Происхождение и сущность жизни




Скачать 214.32 Kb.
Дата19.07.2016
Размер214.32 Kb.
Тема 1. ВВЕДЕНИЕ В БИОЛОГИЮ.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ И СУЩНОСТЬ ЖИЗНИ

1. Предмет биологии.

2. Биология как система наук.

3. Краткий исторический очерк.

4. Теории возникновения жизни.

5. Сущность и субстрат жизни.



1. Предмет биологии

Термин биология был введен в 1802 г. Ж.Б. Ламарком. Биология – это совокупность наук о живой природе. Предметом биологии являются все проявления жизни: строение и функции, происхождение и развитие, распространение и многое другое. Общая биология изучает общие закономерности развития живой природы, раскрывающие сущность жизни, ее формы и развитие.

По классическому определению Ф.Энгельса жизнь – «это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ, прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка». Современные определения жизни основаны на достижениях биологии 20 века, они глубоко материалистичны, хотя не сводят жизнь только к физико-химическим закономерностям, свойственным неживой природе. Только живая природа на нашей планеты обладает способностью к матричному синтезу ДНК, обмену веществ и прогрессивной эволюции. Живое на нашей планете возникло из неживого, поскольку оно энергетически выгоднее. По сравнению с неживой природой живое можно рассматривать как форму движения материи более высокого уровня.

Биология в начале своего развития решала чисто описательные задачи, но затем обратилась к изучению механизмов функционирования живого. В биологии живых организмов можно обнаружить множество чисто физических явлений: циркуляция крови, давление, проведение нервных импульсов, оптические свойства глаза. Понять эти процессы, можно только используя знания точных наук – физики и химии.

У всех живых существ можно обнаружить множество общих черт. Самое общее то, что они состоят из клеток. Каждая клетка является сложной саморегулирующейся химической «лабораторией».

Большую роль в жизнедеятельности клетки и организма играют ферменты, которые облегчают протекание химических реакций. Благодаря действию ферментов, в химических процессах не нарушается ни один из физических законов. Знание химии необходимо для понимания тонких процессов, протекающих на клеточном уровне.

Современная биология пользуется не только законами физических и химических наук, но и их методами. В частности, для анализа сложных, многоступенчатых биохимических процессов используется метод меченых атомов. В качестве таких меток выступают изотопы. Изучая биологические процессы, нельзя забывать, что все тела состоят из атомов, поэтому большой вклад в понимание тонких клеточных механизмов вносит атомная физика.

Такое взаимодействие и взаимопроникновение наук взаимовыгодно. В частности, именно биология помогла физике открыть закон сохранения энергии (первый закон термодинамики). Н.Майер (и Г.Гельмгольц) установил этот закон при излучении количества тепла, выделяемого и поглощаемого живым организмом.



2. Биология как система наук

Современная биология представляет собой систему наук о живой природе. Общие закономерности развития живой природы, раскрывающие сущность жизни, ее формы и развитие, рассматривает общая биология. Объектами изучения биологии являются животные, растения, вирусы и др. жизненные формы. По принципу объекта изучения выделяются соответствующие специальные науки: зоология, ботаника, вирусология, микология, альгология. Каждая из таких наук изучает названные группы организмов. В свою очередь каждая из этих наук подразделяется на не сколько более мелких биологических наук в соответствии с объектами их изучения.

Биологическими науками, изучающими царство растений, являются: ботаника, альгология – наука о водорослях, бриология – наука о мхах и т. Д.

К зоологическим наукам относятсяпротозоология – учение о простейших, гельминтология – учение о паразитических червях, арахнология – о паукообразных, энтомология – о насекомых, мирмекология – о муравьях и т.д. Классификацией живых существ занимается систематика.

Ряд биологических наук изучает морфологию, т.е. строение организмов, другие – физиологию, т.е. процессы, протекающие в живых организмах и обмен веществ между организмами и окружающей средой. К морфологическим наукам относятся: анатомия, изучающая макроскопическую организацию животных и растений, и гистология – наука о тканях и микроскопическом строении тела. Многие общебиологические закономерности являются предметом изучения цитологии, эмбриологии, геронтологии, генетики, экологии, дарвинизма.

