Теории возникновения жизни

Концепция сверхъестественного (божественного) происхождения живого — креационизм — основана на вере и поэтому не относится к области науки.

КРЕАЦИОНИЗМ
Наука: наблюдение и эксперимент. Научная истина содержит элемент гипотезы.
Богословие: божественное откровение и вера. Процесс сотворения мира недоступен наблюдению. Истина абсолютна.
Наука не может ни доказать, ни отвергнуть креационизм

Линней Карл
(1707-1778)
Креационистами были многие исследователи 18 - начала 19 вв. Так, например, шведский учёный К. Линней считал, что все виды растений и животных существуют со времени "сотворения мира" и созданы богом независимо друг от друга; французский анатом и палеонтолог Ж. Кювье считал, что в течение истории Земли происходили обширные катастрофы, или катаклизмы, после которых опустошённые места заселялись организмами, пережившими катастрофу в отдалённых районах
Кювье Жорж
(1769-1832)
КРЕАЦИОНИЗМ

Концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества появилась в древности; ее придерживался еще Аристотель.

САМОПРОИЗВОЛЬНОЕ ЗАРОЖДЕНИЕ
Аристотель (384-322 до н.э.) :
Определенные «частицы» вещества содержат «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм.
«Активное начало» есть в оплодотворенном яйце, солнечном свете, тине, гниющем мясе

Ван Гельмонт
(1579—1644),
голландский врач и натурфилософ, описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван Гельмонт считал человеческий пот.
САМОПРОИЗВОЛЬНОЕ ЗАРОЖДЕНИЕ

Франческо Реди
(1626-1697, Италия)
Луи Пастер
(1822-1895)
В XVII в. биолог Ф. Реди противопоставил ей принцип: живое возникает только из живого (так называемый принцип Реди или концепция биогенеза).
Уже в XIX в. Л.Пастер окончательно опроверг концепцию самопроизвольного зарождения, показав, что эффект неоднократного появления жизни там, где она не существовала, связан с бактериями.

1668г. Опыт Франческо Реди
Подверг сомнению теорию спонтанного зарождения
Концепция биогенеза: жизнь может возникнуть только из предсуществующей жизни

1668г. Опыт Франческо Реди
Удар по теории самозарождения:
Растения и животные появляются только из семян или из яиц, образуемых родительскими особями.
Спонтанное зарождение продолжало оставаться главной теорией в нерелигиозной среде.

Микроскоп Левенгука и способ его использования. Изображения бактерий, которые Левенгук увидел под микроскопом
Везде обитают крошечные организмы, невидимые простым глазом
«Анималькули» происходят от себе подобных
Усиление теории самозарождения применительно к микроорганизмам.
Наблюдения под микроскопом давали пищу как теориям биогенеза, так и самозарождения

Дж. Нидхем (J. Needham, 1713 — 1781)
Серия опытов:
готовил в стеклянных колбах разные настои, кипятил их в течение нескольких минут, затем закрывал обычными пробками
через несколько дней в сосудах появлялись микроорганизмы
Заключение о спонтанном возникновении микроорганизмов из неживого органического вещества, т. е. о возможности самопроизвольного зарождения на уровне низших живых существ.

Ладзаро Спалланцали, 1765г.
Опыт с бульоном в запаянной колбе, закрытой пробкой до кипячения (30мин.-1 час):
Нет микроорганизмов в большинстве колб
в опытах Дж. Нидхема микроорганизмы в настоях появлялись из воздуха или погибали не все клетки из-за недостаточно длительного кипячения (прорастание покоящихся спор)
Л. Спалланцани под микроскопом наблюдал деление клеток.

ВЫВОДЫ:
Ладзаро Спалланцали: Микроорганизмы (бактерии, плесень) не зарождаются самопроизвольно в мясном бульоне, а происходят от себе подобных.
Нидхэм:
Воздух в закрытых колбах непригоден для жизни
Кипячение разрушило жизненно важные молекулы в опытах Спалланцани, необходимые для превращения неживой материи в живую.

Луи Пастер (1822-1895)
Отец микробиологии
Изучение бактерий, дрожжей и других микроорганизмов
Бактерии вездесущи,
Неживые материалы могут быть заражены живыми, если их не простерилизовать должным образом

Опыты Л.Пастера
Бактерии распространяются по воздуху
доказал, что в сосуде, куда не проникают споры микроорганизмов, не могут зарождаться даже бактерии.

