Розповісти про гіпотезу про походження життя. Походження та початкові етапи розвитку життя на землі

Походження життя Землі є однією з найважливіших проблем природознавства. Ще в давнину люди ставили собі питання, звідки походить жива природа, як з'явилося життя на Землі, де межа переходу від неживого до життя та ін. Протягом десятків століть змінювалися погляди на проблему життя, висловлювалися різні ідеї, гіпотези та концепції. Це питання хвилює людство й досі.

Деякі ідеї та гіпотези про походження життя набули широкого поширення в різні періоди історії розвитку природознавства. В даний час існує п'ять гіпотез виникнення життя:

1. Креаціонізм – гіпотеза, яка стверджує, що життя створено надприродною істотоювнаслідок акта творіння, тобто Богом.

2. Гіпотеза стаціонарного стану, за якою життя існувало завжди.

3. Гіпотеза мимовільного зародження життя, що ґрунтується на ідеї багаторазового виникнення життя з неживої речовини.

4. Гіпотеза панспермії, за якою життя було занесено Землю з космічного простору.

5. Гіпотеза історичного походження життя шляхом біохімічної еволюції.

Згідно креаціоністської гіпотези,яка має найдовшу історію, створення життя є актом божественного творіння. Свідченням цього є наявність у живих організмах особливої сили, «душі», яка керує всіма життєвими процесами. Гіпотеза креаціонізму навіяна релігійними поглядами і до науки не має відношення.

Згідно гіпотезі стаціонарного стану,життя ніколи не виникало, а існувало вічно разом із Землею, відрізняючись великою різноманітністю живого. Зі зміною умов життя Землі відбувалася зміна видів: одні зникали, інші з'являлися. Ця гіпотеза ґрунтується в основному на дослідженнях палеонтології. За своєю сутністю ця гіпотеза не відноситься до концепцій виникнення життя, оскільки питання про походження життя вона принципово не торкається.

Гіпотеза мимовільного зародження життябула висунута в стародавньому Китаїта Індії як альтернатива креаціонізму Подання цієї гіпотези підтримували мислителі Стародавню Грецію(Платон, Аристотель), і навіть вчені періоду Нового часу (Галілей, Декарт, Ламарк). Згідно з цією гіпотезою, живі організми (нижчі) можуть з'явитися шляхом самородження з неживої речовини, що містить певний «активний початок». Так, наприклад, за Аристотелем, комахи та жаби за певних умов можуть заводитися в мулі, сирому ґрунті; черв'яки та водорості у стоячій воді, а ось личинки мух – у протухлому м'ясі при його гниття.

Проте з початку XVII в. таке розуміння походження життя стало піддаватися сумніву. Відчутний удар по цій гіпотезі завдав італійський дослідник природи і лікар Ф. Реді (1626-1698), який в 1688 р. розкрив сутність появи життя в гниючим м'ясі. Ф. Реді сформулював свій принцип: «Все живе – від живого» і став основоположником концепції біогенезу, яка стверджувала, що може виникнути лише з попередньої життя.

Французький мікробіолог Л. Пастер (1822-1895) своїми дослідами з вірусами остаточно довів неспроможність ідеї спонтанного самозародженняжиття. Проте, спростувавши цю гіпотезу, не запропонував свою, не пролив світло питанням про виникненні життя.

Проте досліди Л. Пастера мали велике значенняв отриманні багатого емпіричного матеріалу в галузі мікробіології його часу.

Гіпотеза панспермії– про неземне походження життя шляхом занесення «зародків життя» з космосу на Землю – вперше було висловлено німецьким біологом та лікарем Г. Ріхтером наприкінці XIX ст. Концепція панспермії (від грец. pan- Весь, sperma- Насіння) допускає можливість походження життя в різний часв різних частинахВсесвіту та перенесення його різними шляхами на Землю (метеорити, астероїди, космічний пил).

Справді, на даний час отримано деякі дані, що вказують на можливість освіти органічних речовинхімічним шляхом за умов космосу. Так, у 1975 р. попередники амінокислот були знайдені у місячному ґрунті. У міжзоряних хмарах виявлено найпростіші сполуки вуглецю, у тому числі близькі до амінокислот. У складі метеоритів знайдено альдегіди, вода, спирти, синильна кислота тощо.

Концепцію панспермії розділяли найбільші вчені кінця XIX – початку XX ст.: німецький хімік та агроном Ю. Лібіх, англійський фізик У. Томсон, німецький дослідник Г. Гельмгольц, шведський фізико-хімік С. Арреніус. С. Арреніус в 1907 р. у своїх працях навіть описував, як з інших планет у космічний простір йдуть з порошинками та живі суперечки організмів. Носячи в безмежних просторах космосу під впливом тиску зоряного світла, вони потрапляли на планети і там, де були сприятливі умови (у тому числі на Землі) починали нове життя. Ідеї панспермії підтримували і деякі російські вчені: геофізик П. Лазарєв, біолог Л. Берг, біолог-ґрунтознавець С. Костичов.

Існує ідея виникнення життя на Землі майже з моменту її утворення. Як відомо, Земля утворилася близько 5 млрд. років тому. Отже, життя могло зародитися під час освіти Сонячна система, тобто у космосі. Оскільки тривалість еволюції Землі та життя на ній відрізняється незначною мірою, то існує версія, що життя на Землі – це продовження вічного її існування. Ця позиція близька до теорії вічного існування життя у Всесвіті. У масштабі глобального еволюційного процесу можна вважати, що виникнення життя Землі може, мабуть, збігатися з освітою та існуванням матерії. Академік В. Вернадський розділяв ідею вічності життя не в контексті її перерозподілу в космосі, а в сенсі нерозривності та взаємопов'язаності матерії та життя. Він писав, що «життя і матерія нерозривні, взаємопов'язані і з-поміж них немає тимчасової послідовності». На цю думку вказує і російський біолог і генетик Тимофєєв-Ресовський (1900-1982). В своєму короткому нарисітеорії еволюції (1977 р.) він дотепно зауважив: «Ми всі такі матеріалісти, що нас усіх шалено хвилює, як виникло життя. При цьому нас майже не турбує, як виникла матерія. Тут усе просто. Матерія вічна, адже вона завжди була, і непотрібно жодних питань. Завжди була. А ось життя, бачите, обов'язково має виникнути. А може, вона також була завжди. І не треба запитань, просто завжди була, і все».

