUSTEADUSKOND

DEFEKTOLOOGIA ALUSTE OSAKOND

Essee

distsipliinis "Loodusteadus"

teemal:

"Põhihüpoteesid elu tekke kohta Maal".

Esitatud:

101. rühma 1. kursuse õpilane

kirjavahetusosakond (eelarve

õppevorm)

……… Irina Anatoljevna

SISSEJUHATUS………………………………………………………………………..1

1. KREATSIOONISM………………………………………………………………….1

2. JAAMARIIKIDE TEOORIA…………..……………….….2

3. SPONTAANSE GENERATSIOONI TEOORIA…………..…3

4. PANSPERMIA TEOORIA……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………..

5. A. I. OPARINI TEOORIA………………………………………………..……10

6. KAASAEGSED VAADUSED MAA ELU ALGTULE……………………………………………………………………………………..12

KOKKUVÕTE……………………………………………………………………..14

KIRJANDUS …………………………………………………………………………15

SISSEJUHATUS

Elu tekkeprobleem Maal ja selle olemasolu võimalikkus teistes Universumi piirkondades on pikka aega pälvinud nii teadlaste ja filosoofide kui ka tavainimeste tähelepanu. Taga viimased aastad huvi selle "igavese probleemi" vastu on oluliselt kasvanud.

Selle põhjuseks on kaks asjaolu: esiteks on olulised edusammud mateeria evolutsiooni mõningate etappide laboratoorses modelleerimises, mis viisid elu tekkeni, ja teiseks kosmoseuuringute kiire areng, mis võimaldab järjest enam otse otsida mis tahes eluvormid planeetidel. Päikesesüsteem ja tulevikus ja kaugemalgi.

Elu päritolu on üks salapärasemaid küsimusi, millele ammendavat vastust tõenäoliselt kunagi ei saada. Paljud hüpoteesid ja isegi teooriad elu tekke kohta, mis selgitavad selle nähtuse erinevaid aspekte, ei suuda endiselt ületada olulist asjaolu - elu ilmumise fakti eksperimentaalselt kinnitada. kaasaegne teadus ei oma otseseid tõendeid selle kohta, kuidas ja kus elu tekkis. Seal on ainult loogilised konstruktsioonid ja mudelkatsetega saadud kaudsed tõendid ning andmed paleontoloogia, geoloogia, astronoomia jne valdkonnast.

Teooriad elu tekke kohta Maal on mitmekesised ja kaugeltki mitte usaldusväärsed. Kõige levinumad teooriad elu tekke kohta Maal on järgmised:

1. Elu lõi üleloomulik olend (Looja) kindlal ajal (kreatsionism).

2. Elu on alati eksisteerinud (teooria püsiseisund).

3. Elu tekkis korduvalt elutust mateeriast (iseeneslik põlvkond).

4. Elu tuuakse meie planeedile väljastpoolt (panspermia).

5. Elu tekkis protsesside tulemusena, mis alluvad keemilistele ja füüsikalistele seadustele (biokeemiline evolutsioon).

1. Kreatsionism.

Kreatsionism (ladina keelest creaсio - loomine) on filosoofiline ja metodoloogiline mõiste, mille raames käsitletakse kogu orgaanilise maailma, inimkonna, planeedi Maa ja ka maailma kui terviku mitmekesisust mõne üliolendi (Looja) poolt sihilikult loodud. ) või jumal. Sellel seisukohal pole teaduslikku kinnitust: religioonis mõistetakse tõde jumaliku ilmutuse ja usu kaudu. Maailma loomise protsessi peetakse vaid ühe korra aset leidnud ja seetõttu vaatlusele kättesaamatuks.

Peaaegu kõigi levinumate usuõpetuste järgijad peavad kinni kreatsionismi teooriatest (eriti kristlased, moslemid, juudid). Selle teooria kohaselt viitab elu tekkimine mingile konkreetsele üleloomulikule sündmusele minevikus, mida saab arvutada. 1650. aastal arvutas Iirimaa Armaghi peapiiskop Ussher, et Jumal lõi maailma oktoobris 4004 eKr. e. ja lõpetas oma töö 23. oktoobril kell 9 hommikul, luues inimese. Asher sai selle kuupäeva, liites kokku kõigi Piibli genealoogias mainitud inimeste vanused Aadamast Kristuseni ("kes kelle kandis"). Aritmeetika seisukohalt on see loogiline, kuid selgub, et Adam elas ajal, mil, nagu näitavad arheoloogilised leiud, oli Lähis-Idas juba hästi arenenud linnatsivilisatsioon.

Genesise raamatus esitatud traditsiooniline juudi-kristlik idee maailma loomisest on põhjustanud ja tekitab jätkuvalt vaidlusi. Olemasolevad vastuolud ei lükka aga loomingu mõistet ümber. Loomise hüpoteesi ei saa tõestada ega ümber lükata ja see eksisteerib alati koos teaduslike hüpoteesidega elu tekke kohta.

Kreatsionismi peetakse Jumala loominguks. Kuid praegu peavad mõned seda kõrgelt arenenud tsivilisatsiooni tegevuse tulemuseks, mis loob erinevaid eluvorme ja jälgib nende arengut.

2. STIATSAATSSE SEISUKORRA TEOORIA.

Selle teooria kohaselt ei tekkinud Maa kunagi, vaid eksisteeris igavesti; see on alati olnud võimeline elu hoidma ja kui on muutunud, siis väga vähe. Selle versiooni järgi ei tekkinud ka liike, nad olid alati olemas ja igal liigil on ainult kaks võimalust - kas arvukuse muutumine või väljasuremine.

Radioaktiivse lagunemise kiirusel põhinevate tänapäevaste hinnangute kohaselt on Maa vanuseks 4,6 miljardit aastat. Täiustatud dateerimismeetodid annavad Maa vanusele üha kõrgemaid hinnanguid, mis võimaldab püsiseisundi teooria pooldajatel arvata, et Maa on alati eksisteerinud.

Selle teooria pooldajad ei tunnista, et teatud fossiilsete jäänuste olemasolu või puudumine võib viidata konkreetse liigi ilmumise või väljasuremise ajale, ning toovad näiteks ristuimelise kala esindaja – koelakanti (coelacanth). Usuti, et harilik kala (coelacanth) on üleminekuvorm kaladest kahepaiksetele ja suri välja 60-90 miljonit aastat tagasi (kriidiajastu lõpus). Seda järeldust tuli aga revideerida, kui 1939. aastal rannikul umbes. Madagaskaril püüti 1. elus koelakant ja seejärel teised isendid. Seega ei ole koelakant üleminekuvorm.

Leiti ka palju teisi väljasurnuks peetud loomi, näiteks lingula – väike mereloom, kes väidetavalt 500 miljonit aastat tagasi välja surnud, on elus ka praegu ja nagu teisedki "elusad fossiilid": solendon – sisalik, tuatara – sisalik. Miljonite aastate jooksul pole neis toimunud mingeid evolutsioonilisi muutusi.

Teine näide pettekujutlustest on Archeopteryx – olend, mis seob linde ja roomajaid, üleminekuvorm teel roomajate lindudeks muutmisel. Kuid 1977. aastal avastati Coloradost lindude fossiilid, mille vanus on võrdeline Archeopteryxi jäänuste vanusega ja isegi ületab selle, s.o. see ei ole üleminekuvorm.

Püsiseisundi teooria pooldajad väidavad, et ainult elusaid liike uurides ja neid fossiilsete jäänustega võrreldes saab järeldada väljasuremise kohta ning sel juhul on väga tõenäoline, et see osutub valeks. Kasutades paleontoloogilisi andmeid püsiseisundi teooria toetamiseks, tõlgendavad selle pooldajad fossiilide ilmumist ökoloogilises mõttes.

Nii on näiteks fossiilse liigi äkiline ilmumine konkreetsesse kihti seletatav selle populatsiooni suurenemise või liikumisega säilmete säilitamiseks soodsatesse kohtadesse.

Suur osa selle teooria pooldavast argumendist on seotud evolutsiooni ebaselgete aspektidega, nagu fossiilsete dokumentide lünkade olulisus, ja see on selles suunas olnud kõige üksikasjalikum.

Statsionaarse seisundi hüpoteesi nimetatakse mõnikord ka eternismi hüpoteesiks (ladina keelest eternus - igavene). Eternismi hüpoteesi esitas Saksa teadlane W. Preyer 1880. aastal.

Preyeri seisukohti toetas biosfääri doktriini autor akadeemik Vladimir Ivanovitš Vernadski (1864 - 1945). Vernadski uskus, et elu on sama igavene kosmose alus, milleks on aine ja energia. "Me teame ja teame seda ka teaduslikult," kordas ta, "et Kosmos ei saa eksisteerida ilma mateeria ja energiata. Ja kas ainet on piisavalt ka ilma elu paljastamata – et ehitada Kosmost, seda universumit, mis on inimmõistusele kättesaadav? Ta vastas sellele küsimusele eitavalt, viidates teaduslikud faktid, mitte isiklikest sümpaatiatest, filosoofilistest või usulistest tõekspidamistest. “... Võib rääkida elu igavikulisusest ja selle organismide ilmingutest, nii nagu võib rääkida taevakehade materiaalse substraadi igavikulisusest, nende soojuslikest, elektrilistest, magnetilistest omadustest ja nende ilmingutest. Sellest vaatenurgast jääb elu alguse küsimus teaduslikust uurimisest sama kaugele kui küsimus mateeria, soojuse, elektri, magnetismi, liikumise alguse kohta.

Lähtudes biosfääri kui maise, kuid samal ajal kosmilise mehhanismi kontseptsioonist, seostas Vernadsky selle kujunemise ja evolutsiooni Kosmose organiseerimisega. "Meile saab selgeks," kirjutas ta, "et elu on kosmiline nähtus, mitte puhtalt maise." Vernadski kordas seda mõtet mitu korda: „... kosmoses ei olnud elu algust, mida me jälgime, kuna sellel Kosmosel polnud algust. Elu on igavene, sest igavene Kosmos.

3. SPONTAANSE GENERATSIOONI TEOORIA.

Seda teooriat levitati Vana-Hiinas, Babülonis ja Egiptuses alternatiivina kreatsionismile, millega see koos eksisteeris. Kõigi aegade ja kõigi rahvaste usuõpetused omistasid tavaliselt jumaluse ühele või teisele loomeaktile elu ilmumise. Väga naiivselt lahendasid selle küsimuse ja esimesed looduseuurijad. Aristoteles (384–322 eKr), keda sageli kiideti bioloogia rajajana, pidas kinni spontaanse elu põlvkonna teooriast. Isegi sellise silmapaistva antiikaja vaimu jaoks nagu Aristoteles ei olnud raske aktsepteerida ideed, et loomad - ussid, putukad ja isegi kalad - võivad mudast tekkida. Vastupidi, see filosoof väitis, et iga kuiv keha, mis muutub märjaks, ja vastupidi, iga märg keha, mis muutub kuivaks, sünnitab loomi.

Munitsipaalharidusasutus

Keskkool nr 45

Teooriad elu tekke kohta Maal

Esitatud : õpilane 11 "B" klass

Nigmatullina Maria

Proveila : bioloogia õpetaja

Trapueva L.S.

Tšeljabinsk

2010. aasta

Sissejuhatus

Hüpoteesid elu tekke kohta

Genobioos ja holobioos

Oparin-Haldane'i teooria

RNA maailm kui kaasaegse elu eelkäija

Panspermia

Elu spontaanne põlvkond

Püsiseisundi teooria

kreatsionism

Evolutsiooniteooria

Darwini teooria

Järeldus

Sissejuhatus

Teooriad Maa ja sellel asuva elu ning kogu universumi päritolu kohta on mitmekesised ja kaugeltki mitte usaldusväärsed. Püsiseisundi teooria kohaselt on universum eksisteerinud igavesti. Teiste hüpoteeside kohaselt võis Universum tekkida Suure Paugu tulemusena neutronite kimbust, sündida ühes mustas augus või olla Looja loodud. Vastupidiselt levinud arusaamadele ei saa teadus ümber lükata teesi universumi jumalikust loomisest, nagu ka teoloogilised vaated ei välista ilmtingimata võimalust, et elu omandas oma arengu käigus jooni, mida saab seletada loodusseaduste alusel. .