Цитология – наука о клетке. Благодаря применению электронного микроскопа, новейших физических и химических методов исследований современная цитология изучает строение и жизнедеятельность клетки не только на микроскопическом, но и на субмикроскопическом уровне.

Экология – наука, изучающая взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой. Еще не так давно экология подразделялась на экологию растений и экологию животных, в настоящее время экология развивается в трех направлениях: аутэкология – экология особи, синэкология – экология экосистем и динамика популяций, которая изучает экологические процессы в популяциях.

3. Краткий исторический очерк

История биологии началась в странах Средиземноморья в Древнем Египте и Древней Греции. Основы биологических знаний были заложены Аристотелем.

В средние века развитие биологии было сопряжено с развитием медицины. Вскрытие человеческого тела было запрещено, к человеку применялась анатомия животных: обезьяны или свиньи, это была анатомия Галена. Анатомия человека впервые была описана в труде Везалия в 1543 году, это проторило дорогу великим открытиям.

Постепенно человечество накапливало опыт лечения травами. Эти знания требовали систематизации, так появились первые травники и первая попытка классификации растений, ее автором был Чезальпино (1583 г.). Учение о кровообращении было разработано в 1628 году Гарвеем, в своем учении он использовал законы гидравлики – науки о физических свойствах жидкостей. В 1666-1675 гг. появляются работы Гука и Мальпиги по анатомии растений, появляются попытки систематизации растительного мира. Дж. Рей описал свыше 18 тыс. видов растений, сгруппировав их в 19 классов; появляется классификация позвоночных по анатомо-физиологическим признакам.

В 1735 году К. Линнеем была разработана система природы, пронизанная духом креационизма. Линнеевская система природы базировалась на идее изначальной сотворенности и неизменности мира. Из этой системы мы до сих пор пользуемся бинарной номенклатурой.

В 1770 году швейцарский ученый Шарль Бонне (1720-1793) были открыты окаменелости, доказавшие, что на нашей планете некогда существовали виды ныне вымершие. Спустя 20 лет английский топограф Уильям Смит (1769-1839) обнаружил ископаемые останки и в отложениях горных. Биология стала интенсивно развиваться в этом направлении, в 1800 году французский натуралист Жорж Кювье (1769-1832) исследовав эти окаменелости, пришел к заключению, что они принадлежат как существующим ныне, так и вымершим животным и растениям.

Кельрейтер опытами по гибридизации в 1761 году доказал наличие пола у растений.

Сенебье в 1782 году установил, что растения на свету из углекислого газа и воды способны синтезировать органические вещества и выделять в атмосферу кислород.

В конце 18 века Спалланцани доказал, что самозарождение организмов невозможно. Уже со второй половины 18 века начала 19 века все настойчивее выражается идея исторического развития живой природы.

В начале 19 века французский натуралист Жан-Батист де Ламарк (в 1809 году) предъявил научной общественности первую научную теорию эволюции. Идеи, лежавшие в ее основе были ошибочными. Ламарк, говоря современным языком, сформулировал идею наследования благоприобретенных свойств. Возникновение идеи, скорее всего, было простимулировано открытием европейцами жирафа, воспринятого в тот период как сенсация. Ламарк полагал, что жираф произошел из обычного вида антилоп, кормившихся листьями с деревьев и постоянно вытягивавших шею за листьями все выше и выше. По Ламарку в течение всей жизни у такой антилопы должны были удлиняться ноги, шея и язык, а вновь приобретенные полезные признаки должны переходить к потомкам. Так, через много поколений, антилопа превратилась в жирафа.

Эволюционные идеи Ламарка, высказанные в 1809 году, успеха не имели и критиковались многими учеными. В их числе критиков ламаркизма был и Кювье, основоположник сравнительной анатомии и палеонтологии, в 1812 году им была разработана теория катастроф. К.Вольф и К.М.Бэр своими эмбриологическими исследованиями подтвердили идею развития. Клеточная теория Шлейдена и Шванна (1839) сыграла огромную роль в понимании единства органического мира.

Немецкий биолог Август Вейсман (1834-1914) экспериментальным путем доказал несостоятельность основной идеи Ламарка. Он отрезал хвосты многим поколениям мышей, но потомство у них всегда рождалось хвостатым. Вейсман в 1883 году также доказал, что половые клетки – яйцеклетки и сперматозоиды закладываются еще в эмбриональном периоде и затем не изменяются в течение всей жизни. Это было сокрушительным ударом по ламаркизму, поскольку исключалась возможность передачи будущим поколениям изменений, происходящих в организме на всех этапах онтогенеза.

