Теорії походження життя на землі

11. Дарвінівська теорія

Теорії, що стосуються виникнення Землі і життя на ній, та і всьому Всесвіті, різноманітні і далеко не достовірні. Згідно з теорією стаціонарного стану, Всесвіт існував вічно. Згідно з іншими гіпотезами, Всесвіт міг виникнути із згустку нейтронів внаслідок «Великого вибуху», народився в одній з чорних дір або ж була створена Творцем. Всупереч існуючим уявленням, наука не може спростувати тезу про божественне створення Всесвіту, так само як теологічні погляди не обов'язково відкидають можливість того, що життя в процесі свого розвитку придбало межі, з'ясовні на основі законів природи.

Гіпотези про виникнення життя

У різний час щодо виникнення життя на Землі висувалися такі Гіпотези:

• Гіпотеза біохімічної еволюції
• гіпотеза панспермії
• Гіпотеза стаціонарного стану життя
• гіпотеза самозародження

Теорії самозародження і стаціонарного стану є тільки історичний або філософський інтерес, так як результати наукових досліджень суперечать висновкам цих теорій.

Теорія панспермії не вирішує принципового питання про виникнення життя, вона тільки віддаляє його в ще більш туманне минуле Всесвіту, хоча і не може виключатися як гіпотеза про початок життя на Землі.

Генобіоза і голобіоза

Залежно від того, що вважається первинним, розрізняють два методологічних підходи до питання виникнення життя:

Генобіоза - методологічний підхід у питанні походження життя, заснований на переконанні в первинності молекулярної системи з властивостями первинного генетичного коду.

Голобіоза - методологічний підхід у питанні походження життя, заснований на ідеї первинності структур, наділених здатністю до елементарного обміну речовин за участю ферментного механізму.

Теорія Опаріна - Холдейна

Згідно з його теорією процес, який призвів до виникнення життя на Землі, може бути розділений на три етапи:

• Виникнення органічних речовин
• виникнення білків
• Виникнення білкових тіл

Астрономічні дослідження показують, що як зірки, так і планетні системи виникли з газопилового речовини. Поряд з металами і їх оксидами в ньому містилися водень, аміак, вода і найпростіший вуглеводень - метан.

Умови для початку процесу формування білкових структур встановилися з моменту появи первинного океану. У водному середовищі похідні вуглеводнів могли піддаватися складним хімічним змінам і перетворенням. В результаті такого ускладнення молекул могли утворитися більш складні органічні речовини, а саме вуглеводи.

Наука довела, що в результаті застосування ультрафіолетових променів можна штучно синтезувати не тільки амінокислоти, а й інші біохімічні речовини. Відповідно до теорії Опаріна, подальшим кроком по шляху до виникнення білкових тіл могло з'явитися освіту коацерватних крапель. При певних умовах водна оболонка органічних молекул набувала чіткі межі і відділяла молекулу від навколишнього розчину. Молекули, оточені водною оболонкою, об'єднувалися, утворюючи многомолекулярние комплекси - коацервати.

Коацерватние краплі також могли виникати при простому змішуванні різноманітних полімерів. При цьому відбувалася самосборка полімерних молекул в многомолекулярние освіти - видимі під оптичним мікроскопом краплі.

Краплі були здатні поглинати ззовні речовини за типом відкритих систем. При включенні в коацерватние краплі різних каталізаторів (в тому числі і ферментів) в них відбувалися різні реакції, зокрема полімеризація надходять із зовнішнього середовища мономерів. За рахунок цього краплі могли збільшуватися в об'ємі і вазі, а потім дробитися на дочірні освіти. Таким чином, коацервати могли рости, розмножуватися, здійснювати обмін речовин.

Далі коацерватние краплі піддавалися природному відбору, що забезпечило їх еволюцію.

Подібні погляди також висловлював британський біолог Джон Холдейн.

Перевірив теорію Стенлі Міллер в 1953 році в експерименті Міллера - Юри. Він помістив суміш H2 O, NH3. CH4. CO2. CO в замкнутий посудину (рис. 1) і став пропускати через неї електричні розряди. Виявилося, що утворюються амінокислоти. Пізніше в різних умовах були отримані інші цукру і нуклеотиди. Він зробив висновок, що еволюція може статися при фазовообособленних стані з розчину (коацерватов). Однак, така система не може сама себе відтворювати.

Теорія була обгрунтована, крім однієї проблеми, на яку довго закривали очі майже всі фахівці в області походження життя. Якщо спонтанно, шляхом випадкових безматрічних синтезів в коацервати виникали поодинокі вдалі конструкції білкових молекул (наприклад, ефективні каталізатори, що забезпечують перевагу даному коацервати в рості і розмноженні), то як вони могли копіюватися для поширення всередині коацервата, а тим більше для передачі коацерватам-нащадкам? Теорія виявилася нездатною запропонувати вирішення проблеми точного відтворення - всередині коацервата і в поколіннях - одиничних, випадково з'явилися ефективних білкових структур. Однак, було показано, що перші Коацервати могли утворитися спонтанно з ліпідів, синтезованих абіогенним шляхом, і вони могли вступити в симбіоз з «живими розчинами» - колоніями самовідтворюються молекул РНК, серед яких були і рибозими, що каталізують синтез ліпідів, а таке співтовариство вже можна назвати організмом.

Олександр Опарін (праворуч) в лабораторії

Світ РНК як попередник сучасного життя

До XXI століття теорія Опаріна-Холдейна, що припускає початкове виникнення білків, практично поступилася місцем більш сучасною. Поштовхом до її розробки послужило відкриття рибозимов - молекул РНК, що володіють ферментативною активністю і тому здатних поєднувати в собі функції, які в справжніх клітинах в основному виконують окремо білки і ДНК, тобто каталізірованіе біохімічних реакцій і зберігання спадкової інформації. Таким чином, передбачається, що перші живі істоти були РНК-організмами без білків і ДНК, а прообразом їх міг стати автокататіліческій цикл, утворений тими самими рибозимами, здатними каталізувати синтез своїх власних копій.

Відповідно до теорії панспермії, запропонованої в 1865 році німецьким вченим Г. Ріхтером і остаточно сформульованої шведським вченим Арреніус в 1895 році, життя могло бути занесене на Землю з космосу. Найбільш ймовірно потрапляння живих організмів позаземного походження з метеоритами і космічним пилом. Це припущення ґрунтується на даних про високу стійкість деяких організмів і їх суперечка до радіації, глибокого вакууму, низьких температур і іншим впливам. Однак до сих пір немає достовірних фактів, що підтверджують позаземне походження мікроорганізмів, знайдених в метеоритах. Але якби навіть вони потрапили на Землю і дали початок життя на нашій планеті, питання про первинному виникненні життя залишався б без відповіді.

Проти заперечення про те, що теорія панспермії (в тому числі керованої) не вирішує питання про зародження життя, вони висунули наступний аргумент: на планетах іншого невідомого нам типу ймовірність зародження життя спочатку може бути набагато вище, ніж на Землі, наприклад, через наявності особливих мінералів з високою каталітичної активністю.

У 1981 році Ф. Крик написав книгу «Life itself: its origin and nature», в якій він більш детально, ніж в статті, і в популярній формі викладає гіпотезу керованої панспермії.

Ця теорія була поширена в Стародавньому Китаї, Вавілоні і Давньому Єгипті в якості альтернативи креаціонізму, з яким вона співіснувала. Аристотель (384-322 рр. До н. Е.), Якого часто проголошують засновником біології, дотримувався теорії спонтанного зародження життя. Відповідно до цієї гіпотези, певні «частки» речовини містять деякий «активний початок», який при відповідних умовах може створити живий організм. Аристотель був прав, вважаючи, що це активний початок міститься в заплідненої яйце, але помилково вважав, що воно присутнє також в сонячному світлі, твані і гниючому м'ясі.

З поширенням християнства теорія самозародження життя виявилася не в честі, але ця ідея все продовжувала існувати десь на задньому плані протягом ще багатьох століть.

Відомий вчений Ван Гельмонт описав експеримент, в якому він за три тижні нібито створив мишей. Для цього потрібні були брудна сорочка, темний шафа і жменя пшениці. Активним початком в процесі зародження миші Ван Гельмонт вважав людський піт.

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

Ці експерименти, однак, не привели до відмови від ідеї самозародження, і хоча ця ідея дещо відійшла на задній план, вона продовжувала залишатися головною версією зародження життя.

У той час як експерименти Реді, здавалося б, спростували спонтанне зародження мух, перші мікроскопічні дослідження Антоні ван Левенгука посилили цю теорію стосовно до мікроорганізмів. Сам Левенгук не вступав в суперечки між прихильниками біогенезу і спонтанного зародження, однак його спостереження під мікроскопом давали їжу обом теоріям.

У 1860 році проблемою походження життя зайнявся французький хімік Луї Пастер. Своїми дослідами він довів, що бактерії всюдисущі і що неживі матеріали легко можуть бути заражені живими істотами, якщо їх не стерилізувати належним чином. Вчений, що кипить у воді різні середовища, в яких могли б утворитися мікроорганізми. При додатковому кип'ятінні мікроорганізми і їх спори гинули. Пастер приєднав до S-подібній трубці запаяну колбу з вільним кінцем. Спори мікроорганізмів осідали на вигнутій трубці і не могли проникнути в живильне середовище. Добре прокип'ячена живильне середовище залишалася стерильною, в ній не виявлялося зародження життя, незважаючи на те, що доступ повітря був забезпечений.

В результаті ряду експериментів Пастер довів справедливість теорії біогенезу і остаточно спростував теорію спонтанного зародження.

Теорія стаціонарного стану

Згідно з теорією стаціонарного стану, Земля ніколи не виникала, а існувала вічно; вона завжди була здатна підтримувати життя, а якщо і змінювалася, то дуже незначно. Згідно з цією версією, види також ніколи не виникали, вони існували завжди, і у кожного виду є лише дві можливості - або зміна чисельності, або вимирання.

Однак гіпотеза стаціонарного стану в корені суперечить даним сучасної астрономії, які вказують на кінцевий час існування будь-яких зірок і, відповідно, планетних систем навколо зірок. За сучасними оцінками, заснованим на обліку швидкостей радіоактивного розпаду, вік Землі, Сонця і Сонячної системи обчислюється

4,6 млрд років. Тому ця гіпотеза зазвичай не розглядається академічною наукою.

Прихильники цієї теорії не визнають, що наявність або відсутність певних викопних решток може вказувати на час появи або вимирання того або іншого виду, і наводить як приклад представника кистеперих риб - латимерію (целаканта). За палеонтологічними даними кістеперие вимерли в кінці крейдяного періоду. Однак цей висновок довелося переглянути, коли в районі Мадагаскару були знайдені живі представники кистеперих. Прихильники теорії стаціонарного стану стверджують, що тільки вивчаючи нині живуть види і порівнюючи їх з викопними рештками, можна зробити висновок про вимирання, та й в цьому випадку досить імовірно, що він виявиться невірним. Використовуючи палеонтологічні дані для підтвердження теорії стаціонарного стану, її прихильники інтерпретують появу викопних решток в екологічному аспекті. Так, наприклад, раптова поява будь-якого викопного виду в певному шарі вони пояснюють збільшенням чисельності його популяції або його переміщенням в місця, сприятливі для збереження залишків.

Креаціонізм (від англ. Creation - створення) - релігійно-філософська концепція, в рамках якої все різноманіття органічного світу, людства, планетиЗемля, а також світ в цілому, розглядаються як навмисно створені якимось верховним істотою або божеством. Теорія креаціонізму. відсилаючи відповідь на питання про виникнення життя до релігії (створення життя Богом), за критерієм Поппера знаходиться поза полем наукових пошуків (так як вона незаперечна: науковими методами неможливо довести, як то, що Бог не утворював життя, так і те, що Бог її утворював). Крім того, ця теорія не дає задовільної відповіді на питання про причини виникнення і існування самого верховного істоти, зазвичай просто постулюючи його Безначальний.