Теорії походження життя - Біологія - Скачать бесплатно

Теорія спонтанного зародження Ця теорія була поширена в древньому Китаї, Вавілоне і Єгипті як альтернатива креационізму, з яким вона співіснувала. Аристотель (384 - 322 до , якого часто називають засновником біології, дотримувався теорії спонтанного зародження. На основі власних спостережень він розвивав цю теорію далі, зв'язуючи всі організми в безперервний ряд - «сходи природи» (scala naturae).

Цим твердженням Аристотель підтримав більш раннє висловлювання Емпедокла про органічну еволюцію. Згідно з гіпотезою Арістотеля про спонтанне зародження, певні «частки» речовини містять деякий «активний початок», який при відповідних умовах може створити живий організм. Аристотель був прав, вважаючи, що цей початок міститься в заплідненому яйці, але помилково вважав, що воно є в сонячному світлі, твані і гниючому м'ясі. З поширенням християнства теорія самозародження виявилася не в честі; її визнавали ті, хто вірив в чаклунство і т. п. Но ця ідея продовжувала існувати десь на задньому плані протягом ще багатьох віків.

Ван Гельмонт (1577 1644), вельми знаменитий і удачливий вчений, описав експеримент, в якому він ніби створив за дві тижні мишей. Для цього потрібні були брудна сорочка, темна шафа і жменя пшениці. Активним початком він вважав людський піт.

У 1688 р. італійський біолог і лікар Франчесько Реді, що жив у Флоренції, підійшов до проблеми виникнення життя більш суворо і піддав сумніву теорію спонтанного зародження. Реді встановив, що білі черв'ячки, що з'являються на гниючому м'ясі - личинки мух. Провівши ряд експериментів, він отримав дані, підтверджуючі думку про те, що життя може виникнути тільки з попереднього життя (концепція біогенеза).

Ці експерименти, однак, не призвели до відмови від ідеї самозародження, і хоч вона дещо відійшла на задній план, вона продовжувала залишатися головною теорією в неклерикальному середовищі.

У той час як експерименти Реді, здавалося б, спростували теорію спонтанного зародження, перші мікроскопічні дослідження Антоні ван Левенгука посилили цю теорію застосовно до мікроорганізмів. Сам Левенгук не вступав в спори між прихильниками біогенезу і спонтанного зародження, однак його спостереження під мікроскопом давали їжу обом теоріям і, зрештою, спонукали інші вчених поставити експерименти для розв'язання питання про виникнення життя шляхом спонтанного зародження.

У 1765 р. Ладзаро Спаланцані провів наступний досвід: піддавши м'ясні і овочеві відвари тривалому кип’ячінню, він відразу ж їх запечатав, а потім зняв з вогню. Досліджувавши рідини через декілька днів, Спаланцані не виявив ніяких ознак життя. З цього він зробив висновок, що висока температура вбила всі форми живих істот, і без них ніщо живе вже не могло виникнути.

У 1860 р. проблемою походження життя зайнявся Луї Пастер. До цього часу він вже багато що зробити в мікробіології зумів вирішити проблеми, що загрожували шелководству і виноробству. Він показав також, що бактерії всюдисущі і що неживі матеріалу легко можуть бути заражені ними, якщо їх належно не простерилизувати.

Внаслідок ряду експериментів, в основі яких лежали методи Спаланцані, Пастер довів справедливість теорії біогенезу і остаточно спростував теорію самозародження.

Однак підтвердження теорії біогенезу породило іншу проблему. Якщо для виникнення живого організму необхідний інший живий організм, то звідки ж узявся самий перший живий організм? Чи Було це первинним самозародженням?

Біохімічна еволюція Серед астрономів, геологів і біологів прийнято вважати, що вік Землі становить приблизно 4,5 - 5 млрд. років.

На думку багатьох біологів, в минулому стан нашої планети був малий схоже на сьогодняшній: ймовірно температура на поверхні була дуже високою (4000 - 8000С), і по мірі того, як Земля остигала, карбон і більше за тугоплавкі метали конденсувалися і утворили земну кору; поверхня планети була, ймовірно, голою і нерівною, оскільки на ній внаслідок вулканічної активності, переміщень і стиснень кори, викликаної охолоджуванням, відбувалося утворення складок і розривів.

