Biologija- mokslas apie gyvųjų kilmę ir raidą, jo struktūrą, organizavimo formas ir veiklos metodus. Šiuolaikinė biologija yra dinamiškos žinios, kurios keičiasi tiesiogine prasme mūsų akyse. Laviną primenantis naujų eksperimentinių duomenų kaupimas kartais pranoksta jų teorinio aiškinimo ir paaiškinimo galimybes. Sparčiai auga tarpdalykinių tyrimų skaičius biologijos ir chemijos, biologijos ir fizikos, biologijos ir antropologijos ir kt. sankirtoje. Tam savo ruožtu reikia naudoti iki tol biologijai visiškai svetimus metodus ir priemones. Komplekse jau yra daugiau nei 50 mokslų biologines žinias, tarp jų: ​​botanika ir zoologija, genetika ir molekulinė biologija, anatomija ir morfologija, citologija ir biogeocenologija, biofizika ir biochemija, paleontologija ir embriologija, evoliucinė biologija ir ekologija ir kt. Tokią mokslo disciplinų įvairovę paaiškina objekto sudėtingumas. studijų – gyvoji medžiaga.

Atsirado biologija ir ilgam laikui sukurtas kaip aprašomasis mokslas, atliekantis didžiulės empirinės medžiagos analizę ir klasifikavimą (2.5). Šiuolaikinė biologija vis dar susiduria su užduotimi klasifikuoti gyvų organizmų įvairovę. Manoma, kad iki šiol aprašyti tik du trečdaliai. esamų rūšių, ir tai yra 1,2 milijono gyvūnų, 500 tūkstančių augalų, šimtai tūkstančių grybų, apie 3 tūkstančiai bakterijų ir kt. šiuolaikinė biologijaįvyko reikšmingų metodinių pokyčių. XX amžiuje. biologinės žinios įgavo aiškinamąjį pobūdį. Šiuolaikinė biologija naudoja genetinius ir sisteminės struktūros metodus. Pirmajame kalbama apie gyvosios medžiagos kilmę ir evoliuciją, biogenezės priežastis, mechanizmus ir ypatybes. Antrojo rėmuose tiriami įvairūs gyvų būtybių organizavimo lygiai, jų funkcionavimo principai, santykių ypatumai ir kt.

funkcija moderni scena biologinių žinių plėtra yra glaudus jų ryšys ne tik su kitais gamtos mokslų komplekso mokslais, bet ir su humanitariniais bei humanitariniais mokslais. socialinis pažinimas. Biologinių žinių vertės komponentas tik didėja vystantis šiai mokslo disciplinai. Biofizikos ir biochemijos, molekulinės biologijos ir genetikos pažanga leidžia kalbėti apie mūsų žinių apie gyvų dalykų esmę proveržį. Tačiau vis arčiau gyvenimo paslapties išaiškinimo žmonija susiduria su daugybe pasaulėžiūrinių problemų, kurių sprendimas būtinas, taip pat ir savisaugos bei išlikimo tikslais. Šiuo atžvilgiu kai kurie šiuolaikinės biologijos duomenys reikalauja filosofinio apmąstymo ir aiškinimo. Kartu pasirodo, kad biologija yra glaudžiai susijusi su praktiniais poreikiais, be to, daugybė teorinių problemų kyla būtent sprendžiant konkrečias praktines problemas: medicinos, aplinkos, ekonomikos, politikos ir kt. Visi šie pokyčiai rodo: per vidurį XX a. biologijoje įvyko mokslinė revoliucija, savo mastu panaši į fizikos ir astronomijos revoliuciją.

Šiuolaikinė biologija patvirtina gyvosios medžiagos vienovę visais lygmenimis, reprezentuodama gyvąjį pasaulį kaip didžiulę sistemų sistemą, kurioje kiekvienas komponentas turi savo specifines savybes ir jungiasi su kitais specialiu ryšio tipu. Žinių plėtra lemia laipsnišką idėjų apie gyvybės esmę, kosminės ir biologinės evoliucijos vienovę, biologinio ir socialinio žmogaus sąveiką ir kt. transformaciją. Nauji biologiniai duomenys pakeičia susiklosčiusį pasaulio vaizdą. ilgą laiką formavo fizika. Biologijos atradimai lemia tolesnę viso gamtos mokslo raidą. Štai kodėl šiuolaikinis mokslinis pasaulio vaizdas neįmanomas be biologinių žinių. Be to, biologija tampa pagrindu, kuriuo remiantis formuojasi nauji pasaulėžiūros principai, lemiantys žmogaus savęs supratimą XXI amžiuje. (7.3).

5.2. Šiuolaikinės idėjos apie gyvybės kilmę

Biologinių sistemų atsiradimas ir evoliucija yra pradinė biologijos tema. Aplink jį sutelktos visos kitos konkrečios mokslinės problemos ir klausimai, taip pat kuriami filosofiniai apibendrinimai ir išvados.

Pagal dvi pagrindines pasaulėžiūros pozicijas – materialistinę ir idealistinę – net antikinėje filosofijoje susiformavo priešingos gyvybės kilmės sampratos: kreacionizmas ir materialistinė teorija apie organinės gamtos atsiradimą iš neorganinės. Rėmėjai kreacionizmas teigia, kad gyvybė atsirado dėl dieviškojo kūrimo akto, kurio įrodymas yra ypatingos jėgos, valdančios visus biologinius procesus, buvimas gyvuose organizmuose. Koncepcijos šalininkai gyvybės kilmė iš negyvoji gamta teigia, kad organinė gamta atsirado dėl gamtos dėsnių veikimo. Vėliau ši pozicija buvo sukonkretinta spontaniško gyvenimo generavimo idėjoje. Spontaniškos kartos samprata, nepaisant jos klaidingumo, vaidino teigiamą vaidmenį, ją patvirtinantys eksperimentai suteikė turtingos empirinės medžiagos besivystančiam biologijos mokslui. Galutinis spontaniškos kartos idėjos atmetimas įvyko tik XIX a.

XIX amžiuje taip pat buvo iškelta hipotezė apie amžiną gyvybės egzistavimą ir jos kosminę kilmę Žemėje. 1865 metais vokiečių gydytojas G. Richteris pasiūlė, kad gyvybė egzistuoja erdvėje ir perkeliama iš vienos planetos į kitą. 1907 metais Švedijos mokslininkas S. Arrenius iškėlė panašią hipotezę, pagal kurią gyvybės užuomazgos amžinai egzistuoja Visatoje, juda kosminėje erdvėje veikiami šviesos spindulių ir, apsigyvenę planetos paviršiuje, gimsta. gyvenimui. Ši hipotezė vadinama panspermija. XX amžiaus pradžioje. Idėją apie kosminę biologinių sistemų Žemėje kilmę ir gyvybės egzistavimo erdvėje amžinybę sukūrė rusų mokslininkas V.I. Vernadskis.

Šiuolaikiniame moksle hipotezė apie abiogeninę (nebiologinę) gyvybės kilmę veikiant natūralių priežasčių kaip ilgo kosminės, geologinės ir cheminės evoliucijos proceso rezultatas - abiogenezė. Abiogeninė koncepcija neatmeta gyvybės egzistavimo erdvėje ir jos kosminės kilmės Žemėje galimybės. Akivaizdu, kad gyvybės atsiradimo metu vykusių procesų atkurti neįmanoma, todėl bet kokios išvados šiuo klausimu ir bet koks šios temos aiškinimas grindžiamas modeliavimo metodu (1.5).