В середине 19 века Юстас Либих сформулировал принцип круговорота веществ в природе. В 1863 году И.М.Сеченовым были заложены основы материалистического понимания высшей нервной деятельности. Пастером была доказана невозможность самозарождения организмов, в 1892 году Ивановский открыл вирусы. Павловым И.П. было разработано учение об условных рефлексах.

Крупнейшим достижением 19 века было эволюционное учение Ч.Дарвина, изложенное им в труде «Происхождение видов» – 1859 год. В 1831 году Чарльз Дарвин отправился в плавание на военном корабле «Бигль», путешествие продолжалось 5 лет. Во время путешествия он собирал образцы встретившихся ему видов растений и животных, постоянно задаваясь вопросом их происхождения. После его возвращения прошло более 20 лет: прежде чем он решился опубликовать свою теорию. Он, безусловно, знал, что эволюционная теория выдвинет его на передний край борьбы в биологии и многократно убеждал себя в правильности сделанных выводов. Эго осторожность привела к тому, что к такому же заключению независимо от Дарвина пришел Альфред Уоллес; если бы не порядочность Уоллеса, официально признавшего приоритет Дарвина в открытии теории эволюции, неизвестно чье имя она бы сейчас носила.

В 1865 году Гр. Менделем были открыты законы наследственности, которые оставались незамеченными вплоть до 1900 года, когда они были вновь переоткрыты сразу несколькими учеными, так официально заявила о себе новая наука – генетика. В 1909 году Иогансеном были введены новые понятия – ген, генотип, фенотип. В 1910 году Т.Морганом и его учениками была разработана хромосомная теория наследственности.

В 20-30 годах нашего столетия в России была создана выдающаяся отечественная генетическая школа, пользовавшаяся огромным авторитетом во всем мире наиболее яркими ее представителями были Кольцов, С.С. Четвериков, Н.И. Вавилов и их многочисленные ученики. В дальнейшем в нашей стране развитие генетики шло тернистым путем, во второй трети ХХ века в Советском Союзе она была объявлена лженаукой, и представители отечественной генетической школы подвергались гонениям. Только с 60 годов справедливость была восстановлена и генетика в России стала бурно развиваться. В настоящее время отечественная генетическая школа получила признание во всем мире.

В 1944 году было установлено, что носителями генетической информации являются молекулы ДНК. В 1953 году Дж.Уотсоном и Ф.Криком была расшифрована структура ДНК и генетического кода. Позднее это привело к развитию генетической инженерии и биотехнологии.

В 20 веке бурно развивалась эволюционная теория. Большой вклад внесли в нее работы Ковалевского (теория зародышевых листков) и Мечникова. В 20-30 гг. была вскрыта роль мутационного процесса в эволюции, это позволило разработать синтетическую теорию эволюции, развивающую дарвинизм. Большую роль при этом сыграли работы С.С. Четверикова, Дж. Холдейна, Райта. Большое значение для развития эволюционной теории имело учение Шмальгаузена о микроэволюции, макроэволюции и факторах эволюции.

Крупнейшим достижением 20 века является учение В.И. Вернадского о биосфере. Новое понимание мироздания принесло учение о ноосфере, разработанное В.И. Вернадским. В 20 веке были достигнуты большие успехи в области экологии. В 1942 году В.Н.Сукачевым были разработаны теоретические основы биогеоценологии. За рубежом в 1934-35 годах А. Тенсли разработал учение об экосистемах, а Ч.Элтон – основы экологии – науки о взаимосвязях организмов между собой и с окружающей средой.

Современная биология многогранна и включает широкий спектр наук о живой природе. Достижения биологии ХХ века отнюдь не исчерпываются фактами, изложенными в данной лекции.

Ваша задача дополнить лекционный материал достижениями современной биологии и составить представления о перспективах ее развития.