Hüpoteesid elu tekke kohta

Erinevatel aegadel esitati Maa elu tekke kohta järgmised hüpoteesid:

Biokeemilise evolutsiooni hüpotees

Panspermia hüpotees

Statsionaarse eluseisundi hüpotees

Hüpotees spontaansest generatsioonist

teooriad spontaanne põlvkond Ja püsiseisund on ainult ajalooliselt või filosoofiliselt huvipakkuv, kuna tulemused teaduslikud uuringud on nende teooriatega vastuolus.

teooria panspermia ei lahenda elu tekke fundamentaalset küsimust, vaid nihutab selle Universumi veelgi ebamäärasesse minevikku, kuigi seda ei saa välistada hüpoteesina elu alguse kohta Maal.

Genobioos ja holobioos

Sõltuvalt sellest, mida peetakse esmaseks, on elu päritolu küsimusele kaks metodoloogilist lähenemist:

Genobioos– metodoloogiline lähenemine elu tekke küsimusele, mis põhineb usul esmase geneetilise koodi omadustega molekulaarsüsteemi ülimuslikkusesse.

holobioosi- metodoloogiline lähenemine elu päritolu küsimusele, mis põhineb ideel struktuuride ülimuslikkusest, millel on ensümaatilise mehhanismi osalusel elementide metabolism.

Oparin-Haldane'i teooria

1924. aastal avaldas tulevane akadeemik Oparin artikli "The Origin of Life", mis tõlgiti 1938. aastal inglise keelde ja äratas huvi spontaanse põlvkonna teooria vastu. Oparin soovitas, et makromolekulaarsete ühendite lahustes spontaanselt moodustuvad suurenenud kontsentratsiooniga tsoonid, mis on väliskeskkonnast suhteliselt eraldatud ja suudavad säilitada sellega vahetust. Ta helistas neile Koacervaadi tilgad või lihtsalt koacerveerib.

Tema teooria kohaselt võib protsessi, mis viis elu tekkeni Maal, jagada kolmeks etapiks:

Orgaanilise aine tekkimine

Valkude tekkimine

Valgukehade tekkimine

Astronoomilised uuringud näitavad, et nii tähed kui ka planeedisüsteemid tekkisid gaasist ja tolmust. Koos metallide ja nende oksiididega sisaldas see vesinikku, ammoniaaki, vett ja kõige lihtsamat süsivesinikku – metaani.

Tingimused valgustruktuuride moodustumise protsessi alguseks on loodud alates esmase ookeani ilmumisest. Veekeskkonnas võivad süsivesinike derivaadid läbida keerulisi keemilisi muutusi ja muundumisi. Selle molekulide komplikatsiooni tulemusena võivad tekkida keerukamad orgaanilised ained, nimelt süsivesikud.

Teadus on tõestanud, et ultraviolettkiirte kasutamise tulemusena on võimalik kunstlikult sünteesida mitte ainult aminohappeid, vaid ka muid biokeemilisi aineid. Oparini teooria kohaselt võib koatservaadi tilkade moodustumine olla järjekordne samm valgukehade tekke suunas. Teatud tingimustel omandas orgaaniliste molekulide vesikiht selged piirid ja eraldas molekuli ümbritsevast lahusest. Veekihiga ümbritsetud molekulid ühinesid, moodustades multimolekulaarseid komplekse – koatservaate.

Koacervaadi tilgad võivad tekkida ka erinevate polümeeride lihtsal segamisel. Antud juhul toimus polümeeri molekulide isekoosnemine multimolekulaarseteks moodustisteks – optilise mikroskoobi all nähtavateks tilkadeks.

Tilgad suutsid aineid väljastpoolt absorbeerida avatud süsteemide viisil. Kui koatservaadi tilkadesse lisati mitmesuguseid katalüsaatoreid (sh ensüüme), toimusid neis mitmesugused reaktsioonid, eriti keskkonnast tulevate monomeeride polümerisatsioon. Tänu sellele võivad tilgad suureneda mahult ja kaalult ning seejärel jaguneda tütarvormideks. Seega võivad koatservaadid kasvada, paljuneda ja viia läbi ainevahetust.

Sarnaseid seisukohti väljendas ka Briti bioloog John Haldane.

Teooriat testis Stanley Miller 1953. aastal Miller-Urey eksperimendis. Ta pani H 2 O, NH 3, CH 4, CO 2, CO segu suletud anumasse (joonis 1) ja hakkas läbi selle juhtima elektrilahendusi. Selgus, et tekivad aminohapped. Hiljem saadi erinevates tingimustes teisi suhkruid ja nukleotiide. Ta jõudis järeldusele, et evolutsioon võib toimuda lahusest faasiliselt eraldatud olekus (koatservaadid). Selline süsteem ei saa aga ennast taastoota.

Teooria oli põhjendatud, välja arvatud üks probleem, mis pikka aega pigistas silmad peaaegu kõigi elu tekke valdkonna asjatundjate ees. Kui spontaanselt, juhuslike mallivabade sünteeside teel koatservaadis tekkisid üksikud edukad valgumolekulide konstruktsioonid (näiteks tõhusad katalüsaatorid, mis annavad sellele koatservaadile eelise kasvus ja paljunemises), siis kuidas saaks neid kopeerida koatservaadis jaotamiseks. , ja veelgi enam järeltulijate koatservaatidele edastamiseks? Teooria ei ole suutnud pakkuda lahendust üksikute juhuslikult ilmuvate efektiivsete valgustruktuuride täpse paljunemise probleemile - koatservaadis ja põlvkondade kaupa. Siiski näidati, et abiogeenselt sünteesitud lipiididest võivad tekkida spontaanselt esimesed koatservaadid ning nad võivad astuda sümbioosi "eluslahustega" - isepaljunevate RNA molekulide kolooniatega, mille hulgas olid lipiidide sünteesi katalüüsivad ribosüümid ja selline kooslus on juba võimalik.nimetage seda organismiks.

Aleksander Oparin (paremal) laboris

RNA maailm kui kaasaegse elu eelkäija

21. sajandiks on Oparin-Haldane'i teooria, mis eeldab valkude esialgset välimust, praktiliselt andnud teed kaasaegsemale. Selle väljatöötamise tõukejõuks oli ribosüümide avastamine - RNA molekulid, millel on ensümaatiline aktiivsus ja mis on seetõttu võimelised ühendama funktsioone, mida reaalsetes rakkudes täidavad peamiselt valgud ja DNA eraldi, st katalüüsivad bio keemilised reaktsioonid ja päriliku teabe säilitamine. Seega eeldatakse, et esimesed elusolendid olid RNA-organismid ilma valkude ja DNAta ning nende prototüübiks võis olla autokatalüütiline tsükkel, mille moodustasid just ribosüümid, mis on võimelised katalüüsima nende enda koopiate sünteesi.

Panspermia

Saksa teadlase G. Richteri 1865. aastal välja pakutud ja Rootsi teadlase Arrheniuse 1895. aastal lõplikult sõnastatud Panspermia teooria kohaselt võiks elu tuua Maale kosmosest. Maavälise päritoluga elusorganismide kõige tõenäolisem tabamus meteoriitide ja kosmilise tolmuga. See oletus põhineb andmetel mõnede organismide ja nende eoste kõrge vastupidavuse kohta kiirgusele, kõrgele vaakumile, madalatele temperatuuridele ja muudele mõjudele. Siiski pole siiani usaldusväärseid fakte, mis kinnitaksid meteoriitidest leitud mikroorganismide maavälist päritolu. Kuid isegi kui nad jõuaksid Maale ja tekitaksid meie planeedil elu, jääks elu algupära küsimus vastuseta.

Francis Crick ja Leslie Orgel pakkusid 1973. aastal välja teise võimaluse – kontrollitud panspermia, st Maa (koos teiste planeetide süsteemidega) tahtlik "nakatamine" mikroorganismidega, mis on mehitamata kosmoselaevadele toimetatud arenenud tulnukate tsivilisatsiooni poolt, mis võis olla silmitsi globaalse tsivilisatsiooniga. katastroofi või lihtsalt lootes terraformeerida teisi planeete tulevaseks koloniseerimiseks. Oma teooria kasuks tõid nad välja kaks peamist argumenti - geneetilise koodi universaalsus (teadaolevaid koodi variatsioone kasutatakse biosfääris palju harvemini ja need erinevad vähe universaalsest) ja molübdeeni oluline roll mõnes ensüümis. . Molübdeen on väga haruldane element kogu päikesesüsteemis. Autorite arvates võis algne tsivilisatsioon elada molübdeeniga rikastatud tähe lähedal.

Vastuväiteele, et panspermia (ka kontrollitud) teooria ei lahenda elu tekke küsimust, esitasid nad järgmise argumendi: teist tüüpi meile tundmatutel planeetidel võib elu tekke tõenäosus olla esialgu suur. kõrgem kui Maal, näiteks kõrge katalüütilise aktiivsusega spetsiaalsete mineraalide olemasolu tõttu.

1981. aastal kirjutas F. Crick raamatu "Elu ise: selle päritolu ja olemus", milles ta kirjeldab kontrollitud panspermia hüpoteesi artiklis kirjeldatust põhjalikumalt ja populaarses vormis.

Elu spontaanne põlvkond

Seda teooriat levitati Vana-Hiinas, Babüloonias ja Vana-Egiptuses alternatiivina kreatsionismile, millega see koos eksisteeris. Aristoteles (384–322 eKr), keda sageli kiideti bioloogia rajajana, pidas kinni spontaanse elu põlvkonna teooriast. Selle hüpoteesi kohaselt sisaldavad teatud aine "osakesed" mingit "aktiivset ainet", mis sobivates tingimustes võib luua elusorganismi. Aristotelesel oli õigus, kui arvas, et see toimeaine sisaldub viljastatud munas, kuid arvas ekslikult, et seda leidub ka päikesevalguses, mudas ja mädanevas lihas.

Kristluse levikuga langes elu spontaanse genereerimise teooria soosingust välja, kuid see idee eksisteeris kusagil tagaplaanil veel palju sajandeid.

Kuulus teadlane Van Helmont kirjeldas katset, mille käigus ta väidetavalt lõi hiired kolme nädalaga. Selleks läks vaja räpast särki, tumedat kappi ja peotäit nisu. Van Helmont pidas hiire sündimise protsessi aktiivseks aineks inimese higi.

1688. aastal lähenes Itaalia bioloog ja arst Francesco Redi elu tekke probleemile rangemalt ja seadis kahtluse alla spontaanse genereerimise teooria. Redi tegi kindlaks, et mädanevale lihale ilmuvad väikesed valged ussid on kärbsevastsed. Pärast rea katseid sai ta andmeid, mis kinnitasid ideed, et elu saab tekkida ainult eelmisest elust (biogeneesi mõiste).

Need katsed aga ei viinud spontaanse genereerimise idee tagasilükkamiseni ja kuigi see idee jäi mõnevõrra tagaplaanile, jäi see siiski elu tekke peamiseks versiooniks.

Kui näis, et Redi katsed lükkasid kärbeste spontaanse tekke ümber, siis Antonie van Leeuwenhoeki varased mikroskoopilised uuringud tugevdasid seda teooriat mikroorganismide puhul. Leeuwenhoek ise ei laskunud vaidlustesse biogeneesi ja spontaanse põlvkonna pooldajate vahel, kuid tema vaatlused mikroskoobi all andsid toitu mõlemale teooriale.