Для обґрунтування панспермії в науково-популярній літературі наводяться «факти» про невідомі літаючі об'єкти, приліт інопланетян на Землю, наскельні топологічні малюнки.

Однак серйозних доказів ця концепція не має, а багато аргументів виступають проти неї. Відомо, що діапазон життєвих умов існування живого досить вузький. Тому навряд чи живі організми вижили б у космосі під дією ультрафіолетових променів, рентгенівського та космічного випромінювання. Але й не виключається можливість занесення окремих причин факторів життя на нашу планету з космосу. Слід зазначити, що це принципового значення немає, оскільки концепція панспермії докорінно не вирішує проблеми походження життя, лише переносить її межі Землі, не розкриваючи самого механізму її освіти.

Таким чином, жодна з перелічених чотирьох гіпотез досі не підтверджена надійними експериментальними дослідженнями.

Найбільш доказово з погляду сучасної науки виглядає п'ята гіпотеза. гіпотеза походження життя в історичному минулому внаслідок біохімічної еволюції.Її авторами є вітчизняний біохімік академік А. Опарін (1923) та англійський фізіолог С. Холдейн (1929). Про цю гіпотезу докладно будемо говорити в наступному розділі.

Гіпотеза походження життя в історичному минулому внаслідок біохімічної еволюції А. І. Опаріна

З погляду гіпотези А. Опаріна, а також з позицій сучасної науки виникнення життя з неживої речовини відбулося в результаті природних процесів у Всесвіті за тривалої еволюції матерії. Життя є властивість матерії, що виникла Землі у певний момент її історії. Це результат процесів, які протікають спочатку багато мільярдів років у масштабі Всесвіту, а потім сотні мільйонів років на Землі.

А. Опарін виділив кілька етапів біохімічної еволюції, кінцевою метою яких стала примітивна жива клітина. Еволюція йшла за схемою:

1. Геохімічна еволюція планети Земля, синтез найпростіших сполук, таких як 2,1 год [Н 3, Н 2 0 і т. д., перехід води з пароподібного стану в рідке в результаті поступового охолодження Землі. Еволюція атмосфери та гідросфери.

2. Утворення з неорганічних сполук органічних речовин – амінокислот – та їх накопичення у первинному океані внаслідок електромагнітного впливу Сонця, космічного випромінювання та електричних розрядів.

3. Поступове ускладнення органічних сполук та утворення білкових структур.

4. Виділення білкових структур із середовища, утворення водних комплексів та створення навколо білків водної оболонки.

5. Злиття таких комплексів та утворення коацерватів (від лат. coacervus- згусток, купа, накопичення), здатних обмінюватися речовиною та енергією з довкіллям.

6. Поглинання коацерватами металів, що призвело до утворення ферментів, які пришвидшують біохімічні процеси.

7. Утворення гідрофобних ліпідних кордонів між коацерватами та зовнішнім середовищем, що призвело до утворення напівпроникних мембран, що забезпечувало стабільність функціонування коацервату.

8. Вироблення під час еволюції цих утворень процесів саморегуляції і самовідтворення.

Так, за гіпотезою О. Опаріна, з'явилася примітивна форма живої речовини. Така, на його думку, передбіологічна еволюція речовини.

Академік В. Вернадський виникнення життя пов'язував з потужним стрибком, що перервав мляву еволюцію земної кори. Цей стрибок (біфуркація) вніс у еволюцію стільки протиріч, що створили умови для зародження життя.

Відомо, що наукові журнали намагаються не приймати до публікації статті, присвячені проблемам, які привертають загальну увагу, але не мають чіткого рішення, - серйозне видання з фізики не публікуватиме проект вічного двигуна. Такою темою стало походження життя Землі. Питання про виникнення живої природи, про появу людини хвилює людей, які думають багато тисячоліття, а однозначну відповідь знайшли для себе тільки креаціоністи - прихильники божественного походження всього сущого, але наукової ця теорія не є як не підлягає перевірці.

Погляди стародавніх

Про появу живих істот із води та гниючих залишків оповідають давньокитайські та давньоіндійські рукописи, про народження земноводних істот у мулистих відкладеннях великих річок написано давньоєгипетськими ієрогліфами та клинописом Стародавнього Вавилону. Гіпотези походження життя Землі шляхом самозародження для мудреців далекого минулого були очевидні.

Античні філософи також наводили приклади появи тварин з неживої матерії, та їх теоретичні обгрунтування мали різну природу: матеріалістичну та ідеалістичну. Демокріт (460-370 до н. е.) знаходив причину виникнення життя в особливій взаємодії найдрібніших, вічних та неподільних частинок - атомів. Платон (428-347 до зв. е.) і Аристотель (384-322 до зв. е.) походження життя Землі пояснювали чудовим впливом на неживу матерію вищого початку, вселяющего душу об'єкти природи.

Ідея про існування якоїсь « життєвої сили», Що сприяє появі живих істот, виявилася дуже стійкою. Вона формувала погляди на походження життя на Землі у багатьох учених, які жили в середні віки та пізніше, аж до кінця XIX століття.

Теорія самозародження

Антоні ван Левенгук (1632-1723 рр.) з винаходом мікроскопа зробив відкриті ним дрібні мікроорганізми головним предметом суперечки між вченими, які розділяли дві основні теорії походження життя на Землі - біогенез та абіогенез. Перші вважали, що все живе може бути породженням тільки живого, другі вважали за можливе самозародження органічної матерії в розчинах, поміщених в особливі умови. Суть цієї суперечки не змінилася досі.