Pirmasis gyvų būtybių atsiradimo etapas yra susijęs su chemine evoliucija. Po Žemės susidarymo buvo karštas kamuolys. Palaipsniui atvėsusi planeta prisidėjo prie to, kad sunkieji cheminiai elementai persikėlė į jos centrą, o lengvieji palaipsniui kaupėsi paviršiuje. Lengvieji elementai – deguonis, anglis, azotas ir vandenilis – pradėjo sąveikauti tarpusavyje, o tolimesnės cheminės evoliucijos eigoje atsirado įvairių organinių junginių. Sausumos gyvybė yra anglies pagrindu, palengvinama speciali fizines savybesšis cheminis elementas. Taigi, anglis sugeba sukurti įvairiausių struktūrų, galimų skaičių organiniai junginiai anglies pagrindu yra dešimtys milijonų. Anglies junginiai yra aktyvūs žemoje temperatūroje, net ir nežymiai persitvarkius molekulėms, jų cheminis aktyvumas gali labai pasikeisti. Anglies junginiai su vandeniliu, azotu, deguonimi, siera, geležimi ir kt. pasižymi didelėmis katalizinėmis savybėmis. Be to, daugelis anglies junginių gerai tirpsta vandenyje. Nepaisant to, mokslininkai neatmeta galimybės, kad gyvybė gali atsirasti kitu pagrindu, pavyzdžiui, silicio.

Atvėsus žemės paviršiui vandens garai sutirštėjo, todėl vėliau susidarė didžiuliai rezervuarai. Aktyvios vulkaninės veiklos rezultatas pirmaisiais mūsų planetos evoliucijos etapais buvo įvairių karbidų - anglies ir metalų junginių - išsiskyrimas ant jos paviršiaus. Karbidai buvo nuplauti į pirminį vandenyną, kur jie sąveikavo su vandeniu. Dėl šių cheminių reakcijų susidarė įvairūs angliavandenilių junginiai.

Antrasis gyvų būtybių atsiradimo etapas yra susijęs su baltyminių medžiagų atsiradimu. Buvimas pirminio vandenyno vandenyse didelis skaičius anglies junginiai lėmė koncentruoto „organinio sultinio“ atsiradimą, kuriame buvo vykdomas tolimesnis sudėtingų organinių molekulių – baltymų ir nukleorūgščių – sintezės procesas iš gana paprastų anglies junginių.

Viena iš sudėtingų organinių molekulių – biopolimerų – sintezės sąlygų yra didelė pradinių medžiagų koncentracija. Daroma prielaida, kad būtinos sąlygos susidarė dėl paprastų organinių molekulių nusodinimo ant pirminių rezervuarų mineralinių dalelių, pavyzdžiui, ant molio. Be to, organinės molekulės vandens paviršiuje galėjo sudaryti ploną plėvelę, kuri, veikiama vėjo ir vandens srovių, buvo numušta į krantą, sudarydama storus sluoksnius.

Kita biopolimerų sintezės sąlyga – aplinka be deguonies, nes deguonis, būdamas stipriu oksidatoriumi, akimirksniu sunaikintų pirminius organinius junginius. Amerikiečių mokslininkas G. Urey teigė, kad pirminė Žemės atmosfera iš tiesų buvo beanoksiška ir turėjo atkuriamąjį pobūdį. Jis buvo prisotintas inertinėmis dujomis – heliu, neonu, argonu, jame buvo vandenilio, metano, amoniako ir azoto. Būtent tokioje aplinkoje lengvai susidaro organiniai junginiai. Antrinė Žemės atmosfera jau turėjo kitokią sudėtį, kuri buvo gyvybės vystymosi rezultatas. Antrinę atmosferą sudarė 20% deguonies ir ji turėjo oksidacinį pobūdį. Tokiai žemės atmosferos transformacijai prireikė mažiausiai 1 milijardo metų. G. Urey idėja turėjo didelės įtakos idėjoms apie gyvybės kilmę raidą.

viduryje eksperimentiškai įrodyta abiogeninės biopolimerų – baltymų molekulių ir azoto bazių – sintezės galimybė. 1953 metais amerikiečių mokslininkas S. Milleris sumodeliavo pirminę Žemės atmosferą ir, leisdamas elektros krūvius per inertinių dujų mišinį, susintetino riebalų rūgštis, acto ir skruzdžių rūgštis, karbamidą ir aminorūgštis. Taip buvo parodyta, kaip veikiant abiogeniniams veiksniams įmanoma sudėtingų organinių junginių sintezė.

Taigi, veikiant aukštai temperatūrai, jonizuojančiai ir ultravioletinei spinduliuotei, iš paprasčiausių organinių junginių susidarė atmosferos elektra, baltymai, riebalai, angliavandeniai ir aminorūgštys. Remiantis rusų mokslininko A.I. Oparinas, aprašytas darbe „Gyvybės kilmė“ (1924), sumaišius pirminį „sultinį“, iš pradžių skirtingi organiniai junginiai gali sudaryti koacervinius lašus. Koacervatai jau turi nemažai savybių, jungiančių juos su paprasčiausiomis gyvomis būtybėmis. Pavyzdžiui, koacervatai sugeba absorbuoti medžiagas iš aplinką, sąveikauja tarpusavyje, didėja ir pan. Tačiau skirtingai nei gyvos būtybės, koacerviniai lašai nesugeba savaime daugintis ir reguliuotis, todėl jų negalima priskirti biologinėms sistemoms. Eksperimentai su koacervatais parodė, kad greitis, kuriuo jie absorbuoja medžiagas iš aplinkos, gali būti skirtingas ir priklauso nuo cheminė organizacija ir kiekvieno konkretaus lašo erdvinė struktūra. Todėl dviejų rūšių koacervatai tame pačiame tirpale elgsis skirtingai. Šie eksperimentai yra netiesioginis patvirtinimas, kad šiame prebiologinės evoliucijos etape koacervatai gali būti atrenkami priklausomai nuo jų sąveikos su aplinka pobūdžio.

Trečiasis gyvybės atsiradimo etapas yra susijęs su organinių junginių gebėjimo daugintis formavimusi. Gyvenimo pradžia reikėtų laikyti stabilaus savęs dauginimosi atsiradimą organinė sistema su pastovia nukleotidų seka. Tik atsiradus tokioms sistemoms galime kalbėti apie biologinės evoliucijos pradžią. Vieną perėjimo nuo prebiologinės prie biologinės evoliucijos versijų siūlo vokiečių mokslininkas M. Eigenas. Pagal jo hipotezę gyvybės atsiradimas aiškinamas nukleorūgščių ir baltymų sąveika. Nukleorūgštys yra genetinės informacijos nešėjos, o baltymai tarnauja kaip cheminių reakcijų katalizatoriai. Nukleino rūgštys dauginasi pačios ir perduoda informaciją baltymams. Atsiranda uždara grandinė - hiperciklas, kuriame cheminių reakcijų procesai savaime pagreitėja dėl katalizatorių buvimo. Hipercikluose reakcijos produktas vienu metu veikia ir kaip katalizatorius, ir kaip pradinis reagentas. Panašios reakcijos vadinamas autokataliziniu.