1860. aastal võttis prantsuse keemik Louis Pasteur käsile elu päritolu probleemi. Oma katsetega tõestas ta, et baktereid leidub kõikjal ja elutuid materjale võivad elusolendid kergesti saastada, kui neid korralikult ei steriliseerita. Teadlane keetis vees erinevaid keskkondi, milles võisid tekkida mikroorganismid. Täiendav keetmine surid mikroorganismid ja nende eosed. Pasteur kinnitas S-kujulise toru külge suletud vaba otsaga kolvi. Mikroorganismide eosed settisid kõverale torule ega suutnud toitainekeskkonda tungida. Hästi keedetud toitekeskkond jäi steriilseks, hoolimata õhu juurdepääsust selles elu ei leitud.

Rea katsete tulemusena tõestas Pasteur biogeneesi teooria paikapidavust ja lükkas lõpuks ümber spontaanse genereerimise teooria.

Püsiseisundi teooria

Püsiseisundi teooria kohaselt ei tekkinud Maa kunagi, vaid eksisteeris igavesti; see on alati olnud võimeline elu hoidma ja kui on muutunud, siis väga vähe. Selle versiooni järgi ei tekkinud ka liike, nad olid alati olemas ja igal liigil on ainult kaks võimalust - kas arvukuse muutumine või väljasuremine.

Statsionaarse oleku hüpotees on aga põhimõtteliselt vastuolus kaasaegse astronoomia andmetega, mis näitavad mis tahes tähtede ja vastavalt tähtede ümbritsevate planeedisüsteemide lõplikku eksisteerimise aega. Kaasaegsete radioaktiivse lagunemise kiirustel põhinevate hinnangute kohaselt on Maa, Päikese ja Päikesesüsteemi vanus ~4,6 miljardit aastat. Seetõttu ei võta akadeemiline teadus seda hüpoteesi tavaliselt arvesse.

Selle teooria pooldajad ei tunnista, et teatud fossiilsete jäänuste olemasolu või puudumine võib viidata konkreetse liigi ilmumise või väljasuremise ajale, ning toovad näitena sagaruimelise kala esindaja – koelakanti (coelacanth). Paleontoloogiliste andmete kohaselt surid ristsopterlased välja kriidiajastu lõpus. Seda järeldust tuli aga üle vaadata, kui Madagaskari piirkonnast leiti ristsopterüügia elavaid esindajaid. Püsiseisundi teooria pooldajad väidavad, et ainult elusaid liike uurides ja neid fossiilsete jäänustega võrreldes saab järeldada väljasuremise kohta ning sel juhul on väga tõenäoline, et see osutub valeks. Kasutades paleontoloogilisi andmeid püsiseisundi teooria toetamiseks, tõlgendavad selle pooldajad fossiilide ilmumist ökoloogilises mõttes. Nii on näiteks fossiilse liigi äkiline ilmumine konkreetsesse kihti seletatav selle populatsiooni suurenemise või liikumisega säilmete säilitamiseks soodsatesse kohtadesse.

kreatsionism

Kreatsionism (inglise keelest. looming- looming) - religioosne ja filosoofiline kontseptsioon, mille raames peetakse kogu orgaanilise maailma, inimkonna, planeedi Maa ja ka maailma kui terviku mitmekesisust mõne kõrgeima olendi või jumaluse poolt sihilikult loodud. teooria kreatsionism, viidates vastuse küsimusele elu tekkest religioonile (elu loomine Jumala poolt), jääb see Popperi kriteeriumi järgi väljapoole teadusliku uurimise valdkonda (kuna see on ümberlükkamatu: teaduslike meetoditega tõestamine on võimatu nii et Jumal ei loonud elu, kui ka seda, et Jumal lõi selle). Lisaks ei anna see teooria rahuldavat vastust küsimusele ülima olendi enda tekkimise ja olemasolu põhjuste kohta, postuleerides enamasti lihtsalt selle algusetuse.

Evolutsiooniteooria

Seni peeti teadus- ja üldhariduslikus keskkonnas evolutsiooniteooriat peamiseks teooriaks elu tekke kohta Maal kogu selle mitmekesisuses. See teooria tekkis Darwini perekonna tööst: arst, loodusteadlane ja poeet Erasmus Darwin (1731-1802), kes pakkus välja evolutsiooniteooria 1790. aastatel, ja eriti tema lapselaps loodusteadlane Charles Darwin (1809-1882), kes avaldas 1859. aastal oma praeguseks kuulsaks saanud raamatu "Liikide päritolust loodusliku valiku vahenditega ehk soodustõugude säilitamisest eluvõitluses".
Evolutsiooniteooria, mida sageli nimetatakse darvinistlikuks teooriaks või darvinismiks, ei tekkinud tühja koha pealt. Darwini ajaks oli Immanuel Kanti kosmoloogiline teooria saanud üldtunnustatud oma lõpmatu ruumilise ja aja universumiga, mis allus Isaac Newtoni kirjeldatud mehaanika seadustele. Lisaks kinnitas inglise teadlane Charles Lyell (1797-1875) 18. sajandi teadlase Jason Huttoni (1726-1797) välja pakutud nn uniformitarismi teooriat, mille kohaselt tekkis Maa miljonite aastate jooksul. täna jätkuvate aeglaste ja järkjärguliste protsesside tulemus. Lyell põhjendas seda järeldust 1830-1833 ilmunud raamatus "Geology Fundamentals" 3 köites.
Nii loodi evolutsiooniteooria vundament, millele Charles Darwin lõi oma teooria sihvaka ehitise, avaldades raamatud: "Liikide päritolu", "Koduloomade muutumine ja kultuurtaimed"," Inimese päritolu ja seksuaalne valik "ja teised

Darwini teooria

Darwini järgi on evolutsioon, s.o. Maa orgaanilise maailma kujunemise ajalugu, toimub kolme peamise teguri – varieeruvuse, pärilikkuse ja loodusliku valiku – koosmõju tulemusena. Nende tegurite mõjul koguvad arenemisprotsessis olevad organismid üha uusi kohanemisomadusi, mis lõpuks viib uute liikide tekkeni.
Darwini teooria toetuseks pakuti kohe välja 2 argumenti: vestigiaalsed organid ja embrüonaalse rekapitulatsiooni teooria.
Nii koostati nimekiri 180 inimese rudimendist - organitest, mis kaotasid oma eesmärgi arenedes madalamatest vormidest, s.o. elundid, mida inimene enam ei vaja ja mida saab eemaldada. Neid algendeid (näiteks pimesoole) uurides kriipsutasid teadlased aga nimekirjast oreli järel läbi, kuni kriipsutasid kõik läbi. Pärast 100 aastat ei pea füsioloogid ühtegi inimorganit kasutuks.
Üsna pea andis Darwini õpetuste toetaja ja propageerija saksa zooloogi Ernst Haeckeli 1868. aastal välja pakutud embrüonaalse rekapitulatsiooni teooria pika eluea. See teooria põhineb inimese ja koera embrüote näilisel sarnasusel 4 nädala vanuses, samuti nn lõpuselõhede ja saba olemasolul inimese embrüos.
Tegelikult selgus, et Haeckel võltsis illustratsioonid (retušeeris neid), mille puhul Jena ülikooli akadeemiline nõukogu tunnistas Haeckeli süüdi teaduspettuses ja tema teooria ei olnud vastuvõetav. Kuid NSV Liidus, peaaegu enne selle kokkuvarisemist, tsiteerisid õpikud kangekaelselt embrüote pilte, mis väidetavalt kinnitasid rekapitulatsiooni teooriat, mida ülejäänud maailma embrüoloogid on ammu tagasi lükanud.

Järeldus

Paljud neist "teooriatest" ja selgitused, mida nad pakuvad olemasoleva liigirikkuse kohta, kasutavad samu andmeid, kuid rõhutavad selle erinevaid aspekte. Teaduslikud teooriad võivad olla ühest küljest ülifantastilised ja teisest küljest üliskeptilised. Selles raamistikus võivad koha leida ka teoloogilised kaalutlused, olenevalt nende autorite usulistest vaadetest. Üks peamisi vaidluspunkte oli ka Darwini-eelsel ajal küsimus teaduslike ja teoloogiliste eluloovaadete vahekorrast.

(9) elu peal Maa ajaloolises minevikus selle tulemusena ... tohutul hulgal erinevaid hüpoteese ja teooriad põhjuse kohta elu peal Maaükski neist...

Küsimus elu tekkest Maal on tänapäeva loodusteaduse üks raskemaid küsimusi, millele pole seni üheselt vastust leitud.

Elu tekke kohta Maal on mitu teooriat, millest kuulsaimad on:

• spontaanse (spontaanse) genereerimise teooria;
• kreatsionismi (või loomingu) teooria;
• püsiseisundi teooria;
• panspermia teooria;
• biokeemilise evolutsiooni teooria (A.I. Oparini teooria).

Mõelge nende teooriate põhisätetele.

Spontaanse (spontaanse) genereerimise teooria

Elu spontaanse genereerimise teooria oli laialt levinud iidses maailmas - Babülonis, Hiinas, Vana-Egiptuses ja Vana-Kreekas (sellest teooriast pidas kinni eelkõige Aristoteles).

Antiikmaailma ja keskaegse Euroopa teadlased uskusid, et elutust ainest tekivad pidevalt elusolendid: mudast ussid, mudast konnad, hommikukastest tulikärbsed jne. Niisiis, kuulus 17. sajandi Hollandi teadlane. Van Helmont kirjeldas oma teaduslikus traktaadis üsna tõsiselt kogemust, kus ta sai hiired lukustatud pimedasse kappi otse määrdunud särgist ja peotäiest nisu 3 nädalaga. Esmakordselt otsustas Itaalia teadlane Francesco Redi (1688) katseliselt kontrollida laialdaselt tunnustatud teooriat. Ta pani mitu lihatükki anumatesse ja kattis osa neist musliiniga. Avatud anumates ilmusid mädanenud liha pinnale valged ussid - kärbsevastsed. Musliiniga kaetud anumates kärbsevastseid polnud. Nii õnnestus F. Redil tõestada, et kärbsevastsed ei teki mitte mädanenud lihast, vaid selle pinnale kärbeste munetud munadest.

1765. aastal keetis kuulus itaalia teadlane ja arst Lazzaro Spalanzani suletud klaaskolbides liha- ja köögiviljapuljonge. Suletud kolbides olevad puljongid ei riknenud. Ta järeldas, et mõju all kõrge temperatuur kõik elusolendid, kes suutsid puljongit rikneda, surid. F. Redi ja L. Spalanzani katsed aga kõiki ei veennud. Vitalistlikud teadlased (alates lat. vita- elu) uskus, et keedetud puljongis elusolendite spontaanset teket ei toimu, kuna selles hävib spetsiaalne "elujõud", mis ei saa tungida suletud anumasse, kuna see kantakse õhu kaudu.

Seoses mikroorganismide avastamisega süvenesid vaidlused elu spontaanse tekke võimaluse üle. Kui keerulised elusolendid ei saa spontaanselt paljuneda, siis võib-olla saavad seda teha mikroorganismid?

Sellega seoses kuulutas Prantsuse Akadeemia 1859. aastal välja auhinna sellele, kes otsustab lõpuks küsimuse spontaanse elu genereerimise võimalikkuse või võimatuse kohta. Selle auhinna pälvis 1862. aastal kuulus prantsuse keemik ja mikrobioloog Louis Pasteur. Nii nagu Spalanzani, keetis ka tema klaaskolvis toitainepuljongi, kuid kolb ei olnud tavaline, vaid 5-kujulise torukujulise kaelaga. Õhk ja seega ka "elujõud" võis kolbi tungida, kuid tolm ja koos sellega õhus olevad mikroorganismid settisid 5-kujulise toru alumises põlves ning kolvis olev puljong jäi steriilseks. (Joonis 1). Küll aga tasus kolvikael katki teha või 5-kujulise toru alumine põlv steriilse puljongiga üle loputada, kuna puljong hakkas kiiresti häguseks muutuma - sinna tekkisid mikroorganismid.