Експерименти одних натуралістів доводили можливість мимовільного виникнення найпростіших мікроорганізмів, прибічники біогенезу повністю заперечували таку можливість. Луї Пастер (1822-1895 рр.) суворо науковими методами, високою коректністю своїх дослідів довів відсутність міфічної життєвої сили, що передається повітрям і породжує живі бактерії. Однак у своїх роботах він допускав можливість самозародження в якихось особливих умовах, з'ясувати які мали бути вчені майбутніх поколінь.

Теорія еволюції

Праці великого Чарльза Дарвіна (1809-1882 рр.) вразили основи багатьох природничих наук. Проголошена їм поява великого різноманіття біологічних видів від одного загального предка знову зробило походження життя Землі найважливішим питанням науки. Теорія природного відбору і на початку важко знаходила своїх прихильників, і тепер піддається критичним атакам, які виглядають досить обґрунтовано, але саме дарвінізм лежить в основі сучасних природничих наук.

Після Дарвіна походження життя Землі біологія було розглядати з колишніх позицій. Вчені багатьох галузей біологічної науки переконувалися у істинності еволюційного шляху розвитку організмів. Нехай багато в чому змінилися сучасні погляди на спільного предка, поміщеного Дарвіним в основу Древа життя, але істинність загальної концепції є непорушною.

Теорія стаціонарного стану

Лабораторне спростування спонтанного самозародження бактерій та інших мікроорганізмів, усвідомлення складної біохімічної будови клітини разом з ідеями дарвінізму вплинули на появу альтернативних варіантів теорії походження життя на Землі. У 1880 році одне з нових суджень запропонував Вільям Преєр (1841-1897 рр.). Він вважав, що немає необхідності говорити про народження життя на нашій планеті, оскільки вона існує вічно, і в неї не було початку як такого, вона незмінна і завжди готова до відродження в будь-яких відповідних умовах.

Ідеї Прейєра та її послідовників є лише суто історичний і філософський інтерес, оскільки надалі астрономи і фізики розрахували терміни кінцевого існування планетарних систем, зафіксували постійне, але неухильне розширення Всесвіту, т. е. вона ніколи була ні вічної, ні постійної.

Прагнення розглядати світ як єдину глобальну живу сутність перегукувалося з поглядами великого вченого і філософа з Росії - Володимира Івановича Вернадського (1863-1945 рр.), який також мав своє уявлення про походження життя на Землі. Воно ґрунтувалося на розумінні життя як невід'ємної характеристики Всесвіту, космосу. На думку Вернадського, те, що наука не змогла знайти пластів, які не мали слідів органічних речовин, говорило про геологічну вічність життя. Одним із способів, яким життя з'явилося на молодій планеті, Вернадський називав її контакти з космічними об'єктами - кометами, астероїдами та метеоритами. Тут його теорія стулялася з іншою версією, яка пояснювала походження життя Землі шляхом панспермії.

Колиска життя - космос

Панспермія (грецьк. - "насіннєва суміш", "насіння всюди") вважає життя фундаментальною властивістю матерії і не пояснює способів її виникнення, але називає космос джерелом зародків життя, які потрапляють на небесні тіла з відповідними для їх "проростання" умовами.

Першу згадку про основні концепції панспермії можна знайти у творах давньогрецького філософаАнаксагора (500-428 до зв. е.), а XVIII столітті про неї висловлювався французький дипломат і геолог Бенуа де Майє (1656-1738 рр.). Реанімували ці ідеї Сванте Август Арреніус (1859-1927), лорд Кельвін Вільям Томсон (1824-1907) і Герман фон Гельмгольц (1821-1894).

Дослідження жорстокого впливу на живі організми космічного випромінювання та температурних умов міжпланетного простору зробило подібні гіпотези походження життя на Землі не надто актуальними, але з початком космічної ериінтерес до панспермії посилився.

У 1973 році нобелівський лауреат Френсіс Крик (1916-2004 рр.) висловив думку про позаземне виробництво молекулярних живих систем та попадання їх на Землю з метеоритами та кометами. При цьому шанси абіогенезу на нашій планеті їм оцінювалися як дуже низькі. Походження та розвиток життя на Землі методом самозбирання органічної речовини високого рівняВидатний вчений не вважав реальністю.

Скам'янілі біологічні структури знаходили у метеоритах по всій планеті, подібні сліди знайшли у зразках ґрунту, доставлених із Місяця та Марса. З іншого боку, проводяться численні експерименти з обробки біоструктур впливами, можливими при знаходженні їх у космічному просторі та при проходженні атмосфери, подібної до земної.

Важливий експеримент було проведено у 2006 році в рамках місії Deep Impact. Комета Темпеля була протаранена спеціальним зондом-імпактором, випущеним автоматичним апаратом. Аналіз кометної речовини, яка виділилася в результаті удару, показав наявність у ній води та різноманітних органічних сполук.

Висновок: від часу появи теорія панспермії значно змінилася. Сучасна наука по-іншому трактує первинні елементи життя, які могли бути доставлені на нашу молоду планету космічними об'єктами. Дослідження та експерименти доводять життєстійкість живих клітин в умовах міжпланетної подорожі. Усе це робить ідею позаземного походження земного життя актуальною. Основними концепціями походження життя на Землі є теорії, до яких панспермія входить або як головна частина, або як спосіб доставки компонентів Землі для створення живої матерії.

Теорія біохімічної еволюції Опаріна-Холдейна

Ідея самозародження живих організмів з неорганічних речовин завжди залишалася чи не єдиною альтернативою креаціонізму, і в 1924 вийшла монографія з 70 сторінок, що надала цій ідеї силу опрацьованої і обґрунтованої теорії. Ця робота називалася «Походження життя», автором її був російський вчений – Олександр Іванович Опарін (1894-1980 рр.). У 1929 році, коли праці Опаріна ще не були перекладені англійською мовою, схожі концепції походження життя на Землі висловив англійський біолог Джон Холдейн (1860-1936).

