Российская Академия наук
Дальневосточное отделение
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕОРИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ
реферат
выполнил:
Сергеев Вадим Владимирович
аспирант Тихоокеанского института
географии ДВО РАН.
Специальность: 11.00.11 – охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов.
Научный руководитель
д. г. - м. н., проф.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение. 3
Ранние представления о происхождении жизни. 5
Современные взгляды на возникновение жизни. 7
Сценарий происхождения жизни Ю. А. Колясникова. 7
Возникновение жизни в глубинах гидротермальных систем. 10
Энергия и происхождение жизни на Земле. 14
Энергия и вещество. Химическая эволюция. 14
Звездный нуклкосинтез. 14
Образование малых молекул. 14
Возникновение мономеров. 15
Смешанные олигомеры. 15
Энергетические условия полимеризации. 15
Химические реакции, протекающие на примитивной Земле. 16
Энергетический метаболизм и синтез полимеров в современных организмах. 16
Возникновение Уробороса. 17
Протеиноидные микросферы. 17
Переход от неживого к живому. 17
Заключение. 19
Список использованных источников. 21
Камень преткновения в наших попытках понять происхождение жизни – невозможность представить себе те процессы, которые являются промежуточными между химической эволюцией и возникновением первой самовоспроизводящей и метаболизирующей единицы, которая называется клеткой.
Р. Янг (R. Young)
Проблема происхождения жизни приобрела сейчас неодолимое очарование для всего человечества. Она не только привлекает к себе пристальное внимание ученых разных стран и специальностей, но интересует вообще людей всего мира.
Многие считают, что эта проблема недостойна изучения. Так думают, те, кто верит в божественные или сверхъестественные силы и соответственно в сотворение жизни. Но в течение последних десятилетий многие ученые интенсивно исследовали возможность самопроизвольного возникновения жизни. Так или иначе, любой из нас, будь он сторонником ой или иной идеи должен иметь представление о современном состоянии этой области знаний. Вопрос этот интересен не только для богословов, философов и естествоиспытателей, но и для каждого человека. Теория происхождения жизни еще резче, чем столь популярная эволюционная теория Дарвина, ставит вопрос о том, как - или, если угодно, почему - мы появились в этом мире.
Для того чтобы достичь современной степени развития, биологическим системам понадобилось очень много времени (сотни и тысячи млн. лет). Изучаем ли мы происхождение по таким источникам как наша Земля, другие планеты или метеоритное вещество, мы непосредственно располагаем лишь кратким мгновением настоящего. При изучении вопросов происхождения жизни необходимо попытаться прочесть и воссоздать прошлое, в частности, для того чтобы найти химические и морфологические свидетельства предшествовавших образований и определить возраст горных пород. Основу теории возникновения жизни составляют химические и биологические данные. Существенный вклад вносит также философия.
По существу, проблема возникновения жизни есть проблема воссоздания древнейшей из всех древних историй. Чем лучше мы уясним ситуацию, существовавшую в первобытные времена, тем более достоверными и надежными будут эксперименты, в которых имитируются ранние события.
Понятие «жизнь» очень трудно целиком и полностью определить, с какой бы стороны мы ни пытались к нему подойти, всегда остается ощущение, что оно ускользает от нас. Можно последовать феноменологическому подходу и составить список свойств живого: живое существо движется, ему присущи функции выделения, питания и метаболизма, оно растет, воспроизводит себе подобных и так далее. Трудность, с которой сталкиваются при использовании этого подхода, состоит в том, что из подобного списка всегда найдутся исключения, ставящие под угрозу само определение. Такое определение – в виде произвольного списка свойств – вряд ли является фундаментальным. Например: в случае вируса, растущего кристалла, бактериальной споры оно оказывается неудовлетворительным.
Для того чтобы объяснить возникновение клеточных форм жизни, был разработан целый ряд гипотетических моделей, как лабораторных, так и теоретических. Все они представляются до некоторой степени вероятными и, несомненно, были в числе других испробованы в течение 1500 млн. лет земной истории между 4500 и 3000 млн. лет назад.
Ранние представления о происхождении жизни.
В течение многих веков для большинства людей проблемы возникновения живого вообще не существовало. Даже известные ученые допускали возможность постоянного зарождения живых существ из неживого. Греческий философ Аристотель, не сомневался в самозарождении лягушек, мышей, не говоря уже о более мелких животных и растениях.