Nii tunnistati tänu Louis Pasteuri tööle spontaanse genereerimise teooria vastuvõetamatuks ja teadusmaailmas kehtestati biogeneesi teooria, mille lühike sõnastus on - "Kõik elav on elavatest asjadest."

Riis. 1. Pasteur-kolb

Kui aga kõik elusorganismid inimkonna ajalooliselt ettenähtaval perioodil pärinevad ainult teistest elusorganismidest, tekib loomulikult küsimus: millal ja kuidas tekkisid Maale esimesed elusorganismid?

Loomise teooria

Loomise teooria eeldab, et kõik elusorganismid (või ainult nende kõige lihtsamad vormid) loodi (“kujundas”) teatud aja jooksul mõne üleloomuliku olendi (jumalus, absoluutne idee, ülimeel, ülitsivilisatsioon jne) poolt. On ilmne, et enamiku maailma juhtivate religioonide, eriti kristliku religiooni järgijad järgisid seda seisukohta iidsetest aegadest peale.

Kreatsionismi teooria on endiselt üsna laialt levinud mitte ainult religioossetes, vaid ka teadusringkondades. Tavaliselt kasutatakse seda kõige keerulisemate, lahendamata biokeemilise ja bioloogilise evolutsiooni probleemide selgitamiseks, mis on seotud valkude ja nukleiinhapete tekkega, nendevahelise interaktsiooni mehhanismi kujunemisega, üksikute komplekssete organellide või elundite tekke ja moodustumisega (nagu nt. ribosoom, silm või aju). Perioodilise "loomise" teod selgitavad ka selgete üleminekusidemete puudumist üht tüüpi looma puhul
teisele, näiteks ussidest lülijalgseteni, ahvidest inimeseni jne. Tuleb rõhutada, et filosoofiline vaidlus teadvuse (ülimeel, absoluutne idee, jumalus) või mateeria ülimuslikkuse üle on aga põhimõtteliselt lahendamatu, kuna katse seletada kaasaegse biokeemia ja evolutsiooniteooria mis tahes raskusi põhimõtteliselt arusaamatute üleloomulike loomisaktidega. Neid küsimusi, mis jäävad väljapoole teadusliku uurimistöö ulatust, ei saa kreatsionismi teooriat kategoriseerida teaduslikud teooriad elu päritolu maa peal.

Püsiseisundi ja panspermia teooriad

Mõlemad teooriad on üksteist täiendavad elemendid ühtsest maailmapildist, mille olemus on järgmine: universum eksisteerib igavesti ja elu on selles igavesti (statsionaarne olek). Sisserändajad kannavad elu planeedilt planeedile avakosmos"eluseemned", mis võivad olla osa komeetidest ja meteoriitidest (panspermia). Sarnaseid seisukohti elu tekke kohta pidas eelkõige akadeemik V.I. Vernadski.

Statsionaarse oleku teooria, mis eeldab universumi lõputult pikka eksisteerimist, ei ole aga kooskõlas kaasaegse astrofüüsika andmetega, mille kohaselt tekkis universum suhteliselt hiljuti (umbes 16 miljardit aastat tagasi) esmase plahvatuse teel. .

On ilmne, et mõlemad teooriad (panspermia ja statsionaarne olek) ei paku üldse selgitust elu esmase tekkemehhanismi kohta, selle ülekandmist teistele planeetidele (panspermia) või ajas lõpmatuseni (paigalseisu teooria). osariik).

Biokeemilise evolutsiooni teooria (A.I. Oparini teooria)

Kõigist elu tekkimise teooriatest on teadusmaailmas levinuim ja tunnustatuim biokeemilise evolutsiooni teooria, mille pakkus välja 1924. aastal Nõukogude biokeemik akadeemik A.I. Oparin (1936. aastal kirjeldas ta seda üksikasjalikult oma raamatus The Emergence of Life).

Selle teooria olemus seisneb selles, et bioloogiline evolutsioon – s.t. Elusorganismide erinevate vormide tekkele, arengule ja tüsistustele eelnes keemiline evolutsioon - pikk periood Maa ajaloos, mis oli seotud elementaarüksuste, "telliste", mis moodustavad kogu eluslooduse, tekkimise, komplitseerimise ja vastastikmõju paranemisega. asjad – orgaanilised molekulid.

Prebioloogiline (keemiline) evolutsioon

Enamiku teadlaste (peamiselt astronoomide ja geoloogide) arvates tekkis Maa taevakehana umbes 5 miljardit aastat tagasi. Päikese ümber pöörleva gaasi- ja tolmupilve osakeste kondenseerumisel.

Survejõudude mõjul eraldavad osakesed, millest Maa moodustub, tohutul hulgal soojust. Termotuumareaktsioonid algavad Maa sooltes. Selle tulemusena läheb Maa väga kuumaks. Seega 5 miljardit aastat tagasi Maa oli läbi avakosmose kihutav kuum pall, mille pinnatemperatuur ulatus 4000-8000°C-ni (naerab 2).

Järk-järgult, tänu soojusenergia kiirgumisele kosmosesse, hakkab Maa jahtuma. Umbes 4 miljardit aastat tagasi Maa jahtub nii palju, et selle pinnale tekib kõva koorik; samal ajal väljuvad selle soolestikust kerged gaasilised ained, tõustes üles ja moodustades esmase atmosfääri. Primaarse atmosfääri koostis erines oluliselt tänapäevasest. Ilmselt ei olnud iidse Maa atmosfääris vaba hapnikku ja selle koostis sisaldas redutseeritud olekus aineid, nagu vesinik (H 2), metaan (CH 4), ammoniaak (NH 3), veeaur (H 2 O ), ja võib-olla ka lämmastik (N 2), süsinikmonooksiid ja süsinikdioksiid (CO ja CO 2).

Maa primaarse atmosfääri redutseeriv iseloom on elu tekke seisukohalt äärmiselt oluline, kuna redutseeritud olekus ainetel on kõrge reaktsioonivõime ja teatud tingimustel on võimelised üksteisega suhtlema, moodustades orgaanilisi molekule. Elu tekke oluliseks eelduseks on ka vaba hapniku puudumine esmase Maa atmosfääris (praktiliselt kogu Maa hapnik oli seotud oksiididena), kuna hapnik oksüdeerub kergesti ja hävitab seeläbi orgaanilisi ühendeid. Seetõttu toimub vaba hapniku olemasolul atmosfääris kogunemine iidne maa märkimisväärne kogus orgaanilist ainet oleks võimatu.

Umbes 5 miljardit aastat tagasi- Maa kui taevakeha tekkimine; pinnatemperatuur — 4000-8000°С

Umbes 4 miljardit aastat tagasi - moodustamine maakoor ja esmane atmosfäär

1000°C juures- primaarses atmosfääris algab lihtsate orgaaniliste molekulide süntees

Sünteesiks vajaliku energia annab:

Primaarse atmosfääri temperatuur on alla 100 ° C - primaarse ookeani moodustumine -

Keeruliste orgaaniliste molekulide süntees - biopolümeerid lihtsatest orgaanilistest molekulidest:

• lihtsad orgaanilised molekulid – monomeerid
• komplekssed orgaanilised molekulid – biopolümeerid

Skeem. 2. Keemilise evolutsiooni põhietapid

Kui primaarse atmosfääri temperatuur jõuab 1000 °C-ni, algab selles lihtsate orgaaniliste molekulide süntees, nagu aminohapped, nukleotiidid, rasvhapped, lihtsuhkrud, mitmehüdroksüülsed alkoholid, orgaanilised happed Sünteesiks vajalikku energiat annavad välgulahendused, vulkaaniline aktiivsus, kõva kosmiline kiirgus ja lõpuks ka päikese ultraviolettkiirgus, mille eest Maad veel osooniekraan ei kaitse ning teadlased peavad ultraviolettkiirgust abiogeense (st ilma elusorganismide osaluseta läbimise) orgaaniliste ainete sünteesi peamine energiaallikas.

A.I teooria tunnustamine ja laialdane levitamine. Opariini aitas oluliselt kaasa asjaolu, et orgaaniliste molekulide abiogeense sünteesi protsesse on mudelkatsetes lihtne reprodutseerida.

Võimalus sünteesida anorgaanilistest ainetest orgaanilisi aineid on tuntud juba 19. sajandi algusest. Juba 1828. aastal sünteesis väljapaistev Saksa keemik F. Wöhler orgaanilise aine – anorgaanilisest uurea – ammooniumtsüanaadist. Orgaaniliste ainete abiogeense sünteesi võimalust iidse Maa omadele lähedastes tingimustes näidati aga esmakordselt S. Milleri katses.

Aastal 1953 reprodutseeris noor Ameerika teadlane, Chicago ülikooli magistrant Stanley Miller klaaskolvis, millesse oli joodetud elektroodid, Maa primaarse atmosfääri, mis tolleaegsete teadlaste sõnul koosnes vesinikust. metaan CH 4, ammoniaak NH ja veeaur H 2 0 (joonis 3). S. Miller käis sellest gaasisegust läbi nädala elektrilahendused, simuleerides äikesetorme. Katse lõpus leiti kolvist α-aminohappeid (glütsiin, alaniin, asparagiin, glutamiin), orgaanilisi happeid (merevaik-, piim-, äädik-, glükokoolhape), γ-hüdroksüvõihapet ja uureat. Katse kordamisel õnnestus S. Milleril saada üksikud nukleotiidid ja lühikesed viie kuni kuue lüliga polünukleotiidahelad.

Riis. 3. S. Milleri paigaldus

Abiogeense sünteesi edasistes katsetes, mille viisid läbi erinevad teadlased, ei kasutatud mitte ainult elektrilahendusi, vaid ka muid iidsele Maale iseloomulikke energialiike, nagu kosmiline, ultraviolett- ja radioaktiivne kiirgus, vulkaanilisele tegevusele omased kõrged temperatuurid, samuti erinevaid valikuid esmast atmosfääri simuleerivad gaasisegud. Selle tulemusena saadi peaaegu kogu elusolenditele iseloomulike orgaaniliste molekulide spekter: aminohapped, nukleotiidid, rasvataolised ained, lihtsuhkrud, orgaanilised happed.

Pealegi võib orgaaniliste molekulide abiogeenne süntees toimuda ka praegu Maal (näiteks vulkaanilise tegevuse käigus). Samas ei leidu vulkaaniheites mitte ainult vesiniktsüaniidhapet HCN, mis on aminohapete ja nukleotiidide eelkäija, vaid ka üksikuid aminohappeid, nukleotiide ja isegi selliseid keerulisi orgaanilisi aineid nagu porfüriinid. Orgaaniliste ainete abiogeenne süntees on võimalik mitte ainult Maal, vaid ka avakosmoses. Lihtsamaid aminohappeid leidub meteoriitides ja komeetides.

Kui primaarse atmosfääri temperatuur langes alla 100 ° C, sadas Maale kuuma vihma ja ilmus esmane ookean. Vihmavoogudega sisenesid esmasesse ookeani abiogeenselt sünteesitud orgaanilised ained, mis muutsid selle, aga inglise biokeemiku John Haldane’i piltlikus väljenduses lahjendatud "esmasupiks". Ilmselt algavad ürgookeanis lihtsate orgaaniliste molekulide – komplekssete orgaaniliste molekulide monomeeride – biopolümeeride moodustumise protsessid (vt joonis 2).

Üksikute nukleosiidide, aminohapete ja suhkrute polümerisatsiooniprotsessid on aga kondensatsioonireaktsioonid, need kulgevad vee eemaldamisega, mistõttu vesikeskkond ei aita kaasa polümerisatsioonile, vaid vastupidi, biopolümeeride hüdrolüüsile (st. , nende hävitamine vee lisamisega).