Опарін припустив, що, якщо примітивна атмосфера молодої планети Земля була відновною (тобто кисню, що не містить), потужний сплеск енергії (наприклад, блискавка або ультрафіолетове випромінювання) міг сприяти синтезу органічних сполук з неорганічної речовини. Надалі такі молекули могли утворювати згустки і скупчення - коацерватні краплі, що є протоорганізмами, навколо яких утворюються водні сорочки - зачатки оболонки-мембрани, відбувається розшарування, що породжує різницю зарядів, отже, рух - початок обміну речовин, зачатки метаболізму і т.д. Коацервати вважалися основою початку еволюційних процесів, які призвели до створення перших життєвих форм.

Холдейн ввів поняття «первинного бульйону» - початкового земного океану, що став величезним хімічною лабораторією, підключеної до потужного джерела живлення - сонячному світлу. Поєднання діоксиду вуглецю, аміаку та ультрафіолетового випромінювання призвело до появи концентрованої популяції органічних мономерів та полімерів. Згодом такі утворення з'єднувалися з появою навколо них ліпідної мембрани, і їх розвиток спричинив утворення живої клітини.

Основні етапи походження життя на Землі (за Опаріном-Холдейном)

Згідно з теорією виникнення Всесвіту зі згустку енергії, Великий Вибух стався близько 14 млрд років тому, а близько 4,6 млрд років тому завершилося створення планет Сонячної системи.

Молода Земля, поступово охолоджуючись, набула твердої оболонки, навколо якої відбувалося утворення атмосфери. Первинна атмосфера містила водяні пари і гази, що надалі послужили сировиною для органічного синтезу: оксид і діоксид вуглецю, сірководень, метан, аміак, ціаністі сполуки.

Бомбардування космічними об'єктами, що містять воду в замерзлому стані, і конденсація водяної пари в атмосфері призвели до утворення Світового океану, в якому розчинялися різні хімічні сполуки. Потужні грози супроводжували формування атмосфери, крізь яку проникало сильне ультрафіолетове випромінювання. У таких умовах відбувався синтез амінокислот, цукрів та іншої найпростішої органіки.

Наприкінці першого мільярда років існування Землі розпочався процес полімеризації у воді найпростіших мономерів у білки (поліпептиди) та нуклеїнові кислоти (полінуклеотиди). Вони почали утворювати передбіологічні сполуки – коацервати (із зачатками ядра, метаболізму та мембрани).

3,5-3 млрд років до нашої ери - етап утворення протобіонтів, що володіють самовідтворенням, регульованим обміном речовин, мембраною зі змінною проникністю.

3 млрд. років до н. е. - Поява клітинних організмів, нуклеїнових кислот, первинних бактерій, початок біологічної еволюції.

Експериментальні докази гіпотези Опаріна-Холдейну

Багато вчених позитивно оцінили основні концепції походження життя на Землі на основі абіогенезу, хоча від початку знаходили в теорії Опаріна-Холдейна вузькі місця та недомовленості. У різних країнахрозпочалися роботи з проведення тестових досліджень гіпотези, з яких найбільш відомий класичний експеримент, проведений у 1953 році американськими вченими Стенлі Міллером (1930-2007 рр.) та Гарольдом Юрі (1893-1981 рр.).

Суть експерименту полягала у моделюванні в лабораторії умов ранньої Землі, у яких міг відбуватися синтез найпростіших органічних сполук. У приладі циркулювала газова суміш, аналогічна складу первинної земної атмосфері. Конструкція приладу забезпечувала імітацію вулканічної діяльності, а електричні розряди, що пропускаються через суміш, створювали ефект блискавок.

Після тижневого циркулювання суміші по системі було відзначено перехід десятої частини вуглецю в органічні сполуки, виявлено амінокислоти, цукру, ліпіди та сполуки, що передують амінокислотам. Повторні та модифіковані досліди повністю підтвердили можливість абіогенезу в умовах ранньої Землі, що імітуються. У наступні роки в інших лабораторіях було проведено повторні досліди. До складу газової суміші додавалася сірководень як можливий компонент вулканічних виділень, вносилися інші некардинальні зміни. У більшості випадків досвід синтезу органічних сполук вдавався, хоча спроби піти далі і отримати складніші елементи, що наближаються за складом живої клітини, успіхом не увінчалися.

Світ РНК

До кінця XX століття багатьом вченим, яких не переставала цікавити проблема походження життя на Землі, стало зрозуміло, що при всій стрункості теоретичних побудов та виразному досвідченому підтвердженні теорія Опаріна-Холдейна має явні, можливо, непереборні вади. Головним з них була неможливість пояснити появу у протобіонтів визначальних для живого організму властивостей – розмножуватися із збереженням спадкових ознак. З відкриттям генетичних клітинних структур, з визначенням функції та будови ДНК, з розвитком мікробіології з'явився новий кандидат на роль молекули первожиття.

Ним стала молекула рибонуклеїнової кислоти – РНК. Ця макромолекула, що входить до складу всіх живих клітин, є ланцюгом нуклеотидів - найпростіших органічних ланок, що складаються з атомів азоту, моносахариду - рибози і фосфатної групи. Саме послідовність нуклеотидів є кодом спадкової інформації, і у вірусів, наприклад, РНК виконує роль, що у складних клітинних структур грає ДНК.

Крім того, вченими відкрито унікальну здатність деяких молекул РНК вносити розриви в інші ланцюжки або склеювати. окремі елементиРНК, а деякі відіграють роль автокаталізаторів – тобто сприяють швидкому самовідтворенню. Відносно невеликі розміри макромолекули РНК та її спрощену, порівняно з ДНК, будову (в одну нитку) зробили рибонуклеїнову кислоту головним кандидатом на роль основного елемента добіологічних систем.

Остаточно нову теорію виникнення живої матерії планети сформулював 1986 року Уолтер Гілберт (нар. 1932 р.) - американський фізик, мікробіолог та біохімік. Не всі фахівці були згодні з таким поглядом походження життя Землі. Коротко названа «Світ РНК», теорія будови добіологічного світу нашої планети не може відповісти на просте питання, як з'явилася перша молекула РНК із заданими властивостями, навіть якщо була величезна кількість. будівельного матеріалу»у вигляді нуклеотидів і т.д.

