Возникновение жизни на земле: этапы эволюции, теории, гипотезы, правильная последовательность развития, процесс и условия, что необходимо

Введение

Проблема происхождения жизни на Земле и возможности ее существования в других регионах Вселенной давно привлекает внимание как ученых и философов, так и простых людей. В последние годы интерес к этой «вечной проблеме» значительно возрос

Это обусловлено двумя обстоятельствами: во-первых, значительными успехами в лабораторном моделировании некоторых этапов эволюции материи, приведших к зарождению жизни, и, во-вторых, бурным развитием космических исследований, делающих все более реальным непосредственный поиск любых форм жизни на планетах Солнечной системы, а в будущем и за ее пределами.

Происхождение жизни — один из самых загадочных вопросов, ответ на который вряд ли когда-нибудь будет получен. Множество гипотез и даже теорий о происхождении жизни, объясняющих различные аспекты этого явления, пока не в состоянии преодолеть существенное обстоятельство — подтвердить экспериментально факт возникновения жизни. Современная наука не располагает прямыми доказательствами того, как и где возникла жизнь. Есть только логические построения и косвенные доказательства, полученные путем модельных экспериментов, а также данные палеонтологии, геологии, астрономии и т.д.

Теории происхождения жизни на Земле разнообразны и далеко не всегда достоверны. Наиболее распространенными теориями происхождения жизни на Земле являются следующие:

Жизнь была создана сверхъестественным существом (Творцом) в определенное время (креационизм).
Жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния).
жизнь неоднократно возникала из неживой материи (спонтанное зарождение).
Жизнь была занесена на нашу планету извне (панспермия).
Жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам (биохимическая эволюция).

Определение и принципы стационарного состояния гипотезы

Стационарное состояние гипотезы — это концепция научного мышления, которая заключается в том, что научные гипотезы не могут быть доказаны в полном объеме, а только приняты или опровергнуты на основе новых данных и доказательств. Это означает, что они существуют в статусе постоянно изменяющейся вероятности и необходимости постоянной перепроверки.

Принципы стационарного состояния гипотезы включают в себя: проведение точных, строго контролируемых экспериментов; осуществление четкой формулировки гипотезы и ее тестирование путем сопоставления с фактическими результатами; описание гипотезы с помощью ясных и понятных терминов; и использование вероятностных подходов к теоретическим моделям.

Точные эксперименты помогают научным исследователям получить точные и надежные данные, необходимые для проверки гипотезы.
Четкая формулировка гипотезы делает возможным точное и строгое тестирование гипотезы.
Ясное описание гипотезы помогает научным исследователям понимать суть гипотезы и оказывает влияние на точность и надежность тестирования.
Использование вероятностных подходов позволяет научным исследователям учитывать неизвестность и случайность, связанные с научными исследованиями, и создавать более точные теоретические модели.

По сути, стационарное состояние гипотезы является инструментом научного подхода, который помогает научным исследователям создавать более точные теории и модели на основе научных данных и доказательств, и, следовательно, продвигать науку вперед.

Гипотеза стационарного развития

Самой эволюции также не существовало, таким образом, Прейер и его сторонники постулировали вечную жизнь на Земле, возникновение всех видов одновременно. Виды живых существ не развивались, более того, они будут существовать в неизменном виде всегда. Меняется только численность популяции данных видов. Появление новых видов живых существ исключено.

Эту теорию поддерживали ученый-естествоиспытатель Владимир Вернадский и зоолог Жорж Кювье.

Вернадский поставил под сомнение абиогенез, как только начал создавать свою собственную концепцию биосферы. Он принял противоположную идею о неслучайности природы жизни в системе материальных и энергетических отношений в биосфере.

Если иметь в виду фундаментальный уровень, то живая материя необходима для преобразования энергии в земные химические соединения. Таким образом, Вернадский связал геологические и биологические явления и процессы причинно-следственными связями.