Biopolümeeride (eelkõige aminohapetest valkude) moodustumine võis toimuda atmosfääris temperatuuril umbes 180°C, kust need uhuti atmosfäärisademetega esmasesse ookeani. Lisaks on võimalik, et iidsel Maal kontsentreeriti aminohappeid kuivatusmahutitesse ja polümeriseeriti ultraviolettvalguse ja laavavoogude kuumuse mõjul kuival kujul.

Vaatamata sellele, et vesi soodustab biopolümeeride hüdrolüüsi, toimub biopolümeeride süntees elusrakus just vesikeskkonnas. Seda protsessi katalüüsivad spetsiaalsed katalüütilised valgud – ensüümid ning adenosiintrifosfaadi – ATP lagunemisel vabaneb sünteesiks vajalik energia. Võimalik, et biopolümeeride sünteesi esmase ookeani veekeskkonnas katalüüsis teatud mineraalide pind. Eksperimentaalselt on näidatud, et aminohappe alaniini lahus võib polümeriseerida vesikeskkonnas spetsiaalset tüüpi alumiiniumoksiidi juuresolekul. Sel juhul moodustub peptiid polüalaniin. Alaniini polümerisatsioonireaktsiooniga kaasneb ATP lagunemine.

Nukleotiidide polümerisatsioon on lihtsam kui aminohapete polümerisatsioon. On näidatud, et kõrge soolakontsentratsiooniga lahustes polümeriseerivad üksikud nukleotiidid spontaanselt, muutudes nukleiinhapeteks.

Kõigi tänapäevaste elusolendite elu on elusraku kõige olulisemate biopolümeeride – valkude ja nukleiinhapete – pidev interaktsiooni protsess.

Valgud on elusraku "töötavad molekulid", "insenerimolekulid". Kirjeldades oma rolli ainevahetuses, kasutavad biokeemikud sageli selliseid kujundlikke väljendeid nagu "valk töötab", "ensüüm juhib reaktsiooni". Valkude kõige olulisem funktsioon on katalüütiline. Nagu teate, on katalüsaatorid ained, mis kiirendavad keemilisi reaktsioone, kuid need ise ei sisaldu reaktsiooni lõppsaadustes. Tanke-katalüsaatoreid nimetatakse ensüümideks. Ensüümid painduvad ja kiirendavad tuhandeid kordi metaboolseid reaktsioone. Ainevahetus ja seega ka elu ilma nendeta on võimatu.

Nukleiinhapped- need on "molekulid-arvutid", molekulid on päriliku teabe hoidjad. Nukleiinhapped ei salvesta teavet elusraku kõigi ainete kohta, vaid ainult valkude kohta. Piisab, kui paljundada tütarrakus emarakule iseloomulikke valke, et need taaslooksid täpselt kõik emaraku keemilised ja struktuurilised omadused, samuti sellele omase ainevahetuse olemuse ja kiiruse. Nukleiinhapped ise reprodutseeritakse ka valkude katalüütilise aktiivsuse tõttu.

Seega on elu tekke müsteerium valkude ja nukleiinhapete vastastikuse toimemehhanismi tekkimise mõistatus. Millist teavet on kaasaegsel teadusel selle protsessi kohta? Millised molekulid olid elu põhialused – valgud või nukleiinhapped?

Teadlased usuvad, et hoolimata valkude võtmerollist tänapäevaste elusorganismide ainevahetuses, ei olnud esimesed "elusad" molekulid valgud, vaid nukleiinhapped, nimelt ribonukleiinhapped (RNA).

1982. aastal avastas Ameerika biokeemik Thomas Check RNA autokatalüütilised omadused. Ta näitas eksperimentaalselt, et mineraalsoolade kõrge kontsentratsiooniga söötmes polümeriseerivad ribonukleotiidid spontaanselt (spontaanselt), moodustades polünukleotiide - RNA molekule. RNA algsetel polünukleotiidahelatel, nagu ka maatriksil, moodustuvad RNA koopiad komplementaarsete lämmastikualuste sidumisel. RNA matriitsi kopeerimisreaktsiooni katalüüsib algne RNA molekul ja see ei nõua ensüümide või muude valkude osalemist.

See, mis edasi juhtus, on üsna hästi seletatav sellega, mida molekulaarsel tasandil võib nimetada "looduslikuks valikuks". RNA molekulide isekopeerimisel (isekomplekteerimisel) tekivad paratamatult ebatäpsused ja vead. Ekslikud RNA koopiad kopeeritakse uuesti. Uuesti kopeerimisel võivad vead uuesti ilmneda. Selle tulemusena on RNA molekulide populatsioon esmase ookeani teatud osas heterogeenne.

Kuna paralleelselt sünteesiprotsessidega toimuvad ka RNA lagunemisprotsessid, kogunevad reaktsioonikeskkonda kas suurema stabiilsusega või paremate autokatalüütiliste omadustega molekulid (st molekulid, mis kopeerivad end kiiremini, “paljunevad” kiiremini).

Mõnel RNA molekulil, nagu ka maatriksil, võib toimuda väikeste valgufragmentide – peptiidide isekoostumine. RNA molekuli ümber moodustub valgu "kest".

Koos autokatalüütiliste funktsioonidega avastas Thomas Check RNA molekulides ise splaissimise nähtuse. Isesplaissimise tulemusena eemaldatakse RNA-st spontaanselt peptiididega mittekaitstud RNA piirkonnad (nad "lõigatakse" välja ja "väljastatakse") ning ülejäänud valgufragmente kodeerivad RNA piirkonnad "kasvavad kokku ”, st. ühinevad spontaanselt üheks molekuliks. See uus RNA molekul hakkab juba kodeerima suurt kompleksvalku (joonis 4).

Ilmselt tehti algselt proteiinkatteid, kaitsefunktsioon, kaitstes RNA-d hävimise eest ja suurendades seeläbi selle stabiilsust lahuses (see on valgukestade funktsioon lihtsaimates kaasaegsetes viirustes).

Ilmselgelt said teatud biokeemilise evolutsiooni etapis eelise RNA molekulid, mis kodeerivad mitte ainult kaitsvaid valke, vaid ka katalüütilisi valke (ensüüme), kiirendades järsult RNA kopeerimise kiirust. Ilmselt nii tekkiski valkude ja nukleiinhapete interaktsiooni protsess, mida praegu nimetame eluks.

Edasise arendamise käigus hakati ensüümi, pöördtranskriptaasi funktsioonidega valgu ilmnemise tõttu üheahelalistele RNA molekulidele sünteesima kahest ahelast koosnevaid desoksüribonukleiinhappe (DNA) molekule. OH-rühma puudumine desoksüriboosi 2" asendis muudab DNA molekulid hüdrolüütilise lõhustamise suhtes nõrgalt aluselistes lahustes stabiilsemaks, nimelt oli söötme reaktsioon primaarsetes reservuaarides kergelt aluseline (see söötme reaktsioon säilis ka tänapäevaste rakkude tsütoplasmas).

Kus toimus valkude ja nukleiinhapete vahelise interaktsiooni keerulise protsessi areng? Vastavalt A.I teooriale. Elu sünnikohaks sai Oparin, nn koacervaadi tilgad.

Riis. 4. Valkude ja nukleiinhapete interaktsiooni hüpotees: a) RNA isekopeerimise protsessis kogunevad vead (1 - algsele RNA-le vastavad nukleotiidid; 2 - algsele RNA-le mittevastavad nukleotiidid - vead kopeerimine); b) RNA molekuli osal tänu sellele füüsilised ja keemilised omadused Aminohapped “kleepuvad” (3 - RNA molekul; 4 - aminohapped), mis üksteisega suheldes muutuvad lühikesteks valgumolekulideks - peptiidideks. RNA molekulidele omase isesplaisingu tulemusena hävivad peptiididega kaitsmata RNA molekuli osad ning ülejäänud "kasvavad" ühtseks suurt valku kodeerivaks molekuliks. Tulemuseks on valgukestaga kaetud RNA molekul (sarnase struktuuriga on ka kõige primitiivsemad kaasaegsed viirused, näiteks tubaka mosaiikviirus)

Koatservatsiooni nähtus seisneb selles, et teatud tingimustel (näiteks elektrolüütide juuresolekul) eraldatakse lahusest makromolekulaarsed ained, kuid mitte sademena, vaid kontsentreerituma lahuse kujul - koatservaadina. . Raputamisel laguneb koatservaat eraldi väikesteks tilkadeks. Vees on sellised tilgad kaetud hüdratatsioonikihiga (veemolekulide kest), mis neid stabiliseerib - joon. 5.

Koacervaadi tilkadel on mõningane metabolismi sarnasus: puhtalt füüsikaliste ja keemiliste jõudude mõjul võivad nad lahusest teatud aineid selektiivselt absorbeerida ja nende lagunemissaadused keskkonda vabastada. Keskkonnast pärinevate ainete selektiivse kontsentratsiooni tõttu võivad nad kasvada, kuid teatud suuruse saavutamisel hakkavad nad "paljunema", tärkavad väikesed tilgad, mis omakorda võivad kasvada ja "pungata".

Valgulahuste kontsentreerimisel lainete ja tuule mõjul tekkivad koatservaadi tilgad saab katta lipiidkestaga: ühe seebimitselle meenutava membraaniga (ühekordse tilga eraldumisega kaetud veepinnalt lipiidikiht) või kahekordne, mis meenutab rakumembraani (kui ühekihilise lipiidmembraaniga kaetud tilk langeb uuesti reservuaari pinda katvale lipiidkilele – joon. 5).

Koacervaadi tilkade tekkeprotsesse, nende kasvu ja "pungamist", samuti nende "riietumist" topeltlipiidikihist membraaniga on laboris lihtne modelleerida.

Koacervaadi tilkade puhul on olemas ka "loodusliku valiku" protsess, mille käigus kõige stabiilsemad tilgad jäävad lahusesse.

Vaatamata koatservaadi tilkade välisele sarnasusele elusrakkudega, puudub koatservaattilkadel elusolendi peamine tunnus – võime täpselt reprodutseerida, ise kopeerida. Ilmselgelt olid elusrakkude eelkäijad sellised koacerveeritud tilgad, mis sisaldasid replikaatormolekulide (RNA või DNA) komplekse ja nende poolt kodeeritud valke. Võimalik, et RNA-valgu kompleksid eksisteerisid pikka aega väljaspool koatservaadi tilka nn "vabalt elava geeni" kujul või on võimalik, et nende moodustumine toimus otse mõne koatservaadi tilga sees.

Võimalik üleminekutee koacervaadist tilkadest primitiivsetele sähvatustele:

a) koatservaadi moodustumine; 6) koatservaadi tilkade stabiliseerimine vesilahuses; c) - kahekordse lipiidikihi moodustumine tilga ümber, sarnane rakumembraaniga: 1 - koatservaadi tilk; 2 - lipiidi monomolekulaarne kiht reservuaari pinnal; 3 — ühe lipiidikihi moodustumine tilga ümber; 4 — kahekordse lipiidikihi moodustumine tilga ümber, sarnane rakumembraanile; d) - kahekordse lipiidikihiga ümbritsetud koatservaadi tilk, mille koostises on valgu-nukleotiidi kompleks - esimese elusraku prototüüp

Ajaloolisest aspektist vaadatuna möödus ülimalt kiiresti Maa elu tekkimise ülikeeruline protsess, mida tänapäeva teadus täielikult ei mõista. 3,5 miljardi aasta jooksul nn. keemiline evolutsioon lõppes esimeste elusrakkude ilmumisega ja algas bioloogiline evolutsioon.

Elu ja elamise probleem on paljude loodusteaduste uurimisobjektiks, alustades bioloogiast ja lõpetades filosoofiaga, matemaatikaga, mis käsitleb elunähtuse abstraktseid mudeleid, aga ka füüsikaga, mis määratleb elu füüsikaseaduste seisukohast. .