4. Теории возникновения жизни

Теории, касающиеся возникновения Земли, да и все Вселенной, разнообразны и далеко не достоверны. Согласно теории стационарного состояния, Вселенная существовала извечно. Согласно другим гипотезам, Вселенная могла возникнуть из сгустка нейтронов в результате «большого взрыва», родилась в одной из черных дыр или же была создана Творцом. Вопреки бытующим представлениям, наука не в состоянии опровергнуть идею о божественном сотворении первозданной Вселенной, так же как теологические (религиозные) взгляды не обязательно отвергают возможность того, что жизнь в процессе своего развития приобрела черты, объяснимые на основе законов природы.

Наиболее типичными для нашего времени являются следующие теории, объясняющие происхождение жизни на нашей планете:

1 – жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время – креационизм;

2 – жизнь возникала неоднократно из неживого вещества – самопроизвольное зарождение;

3 – жизнь существовала всегда – теория стационарного состояния;

4 – жизнь занесена на нашу планету извне – панспермия;

5 – жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам – биохимическая эволюция.



Креационизм. Согласно этой теории, жизнь возникла в результате какого-то сверхъестественного события в прошлом; ее придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религий (рекомендовать Божественная комедия – Алигьери Данте). В 1650 г. Архиепископ Ашер из г. Арма (Ирландия) вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 года до нашей эры и закончил свой труд 23 октября в 9 часов утра, создав человека. Ашер получил эту дату, сложив возрасты всех людей, упоминающихся в библейской генеалогии, - от Адама до Христа («кто кого родил»). С точки зрения арифметики это разумно, однако при этом получается, что Адам жил в то время, когда, как показывают археологические находки, на Ближнем Востоке существовала хорошо развитая городская цивилизация. Традиционное иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в Книге Бытия (1.1-26), вызывало и продолжает споры. Хотя все христиане признают, что Библия – это завет господа людям, по вопросу о длине «дня», упоминающегося в Книге Бытия, существуют разногласия. Некоторые считают, что мир и все населяющие его организмы были созданы за 6 дней продолжительностью по 24 часа. Они отвергают любые другие точки зрения и целиком полагаются на вдохновение, созерцание и божественное откровение. Другие христиане не относятся к Библии как к научной книге и считают, что в Книге Бытия изложено в понятной для людей всех времен форме теологическое откровение о сотворении всех живых существ всемогущим Творцом. Для них описание сотворения живых существ скорее относится к ответу на вопрос «почему?», а не «каким образом?» Если наука в поисках истины широко использует наблюдение и эксперимент, то богословие постигает истину через божественное откровение и веру (Библия, Христос, Дева Мария, Код да Винчи).

«Вера же есть осуществление ожидаемого и уверенность в невидимом… Верою осознаём, что вещи устроены словом Божьим, так что из невидимого произошло видимое» (послание к евреям, 11, 1-3).

Вера признает вещи, которым нет доказательств в научном смысле слова. Это означает, что логически не может быть противоречия между научным и богословским объяснением сотворения мира, так как эти две сферы мышления взаимно исключают одна другую. Для ученого научная истина всегда содержит элемент гипотезы, предварительности, но для верующего теологическая истина абсолютна.

Процесс божественного сотворения мира мыслится как имевший место лишь единожды и потому недоступный для наблюдения; этого достаточно, чтобы вынести всю концепцию божественного сотворения за рамки научного исследования. Наука занимается только теми явлениями, которые поддаются наблюдению, а поэтому она никогда не будет в состоянии ни доказать, ни отвергнуть эту концепцию.



Самопроизвольное (спонтанное) зарождение. Эта теория была распространена в древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель (384-322 гг. до н.э.), которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения. На основе собственных наблюдений он развивал эту теорию дальше, связывая все организмы в непрерывный ряд – «лестницу природы» (scala naturae). Согласно гипотезе Аристотеля о спонтанном зарождении, определенные «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.

С распространением христианства теория спонтанного зарождения жизни оказалась не в чести.

Ван Гельмонт (1577-1644), знаменитый ученый, описал эксперимент, в котором он за 3 недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мышей ван Гельмонт считал человеческий пот (какое упущение допустил ван Гельмонт в своем эксперименте?).

В 1688 г. Итальянский биолог и врач Франческо Реди, живший во Флоренции, подошел к проблеме возникновения жизни более строго и подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Реди установил, что маленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе – это личинки мух. Проведя ряд экспериментов, он получил данные, подтверждавшие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).

Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеи самозарождения, и хотя эта идея несколько отошла на задний план, она продолжала оставаться главной теорией в неклерикальной (не церковной) среде.

В то время как эксперименты Реди, казалось бы, опровергли спонтанное зарождение мух, первые микроскопические исследования Антона ванн Левенгука усилили эту теорию применительно к микроорганизмам. Сам Левенгук не вступал в споры между сторонниками биогенеза и спонтанного зарождения, однако его наблюдения под микроскопом давали пищу обеим теориям и в конце концов побудили других ученых поставить эксперименты для решения вопроса о возникновении жизни путем спонтанного зарождения.

Проводили опыты 1765 г. Ладзаро Спалланцани (мясные и овощные отвары – кипячение), в 1860 г. Луи Пастер, к тому времени известный микробиолог (решил проблемы шелководства и виноделия). В результате ряда экспериментов, в основе которых лежали методы Спалланцани, Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения.

Однако подтверждение теории биогенеза породило другую проблему. Коль скоро для возникновения живого организма необходим другой живой организм, то откуда же взялся самый первый живой организм? Только теория стационарного состояния не требует ответа на этот вопрос, а во всех других теориях подразумевается, что на какой-то стадии истории жизни произошел переход от неживого к живому.



Теория стационарного состояния. Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды также существовали всегда.

Оценки возраста Земли сильно варьировали – от примерно 6 000 лет по расчетам архиепископа Ашера до 5 000х106 лет по современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада. Более совершенные методы датирования дают все более высокие оценки возраста Земли, что позволяет сторонникам теории стационарного состояния полагать, что Земля существовала всегда. Согласно этой теории, виды существовали всегда и у каждого вида есть лишь две возможности – либо изменение численности, либо вымирание (а если все виды вымрут?).

Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводят в качестве примера представителя кистеперых рыб – латимерию. По палеонтологическим данным кистеперые рыбы вымерли в конце мелового периода, 70 млн. лет назад. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что, только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми остатками, можно делать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, ее немногочисленные сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков. Большая часть доводов в пользу этой теории связана с такими неясными аспектами эволюции, как значение разрывов в палеонтологической летописи, и она наиболее подробно разработана именно в этом направлении.

Теория панспермии. Эта теория выдвигает идею о внеземном происхождении, поэтому ее нельзя считать теорией возникновения жизни как таковой; она просто переносит проблему в какое-то другое место во Вселенной.

Теория панспермии утверждает, что жизнь могла возникнуть один или несколько раз в разное время и в разных частях Галактики или Вселенной. Для обоснования этой теории используются многократные появления НЛО, наскальные изображения предметов, похожих на ракеты и космонавтов (фрески Египта), а также сообщения якобы о встречах с инопланетянами. Советские и американские исследования в космосе позволяют считать, что вероятность обнаружить жизнь в пределах нашей Солнечной системы ничтожна, - однако они не дают никаких сведений о возможной жизни вне этой системы. При изучении материала комет и метеоритов в них обнаружены многие «предшественники живого» - такие вещества, как цианогены, синильная кислота и органические соединения, которые, возможно, сыграли роль «семян», падавших на голую Землю (сейчас рассуждают о возможной жизни на Марсе, ссылаются на отсутствие промежутка между человеком и обезьяной). Появился ряд сообщений о нахождении в метеоритах объектов, напоминающих примитивные формы жизни, однако доводы в пользу их биологической природы пока не кажутся ученым убедительными.



Биохимическая эволюция. Среди астрономов, геологов и биологов принято считать, что возраст Земли составляет примерно 4,5-5 млрд. лет.

В далеком прошлом состояние нашей планеты было мало похоже на сегодняшнее: по всей вероятности, температура ее поверхности была очень высокой (4000-8000 0С), и по мере того, как Земля остывала, углерод и более тугоплавкие металлы конденсировались и образовали земную кору; поверхность планеты была, вероятно, голой и неровной, т.к. на ней в результате вулканической активности, непрерывных подвижек коры и сжатия, вызванного охлаждением, происходило образование складок и разрывов. Атмосфера также отличалась: легкие газы (водород, гелий, азот, кислород и аргон) уходили из атмосферы, т.к. гравитационное поле нашей еще недостаточно плотной планеты не могло их удержать. До тех пор, пока температура Земли не упала ниже 100 0С, вся вода находилась в парообразном состоянии. Отсутствие в атмосфере кислорода было, вероятно, необходимым условием для возникновения жизни (лабораторные опыты показывают, что органические вещества (основа живых организмов) гораздо легче создаются в восстановительной среде, чем в атмосфере, богатой кислородом).