Світ ПАУ

Відповідь постаралася знайти у травні 2004 року Саймон Ніколас Платтс, а 2006 року група вчених під керівництвом Паскаль Еренфройнд. Як вихідний матеріал для РНК з каталізуючими властивостями були запропоновані поліароматичні вуглеводні.

Світ ПАУ був заснований на великій поширеності цих сполук у видимому космосі (вони, напевно, були присутні в «первинному бульйоні» молодої Землі) та особливостях їхньої кільцеподібної будови, що сприяє швидкому з'єднанню з азотистими основами – ключовими компонентами РНК. Теорія ПАУ вкотре свідчить про злободенність деяких положень панспермії.

Унікальне життя на унікальній планеті

Поки у вчених не буде можливості повернутися на 3 млрд років тому, таємниця виникнення життя на нашій планеті не буде розкрита - такого висновку приходять багато хто з тих, хто займався цією проблемою. Основними концепціями походження життя Землі є: теорія абіогенезу і теорія панспермії. Вони можуть багато в чому перетинатися, але, швидше за все, не зможуть відповісти: як серед величезного космосу з'явилася дивовижно точно збалансована система із Землі та її супутника – Місяця, як зародилося на ній життя…

Питання КСЄ 42

Гіпотези походження життя землі

1. Креаціонізм

2. Мимовільне (спонтанне) зародження

3.Гіпотеза панспермії

4.Гіпотеза біохімічної еволюції

5. Стаціонарний стан

1. Креаціонізм. Відповідно до цієї концепції, життя і всі види живих істот, що населяють Землю, є результатом творчого акту вищої істоти в якийсь певний час. Основні положення креаціонізму викладені у Біблії, у Книзі Буття. Процес божественного створення світу мислиться як той, що мав місце лише один раз і тому недоступний для спостереження. Цього достатньо, щоб винести всю концепцію божественного створення за межі наукового дослідження. Наука займається тільки тими явищами, які піддаються спостереженню, а тому вона ніколи не зможе ні довести, ні відкинути цю концепцію.

2. Мимовільне (спонтанне) зародження. Ідеї походження живих істот з неживої матері були поширені в Давньому Китаї, Вавилоні, Єгипті. Найбільший філософ Стародавньої Греції Аристотель висловив думку про те, що певні «частинки» речовини містять якийсь «активний початок», який за сприятливих умов може створити живий організм.

Ван Гельмонт (1579-1644), голландський лікар та натурфілософ, описав експеримент, у якому він за три тижні нібито створив мишей. Для цього потрібні були брудна сорочка, темна шафа та жменя пшениці. Активним початком у процесі зародження миші Ван Гельмонт уважав людський піт. І до появи в середині Х століття робіт засновника мікробіології Луї Пастера це вчення продовжувало знаходити прихильників.

Розвиток ідеї самозародження відноситься, по суті, до тієї епохи, коли в суспільній свідомості панували релігійні уявлення. Ті філософи та натуралісти, які не хотіли приймати церковного вчення про «створення життя», за тогочасного рівня знань легко приходили до ідеї його самозародження. Тією мірою, якою, на противагу вірі у створення, підкреслювалася думка про природне виникнення організмів, ідея самозародження мала певному етапі прогресивне значення. Тому проти цієї ідеї часто виступали Церква та теологи.

3. Гіпотеза панспермії.Згідно з цією гіпотезою, запропонованою в 1865р. німецьким вченим Г. Ріхтером і остаточно сформульованою шведським ученим Арреніусом в 1895 р. життя могло бути занесене на Землю з космосу. Найімовірніше попадання живих організмів позаземного походження з метеоритами та космічним пилом. Це припущення ґрунтується на даних про високу стійкість деяких організмів та їх суперечку до радіації, глибокого вакууму, низьких температур та інших впливів. Проте досі немає достовірних фактів, що підтверджують позаземне походження мікроорганізмів, знайдених у метеоритах. Але якби навіть вони потрапили на Землю і дали початок життя на нашій планеті, питання про первісне виникнення життя залишалося б без відповіді.

4. Гіпотеза біохімічної еволюції. У 1924 р. біохіміком А. І. Опаріним, а пізніше англійським вченим Дж. Холдейном (1929) була сформулювала гіпотеза, що розглядає життя як результат тривалої еволюції вуглецевих сполук.

Нині у процесі становлення життя умовно виділяють чотири етапи:

1. Синтез низькомолекулярних органічних сполук (біологічних мономерів) з газів первинної атмосфери.

2. Утворення біологічних полімерів.

3. Формування фазовідокремлених систем органічних речовин, відокремлених від довкілля мембранами (протобіонтів).

4. Виникнення найпростіших клітин, що мають властивості живого, у тому числі репродуктивним апаратом, що забезпечує передачу дочірнім клітинам властивостей батьківських клітин.

«ПЕРВИННИЙ БУЛЬЙОН» (не обов'язково)

У 1923 р. російський вчений Олександр Іванович Опарін припустив, що в умовах первісної Землі органічні речовини виникали з найпростіших сполук - аміаку, метану, водню та води. Енергія, необхідна для подібних перетворень, могла бути отримана або від ультрафіолетового випромінювання, або від частих електричних грозових розрядів - блискавок. Можливо, ці органічні речовини поступово накопичувалися у Стародавньому океані, утворюючи первинний бульйон, у якому й зародилося життя.

За гіпотезою А. І. Опаріна, в первинному бульйоні довгі ниткоподібні молекули білків могли згортатися в кульки, «склеюватися» один з одним, укрупняючись. Завдяки цьому вони ставали стійкими до руйнівної дії прибою та ультрафіолетового випромінювання. Відбувалося щось подібне до того, що можна спостерігати, вилив на блюдце ртуть з розбитого градусника: ртуть, що розсипалася на безліч дрібних крапельок, поступово збирається в краплі трохи більше, а потім - в одну велику кульку. Білкові «кульки» у «первинному бульйоні» притягували себе, пов'язували молекули води, і навіть жирів. Жири осідали на поверхні білкових тіл, обволікаючи їх шаром, структура якого віддалено нагадувала клітинну мембрану. Цей процес Опарин назвав коацервацією (від латів. соасеrvus - «потік»), а ті тіла, що виходять, - коацерватними краплями, або просто коацерватами. З часом коацервати поглинали з навколишнього розчину все нові порції речовини, їх структура ускладнювалася доти, поки вони не перетворилися на дуже примітивні, але вже живі клітини.