Идея самозарождения
Идея самозарождения - в эпоху господства религии
в противовес вере в сотворение, подчеркивалась мысль о естественном возникновении организмов, идея самозарождения имела прогрессивное значение.
Против выступали теологи

Идея самозарождения:
Живые организмы происходят от других живых организмов
Новая проблема!!!
Откуда взялись первые клетки?
Не требует ответа на этот вопрос только Теория стационарного состояния

Концепция стационарного состояния предполагает, что Земля и жизнь на ней существовали всегда, причем в неизменном виде. Эта концепция носит абсолютно умозрительный характер и не согласуется со свидетельствами эволюционности живого.

Теория стационарного состояния
Земля существовала вечно, всегда поддерживалась жизнь, виды существовали всегда, но имели 2 возможности: либо изменение численности, либо вымирание.
Отрицают, что ископаемые остатки указывают на время появления или вымирания вида
Пример: кистеперые рыбы – латимерия («вымерли» 70млн лет назад).

Концепция панспермии связывает появление жизни на Земле с ее занесением из космического пространства. Теоретическая возможность панспермии подтверждается обнаружением следов органических соединений в метеоритном и кометном веществе. В 1975 г. предшественники аминокислот найдены в лунном грунте.

Теория панспермии
Жизнь занесена на нашу планету извне.
Не предлагает механизма объяснения первичного возникновения жизни.
Перенос проблемы в другое место Вселенной.
Жизнь возникла 1 или несколько раз в разных частях Галактики.

Теория панспермии: обоснования
многократные появления НЛО
наскальные изображения предметов, похожих на ракеты и «космонавтов»
сообщения о встречах с инопланетянами
материалы метеоритов и комет – обнаружены «предшественники живого»: цианогены, синильная кислота и органические соединения

Общепринятой в естествознании в настоящее время можно считать концепцию биохимической эволюции. Согласно современному варианту концепции, жизнь зародилась на Земле естественным путем в результате химических, а затем — биохимических процессов. Причем, это явилось не маловероятной случайностью, а достаточно вероятным результатом самоорганизации.

Биохимическая эволюция
Возраст Земли – 4,5-5 млрд.лет
3,5млрд лет назад –появление живых существ на Земле
Жизнь возникла из неживой материи в условиях, резко отличающихся от нынешних, и на протяжении периода в сотни миллионов лет в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам. .
Появление жизни - обязательный этап эволюции материи
Жизнь возникла неоднократно и в разных частях Вселенной.

Условия, необходимые для возникновения жизни
Л.Пастер доказал,
что жизнь в его колбах за время опыта и условиях опыта (стерильная питательная среда, чистый воздух) не зарождалась.
Л. Пастер не доказал,
что жизнь не могла возникнуть из неживой материи никогда, ни при каком сочетании условий.

Условия, необходимые для возникновения жизни:
Наличие определенных химических веществ (вода, неорганические вещества горных пород, газообразные продукты извержений вулканов в атмосфере)
Наличие источника энергии
Отсутствие газообразного кислорода
Безгранично долгое время

Причины невозможности зарождения жизни в современных условиях
Органические вещества разрушаются кислородом
Свободные органические вещества поглощаются бактериями и грибами

Чарльз Дарвин,1871г.
« Часто говорят, что все необходимые для создания живого организма условия, которые могли когда-то существовать, имеются и в настоящее время. Но если (ох, какое это большое «если») представить себе, что в каком-то небольшом теплом пруду, содержащем всевозможные аммонийные и фосфорные соли, при наличии света, тепла, электричества и т.п. ..»

Чарльз Дарвин,1871г.
«…образовался бы химическим путем белок, готовый претерпеть еще более сложные превращения, то в наши дни такой материал непрерывно пожирался бы или поглощался, чего не могло случиться до того, как появились живые существа»

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Случайные химические события
Скопление химических веществ
Усложнение химических веществ
Сходство с живым
Превращение скоплений химических веществ в клетки
Эволюция клетки
Откуда взялась первая клетка?