Kita teorija, galinti paaiškinti perėjimą nuo prebiologinės prie biologinės evoliucijos, yra sinergetika (8.2). Sinergetikos atrasti modeliai leidžia išsiaiškinti organinės medžiagos atsiradimo iš neorganinės medžiagos mechanizmus, kalbant apie saviorganizaciją per spontaniškas įvykis naujos struktūros atviros sistemos sąveikos su aplinka metu.

5.3. Pagrindiniai organinio pasaulio evoliucijos etapai

Užsiima pagrindinių gyvųjų evoliucijos etapų studijomis paleontologija mokslas apie iškastinius organizmus. Kadangi prieš biologinę evoliuciją vyko ilga prebiologinė evoliucija, šiuolaikinis mokslas atskirus biogenezės etapus susieja su geogeneze. Geologinėje Žemės istorijoje išskiriamos įvairios epochos, kuriose vyko reikšmingi geologiniai virsmai, persiskirstė žemė ir jūra, keitėsi klimatas ir kt. Be to, atsiradus gyvybei, kiekviena epocha pasižymėjo savitumu. augalija ir gyvūnija.

Geologinės eros:

Katarčėjos (prieš 5 mlrd. – 3,5 mlrd. metų);

Archeanas (prieš 3,5 mlrd. – 2,6 mlrd. metų);

Proterozojaus (prieš 2,6 mlrd. – 570 mln. metų);

Paleozojaus (prieš 570 mln. – 230 mln. metų);

Mezozojus (prieš 230 mln. – 67 mln. metų);

Kainozojus (prieš 67 mln. metų iki dabar).

Žemės amžius yra apie 5 milijardus metų. Gyvybė mūsų planetoje atsirado m archėja, maždaug prieš 3,5 milijardo metų. Šiuo metu atsiranda pirmosios gyvos ląstelės - prokariotig. Prokariotai yra paprasti organizmai geba greitai daugintis, lengvai prisitaiko prie kintančių aplinkos sąlygų. būdinga savybė prokariotai - ryškaus branduolio nebuvimas. Šie organizmai buvo anaerobiniai, tai yra, galėjo gyventi be deguonies (prisiminkime, kad pirminę Žemės atmosferą sudarė helio, neono, argono, vandenilio, metano ir azoto mišinys). Šie organizmai buvo heterotrofai, y., visos gyvybei reikalingos medžiagos buvo gautos gatavu pavidalu iš aplinkos. Tačiau išeikvojus pirminę „ekologišką sriubą“, reikėjo kardinaliai pakeisti valgymo būdą. Šiame biogenezės etape tie organizmai, kurie galėtų gauti dauguma gyvybei reikalingos energijos per saulės spinduliuotę. Šviesos energija pagreitėjo cheminės reakcijos, kurio metu buvo susintetintos gyvybei reikalingos medžiagos. Kūrimo procesas esminių medžiagų sugeriant saulės energiją vadinama fotosintezė. Taigi heterotrofai buvo pakeisti autotrofija- gyvieji organizmai! kurios egzistuoja dėl saulės energijos ir pačios gamina gyvybei reikalingas medžiagas. Pirmieji autotrofai b ^1 ar cianidas, tada žalieji dumbliai. Fotosintezė vaidino svarbų vaidmenį biogenezėje ir prisidėjo prie bendro organinių medžiagų evoliucijos pagreitėjimo. Šiame etape pranašumą įgijo aerobiniai organizmai, kurie gali gyventi tik esant deguoniui.

Autotrofinių organizmų atsiradimas rimtai paveikė žemės atmosferos sudėtį. Faktas yra tas, kad per savo gyvenimą išskiria autotrofinius organizmus didelis skaičius deguonies ir dėl to pirminė Žemės atmosfera palaipsniui virto antrine, susidarė ozono sluoksnis, apsaugantis gyvus organizmus nuo mirtino ultravioletinių spindulių poveikio, pakito vandens sudėtis rezervuaruose ir t.t. Taigi, biogenezė turėjo didelę įtaką mūsų planetos evoliucijai ir harmoningai „integravosi“ į geogenezę, tapdama jos tęsiniu ir plėtra. Manoma, kad dabartinis deguonies kiekis atmosferoje (21%), b ^1 Tai buvo pasiekta paleozojaus laikais prieš 250 milijonų metų, tačiau šis procesas prasidėjo jau Archeane.

IN Proterozojaus(prieš 1,8 mlrd. metų) atsiranda eukariotinis tyg- gyvi organizmai, kurių ląstelėse yra ryškus branduolys. Eukariotai buvo labiau pritaikyti naujoms sąlygoms. Skirtingai nuo prokariotų, eukariotų DNR yra surinkta į chromosomas ir gali daugintis be reikšmingų pokyčių. Yra dvi pagrindinės eukariotų kilmės hipotezės: autogeninė ir simbiotinė. Remiantis autogenine hipoteze, eukariotai atsirado komplikuojant prastos struktūros ląsteles, panašias į prokariotus. Simbiotinės hipotezės šalininkai mano, kad eukariotai atsirado dėl kelių prokariotinių ląstelių, kurių genomai buvo sujungti į naują vientisumą, simbiozės rezultatas.

Kitas reikšmingas biologinės evoliucijos žingsnis buvo lytinio dauginimosi atsiradimas prieš 900 milijonų metų. Lytinio dauginimosi mechanizmas yra dviejų organizmų genetinės medžiagos susiliejimas ir vėlesnis paskirstymas. lytinis dauginimasisžymiai padidina rūšių įvairovę, o tai, viena vertus, leidžia gyviems organizmams geriau prisitaikyti prie aplinkos sąlygų, kita vertus, ženkliai pagreitina evoliucijos procesą.

Pirmieji daugialąsčiai organizmai atsirado maždaug prieš 800 milijonų metų. Daugialąstis organizmas turi išsivysčiusius organus ir audinius, tai yra, jis yra labiau diferencijuotas nei vienaląstis organizmas. Kempinės, nariuotakojai ir koelenteratai buvo pirmieji daugialąsčiai organizmai.

IN paleozojaus, Prieš 500–440 milijonų metų atsirado pirmieji dideli (10–11 m) mėsėdžiai ir pirmieji maži (apie 10 cm) stuburiniai gyvūnai. Maždaug prieš 410 milijonų metų gyvi organizmai pradeda užkariauti žemę. Sausumos augalai turi didelių pranašumų prieš vandens augalus, nes fotosintezės procesai sausumoje vyksta intensyviau nei vandenyje. Pirmieji sausumos augalai – psilofitai – užėmė tarpinę padėtį tarp sausumos kraujagyslių augalų ir dumblių. Po augalų į sausumą persikėlė ir gyvūnai. Pirmieji sausumos gyvūnai priminė šiuolaikinius skorpionus, jie buvo plaučiai, tai yra, prisitaikę kvėpuoti tiek vandenyje, tiek sausumoje. Iš plaučiais kvėpuojančių būtybių vėliau atsirado pirmiausia varliagyviai, o paskui sausumos stuburiniai. Pirmieji gyvūnai, visiškai prisitaikę gyventi sausumoje, buvo senovės ropliai, kurie savo išvaizda buvo panašūs į šiuolaikinius driežus. Vabzdžiai pasirodė maždaug tuo pačiu laikotarpiu. Maždaug prieš 300 milijonų metų vabzdžiai pradėjo skraidyti ir po to beveik 100 milijonų metų dominavo ore.

IN mezozojus(prieš 230 mln. – 67 mln. metų) vyksta tolesnė gyvūnų ir augalų pasaulio evoliucija. Pamažu sausumos augaluose formuojasi kompaktiškas kūnas, jis diferencijuojasi į šaknis, stiebus, lapus, tobulėja plėveliniai audiniai, vystosi laidumo sistema, aprūpinanti augalus vandeniu ir maistinių medžiagų besikeičiantys dauginimosi būdai. Sporos ir sėklos veisimui labiau tinka sausumoje, todėl taip besidauginantys augalai gavo evoliucinį pranašumą. Tolesnė augalų pasaulio raida susijusi su sėklų gerinimu.

Gyvūnų karalystė taip pat vystosi. Mezozojaus pradžioje ropliai visiškai užkariavo žemę, todėl mezozojaus era dažnai vadinama roplių era. Senovės ropliai pamažu įvaldo vis daugiau naujų buveinių ir vis labiau tolsta nuo vandens. Palaipsniui, evoliucijos eigoje, plūduriuojantys, skraidantys ir judantys sausuma, atsirado plėšriųjų ir žolėdžių roplių. Prieš 195–137 milijonus metų iš senovinių skraidančių roplių atsirado pirmieji paukščiai, kurie sujungė paukščių ir roplių bruožus. Prieš 230–195 milijonus metų atsirado pirmieji žinduoliai.

Kainozojus(prieš 67 mln. metų – dabar) – žinduolių, paukščių, vabzdžių ir žydinčių augalų viešpatavimo laikas. Mezozojaus eros pabaigoje įvyko stiprus atšalimas, dėl kurio žuvo daug augalų rūšių ir apskritai sumažėjo augmenijos užimamos erdvės. Tokiomis sąlygomis buvo įgytas evoliucinis pranašumas gaubtasėkliai, kuriame dauginimosi procesas ne tik nepriklauso nuo buvimo vandens aplinka, bet galima ir naujomis klimato sąlygomis. Angiosperms – žydintys – augalai ir dabar sudaro didelę augalų karalystės dalį. Žinoma, per 67 milijonus kainozojaus eros metų augalų karalystės pokyčiai įvyko ne kartą, tačiau žydintys augalai vis dar dominuoja.

Atvėsus mezozojaus eros pabaigoje ir daugelio augalų rūšių mirtis lėmė, kad iš pradžių jais maitinosi žolėdžiai, o vėliau mėsėdžiai dinozaurai. Vėsinimo sąlygomis šiltakraujai gyvūnai – žinduoliai ir paukščiai – įgijo didelį evoliucinį pranašumą. Per milijonus metų atsirado naujų rūšių gyvų būtybių, kurios išplito po Žemės paviršių, užimdamos sausumos, oro ir vandens aplinką. Maždaug prieš 8 milijonus metų pradėjo kurtis šiuolaikinės žinduolių šeimos. Per tą patį laikotarpį įvairios skirtingi tipai primatai ir taip sudarė prielaidas antropogenezės pradžiai. Prieš 2-3 milijonus metų prasidėjo dar vienas miškų nykimas. Viena iš antropoidinių beždžionių grupių pamažu pradėjo kurtis naujos didžiulės atviros erdvės. Manoma, kad iš šių beždžionių atsirado žmonės (6.3).

Dabar gyvybę Žemėje atstovauja ląsteliniai ir priešląsteliniai organizmai. Ikiląsteliniai gyvi organizmai yra virusai ir fagai. Ląsteliniai organizmai tradiciškai skirstoma į keturias karalystes: mikroorganizmus, grybus, augalus ir gyvūnus. Pagrindinės organinės gamtos grupės yra augalai ir gyvūnai. Šiuo metu augalų karalystei atstovauja daugiau nei 500 tūkstančių rūšių, gyvūnų karalystę – daugiau nei 1,2 milijono rūšių.

5.4. Gyvųjų sistemų esmė ir pagrindiniai bruožai

Klasikinėje biologijoje varžėsi dvi priešingos pozicijos, iš esmės aiškinančios gyvų būtybių esmę. įvairiais būdais, – redukcionizmas ir vitalizmas. Rėmėjai redukcionizmas tikėjo, kad visus gyvybinės organizmų veiklos procesus galima redukuoti į tam tikrų cheminių reakcijų rinkinį. Terminas „redukcionizmas“ kilęs iš lotyniško žodžio reductio – atstumti, grįžti. Biologinio redukcionizmo idėjos rėmėsi vulgaraus mechanistinio materializmo idėjomis, kurios gavo labiausiai paplitęs XVII-XVIII amžių filosofijoje. Mechanistinis materializmas visus gamtoje vykstančius procesus aiškino dėsnių pagalba klasikinė mechanika. Mechanistinės materialistinės pozicijos pritaikymas biologinėms žinioms paskatino biologinio redukcionizmo formavimąsi. Šiuolaikinio gamtos mokslo požiūriu redukcionistinis paaiškinimas negali būti laikomas patenkinamu, nes jis sumenkina pačią gyvojo esmę. Nepaisant to, biologijoje XVIII a. redukcionizmas yra plačiai paplitęs.

Redukcionizmo priešingybė yra vitalizmas, kurių šalininkai gyvų organizmų specifiką aiškina juose esančio ypatingo gyvybingumo. Terminas „vitalizmas“ kilęs iš lotyniško žodžio vita – gyvenimas. Filosofinis vitalizmo pagrindas yra idealizmas. Vitalizmo šalininkai redukcionistinės paradigmos ribotumus naudojo kaip argumentą savo teisumo naudai. Tačiau vitalizmas neišaiškino gyvųjų funkcionavimo specifikos ir mechanizmų, visus organinio ir neorganinio skirtumus redukuodamas į paslaptingos ir nepažintos „gyvybės jėgos“ veikimą. Nepaisant to, kad vitalizmas nepaaiškino gyvųjų esmės, klasikinėje biologijoje buvo daug šios pozicijos šalininkų.

Šiuolaikinė biologija pagrindinėmis gyvų būtybių savybėmis laiko savarankišką medžiagų apykaitą, dirglumą, judrumą, augimą, gebėjimą daugintis ir prisitaikymą prie aplinkos. Šių savybių deriniu gyvi daiktai skiriasi nuo negyvų dalykų. Biologinės sistemos G- tai vientisos atviros sistemos, kurios nuolat keičiasi medžiaga, energija ir informacija su aplinka ir geba savarankiškai organizuotis. Gyvosios sistemos aktyviai reaguoja į aplinkos pokyčius, prisitaiko prie naujų sąlygų. Biologinės sistemos yra pajėgios savaime daugintis ir, atitinkamai, išsaugoti bei perduoti genetinę informaciją kitoms kartoms. Atskiros gyvų būtybių savybės taip pat gali būti būdingos neorganinėms sistemoms, tačiau nė viena neorganinė sistema neturi visų aukščiau išvardytų savybių.

Yra pereinamųjų formų, kurios sujungia gyvų ir negyvų daiktų savybes, pavyzdžiui, virusai. Žodis „virusas“ yra kilęs iš lotyniško viruso – nuodų. Virusus 1892 metais atrado rusų mokslininkas D. Ivanovskis. Viena vertus, jie susideda iš baltymų ir nukleino rūgščių ir gali savaime daugintis, tai yra, turi gyvų organizmų požymių, tačiau, kita vertus, už svetimo organizmo ar ląstelės ribų jie neturi gyvas organizmas – neturi savo medžiagų apykaitos, nereaguoja į dirgiklius, negali augti ir daugintis. Savo sandara virusai labai panašūs į genus, šiuolaikinės molekulinės biologijos tyrimai patvirtino šią aplinkybę. Šiuo atžvilgiu netgi aptariamas virusų, kurie kartais vadinami „įsiautėjusiais genais“ (5.6), evoliucinio vaidmens klausimas.

Visos gyvos būtybės Žemėje turi tą patį biocheminė sudėtis: 20 aminorūgščių, 5 azoto bazės, gliukozė, riebalai. Reikia pažymėti, kad šiuolaikinei organinei chemijai žinoma daugiau nei 100 aminorūgščių. Matyt, toks mažas junginių, sudarančių viską, kas gyva, skaičius yra atrankos, vykusios prebiologinės evoliucijos stadijoje, rezultatas. Baltymai, sudarantys gyvas sistemas, yra didelės molekulinės masės organiniai junginiai. Kiekviename konkrečiame baltyme aminorūgščių eilė visada yra tokia pati.

Dauguma baltymų veikia kaip fermentai – katalizatoriai cheminėms reakcijoms, vykstančioms gyvose sistemose.

5.5. Laukinės gamtos organizavimo lygiai

Gyvybė Žemėje yra vientisa sistema, susidedanti iš įvairių lygių. Yra keturi pagrindiniai gyvosios medžiagos organizavimo lygiai:

Molekulinė genetinė;

ontogenetinis;

Populiacijos rūšys;

Biogeocenotiškas.

vienetas molekulinis genetinis lygis genas veikia kaip struktūrinis DNR molekulės elementas, pernešantis iš kartos į kartą perduodamą paveldimą informaciją, o elementarus reiškinys – genetinių kodų atgaminimas pagal matricos principą (5.6).

vienetas ontogenetinis lygis gyvųjų organizacija yra atskiras individas, o elementarus reiškinys – ontogenezė. Biologinis individas gali būti ir vienaląstis, ir daugialąstis organizmas, bet bet kuriuo atveju tai vientisa, savaime besidauginanti sistema. Ontogenezė- individualaus organizmo vystymosi procesas nuo gimimo iki nuoseklių morfologinių, fiziologinių ir biocheminiai pokyčiai prieš mirtį – paveldimos informacijos realizavimo procesas. Terminą „ontogenezė“ į mokslą įvedė vokiečių biologas E. Haeckelis, suformulavęs pasikartojimo dėsnį ontogenezėje – individualioje organizmo raidoje – pagrindiniai filogenezės etapai – rūšies, kuriai priklauso duotasis organizmas, raida. . „Ontogenija“, rašė E. Haeckel, „yra trumpas ir greitas filogenijos apibendrinimas, fiziologines funkcijas paveldimumas (dauginimasis) ir prisitaikymas (mityba). Organinis individas kartojasi greitai ir trumpas kursas Jo individualiam vystymuisi yra svarbiausi iš formos pokyčių, per kuriuos jo protėviai išgyveno lėtą ir ilgą paleontologinį vystymąsi pagal paveldimumo ir prisitaikymo dėsnius. Šis dėsningumas vadinamas pagrindiniu biogenetiniu dėsniu. Vieninga ontogenezės teorija dar nesukurta, nes nėra išaiškintos priežastys ir veiksniai, lemiantys individualų organizmo vystymąsi ir pan.. Dabar belieka pasakyti, kad ontogenezė yra kompleksinio koordinuoto įgyvendinimo pasekmė. paveldimų organizmo savybių diegimo programa.

Vienetas populiacijos-rūšies lygiu yra populiacija, o elementarus reiškinys yra kryptingas jos genetinės sudėties pokytis. gyventojų yra vienos rūšies individų rinkinys, santykinai izoliuotas nuo kitų tos pačios rūšies grupių, užimantis tam tikra teritorija, ilgą laiką dauginantis ir turintis bendrą genetinį fondą. Gyventojai laikomi vientisa atvira sistema, kurios visi elementai sąveikauja tarpusavyje ir su aplinka. Terminą „populiacija“ įvedė vienas iš genetikos pradininkų V. Johansenas. Populiacijos egzistuoja ilgą laiką ir yra pajėgios savarankiškam evoliuciniam vystymuisi, jos laikomos evoliucijos proceso „atomais“. Populiacijos biologija yra populiacijų tyrimas. Be to, populiacijos yra sintetinės evoliucijos teorijos svarstymo objektas, kurios rėmuose pateikiamas gyvosios gamtos evoliucijos mechanizmų paaiškinimas (5.7).

Tam tikroje teritorijoje gyvenančių kartu gyvenančių ir tarpusavyje sąveikaujančių augalų, gyvūnų, grybų ir mikroorganizmų populiacijų visuma vadinama. biocenozė. Biocenozės yra sudėtinė sudėtingesnės biogeocenozės sistemos dalis. Biogeocenozė veikia kaip vienetas biogeocenozinis lygis. Elementarus tokio lygio reiškinys – biogeocenozių perėjimai iš vienos dinaminės pusiausvyros būsenos į kitą. Biogeocenozės kitaip vadinamos ekologinėmis sistemomis. Terminą „biogeocenozė“ įvedė rusų mokslininkas V.N. Sukačiovas 1940 m., o terminas „ekologinė sistema“ – anglų botaniko A. Tensley 1935 m.

Biogeocenozė- kompleksas dinamiška sistema, kuris yra biotinių (populiacijų Įvairios rūšys augalai, gyvūnai ir mikroorganizmai) ir abiotiniai (atmosfera, dirvožemis, vanduo, saulės energija) elementai, tarpusavyje susiję medžiagų, energijos ir informacijos mainais. Biogeocenozė yra vientisa besivystanti sistema, kurios sąveika apibūdinama tiesioginio ir grįžtamojo ryšio principais. Ekologinės sistemos pusiausvyrą palaiko pačios sistemos vidinės jėgos. Todėl apie biogeocenozes kalbama kaip atviros sistemos galintis savarankiškai organizuotis dėl energijos, medžiagos ir informacijos mainų su aplinka, t. y. su kitomis biogeocenozėmis. Biogeocenozių vystymosi dėsningumus galima apibūdinti sinergijos požiūriu (7.2).