5. Стаціонарний стан

Відповідно до теорії стаціонарного стану, Земля будь-коли виникала, а існувала вічно; вона завжди була здатна підтримувати життя, а якщо змінювалася, то дуже незначно. Відповідно до цієї версії, види також ніколи не виникали, вони існували завжди, і кожен вид має лише дві можливості - або зміну чисельності, або вимирання.

Креаціонізм – гіпотеза, яка стверджує, що життя створене надприродною істотою внаслідок акта творіння, тобто Богом.

Гіпотеза стаціонарного стану, за якою життя існувало завжди.

Гіпотеза мимовільного зародження життя, що ґрунтується на ідеї багаторазового виникнення життя з неживої речовини.

Гіпотеза панспермії, за якою життя було занесено Землю з космічного простору.

Гіпотеза історичного походження життя за допомогою біохімічної еволюції.

Гіпотеза мимовільного зародження життябула висунута у стародавньому Китаї та Індії як альтернатива креаціонізму. Уявлення цієї гіпотези підтримували мислителі Стародавню Грецію (Платон, Аристотель), і навіть вчені періоду Нового часу (Галілей, Декарт, Ламарк). Згідно з цією гіпотезою, живі організми (нижчі) можуть з'явитися шляхом самородження з неживої речовини, що містить певний «активний початок». Так, наприклад, за Аристотелем, комахи та жаби за певних умов можуть заводитися в мулі, сирому ґрунті; черв'яки та водорості у стоячій воді, а ось личинки мух – у протухлому м'ясі при його гниття.

Французький мікробіолог Л. Пастер (1822-1895) своїми дослідами з вірусами остаточно довів неспроможність ідеї спонтанного самозародження життя. Проте, спростувавши цю гіпотезу, не запропонував свою, не пролив світло питанням про виникненні життя.

Тим не менш, досліди Л. Пастера мали велике значення в отриманні багатого емпіричного матеріалу в галузі мікробіології його часу.

Гіпотеза панспермії– про неземне походження життя шляхом занесення «зародків життя» з космосу на Землю – вперше було висловлено німецьким біологом та лікарем Г. Ріхтером наприкінці XIX ст. Концепція панспермії (від грец. pan- Весь, sperma- Насіння) допускає можливість походження життя в різний час у різних частинах Всесвіту та перенесення його різними шляхами на Землю (метеорити, астероїди, космічний пил).

Справді, нині отримано деякі дані, що вказують можливість утворення органічних речовин хімічним шляхом за умов космосу. Так, у 1975 р. попередники амінокислот були знайдені у місячному ґрунті. У міжзоряних хмарах виявлено найпростіші сполуки вуглецю, у тому числі близькі до амінокислот. У складі метеоритів знайдено альдегіди, вода, спирти, синильна кислота тощо.

Концепцію панспермії розділяли найбільші вчені кінця XIX – початку XX ст.: німецький хімік та агроном Ю. Лібіх, англійський фізик У. Томсон, німецький дослідник Г. Гельмгольц, шведський фізико-хімік С. Арреніус. С. Арреніус в 1907 р. у своїх працях навіть описував, як з інших планет у космічний простір йдуть з порошинками та живі суперечки організмів. Носячи в безмежних просторах космосу під впливом тиску зоряного світла, вони потрапляли на планети і там, де були сприятливі умови (зокрема Землі) починали нове життя. Ідеї панспермії підтримували і деякі російські вчені: геофізик П. Лазарєв, біолог Л. Берг, біолог-ґрунтознавець С. Костичов.

Існує ідея виникнення життя на Землі майже з моменту її утворення. Як відомо, Земля утворилася близько 5 млрд. років тому. Отже, життя могло зародитися під час утворення Сонячної системи, тобто у космосі. Оскільки тривалість еволюції Землі та життя на ній відрізняється незначною мірою, то існує версія, що життя на Землі – це продовження вічного її існування. Ця позиція близька до теорії вічного існування життя у Всесвіті. У масштабі глобального еволюційного процесу можна вважати, що виникнення життя Землі може, мабуть, збігатися з освітою та існуванням матерії. Академік В. Вернадський розділяв ідею вічності життя не в контексті її перерозподілу в космосі, а в сенсі нерозривності та взаємопов'язаності матерії та життя. Він писав, що «життя і матерія нерозривні, взаємопов'язані і з-поміж них немає тимчасової послідовності». На цю думку вказує і російський біолог і генетик Тимофєєв-Ресовський (1900-1982). У своєму короткому нарисі теорії еволюції (1977) він дотепно зауважив: «Ми всі такі матеріалісти, що нас усіх шалено хвилює, як виникло життя. При цьому нас майже не турбує, як виникла матерія. Тут усе просто. Матерія вічна, адже вона завжди була, і непотрібно жодних питань. Завжди була. А ось життя, бачите, обов'язково має виникнути. А може, вона також була завжди. І не треба запитань, просто завжди була, і все».

Гіпотеза походження життя в історичному минулому внаслідок біохімічної еволюції А. І. Опаріна

Геохімічна еволюція планети Земля, синтез найпростіших сполук, таких як 2,1 год [Н 3, Н 2 0 і т. д., перехід води з пароподібного стану в рідке в результаті поступового охолодження Землі. Еволюція атмосфери та гідросфери.

Утворення з неорганічних сполук органічних речовин – амінокислот – та їх накопичення у первинному океані внаслідок електромагнітного впливу Сонця, космічного випромінювання та електричних розрядів.

Поступове ускладнення органічних сполук та утворення білкових структур.

Виділення білкових структур із середовища, утворення водних комплексів та створення навколо білків водної оболонки.