В CVII веке голландский ученый Ян Баптист Ван-Гельмонт, известный своими количественными исследованиями питания растений, был и автором рецепта получения мышей из пшеницы и загрязненного потом белья. Английский философ Френсис Бэкон, основоположник экспериментальной науки, выступил в своем знаменитом труде «Новый органон» с резкой критикой Аристотеля и его последователей за отвлеченный характер мышления. В то же самое время он пишет о самозарождении мелких животных в гниющем субстрате.
Идея самопроизвольного зарождения живого из неживого не вызывала возражений и у таких выдающихся мыслителей как В. Гарней, Р. Декарт, Г. Галилей, Ж. Б. Ламарк, Г. Гегель.
Перелом в представлениях начался лишь во второй половине CVII века, когда тосканский врач Франческо Реди в 1668 году доказал, что белые черви, развивающиеся в гниющем мясе, представляют собой личинки мух.
Сто лет спустя Лазаро Спалланцани и русский ученый Мартын Тереховский нанесли первый удар по представлениям о самозарождении микроскопических организмов. Еще через сто лет, в 1862 году, французский ученый Луи Пастер окончательно опроверг догму самопроизвольного зарождения, утвердив положение, «все живое из живого».
Ученые, в какой-то мере, пытавшиеся ответить на вопрос о возникновении жизни, разделились на два лагеря. Представители одного лагеря развивали идею вечности жизни. Согласно этой идее жизнь на нашей планете никогда не зарождалась, а была занесена на Землю из глубин космоса, где она существует вечно. Таким образом, проблема возникновения жизни на Земле вообще снималась с повестки дня научного исследования. Представители другого лагеря, основываясь на некоторых фактических экспериментальных данных, пытались создать более или менее правдоподобные представления о возникновении живого из неживого. Наибольшей популярностью пользовались гипотезы Ф. Аллена, Г. Осборна, Э. Пфлюгера. Несмотря на несомненную ценность этих гипотез, все они имели один весьма существенный недостаток – возникновение живого из минеральных элементов трактовалось как внезапный случайный процесс.
Современные взгляды на возникновение жизни.
На сегодня очевидно, что рождение Жизни могло произойти только в жидкой воде. Однако ни один исследователь не обратился к этому универсальному растворителю как к возможному, и, быть может, основному участнику кодирования белков в ДНК, а тем более как к главному дирижеру буквально всех процессов в нашем организме. Скорее всего, гипнотизирующая простота химического состава воды не давала даже повода к такой мысли. Но, исключив воду из рассмотрения возможных претендентов на матрицу синтеза предбиологической органики, исследователи за сорок лет безуспешных поисков были вынуждены обратиться к очень популярным ныне среди космобиохимиков идеям внеземного происхождения жизни и направленной панспермии.
Однако при таком простом составе структура аномальной по всем свойствам воды настолько сложна, что не поддается всем самым современным методам исследования.
В 1990 году Ю. А. Колясников предложил оригинальную политетрамерную модель структуры воды, в которой роль молекул играют не Н2О, а сверхсжатые водные тетрамеры Н8О4, соразмерные кремнекислородным тетраэдрам – элементарным «кирпичикам» литосферы.
Важным элементом модели является обнаруженная графически рацемичность воды, то есть наличие в ней зеркально-симметричных, по распределению внутренних Н- связей, тетрамеров. А как полагали еще П. Кюри и В. И. Вернадский, правизна - левизна живого вещества есть следствие диссиметрии среды, в данном случае – воды. Кроме того, в живом веществе, вода находится в связанном состоянии, когда тетрамеры «развязываются», образуя, правые и левые спиральные цепочки, в которых в связи с дипольностью молекул может быть записана некая информация.
Попробуем представить, что происходило на Земле 4 млрд. лет назад.
Сейчас наука возвращается к взглядам Р. Декарта об изначально горячей Земле. Именно с таких позиций пытались представить возникновение Жизни, или биопоэз, Дж. Холдейн, А. И. Опарин, Дж. Бернал и другие, но без конкретного сценария образования самого первородного океана.
В своей теории (или сценарии), автор пытается восполнить этот пробел.
По мере остывания планеты ее плотный облачный покров, подобный венерианскому, опускался все ниже и ниже. Из облаков проливались горячие ливни, но поначалу они выкипали на лету. Наконец дождевые капли стали достигать поверхности, но они падали и тут же вскипали. Это продолжалось достаточно долго, вплоть до того момента, когда одна из них не выкипела целиком, упав, следовательно, на максимально охлажденную точку горячей протокоры, с которой и начался стремительный рост гидросферы. В составе тонкой пленки первородного бульона имелись все нужные для синтеза предбиологической органики компоненты, хотя сама вода была тогда в дефиците.