Первые признаки жизни на ней появились 3,8 млрд. лет назад. В первичной атмосфере под влиянием различных видов энергий из простейших соединений синтезировались молекулы аминокислот, сахаров, азотистых оснований, жирных кислот. Они концентрировались в растворе, где при участии минеральных и органических матриц происходило образование биополимеров – примитивных белков, нуклеиновых кислот. Эти полимеры объединялись затем в многомолекулярные комплексы с образованием фазовообособленных систем, способных взаимодействовать с внешней средой по типу открытых систем.

Прототипом таких систем в наше время являются коацерватные капли – смесь коллоидных частиц и микросфер, возникающих при растворении и последующей конденсации белков.

На стадии формирования таких структур уже имел место отбор, в ходе которого сохранялись только пригодные для выполнения биологических функций и обеспечивающие высокую степень выживания системы – это были пробионты. Эволюция пробионтов завершалась появлением примитивных организмов, обладавших генетическим и белоксинтезирующим аппаратами и способностью к обмену веществ.

Первые живые организмы были гетеротрофами, питавшимися органическими молекулами абиотического происхождения. Однако постепенно концентрация свободного органического вещества значительно уменьшилась, и преимущество получили организмы, способные синтезировать органику из неорганики. Таким путем около 2 млрд. лет назад возникли фотосинтезирующие клетки типа цианобактерий, способные использовать световую энергию для синтеза органических соединений из углекислого газа и воды. Они выделяли при этом кислород, который изменил состав первичной атмосферы Земли.



Жизнь, возникшая на Земле, изменила те условия, которые сделали возможным ее проявление.

В 1924-29 гг. Опариным была сформулирована гипотеза о возникновении жизни в результате длительной эволюции углеродных соединений, большой вклад в ее развитие внес Холдейн, в конечном итоге гипотеза приобрела статус научной теории. Теория Опарина-Холдейна до сих пор лежит в основе научных представлений о происхождении жизни.

По теории Опарина-Холдейна принято выделять 4 основных этапа становления жизни на нашей планете: 1- синтез низкомолекулярных органических соединений из газов первичной атмосферы; 2- полимеризация мономеров с образованием цепей белков и нуклеиновых кислот; 3- образование систем органических веществ, обособленных от внешней среды примитивными мембранами; 4- возникновение простейших клеток, обладающих свойствами живого, в том числе репродуктивным аппаратом, гарантирующим передачу дочерним клеткам всех химических и метаболических свойств родительских клеток.

Первые три этапа – химическая эволюция, четвертый – начало биологической. Живая материя на нашей планете построена из тех же элементов, что и неживая природа. По теории Опарина-Холдейна становление и развитие жизни обусловлено эволюцией молекул, имеющих в своей основе углеродный скелет в сторону их усложнения и упорядоченности с образованием комплексов молекулярных и надмолекулярных структур. Эти комплексы пространственно упорядочены, т.к. имеют строго определенную микроархитектуру. Помимо пространственной упорядоченности биосистемам свойственна временная упорядоченность, это обеспечивает строгую последовательность биохимических реакций и процессов в живых организмах.

В нашей саморегулирующейся системе жизнь возникла не случайно, а потому что живое энергетически выгоднее неживого.

Первые экспериментальные подтверждения теории Опарина-Холдейна были получены в 1953 году Миллером и Юри. Они воздействовали искровым разрядом на заключенную в колбу смесь из метана, аммиака и паров воды. Эта смесь, по мнению авторов, должна была в эксперименте имитировать состав первичной атмосферы Земли. В результате эксперимента в колбе был получен набор низкомолекулярных органических молекул. Так впервые была доказана возможность абиогенного синтеза органических соединений в системах, имитирующих предположительный состав первичной Земной атмосферы.