Злиття таких комплексів та утворення коацерватів (від лат. coacervus– потік, купа, накопичення), здатних обмінюватися речовиною та енергією з навколишнім середовищем.

Поглинання коацерватами металів, що призвело до утворення ферментів, що пришвидшують біохімічні процеси.

Утворення гідрофобних ліпідних кордонів між коацерватами та зовнішнім середовищем, що призвело до утворення напівпроникних мембран, що забезпечувало стабільність функціонування коацервату.

Вироблення в ході еволюції у цих утворень процесів саморегуляції та самовідтворення.

З давнину і до нашого часу було висловлено безліч гіпотез про походження життя на Землі.

В даний час існує 5 наукових концепцій виникнення життя:

1. Виникнення живого з неживого, підкоряючись певним фізичним та хімічним закономірностям (Абіотична концепція);

2. Гіпотеза «голобіозу»- концепція протобіонта чи біоду, деякого доклітинного предка, початкових «життєздатних» структур;

3. Гіпотеза «генобіозу»,т. е. пошуку геному як реліктового предка всіх живих клітинних структур, вважаючи, що

саме РНК зіграло першорядну роль її зародженні життя;

4. Концепція стаціонарного стану життяжиття існувало завжди, початку життя немає;

5. Позаземне походження життя - життя було занесено на Землю з Космосу (Концепція панспермії).

У розвитку навчань про походження життя значне місце посідає теорія, яка стверджує, що все живе походить тільки від живого – теорія біогенезу.

У 1688 р. італійський біолог Ф. Реді серією дослідів з відкритими і закритими судинами довів, що білі маленькі хробаки, що з'являються в м'ясі, - це личинки мух і сформулював принцип: все живе - з живого.

У 1860 р. Пастер показав, що бактерії може бути скрізь і заражати неживі речовини. Для позбавлення від них необхідна стерилізація, що отримала назву пастеризації.

Проте як теорія походження життя біогенез неспроможний, оскільки протиставляє живе не живому, стверджує відкинуту наукою ідею вічності життя.

Абіотичні концепції.

Абіогенез -ідея про походження живого з неживого – вихідна гіпотеза сучасної теорії походження життя.

У 1924 р. відомий біохімік А. І. Опарін висловив припущення, що при потужних електричних розрядах у земній атмосфері, яка 4 - 4,5 млрд. років тому складалася з аміаку, метану, вуглекислого газу та пари води, могли виникнути найпростіші органічні сполуки , необхідні виникнення життя.

Пророцтва академіка Опаріна виправдалися. У 1955 р. американський дослідник С. Міллер, пропускаючи електричні заряди через суміш газів і пар, отримав найпростіші жирні кислоти, сечовину, оцтову та мурашину кислоти та кілька амінокислот.

Таким чином, у середині ХХ століття експериментально здійснено абіогенетичний синтез білковоподібних та інших органічних речовин в умовах, що відтворюють умови первісної Землі.

Гіпотеза Опаріна про виникнення життя на Землі спирається на уявлення про поступове ускладнення хімічної структури та морфологічного вигляду попередників життя (пробіонтів) на шляху до живих організмів. На стику моря, суші та повітря створювалися сприятливі умови для утворення складних органічних сполук. У концентрованих розчинах білків, нуклеїнових кислот можуть утворюватися згустки подібно до водних розчинів желатину. О. І. Опарін назвав ці згустки коацерватними краплямиабо коацерватами.

Коацервати – це відокремлені у розчині органічні багатомолекулярні структури. Це ще живі істоти. Їх виникнення розглядають як стадію розвитку переджиття. Найважливішим етапом у походження життя було виникнення механізму відтворення собі подібних та успадкування властивостей попередніх поколінь. Це стало можливим завдяки утворенню складних комплексів нуклеїнових кислот та білків. Нуклеїнові кислоти, здатні до відтворення, стали контролювати синтез білків, визначаючи в них порядок амінокислот. А білки – ферменти здійснювали процес створення нових копій нуклеїнових кислот. Так виникла головна властивість, характерна для життя – здатність до відтворення подібних до себе молекул.

Сильна сторона абіогенетичної гіпотези – її еволюційний характер, життя – закономірний етап еволюції матерії. Можливість експериментальної перевірки основних положень гіпотези.

На коацерватних краплях можна симетувати доклітинні фази зародження життя.

Слабка сторона гіпотези Опаріна допускала відтворення протоживих структур без молекулярних структур генетичного коду. Гіпотеза Опаріна пред'являє спеціальні вимоги до експериментального відтворення коацерватних структур: «первинний бульйон» з хімічно складною структурою, елементи біогенного походження (ферменти та коферменти).

Абіогенна гіпотеза включає рішучу відсіч вчених - прихильників ідеї вічності та безначальності біологічного життя.

Російський біохімік С. П. Костичев у своїй брошурі «Про появу життя на Землі» зауважує, що найпростіші організми складніші за всі фабрики і заводи, і випадкове виникнення життя малоймовірне, життя ніколи не створюється на мертвій матерії».

Щодо самозародження організмів слід зазначити, що Французька Академія наук, ще 1859 року, призначила спеціальну премію за спробу висвітлити по - новому питання про мимовільне зародженняжиття. Цю премію 1862 р. отримав знаменитий французький вчений Луї Пастер, який своїми дослідами довів неможливість самозародження мікроорганізмів.

Нині життя Землі неспроможна виникнути абиогенным шляхом. Ще Дарвін у 1871 році писав: «Але якби зараз… в якомусь теплому водоймищі, що містить всі необхідні солі амонію і фосфору і доступному впливу світла, тепла, електрики, хімічно утворився білок, здатні до подальших все більш складних перетворень, речовина негайно було б зруйновано та поглинено, що було неможливо у період виникнення живих істот». Життя виникло Землі абиогенным шляхом. В даний час живе походить тільки від живого (біогенне походження). Можливість повторного виникнення життя Землі виключена.

Теорія панспермії.

У 1865 р. німецький лікар Г. Ріхтер висунув гіпотезу космозоїв

(космічних зачатків) відповідно до якої життя є вічним і зачатки, що населяють світовий простір, можуть переноситися з однієї планети на іншу.