Такой подход выводит законы биосферы на планетарный и даже космологический уровень. Однако в современной науке концепция Вернадского о вечности и космическом статусе живого материя практически неизвестна. Она по-прежнему стоит особняком, не влияя на развитие наук о Земле.

Вернадский основывает концепцию биосферы на первоначальных эмпирических обобщениях. Они не требуют доказательств, потому что проистекают из всего многовекового научного опыта. Приведем их вкратце:

никогда не было начала жизни, оно всегда передавалось путем биогенеза;
на Земле никогда не было безжизненных геологических эпох;
вся жизнь едина в своих основных свойствах;
живая материя всегда определяла химическую среду поверхности планеты;
количество атомов, захваченных живой материей в биосфере в любой данный момент, никогда не выходило за пределы средних значений, т.е. постоянно;
энергия, выделяемая живыми организмами, в основном является солнечной.

Именно в вышеупомянутых заключительных книгах Вернадский считал, что законы природы неизменны. Если живая материя стимулирует движение химических соединений на поверхности планеты, то так было на протяжении всей ее геологической истории. Уже в статье 1922 года Вернадский неявно вывел абсолютный научный запрет на происхождение жизни, основанный на геологическом движении.

Непрерывность биологического движения особенно очевидна в наследственности. В этом процессе само продление времени или его течение постоянно обновляется и никогда не прекращается. Вернадский глубоко ценил мысли о непрерывности жизни путем сохранения прошлого, когда в 1925 году он начал воспроизводить организмы.

Основываясь на многих фактах, он вывел эмпирическую формулу для размножения, общую для бактерий, растений и животных. Оказалось, что скорость передачи жизни не зависит от условий окружающей среды. Размножение вполне может прекратиться, например, из-за недостатка питания и многих других несчастных случаев.

Но существует, как мы бы сказали сегодня, программа селекции, определяемая чисто генетической причиной. Таким образом, Вернадский нашел мировые константы, имеющие объективный и абсолютный характер.

Изучая Землю, мы обязаны распространить основные особенности ее строения на астрономические тела того же класса. В Солнечной системе к ним относятся планеты земной группы.

Общие и наиболее важные особенности их структуры будут заключаться в следующем, говорил Вернадский:

они являются твердыми, холодными телами вращения, все имеют геологические оболочки, в первую очередь атмосферу;
все они индивидуально различны, и их планетарные оболочки физически и химически различны;
для двух планет — Венеры и Марса — мы можем предположить наличие биосферы;
атмосферные газы всех планет имеют биогенное происхождение;

Отсюда следует, что планеты-гиганты солнечной системы не являются планетами, подчеркивает Вернадский. Они имеют разный состав и структуру.

Теория стационарного состояния[]

Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности — либо изменение численности, либо вымирание.

Однако гипотеза стационарного состояния в корне противоречит данным современной астрономии, которые указывают на конечное время существования любых звёзд и, соответственно, планетных систем вокруг звёзд. По современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возраст Земли, Солнца и Солнечной системы исчисляется ~4,6 млрд лет. Поэтому эта гипотеза обычно не рассматривается академической наукой.

Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводит в качестве примера представителя кистеперых рыб — латимерию (целаканта). По палеонтологическим данным кистеперые вымерли в конце мелового периода. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, ее сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков.

Теория стационарного состояния

Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть только две возможности: либо изменение численности, либо вымирание.

По современным оценкам, основанным на скорости радиоактивного распада, возраст Земли составляет 4,6 миллиарда лет. Более совершенные методы датировки дают все более высокие оценки возраста Земли, что позволяет сторонникам теории устойчивого состояния считать, что Земля существовала всегда.

Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых останков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводят в пример представителя кистеперых рыб — латимерию (целакант). Считалось, что кистеперые рыбы (целаканты) были переходной формой от рыб к амфибиям и вымерли 60-90 миллионов лет назад (в конце мелового периода). Однако этот вывод пришлось пересмотреть, когда в 1939 году у берегов Мадагаскара была поймана рыба. На Мадагаскаре в 1939 году был пойман первый живой целакант, за которым последовали другие экземпляры. Таким образом, целакант не является переходной формой.

Были найдены и многие другие животные, считавшиеся вымершими, например, лингула, небольшое морское животное, предположительно вымершее 500 миллионов лет назад, но сохранившееся до наших дней в виде других «живых ископаемых»: солендон, землеройка, туатара, ящерица. За миллионы лет они не претерпели никаких эволюционных изменений.

Другой пример заблуждения — археоптерикс, существо, связывающее птиц и рептилий, переходная форма на пути превращения рептилий в птиц. Но в 1977 году в Колорадо были найдены окаменелости птиц, возраст которых соизмерим и даже превышает возраст останков археоптерикса, то есть он не является переходной формой.

Сторонники теории устойчивого состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о том, что вымирание произошло, и даже в этом случае он, скорее всего, окажется неверным. Используя палеонтологические данные для поддержки теории стационарного состояния, ее сторонники интерпретируют появление ископаемых останков в экологических терминах.

Например, они объясняют внезапное появление ископаемого вида в определенном слое увеличением его популяции или перемещением в места, благоприятные для сохранения останков.

Большинство аргументов в пользу этой теории относятся к таким неясным аспектам эволюции, как значение разрывов в палеонтологической летописи, и именно в этом направлении она наиболее разработана.

Гипотезу стационарного состояния иногда называют гипотезой эттернизма (от латинского eturnus — вечный). Гипотеза эттернизма была выдвинута немецким ученым В. Прейером в 1880 году.

Взгляды Прейера поддержал академик Владимир Иванович Вернадский (1864 — 1945), автор учения о биосфере. Вернадский считал, что жизнь — такая же вечная основа космоса, как материя и энергия. «Мы знаем, и знаем это научно, — утверждал он, — что космос без материи, без энергии существовать не может. А достаточно ли материи — и без раскрытия жизни — для построения Космоса, той Вселенной, которая доступна человеческому разуму?». На этот вопрос он ответил отрицательно, ссылаясь именно на научные факты, а не на личные симпатии, философские или религиозные убеждения. «…Можно говорить о вечности жизни и проявлений ее организмов, так же как можно говорить о вечности материального субстрата небесных тел, их тепловых, электрических, магнитных свойств и их проявлений. С этой точки зрения вопрос о происхождении жизни будет так же далек от научного поиска, как и вопрос о происхождении материи, тепла, электричества, магнетизма, движения».

Исходя из представления о биосфере как о земном, но и космическом механизме, Вернадский связывал ее формирование и эволюцию с организацией космоса. «Нам становится ясно, — писал он, — что жизнь есть явление космическое, а не чисто земное». Эту мысль Вернадский повторял много раз: «…начала жизни в наблюдаемом нами Космосе не было, потому что не было начала этого Космоса. Жизнь вечна, потому что вечен Космос».

Самозарождение жизни[]

Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Древнем Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель (384—322 гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения жизни. Согласно этой гипотезе, определенные «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.

С распространением христианства теория спонтанного зарождения жизни оказалась не в чести: ее признали лишь те, кто верил в колдовство и поклонялся нечистой силе, но эта идея все продолжала существовать где-то на заднем плане в течение еще многих веков.

Известный ученый Ван Гельмот описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, тёмный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван Гельмот считал человеческий пот.

В 1688 году итальянский биолог и врач Франческо Реди подошел к проблеме возникновения жизни более строго и подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Реди установил, что маленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе, — это личинки мух. Проведя ряд экспериментов, он получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).

Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеи самозарождения, и хотя эта идея несколько отошла на задний план, она продолжала оставаться главной версией зарождения жизни.

В то время как эксперименты Реди, казалось бы, опровергли спонтанное зарождение мух, первые микроскопические исследования Антони ван Левенгука усилили эту теорию применительно к микроорганизмам. Сам Левенгук не вступал в споры между сторонниками биогенеза и спонтанного зарождения, однако его наблюдения под микроскопом давали пищу обеим теориям.

В 1860 году проблемой происхождения жизни занялся французский химик Луи Пастер. Своими опытами он доказал, что бактерии вездесущи и что неживые материалы легко могут быть заражены живыми существами, если их не стерилизовать должным образом. Учёный кипятил в воде различные среды, в которых могли бы образоваться микроорганизмы. При дополнительном кипячении микроорганизмы и их споры погибали. Пастер присоединил к S-образной трубке запаянную колбу со свободным концом. Споры микроорганизмов оседали на изогнутой трубке и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипяченная питательная среда оставалась стерильной, в ней не обнаруживалось зарождения жизни, несмотря на то, что доступ воздуха был обеспечен.

В результате ряда экспериментов Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения.

1 Панспермия

Панспермия — гипотеза о появлении жизни на Земле в результате занесения из космического пространства так называемых «зародышей жизни». Гипотеза панспермии никак не объясняет возникновение жизни во Вселенной, она лишь предлагает конкретный способ появления жизни на Земле. По мнению ряда авторов, суть этой концепции заключается в том, что жизнь как таковая просто является одним из фундаментальных свойств материи. Однако подобная трактовка не является общепринятой.

После открытия космических лучей и выяснения действия радиации на биологические объекты позиция гипотезы весьма ослабла. Однако после того, как миссией Аполлон-12 были найдены живые земные микроорганизмы на прилунившемся зонде Сервейер-3, о ней стали говорить чаще. В последнее время особенно часто идеи панспермии упоминаются в СМИ в контексте обмена веществом между Землей и Марсом, когда на его поверхности ещё было много воды.

На основе гипотезы панспермии зародилось понятие «техногенной панспермии». Учёные опасаются, что с космическими аппаратами, отправляемыми к другим космическим объектам, мы можем занести туда земные микроорганизмы, что уничтожит местную биосферу, не позволив её изучить.

Нравится

Комментарии:

Первичный бульон

Это понятие тесно связано с успевшими обрести статус классических экспериментами, поставленными в 1950-х Стэнли Миллером и Гарольдом Юри. В лаборатории ученые смоделировали условия, которые могли существовать у поверхности молодой Земли, – смесь метана, угарного газа и молекулярного водорода, многочисленные электрические разряды, ультрафиолет, – и вскоре более 10% углерода из метана перешло в форму тех или иных органических молекул. В опытах Миллера – Юри было получено больше 20 аминокислот, сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот.

Современные вариации этих классических экспериментов используют куда более сложные постановки, которые точнее соответствуют условиям ранней Земли. Имитируются воздействия вулканов с их выбросами сероводорода и двуокиси серы, присутствие азота и т. д. Так ученым удается получать огромное и разнообразное количество органики – потенциальных кирпичиков потенциальной жизни. Главной проблемой этих опытов остается рацемат: изомеры оптически активных молекул (таких как аминокислоты) образуются в смеси в равных количествах, тогда как вся известная нам жизнь (за единичными и странными исключениями) включает лишь L-изомеры.

Впрочем, к этой проблеме мы еще вернемся. Здесь же стоит добавить, что недавно – в 2015 году – кембриджский профессор Джон Сазерленд (John Sutherland) со своей командой показал возможность образования всех базовых «молекул жизни», компонентов ДНК, РНК и белков из весьма нехитрого набора исходных компонентов. Главные герои этой смеси – циановодород и сероводород, не столь уж редко встречающиеся в космосе. К ним остается добавить некоторые минеральные вещества и металлы, в достаточном количестве имеющиеся на Земле, – такие как фосфаты, соли меди и железа. Ученые построили детальную схему реакций, которая вполне могла создать насыщенный «первичный бульон» для того, чтобы в нем появились полимеры и в игру вступила полноценная химическая эволюция.