5. Сущность и субстрат жизни

Всеобщим методологическим подходом к пониманию сущности жизни в настоящее время является понимание жизни в качестве процесса, конечным результатом которого является самообновление, проявляющееся в самовоспроизведении. Все живое происходит только из живого, а всякая организация, присущая живому, возникает только из другой подобной организации. Следовательно, сущность жизни заключается в ее самовоспроизведении, в основе которого лежит координация физических и химических явлений и которое обеспечивается передачей генетической информации от поколений к поколениям. Именно эта информация обеспечивает самовоспроизведение и саморегуляцию живых существ. Поэтому жизнь – это качественно особая форма существования материи, связанная с воспроизведением. Явления жизни представляют собой форму движения материи, высшей по сравнению с физической и химической формами его существования.

Живое построено из тех же химических элементов, что и неживое (кислород, водород, углерод, азот, сера, фосфор, натрий, калий, кальций и др. элементы). В клетках они находятся в виде органических соединений. Однако организация и форма существования живого имеет специфические особенности, отличающие живое от предметов неживой природы.

В качестве субстрата жизни привлекают внимание нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и белки. Нуклеиновые кислоты – это сложные химические соединения, содержащие углерод, кислород, водород, азот и фосфор. ДНК является генетическим материалом клеток, определяет химическую специфичность генов. Под контролем ДНК идет синтез белков, в котором участвуют РНК.

Белки – это также сложные химические соединения, содержащие углерод, кислород, водород, азот, серу, фосфор. Молекулы белков характеризуются большими размерами, чрезвычайным разнообразием, которое создается аминокислотами, соединенными в полипептидных цепях в разном порядке. Большинство клеточных белков представлено ферментами. Они выступают также в роли структурных компонентов клетки. Каждая клетка содержит сотни разных белков, причем клетки того или иного типа обладают белками, свойственными только им.

Ни нуклеиновые кислоты, ни белки в отдельности не являются субстратами жизни. В настоящее время считают, что субстратом жизни являются нуклеопротеиды. Они входят в состав ядра и цитоплазмы клеток животных и растений. Из них построены хроматин (хромосомы) и рибосомы. Они обнаружены на протяжении всего органического мира – от вирусов до человека. Однако важно подчеркнуть, что нуклеопротеиды являются субстратом жизни лишь тогда, когда они находятся в клетке, функционируют и взаимодействуют там. Вне клеток они являются обычными химическими соединениями. Следовательно, жизнь есть, главным образом, функция взаимодействия нуклеиновых кислот и белков, а живым является то, что содержит самовоспроизводящую молекулярную систему в виде механизма воспроизводства нуклеиновых кислот и белков.

Как живое, так и неживое построены из молекул, которые изначально являются неживыми. Тем не менее, живое резко отличается от неживого. Причины этого различия определяются свойствами живого, а молекулы, содержащиеся в живых системах, называют биомолекулами.

Для живого характерен ряд свойств, которые в совокупности делают живое живым. Такими свойствами являются: самовоспроизведение, специфичность организации, упорядоченность структуры, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой.

В 1964 г. Наш соотечественник академик А.Н.Колмогоров, известный своими работами в области теории систем, сформулировал определение жизни, ставшее классическим: «Живые системы характеризуются непрерывными потоками вещества, энергии и информации, которые они способны воспринимать, хранить и перерабатывать».

С позиций теории систем любую, в том числе и биологическую, систему можно изучать в двух аспектах: в плане ее структуры; и в плане ее поведения. По своей структуре биосистемы, как правило, делятся на элементы (подсистемы), связанные между собой.

Поведение системы – эти фактически совокупность ее реакций в ответ на воздействия, поступающие из окружающей среды.

По структуре системы подразделяются на замкнутые, открытые и относительно изолированные. Замкнутые системы совершенно изолированы от окружающей среды, в них существует связь только между собственными элементами. В открытых системах – кроме внутренних связей имеются и внешние. В относительно изолированных системах также существуют внутренние и внешние связи. Внешние связи системы осуществляются либо через входы (сенсоры), либо через выходы (эффекторы).



Жизнь существует в виде открытых систем.

Академик В.А. Энгельгарт (1969), один из основоположников биоэнергетики, наш соотечественник, постулировал: «Коренное отличие живого от неживого выражается в способности живого создавать порядок из хаотического теплового движения молекул».


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница