Реферат: Теории зарождения жизни на Земле
Прежде чем переходить к освещению научных теорий возникновения жизни, я считаю необходимым предоставить одну, на мой взгляд наиболее вероятную, теорию происхождения материи в космосе.
В момент зарождения мира, примерно 15-20 млрд. лет назад, в космосе существовало два типа материи: вещество и антивещество, которые по своей природе являются совершенно не совместимыми и при взаимодействии начинают бурно друг с другом реагировать, уничтожая друг друга и выделяя огромное количество энергии. Сразу же после своего появления эти две формы материи начали взаимодействовать друг с другом. И в какой-то момент вещества оказалось больше, и оно стало основой для всего обозримого нами мира. А энергии, выделившейся в результате реакции хватило на зарождение химических веществ, а из них космической пыли, а из неё в последствие галактик, планетарных систем, планет и звезд.
Научные теории.
Введение.
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 C V 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 C V II века, когда тосканский врач Франческа Реди в 1668 году доказал, что белые черви, развивающиеся в гниющем мясе, представляют собой личинки мух. Однако виталисты не сдавались, утверждая, что в опыте Реди не было доступа кислорода, а следовательно не могла проникнуть и «жизненная сила». Через сто лет в 1862 году французский ученый Луи Постер, принимая во внимание утверждения виталистов, проделал эксперимент : он взял две колбы с S-образными горлышками, в которых содержалась питательная среда, после длительного кипячения, при котором погибали не только микроорганизмы, но их споры. Колба с целым горлом долго оставалась стерильной, а в сосуде с удаленным S-горлом быстро появились микроорганизмы, этот опыт показал, что «живительная сила» не существует и утвердил положении, «все живое из живого».
Сто лет спустя Лазаро Спалланцани и русский ученый Мартын Тереховский нанесли первый удар по представлениям о самозарождении микроскопических организмов.
Ученые, в какой-то мере, пытавшиеся ответить на вопрос о возникновении жизни, разделились на два лагеря. Представители одного лагеря развивали идею вечности жизни. 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.
Наиболее вероятная теория.
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 Н2 О, а сверхсжатые водные тетрамеры Н8 О4 , 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.
Во время формирования Земли оболочка подвергалась разнообразным интенсивным эндогенным (внутренним), экзогенным (внешним), вещественным, энергетическим и информационным воздействиям. Из-за чего на поверхности развивались различные глобальные процессы, который впоследствии помогли формированию жизни на нашей планете. Началась зарождаться биосфера, а так как жизнь могла зародиться только в биосфере, то это явилось одним из главных условий появления жизни.
До момента возникновения жизни в географической оболочке существовала какая-то сферическая область в которой развивались предбиологические процессы. Это доказывается на основе исследований в области осадочной геологии докембрия А. В. Сидоренко. В своих исследованиях он доказал, что развитие и эволюция жизни генетически связано с геологической формой развития земного шара.
Сам факт существования жизни изменяет Землю. Так жизнь начала своё развитие, по мнению Б. С. Соколова, ещё 4,25 млрд. лет назад, то есть ещё начала геологической эволюции, так как геологическая эволюция происходила из-за влияния живых организмов на земную кору. А к началу архея жизнь уже прошла сложный путь от белковых молекул до самовоспроизводящихся биологических систем, но до этого ей ещё нужно будет пройти сложный путь.
Анализируя палеонтологические и биохимические данные Г. В. Вайткевич и Ю. И. Холодков пришли к выводу, что первейшие зачатки жизни на Земле возникли практически с образованием самой Земли, как твёрдого тела. Но опять же оговорю, что теорий множество и это лишь одна из них.
Так что, вероятно, что предбиологическая стадия развития Земли была довольно кратковременна и лишь создала начальные условия для возникновения жизни. В этот период Земля от холодного состояния переходило в разогретое. Планета первоначально сформировалась относительно холодной, так как большая часть тепла ушла на формирование Земли как твердого тела. Сама планета никогда не находилась в расплавленном состоянии, так как иначе все летучие вещества, находившиеся на ней испарились и улетучились в космос, но каждая часть Земли когда-то да была расплавлена.
Разогрев не мог достичься только за счет энергии солнца. В недрах планеты происходили ядерные реакции, разогревавшие её изнутри. По мере разогрева на поверхность выходили различные газы, которые сформировали оболочки Земли: протокору, гидросферу и атмосферу.
Химические вещества, необходимые для возникновения жизни могли оказаться на нашей планете различными путями. По одному из самых вероятных мнений они могли первоначально присутствовать на планете с момента её образования. То есть планета произошла путем притягивания друг к другу частиц так называемой комической пыли, которая как раз и состояла из различных химических веществ. Объяснить появление этих различных химических веществ еще в космосе можно следующим образом: в процессе гравитационного коллапса звезд гравитационная энергия превращается в тепло и энергию световых квантов, инициируя реакцию слияния протонов в a-частицы. Дальнейшее сжатие и сопровождающий его разогрев звезды создают условия для синтеза из a-частиц ядер углерода. В этих процессах высвобождается громадное количество энергии – намного больше чем при изменении гравитационной энергии. Это происходит за счет превращения вещества в энергию в реакциях нуклеосинтеза.
В CN-цикле протоны сливаются в a-частицы, при этом углерод выступает в роли катализатора. Кроме того, a-частицы могут и непосредственно взаимодействовать с ядрами кислорода, порождая ядра неона, магния, кремния и серы. В процессе фоторасщепления ядер энергия электромагнитного излучения инициирует образование и более тяжелых ядер вплоть до ядер железа.
Таким образом, в образовании химических элементов участвуют источники энергии четырех типов: гравитационной, тепловой, ядерной и энергии световых квантов.
При мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая в то время состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни, все происходило примерно по описанному ниже образом.
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.
В той первой капле в подкипящем состоянии (250 – 200 о С и 50 атм.) первая тетрамерная спиральная цепочка связанной с жестким силикатным субстратом воды, совершенно случайно оказалось левовращающей (с той же вероятностью она могла быть и правовращающей). На ней была синтезирована первая аминокислота, которая уже не случайно получилась левовращающей. К первой тетрамерной цепочке присоединилась вторая, тоже левая, как и синтезированная на ней аминокислота, то есть все последующие аминокислоты становились левовращающими. И так последовательно заработал водно-матричный механизм синтеза сразу хирально-чистой аминокислотной органики.
Однако одновременно с левовращающими «разворачивались» и правовращающие тетрамерные цепочки связанной воды, на которых позднее начался синтез менее термостойких сахаров – основы нуклеиновых кислот. Такой синхронный синтез полипептидов и полинуклеотидов неумолимо вел к образованию сложных нуклеопротеидных комплексов с записью в их примитивной РНК однозначного генетического кода.
Итак, главным фактором хирального очищения органики и возникновения генетического кода живого вещества Земли могло быть лишь одно из необычайных свойств воды, а именно ее собственная рацемичность. Следует отметить также, что в принятых сейчас сценариях биопоэза синтез рацемичной предбиологической органики происходил в уже существовавшем океане, в котором позднее произошла хиральная катастрофа.