מסר מקור החיים עלי אדמות. דיווח: הופעת החיים על פני כדור הארץ. המראה של יצורים חיים

1. IN מוליך.

2. ו

3. פ בעיה של מקור החיים.

4. ט התיאוריה של מקור החיים על כדור הארץ AI Oparina.

5. ו ספרות משומשת.

IN מוליך

ישנן השערות רבות המסבירות את מקור החיים על פני כדור הארץ. אבל בתקציר אתעכב על כמה מהם בפירוט. באופן כללי, המושגים הבאים נחשבים בסיסיים:

1. בריאתנות. טוען שהחיים היו ישות על טבעית, כלומר אל.

2. יצירה ספונטנית. החיים נוצרו מ חומר דומם.

3. תיאוריה מצב יציב. החיים תמיד היו קיימים ויתקיימו לנצח.

4. החיים מובאים מבחוץ.

5. אבולוציה ביוכימית. החיים התעוררו כתוצאה מתהליכים שצייתו לתופעות ביוכימיות. מחבר התיאוריה Oparin A.I.

לגבי ההשערה השנייה, העובדה שהיא בלתי נסבלת הוכחה על ידי פרנצ'סקו רדי. באשר להכנסת חיים מבחוץ, חוסר העקביות שלהם מוכח על ידי העובדה ששום דבר חי אינו יכול לחדור דרך מסך האוזון. התיאוריה הכי עקבית ביו אבולוציה כימית. הוא נתמך על ידי חוקרים מובילים רבים: מילר, אוריי.

לדברי מדענים העוסקים בתחום האסטרונומיה, כדור הארץ וכוכבי לכת אחרים מערכת השמשנוצר לפני כ-4.5 מיליארד שנים מחומר גז ואבק מיוחד. חומר כזה עדיין נמצא בחלל הבין-כוכבי והיסוד השולט בחומר זה הוא מימן. מימן הופך לפחמן על ידי תגובת היתוך גרעיני. לאחר מכן, כתוצאה מתגובה זו, התעוררו חמצן ויסודות אחרים. בהשפעת טמפרטורות גבוהות ודחיסה גרביטציונית, שנוצרה כתוצאה מסיבוב הענן סביב צירו, נוצרה חומרים כימיים, שהיוו את הבסיס לכוכבי הלכת והכוכבים, כמו גם האטמוספירה שלהם.

להמשך התפתחות בדרך להופעתם של חיים, היו נחוצים תנאים פלנטריים וקוסמיים. קודם כל, אלה כוללים: גודל כוכבי הלכת, המסה של כוכבי הלכת לא צריכה להיות גדולה במיוחד, ולא קטנה מדי. תנועת כוכבי הלכת סביב הכוכבים חייבת להיות מעגלית או קרובה אליו; מכיוון שתנועה זו היא שמבטיחה חימום אחיד של כדור הארץ. כדור הארץ חייב גם להקרין כל הזמן אנרגיה.

בדיוק בכל התנאים הללו עונה כדור הארץ ולכן קמו והתפתחו עליו חיים. ועל תהליך זה אתעכב ביתר פירוט בפרקים הבאים של התקציר.

ו גיבוש רעיונות על מהות החיים.

תפיסת החיים האידיאליסטית, המכונה הוויטליסטית, שורשיה במעמקי מאות שנים. מייסדו נחשב לאריסטו, שטען כי "החיים הם תזונה, גדילה ונפילה, שהסיבה לה היא אנטלכיה - עיקרון שיש לו מטרה בפני עצמה".

ויטליזם תמיד ייצג מגמה אנטי-מדעית בביולוגיה, שעמדתה העיקרית הייתה ההכרה במטרה מיוחדת כוח החייםאו "נשמה", הטבועה בכל גופי הטבע החי. כוח החיים, כחומר מיוחד שאינו חומרי, נחשב בלתי תלוי בצורה החומרית. לכן, תומכים עקביים של התפיסה הוויטליסטית ראו בו ביטוי של העיקרון האלוהי. מכאן הרעיון של אלמוות של הנשמה, הגובל באמונות דתיות בחיים שלאחר המוות.

בניגוד לוויטליזם, עלתה השקפה מכניסטית על הטבע האורגני, שהפכה לנפוצה במאה ה-18 בהשפעת החומרנים הצרפתים. תומכי השקפה זו עשו ניסיון לצמצם את כל תהליכי החיים רק לכימיקלים ו שינויים פיזיים. מכאן עלה רעיון חד צדדי של אורגניזמים כגופים השונים מגופים דוממים לא במקוריות איכותית, אלא רק במורכבות המבנה שלהם. מושג כזה התברר כחסר כוח לפתור את בעיית מהות החיים, שכן יוצריו לא ראו את הפרטים של גופי הטבע החיים.

לראשונה, עקרונות הגישה להבהרת מהות החיים מתוך העמדות חומרנות דיאלקטיתנוסחו על ידי פרידריך אנגלס ביצירות "דיאלקטיקה של הטבע" ו"אנטי-דוהרינג". אנגלס ראה את החיים כמו צורה מיוחדתתנועה של חומר חי. מנקודת מבט זו, נראה שחשוב לברר מהי האחדות של חומר דומם וחי.

האחדות של הטבע האורגני והאנ-אורגני מוכחת בעיקר על ידי ניתוח כימי. גופים בעלי טבע חי ודומם מורכבים מאותם יסודות, אך במערכות חיות 98% נופלים על ארבעת היסודות הבאים: מימן, פחמן, חמצן, חנקן; וגופי הטבע הדומם מורכבים ב-98% מברזל, סיליקון, אלומיניום, מגנזיום.

כל אורגניזם בבניית גופו תלוי בטבע הדומם וחי. אורגניזמים מסוגלים להזנה אוטוטרופית, לבנות את גופם מחומרים בעלי אופי אנאורגני, בעוד השאר משתמשים במוצרי פסולת של צורות אוטוטרופיות.

כך, בסופו של דבר, כל הגופים החיים מקבלים את היסודות והאנרגיה הדרושים לחיים מהטבע הדומם במחזור מורכב של חומר ואנרגיה. לאחר מותם של אורגניזמים, היסודות שהיו בהם חוזרים שוב לסביבה האנאורגנית.

למרות האחדות, החומר החי הוא ייחודי מבחינה איכותית. אנגלס ראה מקוריות זו בעובדה שגופים חיים לפי טבע כימיהם גופי חלבון, הטבועים בחילופי חומרים עם הטבע הסובב אותם. מכאן נובעת הגדרת החיים שניסח פרידריך אנגלס בטבע הדיאלקטי:

"חַיִים- קיים אופן קיום של גופי חלבון, שעיקרם חילופי חומרים מתמשכים עם הטבע החיצוני הסובב אותם, ועם הפסקת חילוף החומרים הזה, נפסקים גם החיים, מה שמוביל לפירוק החלבון. חילוף חומרים אורגני מייצג את האחדות של שני תהליכים - הטמעה והתפזרות. הראשון שבהם מוביל לכל סינתזה חדשה וחדשה של חומר אורגני - בניית הגוף החי עצמו והצטברות אנרגיה פוטנציאלית הקשורה במתחם חומר אורגניאה. התהליך השני מוביל להרס של חומרים אורגניים, שבהם משתחררת האנרגיה הפוטנציאלית החבויה בהם, ומוצרי הריקבון מוסרים מהגוף ומשתחררים לסביבה. כל התכונות הבסיסיות של גופים חיים נובעים מחילוף החומרים האורגני: עצבנות, ניידות, גדילה, התפתחות, רבייה, כמו גם תורשה ושונות.

IN טבע דומםאותו יש תהליךחילוף חומרים. אבל זה שונה מהחלפה אורגנית, כפי שציין פרידריך אנגלס ב-Anti-Dühring: "גם גופים דוממים אחרים משתנים, מתפרקים או מתחברים במהלך תהליך טבעיאבל הם כבר לא מה שהיו פעם. סלע שעבר בליה אינו עוד סלע; מתכת מתחמצנת לחלודה. אבל מה שבגופות מת הוא הגורם להרס בחלבונים הופך לתנאי העיקרי לקיום. ברגע שהשינוי המתמשך הזה נפסק בגוף החלבון חלקי מרכיבים, זה שינוי מתמידתזונה והפרשה, - מרגע זה גוף החלבון עצמו מפסיק להתקיים, הוא מתפרק, כלומר הוא מת.

פ בעיה של מקור החיים.

בעיית מקור החיים הייתה אחת הבעיות השנויות במחלוקת בביולוגיה. עיון בהיסטוריה של הדת הנוצרית מראה שהתפיסה המקראית של הופעת חיים פתאומית נוצרה כתוצאה מתצפיות נאיביות. הטבע הסובבופרשנות בורה לתצפיות אלו. כמו כן, פילוסופים רבים יוון העתיקה, כולל אריסטו, זיהה את הדור הספונטני הפתאומי של יצורים חיים, בהנחה שתולעים, רכיכות וחרקים מתפתחים מבשר מרקיב וזבל בהשפעת עיקרון מיוחד שאינו חומרי - סביבת החיים.

תמונה של דור ספונטניחרקים, תולעים ויצורים חיים רב-תאיים אחרים הופרכו באמצע המאה ה-17 על ידי יצירותיו של המדען האיטלקי פרנצ'סקו רדי. לאחר שהגדיר ניסוי שבו בשר בכלי עמוק מכוסה במוסלין (בד), הראה רדי שזחלי הזבובים לא מתפתחים מבשר נרקב, אלא מביצים שהטילו חרקים נקבות.

עם גילוי המיקרוסקופ וחקר יצורים חיים מיקרוסקופיים, השערת היצירה הספונטנית לבשה צורה אחרת. בשנת 1745, Needgeem היה הראשון שהציע שאורגניזמים קטנים, ריסים, שנוצרים על ידי כוח צמיחה מיוחד, מתפתחים מעצמם בחליטות חציר.

המחלוקת בין מדעני טבע בשאלת הדור הספונטני של יצורים חיים מיקרוסקופיים נמשכה עד 1862, אז הופרכה השערה זו על ידי הניסויים של לואי פסטר. פסטר הראה שאפילו הצורות הקטנות ביותר

אורגניזמים, כלומר חיידקים, נולדים מנבגים שגודלם כה לא בולט עד שנוצרת אשליה של יצירה ספונטנית. זמן קצר לאחר שיצירותיו הללו של פסטר נודעו, החלו להתפתח השערות הקובעות את נצח החיים. אלה כוללים את ההשערה של יסודות קוסמיים (kosmozeev) ואת ההשערה של panspermia (יסודות אוניברסליים).

הרעיון של יסודות קוסמיים הובע בשנת 1865 על ידי הרופא הגרמני ג' ריכטר, שטען כי החיים הם נצחיים וניתן להעביר את יסודותיהם מכוכב לכת אחד לאחר. בהיותם גבוה באוויר, יסודות האורגניזמים יכולים להיצמד למטאוריטים שעפים על פניהם וכך להיכנס לחלל העולם. מטאוריט הנושא "יסודות קוסמיים" כאלה, הנופל על פני השטח של כוכב לכת כלשהו, ​​יכול להיות מקור חיים בו. כך, לפי ריכטר, הובאו גם חיים לכדור הארץ.

השערת הפנספרמיה הוצעה בשנת 1907 על ידי המדען השוודי Svante Arrhenius. הוא ראה שאי אפשר להביא את התחלות החיים על כדור הארץ עם מטאוריטים, בהנחה שפני המטאוריט, עקב החיכוך נגד האטמוספירה, נהיים כל כך חמים עד שכל העובר הממוקם עליו אמור לאבד את כושר הנביטה שלהם.

שתי ההשערות מכירות בנצחיות החיים וסוגרות את הדרך לפתרון חומרני לבעיית מקורם בכדור הארץ. להסביר את קיומם של חיים על פני כדור הארץ עם הכנסת עוברים מכוכבי לכת אחרים פירושו לסרב להסביר את התהליך שבעקבותיו התעוררו חיים.

נקודת המבט הדיאלקטית על מקור החיים נוסחה על ידי אנגלס ב"דיאלקטיקה של הטבע". היא יוצאת מהעמדה הבסיסית שהחיים הם צורה מיוחדת של תנועה של החומר.

החומר לעולם לא נשאר במנוחה, הוא כל הזמן זז, מתפתח. בהתפתחותו היא עוברת ליותר ויותר צורות חדשות, מורכבות יותר. צורה מורכבת במיוחד של תנועה של חומר היא החיים. חומר חיהופיע כשלב ב התפתחות היסטוריתחוֹמֶר. תהליך הופעת היצורים החיים מדברים שאינם חיים היה תהליך היסטוריעברה שורה של שלבים.

ט תיאוריה של מקור החיים על פני כדור הארץ

א.י. אופרינה.

בין תיאוריות מודרניותמקור החיים על פני כדור הארץ, המבוססת ביותר היא התיאוריה של האקדמאי A.I. Oparin. לפי תיאוריה זו, ניתן לחלק את התהליך שהוביל להופעת החיים על פני כדור הארץ לשלושה שלבים:

1. הופעת חומרים אורגניים;

2. הופעת חלבונים;

3. הופעת גופי חלבון.

מחקרים אסטרונומיים מראים שגם כוכבים וגם מערכות פלנטריות נוצרו מחומר גז ואבק. במקרים מסוימים, חומר הגז והאבק הזה משולבים לחומר צפוף שניתן לראות בעין בלתי מזוינת. מחקרים כימיים של חומר הגז והאבק המצויים בגלקסיה הראו כי לצד מתכות והתחמוצות שלהן נמצאו בו מימן, אמוניה, מים והפחמימן הפשוט ביותר, מתאן.

השלב השני הוא הופעת חלבונים. התנאים לתחילת תהליך היווצרות מבני חלבון נוצרו מאז יצירת האוקיינוס ​​הראשוני. קודם כל פנימה סביבה מימיתנגזרות של פחמימנים עלולות לעבור שינויים ותמורות כימיות מורכבות. כתוצאה מסיבוך זה של מולקולות, עלולים להיווצר חומרים אורגניים מורכבים יותר, כלומר פחמימות.

ידוע שמולקולת חלבון מורכבת מקשרים נפרדים - חומצות אמינו, המחוברות ביניהן באמצעות קשרים פוליפים. הוכח כי כתוצאה משימוש בקרניים אולטרה סגולות, ניתן לסנתז באופן מלאכותי לא רק חומצות אמינו, אלא גם חומרים ביוכימיים אחרים.

הניצחון הגדול של הביוכימיה המודרנית הוא הסינתזה המלאה הראשונה של מולקולת חלבון: ה-ixulin-הרמון, השולט חילוף חומרים של פחמימות. כל הניסויים הללו מאשרים את נכונות התיאוריה המנותחת.

על פי התיאוריה של אופרין, צעד נוסף לקראת הופעת גופי חלבון יכול להיות היווצרות טיפות קואצרבאטיות, כלומר טיפות מיקרוסקופיות שנופלות כאשר מערבבים שתי תמיסות חלבון. מכאן נוצרה סדירות חדשה, כבר בעלת אופי ביולוגי, הברירה הטבעית של טיפות קואצרבאט. מוּשׁפָע ברירה טבעיתאיכות הארגון של חומר החלבון השתנתה כל הזמן. כתוצאה מכך נוצר תיאום של תהליכי סינתזה וריקבון, שהוביל להופעתם של האורגניזמים החיים הראשונים.

ו ספרות משומשת.

1. ד ארוויניזם. פרבדין פ.נ.

2. פ מקור החיים על פני כדור הארץ .

מבוא 3
כדור הארץ בזמן מוצא החיים. תחילת החיים עלי אדמות. האבולוציה של צורות חיים. 4
תנאים מוקדמים להופעת החיים 4
מושגי מקור החיים על פני כדור הארץ 5
התפתחות החיים על פני כדור הארץ 13
הפניות 18

מבוא
החיים ממלאים את כל פינות הפלנטה שלנו. אוקיינוסים, ימים, אגמים, נהרות, הרים, מישורים, מדבריות, אפילו האוויר מאוכלסים ביצורים חיים. במשך מיליארדי שנים, החיים מהלכים על פני כדור הארץ כמערכת מארגנת עצמית ייחודית. היא ידעה תקופות של שגשוג, ניסיונות היסטוריים ומשברים קשים, לפני שהגיעה לעושרה המפואר בימינו. כיום המדע מכיר כ-4.5 מיליון מינים של בעלי חיים וצמחים. ההנחה היא שבכל ההיסטוריה של החיים על פני כדור הארץ היו כ-4.5 מיליארד מינים של בעלי חיים וצמחים.
כיצד הופיעו המינים הללו? בכל התקופות של ההיסטוריה של כדור הארץ, החי והצומח היו זהים כפי שהם עכשיו?
עבור המדע, ברור כי החיה המודרנית ו עולם הירקותהוא רק הכריכה של הספר הגדול ההוא שחוקר פליאונטולוגיה. השרידים המאובנים של יצורים חיים שהיו פעם הכלולים בשכבות כדור הארץ תיעדו את ההיסטוריה של האבולוציה שלהם ואת הקשר שלה עם שינויים סביבה.
מאז ומתמיד, מקור החיים היה תעלומה לאנושות. מרגע הופעתו, הודות לעבודה, אדם מתחיל להתבלט בין יצורים חיים אחרים. אבל היכולת לשאול את עצמך את השאלה "מאיפה אנחנו?" אדם מקבל יחסית לאחרונה - לפני 7-8 אלף שנה, בתחילת תקופת האבן החדשה (ניאוליתית). הצורות הפרימיטיביות הראשונות של אמונה בכוחות לא אמיתיים, על טבעיים או אלוהיים, שהתקיימו כבר לפני 35-40 אלף שנה, מתרחבות ומתחזקים. אדם מבין שהוא בן תמותה, שחלקם נולדים ואחרים מתים, שהוא יוצר כלי עבודה, מעבד את האדמה ומקבל את פירותיה. ומה עומד בבסיס הכל, מיהו היוצר המקורי, שברא את האדמה והשמים, החיות והצמחים, האוויר והמים, יום ולילה, ולבסוף, את האדם עצמו?

כדור הארץ בזמן מוצא החיים. תחילת החיים עלי אדמות. האבולוציה של צורות חיים.
תנאים מוקדמים להופעתם של חיים על פני כדור הארץ
על מנת לייצג נכון את תהליך מוצא החיים, יש צורך לשקול בקצרה נופים מודרנייםעל היווצרות מערכת השמש ומיקומו של כדור הארץ בין כוכבי הלכת שלו. רעיונות אלה חשובים מאוד, שכן למרות המקור המשותף של כוכבי הלכת המקיפים את השמש, החיים הופיעו רק על כדור הארץ והגיעו למגוון יוצא דופן.
באסטרונומיה, מקובל שכדור הארץ וכוכבי לכת אחרים במערכת השמש נוצרו מענן גז-אבק לפני כ-4.5 מיליארד שנים. חומר גז-אבק כזה נמצא בחלל הבין-כוכבי בזמן הנוכחי. מימן הוא היסוד השולט ביקום. על ידי תגובה של היתוך גרעיני, נוצר ממנו הליום, שממנו, בתורו, נוצר פחמן. תהליכים גרעיניים בתוך הענן נמשכו הרבה זמן(מאות מיליוני שנים). גרעיני הליום בשילוב עם גרעיני פחמן ויצרו גרעיני חמצן, ואז ניאון, מגנזיום, גופרית וכו'.
כך, תחת פעולת טמפרטורות גבוהות ודחיסה כבידתית עקב סיבוב הענן סביב צירו, עולים יסודות כימיים שונים המרכיבים את עיקר הכוכבים, כוכבי הלכת והאטמוספרות שלהם. חינוך יסודות כימייםעם ההתרחשות מערכות כוכבים, כולל כגון מערכת השמש שלנו, היא תופעה טבעית באבולוציה של החומר. עם זאת, להמשך התפתחותו בדרך להופעת החיים, היו נחוצים תנאים קוסמיים ופלנטריים מסוימים. אחד התנאים הללו הוא גודל כוכב הלכת. המסה שלו לא הייתה צריכה להיות גדולה מדי, שכן האנרגיה של ההתפרקות האטומית של חומרים רדיואקטיביים טבעיים יכולה להוביל להתחממות יתר של כדור הארץ או, חשוב מכך, לזיהום רדיואקטיבי של הסביבה, שאינו תואם את החיים. כוכבי לכת קטנים אינם מסוגלים להחזיק סביבם אטמוספירה, מכיוון שכוח הכבידה שלהם קטן. נסיבות אלו שוללות את האפשרות של התפתחות חיים. דוגמה לכוכבי לכת כאלה הוא הלוויין של כדור הארץ - הירח. שנית, לא פחות תנאי חשוב- התנועה של כוכב הלכת סביב הכוכב במסלול מעגלי או קרוב למעגל, המאפשר לך לקבל כל הזמן ובאופן שווה את כמות האנרגיה הנדרשת. לבסוף, השלישי תנאי הכרחילפיתוח החומר והופעתם של אורגניזמים חיים - עוצמה קבועה של קרינת האור. גם התנאי האחרון חשוב מאוד, כי אחרת זרימת האנרגיה הזוהרת הנכנסת לכוכב הלכת לא תהיה אחידה. זרימת אנרגיה לא אחידה, המובילה לתנודות חדות בטמפרטורה, תמנע בהכרח את הופעת החיים והתפתחותם, שכן קיומם של אורגניזמים חיים אפשרי בגבולות טמפרטורה קפדניים מאוד. כדאי לזכור שיצורים חיים הם 80-90% מים, ולא גזים (קיטור) ולא מוצקים (קרח), אלא נוזלים. כתוצאה מכך, גבולות הטמפרטורה של החיים נקבעים גם על ידי מצב נוזלימים.
כל התנאים הללו התקיימו על ידי הפלנטה שלנו - כדור הארץ. אז לפני כ-4.5 מיליארד שנים נוצרו על פני כדור הארץ תנאים קוסמיים, פלנטריים וכימיים להתפתחות החומר לכיוון הופעת החיים.

מושגי מקור החיים
שאלות על מקור הטבע ומהות החיים היו זה מכבר נושא לעניין האנושי ברצונו להבין את העולם הסובב אותו, להבין את עצמו ולקבוע את מקומו בטבע. מקור החיים הוא אחת משלוש בעיות השקפת העולם החשובות ביותר יחד עם בעיית מקור היקום שלנו ובעיית מקור האדם.
מאות שנים של מחקר וניסיונות לפתור בעיות אלה הולידו מושגים שונים לגבי מקור החיים:
1) בריאתנות - היצירה האלוהית של החיים;
2) המושג של יצירה ספונטנית (ספונטנית) מרובה של חיים מחומר לא-חי (הוא דבק על ידי אריסטו, שסבר שיצורים חיים יכולים להיווצר גם כתוצאה מפירוק קרקע);
3) הרעיון של מצב נייח, שלפיו חיים תמיד היו קיימים;
4) הרעיון של פנספרמיה - מוצא מחוץ לכדור הארץחַיִים;
5) הרעיון של מקור החיים על פני כדור הארץ בעבר ההיסטורי כתוצאה מתהליכים המצייתים לחוקים פיסיקליים וכימיים.
מושג הבריאתנות
לפי הבריאתנות, לא ניתן היה לממש את הופעת החיים על פני כדור הארץ באופן טבעי, אובייקטיבי, קבוע; החיים הם תוצאה של מעשה יצירתי אלוהי. מקור החיים מתייחס לאירוע מסוים בעבר שניתן לחישוב. בשנת 1650, הארכיבישוף אשר מאירלנד חישב שאלוהים ברא את העולם באוקטובר 4004 לפני הספירה, ובשעה 9 בבוקר ב-23 באוקטובר, אדם. הוא השיג את המספר הזה מניתוח הגילאים והקשרים המשפחתיים של כל האנשים המוזכרים במקרא. עם זאת, באותה תקופה כבר הייתה ציוויליזציה מפותחת במזרח התיכון, מה שמוכח על ידי מחקר ארכיאולוגי. אולם סוגיית בריאת העולם והאדם אינה סגורה, שכן ניתן לפרש את הטקסטים של המקרא בדרכים שונות.
מושג המקור הספונטני של החיים
התיאוריה של מקור החיים הספונטני מקורה בבבל, מצרים וסין כחלופה לבריאתנות. הוא מבוסס על התפיסה שבהשפעת גורמים טבעיים, החיים יכולים לנבוע מהדומם, האורגני מהאי-אורגני. זה חוזר לאמפדוקלס ואריסטו: "חלקיקים" מסוימים של חומר מכילים סוג של "עיקרון חלופי", שבתנאים מסוימים, יכול ליצור אורגניזם חי. אריסטו האמין שהעיקרון הפעיל הוא בביצית מופרית, אור שמש, בשר נרקב. עבור דמוקריטוס, תחילת החיים הייתה בסחופת, עבור תאלס, במים, עבור אנקסגורס, באוויר.
בהתבסס על המידע על בעלי החיים שהגיע מחיילי אלכסנדר מוקדון ומנוסעים סוחרים, אריסטו יצר את הרעיון של התפתחות הדרגתית ומתמשכת של החיים מהדומם ויצר את רעיון "סולם הטבע" ביחס לעולם החי. הוא לא הטיל ספק בדור הספונטני של צפרדעים, עכברים וחיות קטנות אחרות. אפלטון דיבר על הדור הספונטני של יצורים חיים מכדור הארץ בתהליך של ריקבון.
רעיון הדור הספונטני הפך לנפוץ בימי הביניים וברנסנס, כאשר הותרה האפשרות ליצירה ספונטנית של לא רק יצורים פשוטים, אלא גם מאורגנים מאוד, אפילו יונקים (למשל, עכברים עשויים סמרטוטים). לדוגמה, בטרגדיה של ו' שייקספיר "אנטוני וקליאופטרה" אומר ליאוניד למארק אנטוני: "הזוחלים המצריים שלך מתחילים בבוץ מקרני השמש המצרית שלך. כאן, למשל, תנין ... ". ניסיונותיו של פארצלסוס לפתח מתכונים ידועים אדם מלאכותי(הומונקולוס).
הלמונט המציא מתכון להשגת עכברים מחיטה וכביסה מלוכלכת. בייקון גם האמין כי ריקבון הוא הנבט של לידה חדשה. הרעיונות של יצירת חיים ספונטנית נתמכו על ידי גלילאו, דקארט, הארווי, הגל, נגד תיאוריית הדור הספונטני במאה ה-17. הרופא הפלורנטיני פרנצ'סקו רדי דיבר. כשהכניס את הבשר לסיר סגור, פ. רדי הראה שהזחלים של זבובים אינם יוצרים באופן ספונטני בבשר רקוב. תומכי תיאוריית הדור הספונטני לא ויתרו, הם טענו שיצירה ספונטנית של זחלים לא התרחשה מהסיבה היחידה שאוויר לא נכנס לסיר הסגור. ואז פ. רדי הניח את נתחי הבשר בכמה כלים עמוקים. הוא השאיר חלק מהם פתוח, וכיסה חלק במוסלין. לאחר זמן מה, בכלים הפתוחים, הבשר שרר זחלי זבובים, בעוד שבכלים המכוסים מוסלין לא היו זחלים בבשר הרקוב.
במאה ה- XVIII. המתמטיקאי והפילוסוף הגרמני לייבניץ המשיך להגן על התיאוריה של יצירת חיים ספונטנית. הוא ותומכיו טענו שיש "כוח חיים" מיוחד באורגניזמים חיים. לפי הוויטליסטים (מהלטינית "וויטה" - חיים), "כוח החיים" קיים בכל מקום. פשוט תנשום את זה, והדומם הופך לחיים."
המיקרוסקופ פתח את עולם המיקרו לאנשים. תצפיות הראו כי בבקבוק סגור היטב עם ציר בשר או חליטת חציר, מיקרואורגניזמים מתגלים לאחר זמן מה. אבל ברגע שמרק הבשר רתח במשך שעה והצוואר נאטם, שום דבר לא הופיע בבקבוק האטום. ויטאליסטים הציעו כי רתיחה ממושכת הורגת את "כוח החיים" שאינו יכול לחדור לבקבוק האטום.
במאה ה 19 אפילו למארק ב-1809 כתב על האפשרות של יצירה ספונטנית של פטריות.
עם הופעת ספרו של דרווין "מקור המינים", שוב עלתה השאלה כיצד בכל זאת התעוררו החיים על פני כדור הארץ. האקדמיה הצרפתית למדעים בשנת 1859 מינתה פרס מיוחד על ניסיון להבהיר בדרך חדשה את שאלת הדור הספונטני. פרס זה התקבל בשנת 1862 על ידי המדען הצרפתי המפורסם לואי פסטר.
פסטר ערך ניסוי שהתחרה בניסוי המפורסם של רדי בפשטות. הוא הרתיח חומרים מזינים שונים בבקבוק שבו יכלו להתפתח מיקרואורגניזמים. רתיחה ממושכת בבקבוק הרגה לא רק מיקרואורגניזמים, אלא גם את הנבגים שלהם. בהתחשב בטענת הוויטליסטים ש"כוח החיים" המיתולוגי אינו יכול לחדור לבקבוק אטום, פסטר חיבר צינור בצורת S עם קצה חופשי אליו. נבגים של מיקרואורגניזמים התיישבו על פני השטח של צינור מעוקל דק ולא יכלו לחדור לתוך המדיום המזין. מצע תזונתי מבושל היטב נותר סטרילי; לא נצפה בו יצירה ספונטנית של מיקרואורגניזמים, למרות שסופקה גישה לאוויר (ועמו "כוח החיים") הידוע לשמצה.
לפיכך, הוכח שבזמננו כל אורגניזם יכול להופיע רק מאורגניזם חי אחר.
מושג מצב יציב
תומכי התיאוריה של הקיום הנצחי של החיים מאמינים כי לנצח כדור הארץ הקייםמינים מסוימים נאלצו להיכחד או לשנות באופן דרסטי את מספרם במקומות מסוימים על פני כדור הארץ עקב שינויים תנאים חיצוניים. מושג ברור בנתיב זה לא פותח, מכיוון שיש כמה פערים ואי בהירות בתיעוד הפליאונטולוגי של כדור הארץ. קבוצת ההשערות הבאה קשורה גם לרעיון הקיום הנצחי של החיים ביקום.
מושג פנספרמיה
התיאוריה של פנספרמיה (השערה לגבי האפשרות של העברת חיים ביקום מאחד גוף קוסמילאחרים) אינו מציע שום מנגנון להסבר המקור העיקרי של החיים ומעביר את הבעיה למקום אחר ביקום. ליביג האמין כי "האווירה של גרמי השמיים, כמו גם ערפיליות קוסמיות מסתובבות, יכולות להיחשב כמאגרים עתיקי יומין של צורה מונפשת, כמו מטעים נצחיים של חיידקים אורגניים", משם מתפזרים חיים בצורת חיידקים אלה עוֹלָם.
ב-1865 העלה הרופא הגרמני ג'י ריכטר את השערת הקוסמוזואים (חיידקים קוסמיים), לפיה החיים הם נצחיים וניתן להעביר את החיידקים השוכנים בחלל העולם מכוכב לכת אחד לאחר. השערה זו נתמכה על ידי מדענים בולטים רבים. קלווין, הלמהולץ ואחרים חשבו בצורה דומה. בתחילת המאה שלנו, Arrhenius הגה את הרעיון של רדיופנספרמיה. הוא תיאר כיצד חלקיקי חומר, חלקיקי אבק ונבגים חיים של מיקרואורגניזמים עוזבים את כוכבי הלכת המאוכלסים ביצורים אחרים לחלל העולם. הם שומרים על הכדאיות שלהם על ידי טיסה בחלל היקום עקב לחץ קל. פעם על כוכב עם תנאים מתאימים לחיים, הם מתחילים חיים חדשיםעל הפלנטה הזו.
כדי להצדיק פנספרמיה, משתמשים בדרך כלל בציורי מערות המתארים חפצים שנראים כמו רקטות או אסטרונאוטים, או הופעת עב"מים. עַף חלליתהרס את האמונה בקיומם של חיים תבוניים על כוכבי הלכת של מערכת השמש, שהופיעו לאחר גילוי הערוצים על מאדים על ידי Schiaparelli.
הרעיון של מקור החיים על פני כדור הארץ בעבר ההיסטורי כתוצאה מתהליכים המצייתים לחוקים פיסיקליים וכימיים
נכון לעכשיו, ההשערה לגבי מקור החיים על פני כדור הארץ, שנוסחה על ידי המדען הסובייטי Acad. A. I. Oparin והמדען האנגלי ג'יי Haldane. השערה זו מבוססת על ההנחה של הופעת חיים הדרגתית על פני כדור הארץ מחומרים אנאורגניים דרך אבולוציה מולקולרית אביוגנית (לא ביולוגית) ארוכת טווח. התיאוריה של A. I. Oparin היא הכללה של עדויות משכנעות להופעתם של חיים על פני כדור הארץ כתוצאה מתהליך קבוע של מעבר של הצורה הכימית של תנועת החומר לצורה ביולוגית.
חינוך פשוט תרכובות אורגניות. עַל שלבים מוקדמיםבהיסטוריה שלו, כדור הארץ היה כוכב לכת לוהט. עקב סיבוב ב ירידה הדרגתיתטמפרטורות, אטומים של יסודות כבדים עברו למרכז, ובשכבות פני השטח רוכזו האטומים של יסודות קלים (מימן, פחמן, חמצן, חנקן), המרכיבים את גופם של אורגניזמים חיים. ככל שכדור הארץ התקרר עוד יותר, תרכובות כימיות: מים, מתאן, פחמן דו חמצני, אמוניה, מימן ציאניד, ו מימן מולקולרי, חמצן, חנקן. פיזי ו תכונות כימיותמים (מומנט דיפול גבוה, צמיגות, קיבולת חום וכו') ופחמן (קושי ביצירת תחמוצות, יכולת הפחתת ויצירת תרכובות ליניאריות) קבעו שהם נמצאים בערש החיים.
בשלבים ראשוניים אלו נוצרה האטמוספירה הראשונית של כדור הארץ, שלא הייתה בעלת אופי מחמצן, כפי שהיא כעת, אלא בעלת אופי מפחית. חוץ מזה, היא הייתה עשירה. גזים אינרטיים(הליום, ניאון, ארגון). האווירה המקורית הזו כבר אבדה. במקומו נוצרה האטמוספירה השנייה של כדור הארץ, המורכבת מ-20% של חמצן - אחד הגזים הפעילים ביותר מבחינה כימית. האטמוספירה השנייה הזו היא תוצר של התפתחות החיים על פני כדור הארץ, אחת מהשלכותיה העולמיות.
ירידה נוספת בטמפרטורה הובילה למעבר של מספר תרכובות גזים למצב נוזלי ומוצק, כמו גם להיווצרות קרום כדור הארץ. כאשר הטמפרטורה של פני כדור הארץ ירדה מתחת ל-100 מעלות צלזיוס, אדי המים התעבו. גשם שוטף ארוך עם סופות רעמים תכופות הוביל להיווצרות מאגרים גדולים. כתוצאה מפעילות געשית פעילה הועלתה הרבה מסה חמה אל פני השטח מהשכבות הפנימיות של כדור הארץ, כולל קרבידים - תרכובות של מתכות עם פחמן. כאשר קרבידים יצרו אינטראקציה עם מים, בודדו תרכובות פחמימנים. מי גשמים חמים, כממס טוב, הכילו פחמימנים מומסים, כמו גם גזים (אמוניה, פחמן דו חמצני, מימן ציאניד), מלחים ותרכובות אחרות שעלולות להיכנס לתגובות כימיות. בהצלחה מיוחדת, ככל הנראה, תהליכי הצמיחה של מולקולות התנהלו בנוכחות הקבוצה - N=C=N-. לקבוצה זו יש הזדמנויות כימיות גדולות לצמיחה הן בשל הוספת אטום חמצן לאטום הפחמן והן מהתגובה עם בסיס חנקני. אז התרכובות האורגניות הפשוטות ביותר הצטברו בהדרגה על פני השטח של כדור הארץ הצעיר. והצטבר בכמויות גדולות. חישובים מראים שרק באמצעות פעילות וולקנית על פני כדור הארץ יכלו להיווצר כ-1016 ק"ג של מולקולות אורגניות. זה רק 2-3 סדרי גודל פחות מהמסה של הביוספרה המודרנית.
מחקר ספקטרוסקופי של אטמוספרות כוכבים הראה נוכחות במה שמכונה כוכבים קרים, הכוללים את השמש, של חלק ניכר מהפחמן הקשור למימן, ואת היווצרות הפחמימן הפשוט ביותר, מתין (CH). ייתכן שיחד עם מתין, כוכבים אלו מכילים גם תרכובות פחמימנים מורכבות יותר. בינתיים, אין ספק שתרכובות אלו נוצרות בצורה אביוגנית, כלומר לא בשל פעילותם של אורגניזמים חיים.
פחמימנים מופצים באופן נרחב גם באותם חלקים של היקום שבהם הטמפרטורה קרובה לאפס המוחלט. ללא ספק, נוכחות של מתאן (CH4) באטמוספירה של צדק, שבתאי, אורנוס, נפטון וכוכבי לכת אחרים, ובכמויות גדולות. נוכחותם של פחמימנים מורכבים למדי צויינה במספר מטאוריטים, שבהם לא ניתן היה לקבוע עקבות של נוכחות של יצורים חיים. לבסוף, סינתזה של פחמימנים יכולה להתבצע בניסוי בנוכחות קומפלקס של פיזיקליים מסוימים ו תנאים כימיים(טמפרטורה, לחץ, שדה חשמלי וכו').
לפיכך, היווצרות אביוגנית של תרכובות אורגניות - פחמימנים לא רק אפשרית, אלא גם נפוצה ביקום. זה די הגיוני להניח שלכדור הארץ כבר בשלבים הראשונים של קיומו הייתה כמות מסוימת של פחמימנים.
הופעתן של תרכובות אורגניות מורכבות. השלב השני של הביוגנזה התאפיין בהופעה של תרכובות אורגניות מורכבות יותר, בפרט חלבונים, במימי האוקיינוס ​​הראשוני. עקב טמפרטורה גבוהה, פריקות ברק, קרינה אולטרה סגולה מוגברת, מולקולות פשוטות יחסית של תרכובות אורגניות, בעת אינטראקציה עם חומרים אחרים, הפכו מורכבים יותר ויצרו פחמימות, שומנים, חומצות אמינו, חלבונים וחומצות גרעין.
האפשרות של סינתזה כזו הוכחה על ידי הניסויים של א.מ. באטלרוב, שבאמצע המאה הקודמת השיג פחמימות (סוכר) מפורמלדהיד. בשנים 1953-1957. כימאים של מדינות שונות (ארה"ב, ברית המועצות, גרמניה) במספר ניסויים מתערובת של גזים (אמוניה, מתאן, אדי מים, מימן) ב-70-80 מעלות צלזיוס ולחץ של מספר אטמוספרות בהשפעת פריקות חשמליות עם מתח של 60,000 וולט וקרניים אולטרה סגולות סונתזו חומצה אורגנית, כולל חומצות אמינו (גליצין, אלנין, אספרטיק ו חומצה גלוטמית), שהם החומר ליצירת מולקולת חלבון. כך נוצרו מודלים של תנאי האטמוספירה הראשונית של כדור הארץ, שבמסגרתם יכלו להיווצר חומצות אמינו, ובמהלך הפילמור שלהן יכלו להיווצר גם חלבונים ראשוניים.
ניסויים בכיוון זה התבררו כמבטיחים. מאוחר יותר (כאשר משתמשים ביחסים אחרים של גזים ראשוניים וסוגי אנרגיה), התקבלו מולקולות מורכבות יותר ממולקולות פשוטות על ידי תגובת פילמור: חלבונים, שומנים, חומצות גרעין ונגזרותיהן, ובהמשך האפשרות לסנתז תרכובות ביוכימיות מורכבות אחרות בתנאי מעבדה הוכח, כולל מולקולות חלבון (אינסולין), בסיסים חנקניים של נוקלאוטידים. חשוב במיוחד שניסויי מעבדה הראו בהחלט אפשרות של היווצרות מולקולות חלבון בהיעדר חיים.
משלב מסוים בתהליך האבולוציה הכימית על פני כדור הארץ החל החמצן לקחת חלק פעיל. הוא עלול להצטבר באטמוספירה של כדור הארץ כתוצאה מפירוק מים ואדי מים בפעולת הקרניים האולטרה סגולות של השמש. (לקחו לפחות 1-1.2 מיליארד שנים להפיכת האטמוספירה המופחתת של כדור הארץ הראשוני לאטמוספירה מחומצנת.) עם הצטברות החמצן באטמוספירה, התרכובות המופחתות החלו להתחמצן. אז במהלך החמצון של מתאן נוצרו מתיל אלכוהול, פורמלדהיד, חומצה בורית וכו'. התרכובות שהתקבלו לא הושמדו בגלל תנודתיותן. כשהם עזבו את השכבות העליונות של קרום כדור הארץ, הם נפלו לאטמוספירה קרה לחה, שהגנה עליהם מפני הרס. לאחר מכן, חומרים אלה, יחד עם גשם, נפלו לים, לאוקיינוסים ולאגני מים אחרים. כשהם הצטברו כאן, הם שוב נכנסו לתגובות, וכתוצאה מכך נוצרו חומרים מורכבים יותר (חומצות אמינו ותרכובות כגון אדניט). על מנת שמומסים מסוימים יתקשרו זה עם זה, יש צורך בריכוז מספיק שלהם בתמיסה. חשוב גם שתרכובות אורגניות מורכבות יותר יהיו עמידות יותר בפני פעולה הרסנית. קרינה אולטרא - סגולהמאשר חיבורים פשוטים.
ניתוח של הערכות אפשריות של כמות החומר האורגני שהצטבר באופן אנאורגני על פני כדור הארץ הקדום הוא מרשים: לפי חישובים מסוימים, נוצרו כמה קילוגרמים של תרכובות אורגניות על פני כל סנטימטר רבוע של פני כדור הארץ במשך מיליארד שנים. אם כולם היו מומסים באוקיינוסים בעולם, אזי ריכוז התמיסה היה בערך 1%. זהו "מרק אורגני" מרוכז למדי. ב"מרק" כזה תהליך היווצרות של מולקולות אורגניות מורכבות יותר יכול להתפתח בצורה מוצלחת למדי. כך, מי האוקיינוס ​​הראשוני רוויים בהדרגה במגוון חומרים אורגניים, ויצרו "מרק ראשוני". פעילותם של הרי געש תת קרקעיים תרמה במידה רבה לרוויה של "מרק אורגני" כזה.
"מרק ראשוני" והיווצרות קואצרבטים. השלב הבא של ביוגנזה קשור לריכוז של חומרים אורגניים, הופעת גופי חלבון.
במימי האוקיינוס ​​הראשוני גדל ריכוז החומרים האורגניים, הם התערבבו, קיימו אינטראקציה והתאחדו למבנים קטנים נפרדים של התמיסה. מבנים כאלה ניתן להשיג בקלות באופן מלאכותי על ידי ערבוב תמיסות של חלבונים שונים, כגון ג'לטין ואלבומין. המבנים הרב-מולקולריים האורגניים הללו מבודדים בתמיסה, המדען הרוסי המצטיין A.I. אופרין הנקרא טיפות קואצרבאט או קואסרבטים. Coacervates - החלקיקים הקולואידים הקטנים ביותר - טיפות בעלות תכונות אוסמוטיות. Coacervates נוצרים ב פתרונות חלשים. עקב האינטראקציה של מטענים חשמליים מנוגדים, מתרחשת צבירה של מולקולות. חלקיקים כדוריים קטנים נוצרים מכיוון שמולקולות מים יוצרות ממשק סביב המצרף שנוצר.
מחקרים הראו שלקואסרבטים יש ארגון מורכב למדי ויש להם מספר תכונות המקרבות אותם למערכות החיים הפשוטות ביותר. למשל, הם מסוגלים לספוג מהסביבה חומרים שונים, המקיימים אינטראקציה עם תרכובות הטיפה עצמה, ועולות בגודלן. תהליכים אלה דומים במידה מסוימת לצורת ההטמעה העיקרית. יחד עם זאת, יכולים להתרחש תהליכי ריקבון ושחרור תוצרי ריקבון בקואסרבטים. היחס בין תהליכים אלו בקואצרבטים שונים אינו זהה. נבדלים מבנים יציבים יותר מבחינה דינמית עם דומיננטיות של פעילות סינתטית. עם זאת, כל זה עדיין לא נותן עילה לייחוס קואצרבטים למערכות חיות, מכיוון שאין להם יכולת להתרבות עצמית ולוויסות עצמית של סינתזה של חומרים אורגניים. אבל התנאים המוקדמים להופעתם של יצורים חיים כבר היו כלולים בהם.
Coacervates מסבירים כיצד נוצרו ממברנות ביולוגיות. היווצרות מבנה ממברנה נחשבת לשלב ה"קשה" ביותר באבולוציה הכימית של החיים. נָכוֹן יצור חי(בצורת תא, אפילו הפרימיטיבי ביותר) לא יכול היה להתעצב לפני הופעת מבנה הממברנה והאנזימים. ממברנות ביולוגיות- אלו אגרגטים של חלבונים ושומנים שיכולים להפריד בין חומרים מהסביבה ולתת חוזק לאריזה של מולקולות. ממברנות עלולות להתעורר במהלך היווצרות קואצרבטים.
ריכוז מוגברחומרים אורגניים בקואצרבטים הגדילו את האפשרות לאינטראקציה בין מולקולות ואת הסיבוך של תרכובות אורגניות. קואצרבטים נוצרו במים כאשר שני פולימרים בעלי אינטראקציה חלשה באו במגע.
בנוסף לקואצרבטים, הצטברו פולינוקלאוטידים, פוליפפטידים וזרזים שונים ב"מרק הראשוני", שבלעדיהם היווצרות יכולת ההתרבות העצמית וחילוף החומרים בלתי אפשרית. זרזים יכולים להיות חומרים אנאורגניים. לפיכך, ג'יי ברנאל העלה בזמנו השערה שהתנאים המוצלחים ביותר להופעתם של חיים היו בלגונות קטנות, רגועות וחמות עם כמות גדולה של סחף ועכירות חרסיתית. בסביבה כזו, פילמור חומצות אמינו ממשיך מהר מאוד; כאן אין צורך לחמם את תהליך הפילמור, מכיוון שחלקיקי הבוצה פועלים כסוג של זרזים.
הופעתן של צורות החיים הפשוטות ביותר. הבעיה העיקריתבדוקטרינה של מקור החיים היא להסביר את הופעתה של סינתזת חלבון מטריקס. החיים התעוררו לא כאשר נוצרו אפילו תרכובות אורגניות מורכבות מאוד, מולקולות דנ"א בודדות וכו', אלא כאשר החל לפעול מנגנון השכפול המתוכנן. לכן השלמת תהליך הביוגנזיס קשורה להופעת קואצרבטים עמידים יותר של היכולת לשחזר את החלקים המרכיבים את עצמם, עם המעבר לסינתזת חלבון מטריקס, האופיינית לאורגניזמים חיים. במהלך הברירה הפרה-ביולוגית, לאותם קואצרבטים היה הסיכוי הגדול ביותר לשרוד, שבו יכולת חילוף החומרים משולבת עם היכולת להתרבות עצמית.
המעבר לסינתזת המטריצה ​​של חלבונים היה הקפיצה האיכותית הגדולה ביותר באבולוציה של החומר. עם זאת, המנגנון של המעבר הזה עדיין לא ברור. הקושי העיקרי כאן הוא שיש צורך בחלבונים אנזימטיים כדי לשכפל חומצות גרעין, וחומצות גרעין נחוצות ליצירת חלבונים. איך לשבור את ה"שרשרת הסגורה" הזו? במילים אחרות, יש צורך להסביר כיצד, במהלך הברירה הפרה-ביולוגית, יכולות ההתרבות העצמית של פולינוקלאוטידים בשילוב עם הפעילות הקטליטית של פוליפפטידים בתנאים של הפרדה מרחבית-זמנית של תוצרי התגובה הראשוניים והסופיים.
ישנן השערות שונות בנושא זה, אך כולן, כך או כך, אינן שלמות. עם זאת, נכון לעכשיו, המבטיחות ביותר כאן הן השערות המבוססות על עקרונות התיאוריה של ארגון עצמי, סינרגטיות, על מושג ההיפר-מרחבים, כלומר. מערכות המקשרות יחידות מתחדשות (אוטוקטליטיות) זו לזו באמצעות קשר מחזורי. במערכות כאלה, תוצר התגובה הוא גם הזרז או המגיב הראשוני שלו. לכן מתעוררת תופעת ההתרבות העצמית, שבשלבים הראשונים לא יכלה להיות העתקה מדויקת של היצירה האורגנית המקורית כלל. עצם קיומם של וירוסים ופאג'ים, שהם, ככל הנראה, שברי צורות של אבולוציה פרה-ביולוגית, מעיד על הקשיים בהיווצרות רבייה עצמית.
לאחר מכן, הבחירה הפרה-ביולוגית של coacervates המשיכה ככל הנראה בכמה כיוונים. ראשית, בכיוון של פיתוח היכולת לצבור פולימרים דמויי חלבון מיוחדים האחראים על האצה תגובה כימית. כתוצאה מכך השתנה מבנה חומצות הגרעין לכיוון ה"כפל" השולט של מערכות שבהן בוצע שכפול של חומצות גרעין בהשתתפות אנזימים. בדרך זו נוצר חילוף חומרים מחזורי המאפיין יצורים חיים.
שנית, במערכת הקואצרבטים, הבחירה של חומצות הגרעין עצמן התבצעה לפי השילוב המוצלח ביותר של רצף הנוקלאוטידים. בדרך נוצרו גנים. מערכות רבייה עצמית עם רצף יציב של נוקלאוטידים בחומצת גרעין כבר יכולות להיקרא חיות.
יש עדיין אי ודאות רבות בבעיית מקור החיים, היא עדיין רחוקה מפתרונה הסופי. למשל, לא ברור מדוע לכל תרכובות החלבון המרכיבות חומר חי יש רק "סימטריה שמאלית". אילו מנגנונים של אבולוציה פרה-ביולוגית יכולים להוביל לכך?
התושבים הראשונים של הפלנטה שלנו היו הטרוטרופים וניזונו מחומרים אורגניים המומסים באוקיינוס ​​הקדמון. ההתפתחות המתקדמת של אורגניזמים חיים ראשוניים סיפקה לאחר מכן קפיצת מדרגה עצומה כמו הופעתם של אוטוטרופים המשתמשים באנרגיה סולארית כדי לסנתז תרכובות אורגניות מהאי-אורגניות הפשוטות ביותר. כמובן שזה לא קרה מיד. חיבור מורכבכמו כלורופיל. בתחילה הופיעו פיגמנטים פשוטים יותר, שתרמו להטמעה, בעיקר של חומרים אורגניים.
בהדרגה, באוקיינוס ​​הקדמון, חומרים אורגניים שהצטברו בו באופן אביוגני החלו להתייבש. הופעתם של אורגניזמים אוטוטרופיים, בעיקר צמחים ירוקים, הבטיחה סינתזה מתמשכת נוספת של חומרים אורגניים, וכתוצאה מכך, קיום והתפתחות נוספת של חיים.
לאחר שקמו, החיים החלו להתפתח בקצב מהיר (האצת האבולוציה בזמן). לפיכך, ההתפתחות מפרוטוביונטים ראשוניים לצורות אירוביות דרשה כ-3 מיליארד שנים, בעוד שחלפו כ-500 מיליון שנים מאז הופעת צמחים ובעלי חיים יבשתיים; ציפורים ויונקים התפתחו מהחולייתנים היבשתיים הראשונים מזה 100 מיליון שנה, פרימטים התפתחו תוך 12-15 מיליון שנה, לקח בערך 3 מיליון שנים להיווצרות האדם.

התפתחות החיים על פני כדור הארץ
איש אינו יודע מתי בדיוק קם התא החי הראשון. גילם של עקבות החיים המוקדמים ביותר (שרידי חיידקים) שנמצאו במרבצים עתיקים של קרום כדור הארץ הוא כ-3.5 מיליארד שנים. הבה נניח שגיל החיים על הפלנטה שלנו הוא 3 מיליארד 600 מיליון שנים. לבהירות רבה יותר, בואו נדמיין שתקופת הזמן העצומה הזו מתאימה ליום אחד.
עכשיו על ה"שעון" שלנו זה בדיוק 24 שעות, וברגע מוצא החיים הוא הראה 0 שעות. כל שעה הכילה 150 מיליון שנים, כל דקה - 2.5 מיליון שנים.
קדם-קמבריון
העידן העתיק ביותר בהתפתחות החיים, הפרקמבריון, נמשך זמן רב להפליא: למעלה מ-3 מיליארד שנים. או לפי קנה המידה שלנו מתחילת היום ועד 20:00. כבר דיברנו על התנאים שבהם חיו האורגניזמים החיים הראשונים. האוכל שלהם היה ה"מרק הקדמוני" של האוקיינוס ​​שמסביב או עמיתיהם הפחות ברי מזל. אולם בהדרגה, במשך מיליוני שנים, המרק הזה הפך יותר ויותר "מדולל", ולבסוף, הרזרבות חומרים מזיניםתָשׁוּשׁ.
התפתחות החיים נעצרה. אבל האבולוציה מצאה בהצלחה דרך לצאת מזה. האורגניזמים הראשונים (חיידקים) הופיעו, מסוגלים אוֹר שֶׁמֶשׁלהפוך חומרים אנאורגניים לאורגניים.
כדי לבנות את האורגניזמים שלהם, כל היצורים החיים דורשים, במיוחד, מימן. צמחים ירוקים מקבלים את זה על ידי פיצול מים ושחרור חמצן. אבל חיידקים לא יכולים לעשות את זה עדיין. הם לא מפרקים מים, אלא מימן גופרתי, וזה הרבה יותר קל. במקרה זה, לא חמצן, אלא גופרית משתחרר. (לכן, ניתן למצוא סרט של גופרית על פני חלק מהביצות). זה מה שעשו חיידקים עתיקים. אבל כמות המימן הגופרית על פני כדור הארץ הייתה מוגבלת למדי. משבר חדש בהתפתחות החיים הגיע.
אצות כחולות ירוקות "מצאו" דרך לצאת ממנה. הם למדו לפצל מים. מולקולת המים היא "אגוז" לא קל, אבל לא כל כך קל "לפרק" מימן וחמצן. זה קשה פי שבעה מפיצול מימן גופרתי. אנו יכולים לומר כי אצות כחולות-ירוקות השיגו הישג של ממש. זה קרה לפני 2 מיליארד 300 מיליון שנים (בערך 9 בבוקר בקנה מידה שלנו).
לא היה מוּצָר לְוָאִיחמצן החל להשתחרר לאטמוספירה. הצטברות חמצן
מיוצג איום רצינילנצח. החל מהשעה 11 בבוקר, דור ספונטני חדש של חיים על פני כדור הארץ הפך לבלתי אפשרי - תכולת החמצן הגיעה ל-1% מהנוכחית. ואורגניזמים חיים התמודדו עם בעיה חדשה - איך להתמודד עם הכמות הגוברת של החומר האגרסיבי הזה.
אבל האבולוציה הצליחה להתגבר גם על המבחן הזה, לאחר שזכתה בניצחון מבריק חדש. בסביבות השעה 11:00 הופיע על פני כדור הארץ האורגניזם הראשון ששאף חמצן. כך נוצרה נשימה.
עד לנקודה זו, חיו אורגניזמים חיים באוקיינוס, שהתחבאו בעמודת המים מפני האולטרה סגול השמש, אשר מזיק לכל היצורים החיים. עכשיו הודות לחמצן בפנים שכבות עליונותבאטמוספירה, הופיעה שכבת אוזון, שריככה את הקרינה. תחת הגנת האוזון, החיים יכלו לנחות ביבשה.
סופר המדע הבדיוני האמריקאי קליפורד סימאק בסיפור "מי שם, בעובי הסלעים?" כך הוא מתאר את מסעו הדמיוני של גיבורו בזמן - לפרקמבריון: "היה קשה לנשום. עדיין היה מספיק חמצן, אם כי עם חטא בחצי, - בגלל זה, הוא נשם הרבה יותר מהרגיל. אם הוא נסוג לעבר עוד מיליון שנים, החמצן יפסיק להספיק. וצעדו עוד קצת אחורה - ולא יהיה חמצן פנוי בכלל.
כשהציץ במעלה קו החוף, הבחין שהוא מאוכלס ביצורים זעירים רבים, שרצים הלוך ושוב, רוחשים בפסולת החוף המוקצפת או קודחים חורים בבוץ. הוא הושיט יד וגירד קלות את הסלע שעליו ישב. על האבן הופיע כתם ירקרק - היא נפרדה מיד ונדבקה לכף ידו של סרט עבה, רזה למגע.
המשמעות היא שלפניו היו החיים הראשונים שהעזו לצאת אל היבשה - יצורים שלא היו מוכנים, ולא מסוגלים להתנתק משוליה של אם חיבה - מים, שטיפחו ללא הרף את החיים כבר מראשיתם.
קרה כאן הרבה שירגיש את עצמו בעתיד, אבל זה קרה בסתר, בהדרגה. החריצים המתרוצצים והציפוי הררי על הסלעים - מבשרי ימים רחוקים, אמיצים בטיפשותם - עוררו כבוד... "במהלך הפרקמבריון, הטבע עשה יותר שורה שלמההמצאות נפלאות. בערך בשעה 14:00 (בקנה המידה שלנו), התאים קיבלו גרעין. בערך באותו זמן היה רבייה מיניתמה שהאיץ באופן דרמטי את קצב האבולוציה.
היצורים הרב-תאיים הראשונים הופיעו. עד סוף הקדם-קמבריום (כפי שאנו זוכרים, זה 20:00), ימי כדור הארץ היו מאוכלסים במגוון בעלי חיים: מדוזות, תולעים שטוחות, ספוגים, פוליפים. כולם היו רכים, נטולי שלד. הופעת השלד בבעלי חיים של קונכיות, קונכיות וכו'. סימן התחלה של חדש עידן גיאולוגי.

פלאוזואיקון
עידן הפליאוזואיקון, שהחל לפני 570 מיליון שנה, נמשך 340 מיליון שנה. (כלומר, בקנה מידה שלנו, מתחילת הערב התשיעי עד עשר וחצי.) מדענים מחלקים אותו לשש תקופות. הקדום שבהם הוא הקמבריום (הוא נמשך 70 מיליון שנה). כפי שכבר אמרנו, במהלך תקופה זו, מגוון רחב של בעלי חיים מתחיל לפתח שלד, בין אם זה קונכייה, קונכייה או פשוט קוצים עוקצניים. ככל הנראה, הרכות הופכת לא בטוחה מדי בשלב זה.
היצירתיות של הטבע, היוצר צורות חיים חדשות, פורייה ומגוונת בצורה יוצאת דופן בקמבריה: כמעט כל סוגי ממלכת החיות מקבלים את הנציגים הראשונים שלהם. Chordates, למשל, הם יצורים הדומים לזמל המודרני. מעבירים מים דרך חריצי הזימים, וכך הם מסננים חלקיקים אכילים מהבוצה. לא משנה כמה קשה לנו לדמיין ימים ללא דגים, הם עדיין לא היו קיימים בים הקמבריון. הימים היו מאוכלסים בצפיפות בטרילוביטים המפורסמים - אבותיהם הנכחדים של העכבישים, העקרבים והקרציות.
אחרי הקמבריון מגיע האורדוביץ (היא נמשכה 60 מיליון שנה). טרילוביטים עדיין משגשגים בים. החולייתנים הראשונים מופיעים - קרובי משפחה של מנופרים מודרניים ומקסין. אין להם עדיין לסתות, אבל מבנה הפה מאפשר להם לתפוס טרף חי, וזה כמובן משתלם הרבה יותר מסינון אינסופי של סחף.
בתקופה הבאה, הסילורי (30 מיליון שנה), מגיעים לארץ הצמחים הראשונים (פסילופיטים), המכסים את החופים בשטיח ירוק בגובה של עד 25 סנטימטרים. בעקבותיהם, בעלי חיים מתחילים לנוע ליבשה, לומדים לנשום אוויר אטמוספרי - מרבה רגליים, תולעים, עכבישים ועקרבים.
בים כבר מצטופפים הטרילוביטים בעקרבי סרטנים ענקיים, שאורכם עולה לפעמים על 2 מטרים. לחולייתנים יש איבר חדש שלא ידוע בעבר -
לסתות התפתחו מחרכי הזימים הבלתי מזיקים של לא גולגולתי (למשל, זמזום). כדי למנוע מהטרף להחליק מלסתותיהם, הדגים רוכשים סנפירים זווגים בו-זמנית, אשר מגבירים את יכולת התמרון.
התקופה הבאה היא הדבון (60 מיליון שנה). האדמה מאוכלסת בטחבי מועדון, שרכים, זנב סוסים, טחבים. החרקים הראשונים כבר חיים בסבך.
גם בעלי חוליות בוחרים לנחות. איך ולמה זה קורה? האקלים בדבון היה יבש, הטמפרטורה השתנתה בחדות לאורך כל השנה. מאגרים רבים התייבשו. כמה דגים החלו להתחפר בסחופת במהלך הבצורת. כדי לעשות זאת, היה צורך להיות מסוגל לנשום אוויר אטמוספרי. אבל מבטיח במיוחד להמשך
התברר שהאבולוציה היא קבוצה של דגים בעלי סנפיר. חוץ מ נשימה ריאתיתהיו להם סנפירים זזים ושריריים שנראו כמו כפות. בעזרתם הם זחלו לאורך הקרקעית. כדי לא למות בבריכה יבשה, יצאו הדג בעל הסנפיר האונה לנדודים יבשתיים בחיפוש אחר מים. עם זאת, הם נסעו מרחקים ארוכים למדי. מטבע הדברים, אלו שיכלו לנוע טוב יותר ביבשה שרדו. נכון, ריאות חלשות לנשימה לא הספיקו. אחרת איך לנשום אם הזימים ביבשה אינם טובים? רק דרך העור. בגלל זה קשקשי דגיםפינה את מקומו לעור חלק ולח.
אז בדבון, דגי הסנפיר האונה עזבו בהדרגה את היסוד המקומי שלהם והולידו את הדו-חיים הראשונים - סטגוקפלים (עם ראש קונכייה).
אחרי הדבון הגיעה תקופת הפחמן, או התקופה הקרבונית (65 מיליון שנים). בפעם הראשונה, מרחבי אדמה עצומים היו מכוסים ביערות ביצות של שרכים דמויי עצים, זנב סוס וטחבים.
כשמסתכלים על אזובי המועדון הקטנים של ימינו, קשה להאמין שאבותיהם (למשל, עץ האבנית, או הלפידודנדרון) הגיעו לגובה של 40 מטרים ו-6 מטרים בהיקף.
מהגזעים הנופלים למים והופכים בהדרגה לפחם, נוצרו מרבצי פחם. הפחם היקר ביותר (אנטרציט) התקבל מצבירי נבגים רבים שהעצים של אז הפילו למים.
שריפה בתנור פֶּחָם, אנו מרגישים את חום השמש שנפלה לכדור הארץ לפני כמעט שליש מיליארד שנים. תחתיהם התחממו אבותינו הרחוקים - דו-חיים ששלטו בפחמימות.
בפעם הראשונה, החיים, לאחר שלטו במים ובאדמה, עשו צעד לתוך היסוד השלישי - האוויר. הראשונים והיחידים שעלו לאוויר ביערות הפחמימות היו חרקים. לפעמים הם גדלים למדהימים. מוטת הכנפיים של כמה שפיריות הגיעה ל-70 סנטימטרים. ובסבך, בנוסף לעכבישים ועקרבים, הם התחילו לפגוש, למשל, ג'וקים (בגודל של חֲזִיר יָם).
החיים הצליחו להתנתק סופית מיסוד המים שהוליד אותם. כמעט בו זמנית הצליחו בכך זוחלים ושרכים זרעים, אבותיהם של עצי מחט. צמחים פיתחו זרעים במקום נבגים; ביצי זוחלים פיתחו קליפות. העוברים בזרע ובביצה היו מוגנים בקליפות וסופקו להם מזון. מביצי זוחלים, זה לא היה עוד ראשן חסר אונים שבקע, אלא עותק קטן יותר של ההורה.
זוחלים כבר לא נזקקו לעור חשוף לנשימה - הריאות הספיקו. הם "כובלו בחזרה לתוך הקליפה" של קשקשים או מגני קרניים.
תקופה אחרונהעידן החיים העתיקים - פרם, או התקופה הפרמית (55 מיליון שנה). האקלים נעשה קר ויבש יותר. יערות רטובים של שרכים וטחבי מועדונים נעלמו.
במקום זאת, עצי מחט הופיעו וצמחו באופן נרחב. דו-חיים היו צפופים יותר ויותר על ידי זוחלים, שצעדו לעבר הדומיננטיות שלהם על הפלנטה.
עידן המזוזואיקון
עידן המזוזואיקון החל לפני 230 מיליון שנה ונמשך 163 מיליון שנים. (כלומר, משעה עשר וחצי בערב ועד שתים עשרה וחצי בקנה מידה שלנו.) היא מחולקת ל-3 תקופות: תקופת הטריאס (35 מיליון שנה), תקופת היורה או היורה (58 מיליון שנה), והקרטיקון. , או תקופת הקרטיקון (70 מיליון שנה).
בים, אפילו בתקופת הפרמיאן, הטרילוביטים מתו לבסוף. אבל זו לא הייתה השקיעה של חסרי החוליות הימיים. להיפך: כל צורה שנכחדה הוחלפה בכמה חדשים. בתקופת המזוזואיקון, האוקיינוסים של כדור הארץ היו שפעים ברכיכות: בלמניטים דמויי דיונונים (קליפות המאובנים שלהם נקראות "אצבעות השטן") ואמוניטים. קונטרו של חלק מהאמוניטים הגיע לקוטר של 3 מטרים. לאף אחד אחר על הפלנטה שלנו, לא לפני או מאוחר יותר, היו קונכיות כה ענקיות.
יערות המזוזואיקון נשלטו עצי מחט, בדומה לאורנים ולברושים מודרניים, וכן ציקדים. אנחנו רגילים לראות חרקים מרחפים מעל פרחים. אבל מחזה כזה התאפשר רק מאמצע תקופת המזוזואיקון, כשהפרח הראשון פרח על פני כדור הארץ. על ידי הקרטיקון צמחים פורחיםעצי מחט וציקאדים כבר החלו להצטופף.
ניתן לכנות את המזוזואיקון, במיוחד היורה, ממלכת הזוחלים. אבל אפילו בתחילת תקופת המזוזואיקון, כשהזוחלים רק נעו לקראת הדומיננטיות שלהם, הופיעו לצדם חיות קטנות ופרוותיות עם דם חם - יונקים. במשך 100 מיליון שנים ארוכות, הם חיו ליד הדינוזאורים, כמעט בלתי נראים על הרקע שלהם, והמתינו בסבלנות בכנפיים.
בשנות היורה היו לדינוזאורים גם יריבים אחרים בעלי דם חם - הציפורים הראשונות (Acheopteryx). היה להם הרבה יותר במשותף עם זוחלים: למשל, לסתות מנוקדות שיניים חדות. בתקופת הקרטיקון ירדו מהם גם ציפורים אמיתיות.
בסוף תקופת הקרטיקון, האקלים בכדור הארץ נעשה קר יותר. הטבע כבר לא יכול היה להאכיל בעלי חיים שמשקלם יותר מעשרה קילוגרמים. (נכון, שם תיאוריות מדעיות, אחרת מסביר את הכחדת הדינוזאורים.) החלה הכחדה המונית (המתמתחת, לעומת זאת, במשך מיליוני שנים) של ענקים - דינוזאורים. כעת ניתן היה לתפוס את המקום שהתפנה על ידי בעלי חיים וציפורים.