Selle ümber peamine probleem koonduvad kõik muud spetsiifilisemad probleemid ja küsimused, samuti ehitatakse üles filosoofilised üldistused ja järeldused.

Kooskõlas kahe maailmavaatelise positsiooniga – materialistliku ja idealistliku – isegi sisse iidne filosoofia Elu tekke kohta on välja kujunenud vastupidised arusaamad: kreatsionism ja materialistlik päritoluteooria orgaaniline anorgaanilisest.

Toetajad kreatsionism väidavad, et elu tekkis jumaliku loomise akti tulemusena, mille tõestuseks on erilise jõu olemasolu elusorganismides, mis kontrollib kõiki bioloogilisi protsesse.

Elu elutust loodusest päritolu pooldajad väidavad, et orgaaniline loodus tekkis loodusseaduste toimel. Hiljem konkretiseeriti see kontseptsioon elu spontaanse genereerimise idees.

Spontaanse põlvkonna mõiste, hoolimata eksitusest, mängis positiivset rolli; selle kinnitamiseks kavandatud katsed andsid arenevale bioloogiateadusele rikkalikku empiirilist materjali. Spontaanse põlvkonna idee lõplik tagasilükkamine toimus alles 19. sajandil.

19. sajandil samuti esitati hüpotees elu igavesest olemasolust ja selle kosmiline päritolu Maal. On oletatud, et elu eksisteerib kosmoses ja liigub ühelt planeedilt teisele.

XX sajandi alguses. idee kosmiline päritolu bioloogilised süsteemid Maal ja elu kosmoses eksisteerimise igavik töötas välja vene akadeemik IN JA. Vernadski.

Akadeemik A. I. hüpotees. Oparina

Põhimõtteliselt uus hüpotees elu päritolu visandas akadeemik A.I. Oparin raamatus "Elu päritolu”, ilmus 1924. Ta tegi avalduse, et Redi põhimõte, mis kehtestab orgaaniliste ainete biootilise sünteesi monopoli, kehtib ainult meie planeedi kaasaegsel ajastul. Oma eksisteerimise alguses, kui Maa oli elutu, toimus sellel süsinikuühendite abiootiline süntees ja sellele järgnev prebioloogiline evolutsioon.

Oparini hüpoteesi olemus on järgmine: elu tekkimine Maal on pikk evolutsiooniline protsess elusaine tekkeks elutu aine sügavustes. See toimus keemilise evolutsiooni kaudu, mille tulemusena tekkisid tugevate füüsikaliste ja keemiliste protsesside mõjul anorgaanilistest ainetest lihtsaimad orgaanilised ained.

Ta pidas elu tekkimist ühtseks loomulikuks protsessiks, mis seisnes varane maa algne keemiline evolutsioon, mis liikus järk-järgult kvalitatiivselt uuele tasemele – biokeemilisele evolutsioonile.

Arvestades elu tekkimise probleemi biokeemilise evolutsiooni kaudu, eristab Oparin eluta ainelt elusainele ülemineku kolme etappi.

Esimene etapp on keemiline evolutsioon. Kui Maa oli veel elutu (umbes 4 miljardit aastat tagasi), toimus süsinikuühendite abiootiline süntees ja sellele järgnev prebioloogiline evolutsioon.

Seda Maa evolutsiooni perioodi iseloomustasid arvukad vulkaanipursked, mille käigus vabanes tohutul hulgal punast kuuma laavat. Planeedi jahtudes kondenseerus atmosfääris olev veeaur ja langes hoovihmaga Maale, moodustades tohutuid veealasid (esmane ookean). Need protsessid kestsid miljoneid aastaid. Peamise ookeani vetes lahustati mitmesuguseid anorgaanilisi sooli. Lisaks jõudsid ookeani ka erinevad orgaanilised ühendid, mis tekivad atmosfääris pidevalt ultraviolettkiirguse, kõrge temperatuuri ja aktiivse vulkaanilise tegevuse mõjul.

Orgaaniliste ühendite kontsentratsioon kasvas pidevalt ja lõpuks muutusid ookeaniveed " puljong»valgulaadsetest ainetest — peptiididest.

Teine etapp on valkude ilmumine. Kui tingimused Maal pehmenevad, elektrilahenduste mõjul soojusenergia ja ultraviolettkiired sai võimalikuks moodustada keerulisi orgaanilisi ühendeid - biopolümeere ja nukleotiide, mis järk-järgult kombineerides ja keerukamaks muutudes muutusid protobiontid(elusorganismide rakueelsed esivanemad). Keeruliste orgaaniliste ainete evolutsiooni tulemus oli välimus koacerveerib, või co-acervate tilgad.

koacerveerib- kolloidosakeste kompleksid, mille lahus jaguneb kaheks kihiks: kolloidosakeste rikas kiht ja nendest peaaegu vaba vedelik. Koacervaatidel oli võime absorbeerida mitmesuguseid esmase ookeani vetes lahustunud aineid. Selle tulemusena muutus koatservaatide sisemine struktuur nende stabiilsuse suurendamise suunas pidevalt muutuvates tingimustes.

Biokeemilise evolutsiooni teooria käsitleb koatservaate prebioloogiliste süsteemidena, mis on veekestaga ümbritsetud molekulide rühmad.

Näiteks on koatservaadid võimelised absorbeerima keskkonnast aineid, suhtlema üksteisega, suurendama suurust jne. Erinevalt elusolenditest ei ole koacervaadid aga võimelised isepaljunema ja isereguleeruma, mistõttu ei saa neid liigitada bioloogilisteks süsteemideks.

Kolmas etapp on isepaljunemisvõime kujunemine, elava raku ilmumine. Sel perioodil hakkas toimima looduslik valik, s.t. koatservaadi tilkade massis valiti välja antud keskkonnatingimustele kõige vastupidavamad koatservaadid. Valikuprotsess on kestnud miljoneid aastaid. Säilinud koacervaadi tilgad omasid juba esmase metabolismi võimet, mis on elu peamine omadus.

Samal ajal, olles saavutanud teatud suuruse, lagunes vanemtilk lapsepiiskadeks, mis säilitasid vanemstruktuuri tunnused.

Seega võime rääkida isetootmise omaduse - ühe oluliseima elumärgi - omandamisest koacervaatide poolt. Tegelikult on selles etapis koatservaatidest saanud kõige lihtsamad elusorganismid.

Nende prebioloogiliste struktuuride edasine areng oli võimalik ainult metaboolsete protsesside komplikatsiooniga koatservaadi sees.

Koatservaadi sisekeskkond vajas kaitset keskkonnamõjude eest. Seetõttu tekkisid orgaaniliste ühendite rikaste koatservaatide ümber lipiidide kihid, mis eraldasid koatservaadid ümbritsevast vesikeskkonnast. Evolutsiooni käigus muudeti lipiidid välismembraaniks, mis suurendas oluliselt organismide elujõulisust ja resistentsust.

Membraani ilmumine määras ette edasise bioloogilise evolutsiooni suuna üha täiuslikuma autoregulatsiooni teel, mis kulmineerus primaarse raku ehk arheraku moodustumisega. Rakk on elementaarne bioloogiline üksus, kõigi elusolendite struktuurne ja funktsionaalne alus. Rakud teostavad iseseisvat ainevahetust, on võimelised jagunema ja isereguleeruma, s.t. neil on kõik elusolendite omadused. Uute rakkude moodustumine mitterakulisest materjalist on võimatu, rakkude paljunemine toimub ainult jagunemise tõttu. Orgaanilist arengut peetakse universaalseks rakkude moodustumise protsessiks.

Raku ehituses on: membraan, mis piiritleb raku sisu väliskeskkonnast; tsütoplasma, mis on lahustuvate ja suspendeeritud ensüümide ja RNA molekulidega soolalahus; kromosoome sisaldav tuum, mis koosneb DNA molekulidest ja nende külge kinnitatud valkudest.

Seetõttu tuleks elu alguseks pidada püsiva nukleotiidide järjestusega stabiilse isepaljuneva orgaanilise süsteemi (raku) tekkimist. Alles pärast selliste süsteemide tekkimist saame rääkida bioloogilise evolutsiooni algusest.

Biopolümeeride abiogeense sünteesi võimalikkus tõestati eksperimentaalselt 20. sajandi keskel. Aastal 1953 Ameerika teadlane S. Miller modelleeris Maa ürgset atmosfääri ning sünteesis äädik- ja sipelghappeid, uureat ja aminohappeid, lastes elektrilaenguid läbi inertgaaside segu. Nii demonstreeriti, kuidas on võimalik komplekssete orgaaniliste ühendite süntees abiogeensete tegurite toimel.

Vaatamata teoreetilisele ja eksperimentaalsele kehtivusele on Oparini kontseptsioonil nii tugevaid kui ka nõrku külgi.

Kontseptsiooni tugevuseks on keemilise evolutsiooni küllaltki täpne eksperimentaalne põhjendus, mille kohaselt on elu tekkimine aine prebioloogilise evolutsiooni loomulik tulemus.

Veenev argument selle kontseptsiooni kasuks on ka selle peamiste sätete eksperimentaalse kontrollimise võimalus.

Kontseptsiooni nõrk külg on võimatus seletada keeruliste orgaaniliste ühendite juurest elusorganismidele ülemineku hetke.

Saksa teadlane pakub ühe versiooni üleminekust prebioloogiliselt evolutsioonilt bioloogilisele M. Eigen. Tema hüpoteesi järgi seletatakse elu tekkimist nukleiinhapete ja valkude vastasmõjuga. Nukleiinhapped on geneetilise teabe kandjad ja valgud toimivad keemiliste reaktsioonide katalüsaatoritena. Nukleiinhapped reprodutseerivad ennast ja edastavad teavet valkudele. Ilmub suletud ahel - hüpertsükkel, milles keemiliste reaktsioonide protsessid kiirenevad katalüsaatorite olemasolu ja ülekoormuse tõttu ise.

Hüpertsüklites toimib reaktsioonisaadus samaaegselt nii katalüsaatori kui ka algreagendina. Selliseid reaktsioone nimetatakse autokatalüütiliseks.

Sünergetika on teine ​​teooria, mis võib selgitada üleminekut prebioloogiliselt bioloogilisele evolutsioonile. Sünergeetikute poolt avastatud mustrid võimaldavad selgitada anorgaanilisest ainest orgaanilise aine tekkimise mehhanismi iseorganiseerumise mõttes läbi uute struktuuride spontaanse tekke avatud süsteemi interaktsiooni käigus keskkonnaga.

Märkused elu tekke ja biosfääri tekkimise teooria kohta

Kaasaegses teaduses on aktsepteeritud hüpotees elu abiogeensest (mittebioloogilisest) päritolust looduslike põhjuste mõjul pika kosmilise, geoloogilise ja keemilise evolutsiooni – abiogeneesi – tulemusena, mille aluseks oli hüpotees. akadeemik A. I. Oparin. Abiogeneesi kontseptsioon ei välista elu olemasolu kosmoses ja selle kosmilist päritolu Maal.

Kuid tuginedes teaduse kaasaegsetele saavutustele, hüpoteesile A.I. Oparin soovitab järgmisi selgitusi.

Ookeani vee pinnal (või selle läheduses) ei saanud elu tekkida, kuna neil kaugetel aegadel oli Kuu Maale palju lähemal kui praegu. Hiidlained pidid olema väga kõrged, suured hävitav jõud. Protobiondid lihtsalt ei saanud sellistes tingimustes tekkida.

Tugeva ultraviolettkiirguse mõjul osoonikihi puudumise tõttu ei saanud protobiondid samuti eksisteerida. See viitab sellele, et elu võib tekkida ainult veesambas.

Eritingimuste tõttu võis elu tekkida ainult primaarse ookeani vees, kuid mitte pinnal, vaid põhjas püriidi ja apatiidi kristallide pindadele adsorbeeritud õhukestes orgaanilise aine kiledes, ilmselt geotermiliste allikate läheduses. Sellest ajast alates on kindlaks tehtud, et vulkaanipursete saadustes tekivad orgaanilised ühendid ja vulkaaniline tegevus ookeani all oli iidsetel aegadel väga aktiivne. Vanas ookeanis ei olnud lahustunud hapnikku, mis oleks võimeline orgaanilisi ühendeid oksüdeerima.

Tänapäeval arvatakse, et protobiondid olid RNA molekulid, kuid mitte DNA, kuna on tõestatud, et evolutsiooniprotsess läks RNA-st valguks ja seejärel DNA molekuli moodustumiseni, milles S-N ühendus olid tugevamad kui RNA C-OH sidemed. Siiski on selge, et RNA molekulid ei saanud tekkida sujuva evolutsioonilise arengu tulemusena. Tõenäoliselt toimus hüpe kõigi mateeria iseorganiseerumise tunnustega, mille mehhanism pole praegu selge.

Primaarset biosfääri veesambas esindas tõenäoliselt rikkalik funktsionaalne mitmekesisus. Ja elu esmakordne ilmumine oleks pidanud toimuma mitte ühegi organismitüübi, vaid organismide terviku kujul. Paljud esmased biotsenoosid oleksid pidanud kohe ilmnema. Need koosnesid kõige lihtsamatest üherakulistest organismidest, mis olid võimelised eranditult täitma kõiki elusaine funktsioone biosfääris.

Need kõige lihtsamad organismid olid heterotroofid (toitusid valmis orgaanilistest ühenditest), olid prokarüootid (ilma tuumata organismid), anaeroobid (kasutasid energiaallikana pärmi kääritamist).

Sest erilised omadused süsiniku elu tekkis just sellel alusel. Kuid ükski tänapäevane teave ei ole vastuolus elu tekkimise võimalusega mitte ainult süsiniku baasil.

Mõned tulevikusuunad elu tekke uurimisel

21. sajandil Elu tekkeprobleemi selgitamiseks näitavad teadlased suurenenud huvi kahe objekti vastu - Jupiteri kuule avati 1610. aastal G. Galileo. See asub Maast 671 000 km kaugusel. Selle läbimõõt on 3100 km. See on kaetud paljude kilomeetrite jääga. Jääkatte all on aga ookean ja see võis säilitada iidse elu lihtsamaid vorme.

Teine objekt - ida järv, mida nimetatakse reliktide reservuaariks. See asub Antarktikas neljakilomeetrise jääkihi all. Meie teadlased avastasid selle süvamere puurimise tulemusena. Praegu on väljatöötamisel rahvusvaheline programm, mille eesmärk on tungida selle järve vetesse, rikkumata selle reliktse puhtust. Võimalik, et seal leidub mitme miljoni aasta vanuseid reliikvia organisme.

Huvi on samuti suur Rumeeniast avastati koobas valgusele juurdepääsuta. Selle koopa sissepääsu puurides avastasid nad pimedate elusorganismide, näiteks mikroorganismidest toituvate putukate olemasolu. Need mikroorganismid kasutavad oma olemasoluks selle koopa põhjast pärit vesiniksulfiidi sisaldavaid anorgaanilisi ühendeid. Selles koopas pole valgust, kuid vett on.

Erilist huvi pakuvad mikroorganismid, hiljuti avastasid Ameerika teadlased uuringus üks soolajärvedest. Need mikroorganismid on erakordselt vastupidavad keskkonnale. Nad võivad elada isegi puhtalt arseeni keskkonnas.

Suurt tähelepanu tõmbavad ka nn mustades suitsetajates elavad organismid (joonis 2.1).

Riis. 2.1. Ookeanipõhja "mustad suitsetajad" (kuuma vee joad on näidatud nooltega)

"Mustad suitsetajad" on arvukad hüdrotermilised ventilatsiooniavad, mis töötavad ookeanide põhjas ja on piiratud ookeani keskaheliku aksiaalsete osadega. Neist ookeanidesse kõrge rõhu all 250 atm. väga mineraliseerunud kuum vesi(350 °C). Nende panus Maa soojusvoosse on umbes 20%.

Ookeani hüdrotermilised õhuavad kannavad ookeani maakoorest lahustunud elemente ookeanidesse, muutes maakoort ja andes väga olulise panuse keemiline koostis ookeanid. Koos ookeanilise maakoore tekke tsükliga ookeaniharjadel ja selle taaskasutamisega vahevöösse kujutab hüdrotermiline muutmine endast kaheastmelist süsteemi elementide ülekandmiseks vahevöö ja ookeanide vahel. Vahevöösse taaskasutatud ookeaniline maakoor on ilmselt vastutav osa vahevöö ebahomogeensusest.

Ookeani keskharjade hüdrotermilised tuulutusavad on koduks ebatavalistele bioloogilistele kooslustele, mis saavad oma energia hüdrotermiliste vedelike ühendite lagunemisest (jugamust).

Ookeanilises maakoores on ilmselt biosfääri sügavaimad osad, mis ulatuvad 2500 m sügavusele.

Hüdrotermilised allikad annavad olulise panuse Maa soojusbilansi. Keskmiste harjade all on vahevöö pinnale kõige lähemal. Merevesi tungib läbi pragude ookeanilise maapõue märkimisväärsele sügavusele, soojendatakse soojusjuhtivuse tõttu mantlisoojuse toimel ja koondub magmakambritesse.

Eespool loetletud "eriliste" objektide põhjalik uurimine viib teadlased kahtlemata objektiivsema arusaamani meie planeedi elu tekke ja selle biosfääri kujunemise probleemist.

Siiski tuleb märkida, et siiani pole katseliselt elu olnud võimalik saada.

Teadusajakirjad püüavad teatavasti mitte vastu võtta avaldamiseks artikleid, mis on pühendatud probleemidele, mis köidavad kõigi tähelepanu, kuid millel puudub selge lahendus – tõsine füüsikaalane väljaanne ei avalda igiliikuri projekti. See teema oli elu tekkimine Maal. Küsimus eluslooduse tekkest, inimese välimusest on mõtlevaid inimesi muretsenud juba mitu aastatuhandet ja ainult kreatsionistid, kõige jumaliku päritolu pooldajad, on leidnud enda jaoks ühemõttelise vastuse, kuid see teooria ei ole teaduslik, sest ei kuulu kontrollimisele.

Vanarahva vaated

Vana-Hiina ja India käsikirjad räägivad elusolendite ilmumisest veest ja mädanenud jäänustest, amfiibsete olendite sünnist suurte jõgede mudastel ladestutel on kirjas Vana-Egiptuse hieroglüüfid ja Vana-Babüloni kiilkiri. Hüpoteesid elu tekkest Maal spontaanse genereerimise kaudu olid kauge mineviku tarkadele ilmsed.

Muistsed filosoofid tõid näiteid ka loomade ilmumisest elutust ainest, kuid nende teoreetilised põhjendused olid teist laadi: materialistlikud ja idealistlikud. Demokritos (460-370 eKr) leidis elu tekkimise põhjuse väikseimate, igaveste ja jagamatute osakeste - aatomite - erilises vastasmõjus. Platon (428-347 eKr) ja Aristoteles (384-322 eKr) selgitasid elu tekkimist Maal kõrgema printsiibi imelise mõjuga elutule ainele, mis sisendab hinge loodusobjektidesse.

Idee olemasolust a elujõud”, mis aitas kaasa elusolendite tekkele, osutus väga püsivaks. See kujundas paljude keskajal ja hiljem kuni aastani elanud teadlaste seisukohad elu tekke kohta Maal. XIX lõpus sajandil.

Spontaanse genereerimise teooria

Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723) muutis mikroskoobi leiutamisega enda avastatud väikseimad mikroorganismid peamiseks vaidlusobjektiks teadlaste vahel, kes jagasid kahte peamist teooriat elu tekke kohta Maal - biogeneesi ja abiogeneesi. Esimene uskus, et kõik elusolendid võivad olla ainult elusolendite saadus, teised uskusid, et orgaanilise aine spontaanne teke eritingimustesse paigutatud lahustes on võimalik. Selle vaidluse olemus pole siiani muutunud.

Mõnede loodusteadlaste katsed tõestasid kõige lihtsamate mikroorganismide spontaanse tekke võimalust, biogeneesi pooldajad eitasid sellist võimalust täielikult. Louis Pasteur (1822-1895) rangelt teaduslikud meetodid, tõestas oma katsete suure õigsusega õhu kaudu leviva ja elusaid baktereid tekitava müütilise elujõu puudumist. Küll aga tunnistas ta oma töödes spontaanse genereerimise võimalust mingites eritingimustes, mida pidid välja selgitama tulevaste põlvkondade teadlased.

Evolutsiooniteooria

Suure Charles Darwini (1809–1882) teosed kõigutasid paljude loodusteaduste alustalasid. Tema kuulutatud tohutu hulga bioloogiliste liikide tekkimine ühest ühisest esivanemast muutis taas elu tekke Maal teaduse kõige olulisemaks küsimuseks. Loodusliku valiku teoorial oli algul raskusi oma toetajate leidmisega ja nüüd tabavad seda kriitilised rünnakud, mis tunduvad üsna mõistlikud, kuid tänapäevaste loodusteaduste aluseks on darvinism.

Pärast Darwinit ei saanud bioloogia Maa elu tekkimist samadelt positsioonidelt käsitleda. Paljude bioloogiateaduste harude teadlased olid veendunud organismide evolutsioonilise arengutee tõesuses. Muudame palju kaasaegsed vaatedühisel esivanemal, mille Darwin asetas Elupuu juure, kuid üldkontseptsiooni tõde on vankumatu.

Püsiseisundi teooria

Bakterite ja teiste mikroorganismide spontaanse genereerimise laboratoorsel ümberlükkamisel, raku keerulise biokeemilise struktuuri teadvustamisel koos darvinismi ideedega avaldas erilist mõju tekkimisele. alternatiive teooria elu tekke kohta Maal. 1880. aastal pakkus ühe uutest kohtuotsustest välja William Preyer (1841–1897). Ta uskus, et elu sünnist meie planeedil pole vaja rääkida, kuna see eksisteerib igavesti ja sellel ei olnud algust kui sellist, see on muutumatu ja pidevalt valmis uuestisünniks mis tahes sobivates tingimustes.

Preyeri ja tema järgijate ideed pakuvad vaid puhtajaloolist ja filosoofilist huvi, sest tulevikus arvutasid astronoomid ja füüsikud planeedisüsteemide lõpliku olemasolu termineid, fikseerisid universumi pideva, kuid püsiva paisumise, s.t. see ei olnud kunagi kumbki. igavene või püsiv.

Soov pidada maailma üheks globaalseks elusolendiks kordas Venemaa suure teadlase ja filosoofi Vladimir Ivanovitš Vernadski (1863-1945) seisukohti, kellel oli ka oma ettekujutus elu tekkest Maal. See põhines arusaamal elust kui Universumi, kosmose lahutamatust tunnusest. Vernadski sõnul kõneles elu geoloogilisest igavikulisusest asjaolu, et teadus ei suutnud leida kihte, mis ei sisaldanud jälgi orgaanilistest ainetest. Üheks viisiks, kuidas elu noorel planeedil tekkis, nimetas Vernadsky oma kontakte kosmoseobjektidega - komeetide, asteroidide ja meteoriitidega. Siin ühineb tema teooria teise versiooniga, mis seletas elu tekkimist Maal panspermia meetodil.

Elu häll on kosmos

Panspermia (kreeka keeles - "seemnesegu", "seemned kõikjal") peab elu mateeria põhiomaduseks ega selgita, kuidas see tekib, vaid nimetab kosmost pinnale langevate elu mikroobide allikaks. taevakehad nende "idanemiseks" sobivate tingimustega.