Гипотезу абиогенного происхождения жизни из «органического бульона», которую проверили эксперименты Миллера и Юри, выдвинул в 1924 году советский биохимик Александр Опарин. И хотя в «темные годы» расцвета лысенковщины ученый принял сторону противников научной генетики, заслуги его велики. В знак признания роли академика имя его носит главная награда, вручаемая Международным научным обществом изучения возникновения жизни (ISSOL), – Медаль Опарина. Премия присуждается каждые шесть лет, и в разное время ее удостаивались и Стэнли Миллер, и великий исследователь хромосом, Нобелевский лауреат Джек Шостак. Признавая громадный вклад и Гарольда Юри, в промежутках между вручениями Медали Опарина ISSOL (тоже каждые шесть лет) присуждает Медаль Юри. Получилась уникальная, настоящая эволюционная премия – с изменчивым названием.

Ссылки[]

Thermodynamic theory of evolution of universe
Термодинамика и возникновение жизни
Как возникла жизнь
Портал „Вся Биология“
Лорен Грэхэм Глава III. Проблема происхождения жизни // Естествознание, философия и науки о человеческом поведении в Советском Союзе
А. С. Спирин. Биосинтез белков, мир РНК и происхождение жизни — статья академика, директора Института белка РАН, члена Президиума РАН.
К. Ю. Еськов История Земли и жизни на ней
Дискуссия о происхождении жизни на Астрофоруме

Разделы биологии

Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Возникновение жизни. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .

Как правильно формулировать гипотезу при использовании стационарного состояния?

Гипотеза в стационарном состоянии является основой для многих исследований и позволяет получить достоверную информацию о объекте исследования. Правильно сформулированная гипотеза позволит провести исследование более эффективно и точно. Её формулировка должна быть доступна для понимания и содержать краткое описание того, что исследователь ожидает найти или получить.

Для формулирования гипотезы при использовании стационарного состояния нужно определить, какой аспект или параметр будет измеряться, предположить, какие результаты будут получены и сформулировать гипотезу в соответствии с этими предположениями.

При формулировке гипотезы необходимо помнить о том, что она должна быть конкретной и содержать предположения, которые можно проверить. Гипотеза также должна быть достаточно гибкой, чтобы её можно было уточнить и доработать в процессе исследования. Кроме того, гипотеза не должна содержать недостаточно информации, чтобы её нельзя было проверить.

При использовании стационарного состояния рекомендуется стараться формулировать гипотезу на основе имеющихся данных и знаний. Это позволит более точно определить исследовательский процесс и достичь более точных результатов. Кроме того, необходимо учитывать, что гипотеза при использовании стационарного состояния должна быть временно устойчивой, чтобы она продолжала быть актуальной на всей протяженности исследования.

Заключение

Имеем ли мы логическое право признать фундаментальное различие между живым и неживым? Есть ли в окружающей нас природе факты, которые убеждают нас в том, что жизнь существовала всегда и имеет так мало общего с неживой природой, что ни при каких обстоятельствах не могла бы образоваться, отделиться от нее? Можем ли мы признать организмы как образования, полностью, фундаментально отличающиеся от остального мира?

Биология двадцатого века углубила наше понимание существенных особенностей жизни, раскрыв ее молекулярную основу. Современная биологическая картина мира основана на идее, что мир жизни — это грандиозная Система высокоорганизованных систем.

Несомненно, новые знания будут включаться в модели происхождения жизни, и они будут становиться все более обоснованными. Но чем качественнее новое отличается от старого, тем сложнее объяснить его происхождение.

Рассмотрев основные теории происхождения жизни на Земле, теория сотворения лично мне кажется наиболее вероятной. В Библии говорится, что Бог создал все из ничего. Удивительно, но современная наука допускает, что все могло быть создано из ничего. «Ничто» в научной терминологии называется вакуумом. Вакуум, который физики двадцатого века считали пустотой, согласно современным научным представлениям, является особой формой материи, способной при определенных условиях «рождать» материальные частицы. Современная квантовая механика предполагает, что вакуум может переходить в «возбужденное состояние», при котором в нем может образовываться поле, а из него — материя.