Biogeocenozė yra stabili sistema, kuri gali egzistuoti ilgą laiką. Pusiausvyra gyvoje sistemoje yra dinamiška, tai yra, ji yra nuolatinis judėjimas aplink tam tikrą stabilumo tašką. stabiliam gyvos sistemos funkcionavimui būtinas grįžtamasis ryšys tarp jos valdymo ir vykdančių posistemių. Toks dinaminės pusiausvyros palaikymo būdas vadinamas homeostazė. Homeostazė gyvose sistemose gali būti nagrinėjama pagal analogiją su valdymo procesais kibernetikoje (7.1).

Kuo įvairesnė ekologinė sistema, tuo daugiau daugiau numerio tuo ji yra gyvybingesnė, stabili laike ir erdvėje. Esant palankioms sąlygoms, ekologinės sistemos gali apsunkinti savo struktūrinę organizaciją, padidindamos atsparumą žalingam poveikiui. Tačiau net pačios sudėtingiausios ir įvairios biogeocenozės nėra amžinos. Staigūs drastiški pokyčiai išorinės sąlygos sumažinti ekologinės sistemos stabilumą ir sukelti jos vidinės struktūros pažeidimą. Net vieno iš biogeocenozės elementų praradimas gali sukelti pokyčius kituose ir sukelti negrįžtamą ekologinės sistemos disbalansą ir žlugimą. Štai kodėl normaliam biogeocenozės funkcionavimui būtina išsaugoti visus arba didžiąją daugumą jos elementų.

Dinaminės pusiausvyros tarp įvairių biogeocenozės elementų pažeidimas, susijęs su vienų rūšių masiniu dauginimu ir kitų sumažėjimu ar išnykimu, lemiantis aplinkos kokybės pasikeitimą, vadinamas ekologine katastrofa. Ekologinių sistemų plėtra, nesusijusi su rimtu aplinkos pasikeitimu, tai yra nuosekli biologinių bendrijų kaita, vadinama sukcesija.

Apibendrinant reikėtų pažymėti, kad kiekvienas gyvųjų būtybių organizavimo lygis pasižymi savo savybėmis ir modeliais, o apskritai visa gyvosios gamtos hierarchija leidžia pateikti ją kaip vientisą savaime besitvarkančią sistemą, kuri yra pastovi. sąveika su neorganinėmis medžiagomis.

5.6. Genetika ir molekulinė biologija

Genetika– mokslas, tiriantis laukinės gamtos paveldimumo ir kintamumo mechanizmus. Žodis „genetika“ kilęs iš graikų kalbos genezė – kilmė. Šios mokslinės disciplinos pamatus padėjo austrų mokslininkas G. Mendelis, atradęs paveldimumo dėsnius. G. Mendelis parodė, kad bruožų paveldėjimas vyksta diskretiškai. Mokslininkas sukryžmino lygias ir raukšlėtas žirnių veisles, todėl pirmojoje kartoje jis gavo tik lygias sėklas, o antroje - ketvirtadalį raukšlėtų sėklų. Analizuodamas šiuos eksperimentinius duomenis, G. Mendelis priėjo prie išvados, kad informacija iš abiejų tėvų patenka į lytinę ląstelę, tačiau pirmoje kartoje atsiranda tik vienas, dominuojantis požymis, o antroje dominuojantis ir recesyvinis požymis pasiskirsto santykiu 3. : 1. Šis reiškinys buvo vadinamas funkcijų skilimu. G. Mendelio eksperimentų rezultatai paneigė tezę, kad recesyviniai gyvo organizmo požymiai turėtų būti palaipsniui ištrinami per eilę kartų. Atviri dėsningumai bylojo: recesyvinės mutacijos neišnyksta be pėdsakų, o lieka populiacijos genetiniame fonde ir atsiranda po kartos. G. Mendelio atradimo, padaryto dar XIX amžiuje, reikšmė buvo įvertinta tik XX amžiuje, kuris ne be reikalo vadinamas genetikos amžiumi.

1900 metais paveldimumo dėsnius iš naujo atrado iškart trys mokslininkai – X. de Vries (Olandija), K. Korrensas (Vokietija) ir E. Chermakas (Austrija). Eksperimentų metu atskleistiems dėsningumams paaiškinti X. de Vries pasiūlė mutacijų teoriją. Mutacija- tai staigus paveldimų struktūrų pokytis, sukeltas natūralių ar dirbtinių priemonių. Terminas „mutacija“ kilęs iš lotyniško žodžio mutio – pasikeitimas. Kaip parodė eksperimentai, mutacijos požymis neišnyksta, o palaipsniui kaupiasi populiacijų genofonde, kuris yra laukinės gamtos kintamumo pagrindas. H. de Vries pasiūlė, kad naujos rūšys atsiranda būtent dėl ​​mutacijų. Iš pradžių olandų mokslininkas mutacijas priešinosi natūraliai atrankai, teigdamas, kad „atrankos vertė yra ribota, evoliucija vyksta per aštrius šuolius, mutacijas“. Tačiau vėliau H. de Vries sutiko, kad būtent natūrali atranka skatino naudingų mutacijų konsolidavimą ir atitinkamai evoliucijos procesą.

Po H. de Vries atradimo 20–30 metų genetikoje kaupėsi nauja empirinė medžiaga kaip lavina ir atsirado teorinės hipotezės, paaiškinančios tai. 1920 m A. Weismanas, T. H. Morganas, A. Sturtevantas, G. J. Meleris sukūrė chromosomų paveldimumo teoriją, kuri išaiškino chromosomų sandarą, genų išsidėstymą – paveldimos informacijos nešėjus, tai yra mutacinių pokyčių mechanizmus ir priežastis. G. j. Moelleris visų pirma parodė, kad mutacijas gali sukelti rentgeno spinduliai, cheminių medžiagų poveikis, drastiškų pokyčių temperatūra ir kt.

1940 m buvo atrasta geno nukleininė prigimtis ir išaiškintas nukleorūgščių vaidmuo paveldimos informacijos saugojimui ir perdavimui. Šiuos tyrimus atliko amerikiečių genetiko T. H. Morgano mokykla. Jų pagrindu atsirado nauja mokslinė disciplina – molekulinė biologija, jungusi biochemiją ir genetiką.

1944 metais amerikiečių biochemikas O. Avery ir jo komanda nustatė, kad DNR yra paveldimos informacijos nešėja, o 1953 metais F. Crickas ir D. Watsonas iššifravo jos struktūrą. Paaiškėjo, kad DNR molekulė susideda iš dviejų polinukleininių grandinių, kurių kiekviena veikia kaip šablonas naujų grandinių sintezei. Taip pat paaiškėjo, kad būtent savybė savaime susidvigubinti DNR molekules yra paveldimumo mechanizmo pagrindas.

Vėlesniais dešimtmečiais mokslininkai nustatė baltymų sintezės priklausomybę nuo genų būklės, atliko dirbtinę genų sintezę, iššifravo daugelio baltymų aminorūgščių seką ir kt. Iki XX a. antrosios pusės. Genetikoje sukaupta kolosali empirinė ir teorinė medžiaga. Mokslas priartėjo prie vieno iš jų išaiškinimo didžiausios paslaptys- gyvųjų savaiminis dauginimasis. Molekulinių genetinės informacijos perdavimo mechanizmų išaiškinimas atvėrė visiškai naujas galimybes praktinis pritaikymasšios žinios.