Panspermia põhimõistete esmamainimise võib leida Vana-Kreeka filosoofi Anaxagorase (500-428 eKr) kirjutistest ning 18. sajandil rääkis sellest prantsuse diplomaat ja geoloog Benoit de Maillet (1656-1738). Need ideed taaselustasid Svante August Arrhenius (1859-1927), Lord Kelvin William Thomson (1824-1907) ja Hermann von Helmholtz (1821-1894).

Kosmilise kiirguse julma mõju elusorganismidele ja planeetidevahelise ruumi temperatuuritingimuste uurimine muutis sellised hüpoteesid elu tekke kohta Maal ebaoluliseks, kuid kosmoseajastu algusega kasvas huvi panspermia vastu.

1973. aastal pakkus Nobeli preemia laureaat Francis Crick (1916–2004) välja molekulaarsete elussüsteemide maavälised tootmise ja nende sisenemise Maale meteoriitide ja komeetidega. Samas hindas ta abiogeneesi tõenäosust meie planeedil väga madalaks. Elu tekkimine ja areng Maal orgaanilise aine isekogunemise meetodil kõrge tase väljapaistev teadlane ei arvestanud tegelikkusega.

Kivistunud bioloogilisi struktuure on leitud meteoriitidest üle kogu planeedi, sarnaseid jälgi on leitud Kuult ja Marsilt toodud mullaproovidest. Teisest küljest tehakse arvukalt katseid biostruktuuride töötlemisel mõjude poolt, mis on võimalikud nende viibimisel avakosmoses ja Maa atmosfääriga sarnase atmosfääri läbimisel.

2006. aastal viidi Deep Impact missiooni raames läbi oluline eksperiment. Komeeti Tempel rammis spetsiaalne sond-löögiseade, mille vabastas automaatne seade. Kokkupõrke tagajärjel vabanenud komeedi aine analüüs näitas vee ja erinevate orgaaniliste ühendite esinemist selles.

Järeldus: Panspermia teooria on selle loomisest alates oluliselt muutunud. Kaasaegne teadus tõlgendab teisiti neid elu põhielemente, mida kosmoseobjektid võiksid meie noorele planeedile toimetada. Teadusuuringud ja katsed tõestavad elusrakkude elujõulisust planeetidevahelise reisimise tingimustes. Kõik see muudab mõtte maise elu maavälisest päritolust asjakohaseks. Peamised mõisted elu tekke kohta Maal on teooriad, millesse panspermia sisaldub või kuidas põhiosa või viisina toimetada Maale komponente elusaine loomiseks.

Oparin-Haldane'i biokeemilise evolutsiooni teooria

Idee elusorganismide spontaansest genereerimisest anorgaanilistest ainetest on alati jäänud peaaegu ainsaks alternatiiviks kreatsionismile ja 1924. aastal ilmus 70-leheküljeline monograafia, mis andis sellele ideele hästi arenenud ja põhjendatud teooria tugevuse. Selle teose nimi oli "Elu päritolu", selle autor oli vene teadlane - Aleksandr Ivanovitš Oparin (1894-1980). 1929. aastal, kui Oparini teoseid polnud veel inglise keelde tõlgitud, väljendas sarnaseid arusaamu elu tekkest Maal inglise bioloog John Haldane (1860-1936).

Oparin oletas, et kui noore planeedi Maa primitiivne atmosfäär väheneb (st ei sisalda hapnikku), võib võimas energiapuhang (nagu välk või ultraviolettkiirgus) soodustada orgaaniliste ühendite sünteesi anorgaanilisest ainest. Tulevikus võivad sellised molekulid moodustada trombe ja kobaraid - koacerveerivad tilgad, mis on protoorganismid, mille ümber moodustuvad vesisärgid - membraani-kesta alged, tekib kihistumine, tekitades laengu erinevust, mis tähendab, et liikumine on ainevahetuse algus, ainevahetuse alged jne. Koatservaate peeti aluseks evolutsiooniprotsesside käivitamisel, mis viisid esimeste eluvormide tekkeni.

Haldane tutvustas mõistet "ürgne supp" - esialgne maapealne ookean, millest sai tohutu keemialabor, mis oli ühendatud võimsa jõuallikaga - päikesevalgusega. Süsinikdioksiidi, ammoniaagi ja ultraviolettkiirguse kombinatsiooni tulemuseks oli orgaaniliste monomeeride ja polümeeride kontsentreeritud populatsioon. Seejärel olid sellised moodustised seotud lipiidmembraani ilmumisega nende ümber ja nende areng viis elusraku moodustumiseni.

Elu tekke peamised etapid Maal (Oparin-Haldane'i järgi)

Universumi energiahulgast tekkimise teooria kohaselt, Suur pauk toimus umbes 14 miljardit aastat tagasi ja umbes 4,6 miljardit aastat tagasi viidi lõpule Päikesesüsteemi planeetide loomine.

Noor Maa, järk-järgult jahtudes, omandas tahke kesta, mille ümber toimus atmosfääri teke. Primaarne atmosfäär sisaldas veeauru ja gaase, mis hiljem olid orgaanilise sünteesi tooraineks: süsinikmonooksiid ja -dioksiid, vesiniksulfiid, metaan, ammoniaak ja tsüaniidühendid.

Jäätunud vett sisaldavate kosmoseobjektide pommitamine ja veeauru kondenseerumine atmosfääris viis Maailma ookeani tekkeni, milles lahustusid erinevad keemilised ühendid. Võimsate äikesetormidega kaasnes atmosfääri teke, millest tungis läbi tugev ultraviolettkiirgus. Sellistes tingimustes toimus aminohapete, suhkrute ja muude lihtsate orgaaniliste ainete süntees.

Maa eksisteerimise esimese miljardi aasta lõpus algas lihtsaimate monomeeride polümerisatsiooniprotsess vees valkudeks (polüpeptiidideks) ja nukleiinhapeteks (polünukleotiidideks). Nad hakkasid moodustama prebioloogilisi ühendeid - koatservaate (koos tuuma, ainevahetuse ja membraaniga).

3,5-3 miljardit aastat eKr - isepaljunemise, reguleeritud ainevahetusega, muutuva läbilaskvusega membraaniga protobiontide moodustumise staadium.

3 miljardit aastat eKr e. - rakuliste organismide, nukleiinhapete, primaarsete bakterite tekkimine, bioloogilise evolutsiooni algus.

Eksperimentaalsed tõendid Oparin-Haldane'i hüpoteesi kohta

Paljud teadlased hindasid positiivselt abiogeneesil põhinevaid põhikontseptsioone Maa elu tekke kohta, kuigi algusest peale leidsid nad Oparin-Haldane'i teoorias kitsaskohti ja ebakõlasid. IN erinevad riigid algas töö hüpoteesi testuuringute läbiviimiseks, millest kuulsaim on klassikaline eksperiment, mille viisid läbi 1953. aastal Ameerika teadlased Stanley Milleri (1930-2007) ja Harold Urey (1893-1981).

Katse sisuks oli simuleerida laboris varajase Maa tingimusi, milles võis toimuda kõige lihtsamate orgaaniliste ühendite süntees. Seadmes ringlev gaasisegu oli koostiselt sarnane Maa primaarse atmosfääriga. Seadme disain võimaldas imiteerida vulkaanilist tegevust ning segu läbinud elektrilahendused tekitasid välgu efekti.

Pärast nädalast segu ringlemist süsteemis täheldati kümnendiku süsiniku üleminekut orgaanilisteks ühenditeks, leiti aminohappeid, suhkruid, lipiide ja aminohapetele eelnevaid ühendeid. Korduvad ja muudetud katsed kinnitasid täielikult abiogeneesi võimalust varajase Maa simuleeritud tingimustes. Järgnevatel aastatel tehti korduvaid katseid teistes laborites. Vulkaaniheite võimaliku komponendina lisati gaasisegu koostisesse vesiniksulfiidi ja tehti muid mittedrastilisi muudatusi. Enamasti oli orgaaniliste ühendite sünteesikatse edukas, kuigi katsed minna kaugemale ja saada elusraku koostisele lähenevaid keerukamaid elemente ebaõnnestusid.

RNA maailm

20. sajandi lõpuks said paljud teadlased, kes ei lakanud huvi tundmast Maa elu tekke probleemi vastu, selgeks, et teoreetiliste konstruktsioonide harmoonia ja selge eksperimentaalse kinnituse jaoks on Oparin-Haldane'i teoorial ilmne. , võib-olla ületamatud vead. Peamine neist oli võimatus seletada elusorganismi määravate omaduste ilmnemist protobiontides - paljuneda pärilike tunnuste säilimisega. Geneetika avastamisega rakustruktuurid, DNA funktsiooni ja struktuuri määratlemisega, mikrobioloogia arenguga tekkis uus kandidaat esimese elu molekuli rolli.

Neist sai ribonukleiinhappe molekul – RNA. See makromolekul, mis on osa kõigist elusrakkudest, on nukleotiidide ahel - kõige lihtsamad orgaanilised lülid, mis koosneb lämmastikuaatomitest, monosahhariidist - riboosist ja fosfaatrühmast. Just nukleotiidide järjestus on päriliku teabe kood ja näiteks viiruste puhul mängib RNA seda rolli, mida mängib keerulistes rakustruktuurides DNA.

Lisaks on teadlased avastanud mõnede RNA molekulide ainulaadse võime katkestada teisi ahelaid või liimida üksikuid RNA elemente ning mõned täidavad autokatalüsaatori rolli – st aitavad kaasa kiirele enesepaljunemisele. Suhteliselt väike suurus RNA makromolekulid ja selle lihtsustatud, DNA-ga võrreldes struktuur (üheks ahelaks) muutis ribonukleiinhappe peamiseks kandidaadiks prebioloogiliste süsteemide põhielemendi rolli.

Viimase uue teooria elusaine päritolu kohta planeedil sõnastas 1986. aastal Walter Gilbert (sünd. 1932), Ameerika füüsik, mikrobioloog ja biokeemik. Mitte kõik eksperdid ei nõustunud selle seisukohaga elu tekke kohta Maal. Lühidalt "RNA maailmaks" nimetatud meie planeedi prebioloogilise maailma struktuuri teooria ei suuda vastata lihtsale küsimusele, kuidas ilmus esimene soovitud omadustega RNA molekul, isegi kui planeedis oli tohutul hulgal "ehitusmaterjali". nukleotiidide vorm jne.

PAH maailm

Simon Nicholas Platts püüdis vastust leida 2004. aasta mais ja 2006. aastal teadlaste rühm eesotsas Pascal Ehrenfreundiga. Nagu lähtematerjal katalüütiliste omadustega RNA-de jaoks on pakutud polüaromaatseid süsivesinikke.

PAH-ide maailm põhines nende ühendite suurel arvukul nähtavas ruumis (neid esines ilmselt noore Maa "ürgsupis") ja nende rõngakujulise struktuuri iseärasusi, mis aitab kaasa kiirele ühendusele lämmastikuga. alused – RNA põhikomponendid. PAH-teooria räägib taas mõne panspermia sätte aktuaalsusest.

Ainulaadne elu ainulaadsel planeedil

Kuni teadlastel pole võimalust minna tagasi 3 miljardi aasta tagusesse aega, ei paljastata meie planeedi elu tekke saladust – paljud selle probleemiga tegelejad jõuavad sellele järeldusele. Peamised mõisted elu tekke kohta Maal on: abiogeneesi teooria ja panspermia teooria. Nad võivad ristuda mitmel viisil, kuid tõenäoliselt ei saa nad vastata: kuidas tohutu kosmose seas üllatavalt täpne paistis. tasakaalustatud süsteem Maalt ja selle satelliidilt - Kuult, kuidas elu sellel tekkis ...