עידן הקנוזואיקון
עידן הקנוזואיקון, שהחל "חצי שעה לפני חצות" (לפני 67 מיליון שנה), הפך לממלכת הציפורים, היונקים, החרקים והצמחים הפורחים. זה ממשיך גם עכשיו.
מדענים מחלקים אותו ל-3 תקופות: פליאוגן, ניאוגן ואנתרופוגן. התקופות האחרונות שבהן מופיע אדם החלה (לפי חשבוננו - לפני 50 שניות). וזמן קיומה של הציוויליזציה האנושית כולה (אם ניקח בחשבון שהיא בת 10,000 שנה) בקנה מידה שלנו הוא רק "רבע שנייה"

סיכום
לפני יותר מחמש עשרה שנה אקדמאי B.S. סוקולוב, מדבר על זמן קיום החיים על פני כדור הארץ, כינה את הנתון 4 מיליארד 250 מיליון שנים. כאן, על פי נתונים מדעיים מודרניים, ניתן לאתר את הגבול בין "לא חיים" ל"חיים". מספר זה חשוב מאוד. התברר שהאירוע החשוב ביותר בתולדות החיים - הופעת היסודות הגנטיים המולקולריים שלו - התרחש, בקנה מידה גיאולוגי, ממש מיידית: רק 250 מיליון שנים לאחר לידתו של כוכב הלכת עצמו, וככל הנראה, בו-זמנית עם היווצרות האוקיינוסים. מחקר נוסף הראה שהראשון אורגניזמים תאייםהופיע על הפלנטה שלנו הרבה יותר מאוחר - לקח בערך מיליארד שנים עד שהאורגניזמים התאיים הפשוטים הראשונים צמחו ממבנים הדומים לקואצרבטים. הם נמצאו בסלעים בני 3 מיליארד שנים.
התושבים הראשונים של כוכב הלכת שלנו התבררו כ"חלקיקי אבק" זעירים מאוד: אורכם הוא רק 0.7, ורוחבם הוא 0.2 מיקרומטר. פיתוח הרעיון של אבולוציה פרה-ביולוגית כימית, שהוביל להופעתה צורות תאיםהחיים, חשפו את תפקידם של גורמים סביבתיים שונים בתהליך זה. בפרט, ג'יי ברנאל ביסס את השתתפותם של מרבצי חימר בתחתית מאגרים בריכוז של חומרים אורגניים ממקור אביוגני. מאמינים גם שבשלבים המוקדמים של היווצרות כוכב הלכת, כדור הארץ עבר דרך ענני אבק בחלל הבין-כוכבי ויכול ללכוד יחד עם אבק קוסמי מספר גדול שלמולקולות אורגניות שנוצרו בחלל. לפי הערכות גסות, כמות זו תואמת את הביומסה של כדור הארץ המודרני.
בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה
1. Naidish V.M. מושגים מדעי הטבע המודרניים. – מ.: Gardariki, 1999. – 476 עמ'.
2. Slyusarev A.A. ביולוגיה עם גנטיקה כללית. - מ.: רפואה, 1978. - 472 עמ'.
3. ביולוגיה / Semenov E.V., Mamontov S.G., Kogan V.L. - M.: בוגר בית - ספר, 1984. - 352 עמ'.
4. ביולוגיה כללית / Belyaev D.K., Ruvinsky A.O. – מ.: נאורות, 1993. – 271 עמ'.