Подібну гіпотезу в 1907 році висунув шведський натураліст С. Арреніус, припустивши, що у Всесвіті вічно існують зародки життя. гіпотезу панспермії.Він описував, як із населених іншими істотами планет йдуть у світовий простір частинки речовини, порошинки та живі суперечки мікроорганізмів. Вони зберігають свою життєздатність, літаючи у просторі Всесвіту рахунок світлового тиску. Потрапляючи на планету з відповідними умовами для життя, вони починають нове життя на цій планеті. Цю гіпотезу підтримували багато, зокрема російські вчені З. П. Костичев, Л. З. Берг і П. П. Лазарєв.

Ця гіпотеза передбачає ніякого механізму пояснення первинного виникнення життя й переносить проблему інше місце Всесвіту. Лібіх вважав, що «атмосфери небесних тіл, а також космічних туманностей, що обертаються, можна вважати, як віковічні сховища жвавої форми, як вічні плантації органічних зародків», звідки життя розсіюється у вигляді цих зародків у Всесвіті.

Для обґрунтування панспермії використовують наскельні малюнки із зображенням предметів, схожих на ракети чи космонавтів, чи появи НЛО. Польоти космічних апаратів зруйнували віру в існування розумного життя на планетах Сонячної системи, що з'явилася після відкриття каналів Скіпареллі на Марсі в 1877 році.

Ловелл нарахував на Марсі 700 каналів. Мережа каналів охоплювала всі материки. В 1924 канали були сфотографовані, і більшість учених побачили в них доказ існування розумного життя. Фотографії 500 каналів зафіксували та сезонні зміникольори, які підтвердили ідеї радянського астронома Г. А. Тихова про рослинність на Марсі, оскільки озера та канали мали зелений колір.

Цінна інформація про фізичні умови на Марсі була отримана радянським космічним апаратом «Марс» та американськими посадковими станціями «Вікінг – 1» та «Вікінг – 2». Так, полярні шапки, що зазнають сезонних змін, виявилися складеними з водної пари з домішкою мінерального пилу і з твердого двоокису вуглецю сухого льоду). Але поки що слідів життя на Марсі не знайдено.

Вивчення поверхні з борту штучних супутників дозволило припустити, що канали та річки Марса могли виникнути внаслідок розтоплення під поверхневим водяним льодом у зонах підвищеної активності або внутрішнього тепла планети, або при періодичних змінах клімату.

Наприкінці шістдесятих років ХХ століття знову зріс інтерес до гіпотез панспермії. При вивченні речовини метеоритів і комет виявили «попередники живого» - органічні сполуки, синильна кислота, вода, формальдегід, ціаногени.

Формальдегід виявлено у 60 % випадків у 22 досліджених областях, його хмари з концентрацією приблизно 1000 молекул/див. куб. заповнюють великі простори.

У 1975 році попередники амінокислот знайдені в місячному ґрунті та метеоритах.

Стаціонарний стан життя концепції.

На думку В. І. Вернадського, треба говорити про одвічність життя та проявів її організмів, як ми говоримо про одвічність матеріального субстрату небесних тіл, їх теплових електричних, магнітних властивостейта їх проявів. Усе живе походить від живого (принцип Реді).

Примітивні одноклітинні організми могли виникнути лише у біосфері Землі, соціальній та біосфері Всесвіту. На думку Вернадського, природні наукипобудовані на припущенні, що життя з її особливими якостямине бере участі в житті Всесвіту. Але біосферу треба брати як ціле, як єдиний живий космічний організм (тоді й відпадає питання початку живого, про стрибку від неживого до живого).

Гіпотеза« голобіозу».

Вона стосується прообразу доклітинного предка та його здібностей.

Є різні формидоклітинного предка - "біоїд", "біомонада", "мікросфера".

Згідно з біохіміком П. Деккером, структурну основу «біоїда» складають життєздатні нерівноважні дисипативні структури, тобто відкриття мікросистеми з ферментативним апаратом, що каталізує метаболізм «біоїда».

Ця гіпотеза трактує активність до клітинного предка в обмінно-метаболічному дусі.

В рамках гіпотези «голобіозу» моделювали біохіміки С. Фокс та К. Дозе свої біополімери, здатні до метаболізму – комплексного білкового синтезу.

Головний недолік цієї гіпотези – відсутність генетичної системи за такого синтезу. Звідси перевага «молекулярного прабатька» всякого живого, а чи не первинної протоклітинної структури.

Гіпотеза генобіозу.

Американський вчений Холдейн вважав, що первинною була не структура, здатна до обміну речовин з навколишнім середовищем, а мокромолекулярна система, подібна до гена і здатна до репродукції, а тому і названим їм «голим геном». Загальне визнання ця гіпотеза отримала після відкриття РНК та ДНК та їх феноменальних властивостей.

Згідно з цією генетичною гіпотезою, на початку виникли нуклеїнові кислоти як матрична основа синтезу білків. Вперше її висунув 1929 р. Р. Меллер.

Експериментально доведено, що нескладні нуклеїнові кислоти можуть реплікуватися без ферментів. Синтез білків на рибосомах йде за участю т – РНК та р – РНК. Вони здатні будувати не просто випадкові поєднання амінокислот, а впорядковані полімери білком. Можливо, первинні рибосоми складалися лише з РНК. Такі безбілкові рибосоми могли синтезувати впорядковані пептиди за участю молекул т-РНК, які зв'язувалися з р-РНК через спарювання основ.

На наступній стадії хімічної еволюції з'явилися матриці, що визначали послідовність молекул т – РНК, а тим самим і послідовність амінокислот, що зв'язуються молекулами т – РНК. Здатність нуклеїнових кислот служити матрицями при утворенні компліментарних ланцюгів (наприклад, синтез і РНК на ДНК) - найбільш переконливий аргумент на користь уявлень про провідне значення в процесі біогенезу спадкового апарату і, отже, на користь генетичної гіпотези походження життя.