ПОИСКИ ИСТОКОВ ЖИЗНИ
1923г. Александр Опарин «Возникновение жизни на Земле»
1929г. Дж.Холдейн - развитие идей А.Опарина
1953г. –Стэнли Миллер, экспериментальная проверка гипотезы А. Опарина

Гипотеза А. Опарина
Органические вещества (углеводы) могли возникнуть в океане из более простых соединений.
Источники энергии для синтеза:
интенсивная солнечная радиация-ультрафиолет
электрические разряды

Гипотеза А. Опарина
Гипотеза: в океанах постепенно накапливались органические вещества и образовался тот «первичный бульон», в котором могла возникнуть жизнь

Белково-коацерватная теория Опарина
Превращение неживого в живое - белки.
Белки притягивают к себе молекулы воды, создающие вокруг них оболочку.
Комплексы обособляются от всей массы воды.
Процесс коацервации: слияние комплексов друг с другом.

Белково-коацерватная теория А.Опарина
Обмен веществами с окружающей средой. Накопление различных соединений. Состав коацервата зависит от состава среды.
Разнообразие состава «бульона» - различия в химическом составе коацерватов -сырье для «биохимического естественного отбора».

Белково-коацерватная теория А. Опарина
Вещества коацерватов вступают в дальнейшие химические реакции: поглощение ионов металлов, образование ферментов.
На границе коацерватов и внешней среды выстраивались молекулы липидов и образовывалась примитивная клеточная мембрана, обеспечивающая коацерватам стабильность.
В результате включения в коацерват молекулы, способной к самовоспроизведению, могла возникнуть примитивная клетка.

Прибор Стэнли Миллера для воспроизведения условий первобытной Земли, 1953г.
Шар с «атмосферой»: NH3, CH3, H2, H20 пары .
Искровые заряды=молнии-источник энергии.
Вода = «океан», нагревают, пары, охлаждение, дождь.

Прибор Миллера для воспроизведения условий первобытной Земли
Через неделю появились разные органические вещества
Аминокислоты,аденин и простые сахара, такие как рибоза.

Орджел, Институт Солка
Синтезировал нуклеотидные цепи длиной в 6 мономеров (простые нуклеиновые кислоты).

Современные эксперименты
Предположение, что в первичной атмосфере в относительно высокой концентрации содержалась СО2.
Установка Миллера, смесь СО2 и воды, и следовые количества других газов
Результаты как у Миллера.

В сосуде, заполненном смесью первичных газов (водород, метан, аммиак, сероводород, пары воды) происходят электрические разряды, имитирующие молнии.
Через несколько часов стенки сосуда покрываются темной смесью синтезированных органических соединений.
Доказана возможность образования молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) - одного из важнейших компонентов живого вещества.

Образование органических веществ на Земле в наше время
Реакция между газообразными продуктами извержения вулканов с лавой.
Обнаружение органических веществ в метеоритах и атмосфере других планет.
Это подтверждение образования органических веществ на первобытной Земле без участия живых организмов.

Органические вещества метеоритов
The Murchison
meteorite

Образование органических веществ на Земле в наше время
Теория Опарина завоевала широкое признание, но она оставляет нерешенные проблемы, связанные с переходом от сложных органических веществ к простым живым организмам.
Теория Опарина – общая схема, нет деталей процесса.

Общая схема биосинтеза белка
Генетическая информация закодирована в последовательности ДНК
ДНК - РНК - белок

Концепция самодостаточного мира РНК: РНК – первичный генетический материал.
1. В химическом синтезе, и в биохимических реакциях рибонуклеотиды предшествуют дезоксирибонуклеотидам; дезоксирибонуклеотиды - продукты модификации рибонуклеотидов.

Концепция самодостаточного мира РНК: РНК – первичный генетический материал.
2.В самых древних, универсальных процессах жизненного метаболизма широко представлены рибонуклеотиды, включая основные энергетические носители типа рибонуклеозид-полифосфатов (АТФ и т.п.).

Концепция самодостаточного мира РНК: РНК – первичный генетический материал.
3. Репликация РНК может происходить без какого бы то ни было участия ДНК, а механизм редупликации ДНК даже в современном живом мире требует обязательного участия РНК-затравки в инициации синтеза цепи ДНК.

Концепция самодостаточного мира РНК: РНК – первичный генетический материал.
4. РНК способна выполнять функции белков: катализ химических реакций.
Таким образом, имеются все основания рассматривать ДНК как более позднее эволюционное приобретение - как модификацию РНК, специализированную для выполнения функции воспроизведения и хранения уникальных копий генов в составе клеточного генома без непосредственного участия в биосинтезе белков.

Концепция самодостаточного мира РНК: РНК – первичный генетический материал.
Схематическое представление
пути происхождения жизни
согласно современной концепции
первичности мира РНК