Вважають, що гравітаційне поле ще недостатньо щільної планети не могло втримувати легкі гази: водень, кисень, азот, гелій і аргон, і вони йшли з атмосфери. Але прості з'єднання, що містять серед інших ці елементи (вода, аміак, CO2 і метан). Доти, поки температура Землі не впала нижче за 100°C, вся вода знаходилася в пароподібному стані. Атмосфера була, по видимому, «відновною», про що свідчить наявність в самих древніх породах металів у відновленій формі (наприклад, двовалентне залізо). Більш молоді породи містять метали в окисленій формі (Fe3+). Відсутність кисня, ймовірно, була необхідною умовою для виникнення життя; як показують лабораторні досліди, органічні речовини (основа життя) набагато легше утворяться в атмосфері бідній киснем.

У 1923р. А.І Опарін, виходячи з теоретичних міркувань, запропонував думку, що органічні речовини можливо вуглеводороди, могли створюватися в океані з більш простих сполук. Енергію для цих процесів постачала інтенсивна сонячна радіація, головним чином ультрафіолетове випромінювання, що падало на Землю до того, як утворилася куля озону, який став затримувати велику її частину. На думку Опаріна, різноманітність простих сполук, що знаходилися в океанах, площа поверхні Землі, доступність енергії і масштаби часу дозволяють передбачити, що в океанах поступово нагромадилися органічні речовини і утворився «первісний бульйон», в якому могло виникнути життя.

У 1953 р. Стенлі Мілер у ряді експериментів моделював умови, що приблизно існували на первісній Землі. У створеній ним установці йому вдалося синтезувати багато які речовини, що мають важливе біологічне значення, в тому числі ряд амінокислот, аденін і простий цукор, такий як рибоза. Після цього Орджел в Інституті Солка в схожому експерименті синтезував нуклеотидні ланцюга довжиною в шість мономірних одиниць (прості нуклеїнові кислоти).

Пізніше виникло припущення, що в первинній атмосфері у відносно високої концентрації містився двоокис вуглеводу. Нещодавні експерименти, проведені з використанням установки Мілера, в яку вмістили суміш CO2 і H2O, і тільки слідові кількості інших газів, дали такі ж результати, які отримав Мілер. Теорія Опаріна завоювала широке визнання, але вона не вирішує проблеми, пов'язані з переходом від складних органічних речовин до простих живих організмів. Саме в цьому аспекті теорія біохімічної еволюції представляє загальну схему, прийнятну для більшості біологів.

Опарін вважав, що вирішальна роль в перетворенні неживого в живе належала білкам. Завдяки амфотерності білків вони здібні до утворення колоїдних гідрофільних комплексів- притягають до себе молекули води, що створюють навколо них оболонку. Ці комплекси можуть відособлятися від водної фази, в якій вони суспендировані, і утворювати свого роду емульсію. Злиття таких комплексів один з одним призводить до відділення колоїдів від середовища - процес, званий коацервацієй. Багаті колоїдами коацервати, можливо, були здатні обмінюватися з навколишнім середовищем речовинами і виборче нагромаджувати різні сполуки, особливо кристалоїди. Колоїдний склад даного коацервату, очевидно, залежав від складу середовища. Різноманітність складу «бульйону» в різних місцях вела до відмінностей в складі коацерватів і постачала таким чином сировину для «біохімічного природного відбору».

Передбачається, що в самих коацерватах вхідні в їх склад речовини вступали в подальші хімічні реакції; при цьому відбувалося поглинання коацерватами іонів металів і утворення ферментів. На межі між коацерватами і середовищем шикувалися молекули ліпідів, що призводило до утворення примітивної клітинної мембрани, що забезпечувала коацерватам стабільність. Внаслідок включення в коацерват передіснуючої молекули, здатної до самовоспроизведению і внутрішньої перебудови покритого липидной оболонкою коацервата, могла виникнути первинна клітка. Збільшення розмірів коацерватів і їх фрагментація, можливо, вели до утворення ідентичних коацерватів, які могли поглинати більше компонентів середовища, так, що цей процес міг продовжуватися. Така гадана послідовність подій повинна була призвести до появи примітивного самовідтворюваного гетеротрофного організму, що харчувався органічними речовинами первинного бульйону.

Хоч цю гіпотезу походження життя визнають дуже багато які вчені, у деяких вона викликає сумніви через велику кількість допущень і припущень. Астроном Фред Хойл недавно висловив думку, що думка про виникнення життя внаслідок описаних вище випадкових взаємодій молекул «так же безглузда і неправдоподібна, як твердження, що ураган, що пронісся над сміттєвим звалищем, може привести до збирання Боїнга-747».

Саме важке для цієї теорії пояснити поява здатності живих систем до самовідтворення. Гіпотези з цього питання поки малопереконливі.