Visų gyvų būtybių dauginimąsi lemia baltymų sintezė naudojant nukleino rūgštis. DNR(dezoksiri-bonukleino) ir RNR(ribonukleino). Kaip jau minėta, 20 aminorūgščių iš 100, žinomų šiuolaikinei organinei chemijai, dalyvauja formuojant baltymus. Genetinės informacijos nešėjai yra DNR molekulės, esančios ląstelių branduolių chromosomose. DNR susideda iš dviejų suporuotų polinukleotidų grandinių, susuktų į spiralę. Nukleotidai yra DNR molekulės vienetai. Nukleotidas yra azoto bazės, cukraus ir fosforo rūgšties liekanų junginys. DNR molekulės sudėtis gali apimti vieną iš keturių tipų nukleotidų, kurių specifiškumą lemia azoto bazė: adeninas (A), timinas (T), citozinas (C), guaninas (G). DNR molekulė gali būti pavaizduota kaip didžiulis tekstas, susidedantis iš keturių raidžių A, T, C, G sekos. skirtingi deriniai. Panašų DNR modelį 1953 metais pasiūlė amerikiečių biochemikas J. Watsonas ir anglų biofizikas F. Crickas. O 1962 metais šie mokslininkai ir biofizikas M. Wilkinsas gavo Nobelio premiją už iššifravimą genetinis kodas.

DNR grandinės yra tarpusavyje sujungtos vandeniliniais ryšiais, o adeninas visada jungiasi su timinu, o citozinas su guaninu. Toks struktūriškai viena kitą atitinkančių azotinių bazių ryšys vadinamas komplementarumo principu. Norint užkoduoti vieną aminorūgštį, reikalingas trijų nukleotidų derinys. DNR molekulės dalis, kuri yra vieno baltymo sintezės šablonas, vadinama genu. Nukleotidų sekos pakeitimas DNR grandinėje sukelia mutacijas.

Gyvų būtybių dauginimosi mechanizmas yra matricinė baltymų sintezė, kuri vyksta keliais etapais. Pirma, dvigubos DNR molekulės vandenilio ryšiai nutrūksta ir susidaro pavienės grandinės, veikiančios kaip matrica. Tada kiekvienas siūlas ant savo paviršiaus sukuria naują. Naujos grandinės tvirtinamos prie senųjų pagal papildomumo principą. Dėl to susidaro dvi identiškos DNR molekulės.

RNR molekulės vaidina esminį vaidmenį baltymų sintezės procese. RNR molekulė yra vienos grandinės nukleotidų grandinė. RNR molekulėje taip pat yra keturios azoto bazės: trys iš jų – adeninas, citozinas ir guaninas – yra panašios į azoto bazes, sudarančias DNR molekulę, o ketvirtoji – uracilas (U) – skiriasi. Iš DNR molekulės genetinis kodas perkeliamas į pasiuntinio RNR molekulę, kuri yra DNR dalies, t.y. vieno ar kelių gretimų genų, kopija. Baltymų sintezė vykdoma ribosomose, remiantis genetiniu pasiuntinio RNR kodu. Baltymų sintezei reikalingos aminorūgštys į ribosomą tiekiamos naudojant pernešimo RNR. Visas baltymų sintezės procesas trunka ne ilgiau kaip 6 minutes. Baltymų matricos sintezės mechanizmas yra ne paprastas kopijavimas, o kopijavimas su daliniais pokyčiais, todėl galima ir paveldėti požymius, ir atskirus nukrypimus nuo pradinės būsenos.

Vienas iš svarbiausių ir įdomiausios užduotys susiduria šiuolaikinis mokslas, yra žmogaus genomo dekodavimas Genomas yra genų rinkinys, sutelktas viename chromosomų rinkinyje duotas organizmas. 1988 metais šiai problemai spręsti J. Watsono iniciatyva buvo įkurta tarptautinė organizacija „Žmogaus genomas“. Įvairiais skaičiavimais, žmogaus genome yra nuo 50 000 iki 100 000 genų. Sėkmė net ir pirmajame dekodavimo etape (nustatant nukleotidų porų seką) leis suprasti įvairių paveldimų, infekcinių ir kt. ligų priežastis bei mechanizmus ir leis vystytis. veiksmingi metodai jų gydymas.

Atsiveria naujos galimybės Genetinė inžinerija. Genų inžinerija arba rekombinantinės DNR technologija, sukurta aštuntajame dešimtmetyje. remiantis molekulinės biologijos ir genetikos metodų sinteze. Genų inžinerija – tai molekulinės biologijos šaka, tirianti naujų biologinių struktūrų, turinčių iš anksto nustatytas savybes, tikslinės statybos galimybes tiesiogiai įsikišant į genetinį aparatą ir derinant natūralią ar dirbtinai sukurtą genetinę medžiagą.

IN Pastaruoju metu V genetinė inžinerija tiriamas visas kompleksas klausimų, susijusių su genomo kintamumu. Paaiškėjo, kad ląstelės chromosomose ir citoplazmoje yra visa linija biocheminiai junginiai, kurie yra chaotiškoje būsenoje ir gali sąveikauti su kito organizmo nukleorūgščių struktūromis. Šie biocheminiai junginiai buvo vadinami plazmidėmis. Plazmidės gali būti įtrauktos į recipiento ląstelę ir aktyvuojamos veikiant tam tikriems išoriniai veiksniai. Perėjimas iš latentinės būsenos į aktyvią – tai donoro genetinės medžiagos ir recipiento genetinės medžiagos derinys. Jei gautas konstruktas yra funkcionalus, tada prasideda baltymų sintezė. Aišku, kad naudojant šis mechanizmas, galite pakeisti DNR užprogramuodami ją sintetinti tam tikrus baltymus. Šios technologijos pagrindu 1978 metais buvo susintetintas insulinas – baltymas, padedantis kovoti su diabetu.

Migruojantys genetiniai elementai turi didelių panašumų su virusais. Genų transdukcijos, t. y. genetinės informacijos perkėlimo į augalų ir gyvūnų ląsteles, naudojant virusus, apimančius dalį pirminės ląstelės šeimininkės genų, reiškinio atradimas rodo, kad virusai ir panašios biocheminės darinės užima ypatinga vieta evoliucijoje. Kai kurie mokslininkai laikosi nuomonės, kad migruojantys biocheminiai junginiai gali sukelti net rimtesnius ląstelių genomų pokyčius nei mutacijos. Jei ši prielaida pasirodys teisinga, dabartinės idėjos apie evoliucijos mechanizmus turės būti iš esmės peržiūrėtos. Dabar keliamos hipotezės apie reikšmingą virusų vaidmenį maišant skirtingų populiacijų genetinę informaciją, šuolių atsiradimą evoliucijos procese, žodžiu, kalbame apie svarbiausią virusų vaidmenį evoliucijos procese.

Be jokios abejonės, genų inžinerija yra raktas į daugelio mokslinių, medicinos ir net pramoninių problemų, su kuriomis susiduria žmonija, sprendimą, ypač iš anksto nustatytų savybių turinčių organizmų kūrimą, gydymą. paveldimos ligos„persodinant“ atskirus genus (genų terapija), kuriant saugias ir labai veiksmingas vakcinas vaistai, paaiškinantis imunogenezę ir kancerogenezę, kuri leis žmonijai kovoti su ligomis, kurios vis dar laikomos nepagydomomis ( onkologinės ligos, AIDS ir kt.). Be to, nauji molekulinės biologijos duomenys ir genų inžinerijos galimybės gerokai padidins žmogaus gyvenimo trukmę.

Kartu genų inžinerijos raida siejama su pavojumi, kurio kontūrus ir mastą dar sunku įvertinti. Pirma, jį galima sukurti modifikuoti organizmai su nepageidaujamomis ar netikėtomis savybėmis. Antra, genų technologijų įdiegimas jau paskatino sukurti daugybę rekombinantinių mikroorganizmų, kurių plitimas išprovokavo naujų ligų atsiradimą. Trečia, dar nežinomos ir jau kelerius metus vykdomos genų terapijos (tiesioginės intervencijos į žmogaus genotipą) pasekmės. Apie tai, kaip į ląstelę patekęs genas elgsis po 10–20 metų, mokslininkai galės drąsiai kalbėti. Ketvirta, yra realus pavojus genų inžinerijos produktų naudojimas kariniams tikslams. Štai kodėl bet kokie teoriniai tyrimai ir ypač praktiniai eksperimentai šioje srityje reikalauja atsargumo, rimto pasiruošimo ir griežto reguliavimo. Nepaisant to, Europos mikrobiologų draugijų federacija 1996 m. memorandume padarė išvadą: „Jei genų technologijos bus naudojamos apdairiai, jų nauda gerokai viršys neigiamų pasekmių riziką; rekombinantinės DNR konstravimo technologijos labai prisidės prie visuomenės sveikatos, tvarios plėtros Žemdirbystė, į maisto gamybą, į aplinkos valymą.

Praktines šiuolaikinio biologijos mokslo galimybes liudija ir eksperimentai su klonavimu, kurių rezultatai buvo paskelbti m pastaraisiais metais. Terminas „klonas“ kilęs iš graikų kalbos klon – šaka, ūglis. Klonavimas- tai tikslus (genetiniu lygmeniu) gyvo objekto reprodukcija p-omų kopijų skaičius. Klonavimo metu donoro individo genai išsaugomi ir visiškai perduodami gimusiam palikuoniui. Šiuo atveju donorų tėvų ir klonų vaikų genai yra ne tik panašūs, kaip lytinio dauginimosi atveju, bet visiškai identiški.

Natūralaus klonavimo atvejai žinomi jau seniai. Pavyzdžiui, tai yra identiškų dvynių, turinčių tuos pačius genų rinkinius, gimimas. Dirbtinis augalų klonavimas auginiais, pumpurais ar gumbais yra ne tik žinomas, bet ir naudojamas daugiau nei 4000 metų. Galimybė dirbtinai klonuoti gyvūnus atsirado tik XX a. 1950 m Amerikiečių mokslininkai pradėjo eksperimentuoti su varliagyvių embrionų klonavimu, taikydami embrioninių ląstelių branduolių persodinimo į be branduolių (išskyrusius) kiaušinius metodą. 1970-aisiais pradėti eksperimentai su pelių klonavimu, kurie, tiesa, nebuvo labai sėkmingi – klonuotų gyvūnų embrionai mirė ankstyvosiose stadijose.

Pirmoji informacija apie sėkmingą gyvūnų klonavimą pasirodė devintajame dešimtmetyje. Tai buvo eksperimentai su triušiais, kiaulėmis, karvėmis ir avimis. 1993–1995 metais anglų mokslininkas J. Wilmutas ir jo grupė, dirbę Edinburgo biologiniame institute, klonuodami gavo penkis ėriukus (pateles). Du klonuoti individai mirė netrukus po gimimo, trečiasis – sulaukęs 10 dienų, o likusieji du sulaukė 8-9 mėnesių amžiaus. Tačiau šie eksperimentai nesukūrė tokios sensacijos, kaip avytės Dolly pasirodymas 1997 m. pavasarį. Dolly klonavimo mechanizmas buvo toks. Škotijos juodaveidžių veislės avių kiaušiniai buvo išskirti ir patalpinti į dirbtinę maistinę terpę. Tada jų pačių branduoliai buvo pašalinti iš ląstelių ir „užpildyti“ klonuoto donoro genetine medžiaga. Tam buvo panaudotos šešerių metų suomių Dorset veislės vaikingų avių pieno liaukų ląstelės. Tada embrionai buvo kultivuojami avies recipientės perrištame kiaušidėje. Fenotipiškai Dolly pasirodė visiškai panaši į suomių Dorset avį, kuri buvo donorė, ir labai skyrėsi nuo škotų juodaveidės recipientės.

Po šios sėkmės kai kurie mokslininkai pradėjo kalbėti apie tai, kad technologija, dėl kurios atsirado avis Dolly, gali būti pritaikyta žmonėms. Ši informacija sukėlė karštą diskusiją, kuri atskleidė, kad kyla daug etinių ir teisinių klausimų, susijusių su žmogaus klonavimo galimybe. Faktas yra tas, kad iš 277 eksperimentų, atliktų su avių embrionais, tik vienas buvo sėkmingas, o tai reiškia, kad žmogaus klonavimas naudojant šią technologiją neapsidraudžia nuo keistuolių atsiradimo, o tikimybė juos sukonstruoti yra mažiausiai 276: 1. Vien faktas gali tapti pagrindu moratoriumui atlikti eksperimentus su žmonių klonavimu, nes galimos neigiamos tokių eksperimentų pasekmės gerokai viršija teigiamas.

Teoriškai žmonių klonavimas galėjo būti teigiamų pusių: sprendžiant nevaisingumo problemą, sukuriant atsarginių ląstelių ir audinių banką ir pan. Tačiau jie yra minimalūs, atsižvelgiant į didžiulę neigiamų rezultatų riziką, galinčią padaryti didžiulę žalą žmonių sveikatai, gerovei ir saugumui. Žmogaus klonavimas, be abejo, atveria milžiniškas galimybes, kurias iki galo net sunku įsivaizduoti, tačiau kartu kyla ir naujų klausimų, į kuriuos ieškant atsakymų reikia filosofinių apmąstymų, o kai kuriais atvejais net ir politinės valios. Intuityvių sprendimų žmogaus klonavimo srityje pasirodo nepakanka, nes evoliucinė žmonijos ateitis tiesiogiai priklauso nuo atsakymų turinio.

Šioje situacijoje dauguma mokslininkų ir politikų kalba apie būtinybę įvesti draudimus žmonių klonavimo eksperimentams. Taigi, 1997 m. spalį, beveik iš karto po avies Dolly klonavimo rezultatų paskelbimo, JAV eksperimentinių biologų mokslinių draugijų federacija paskelbė penkerių metų moratoriumą žmonių klonavimo eksperimentams. Žmonių klonavimas yra draudžiamas įstatymais JK, JAV ir Rusijoje. Tačiau 2002 m. balandį pasaulio naujienų agentūros pranešė, kad pirmieji klonuoti žmonės gali pagimdyti dvi moteris. buvusi SSRS ir viena neįvardytos islamo šalies pilietė, kuri nuo 6 iki 9 savaičių nėščia nuo klonų.

Ši informacija buvo gauta iš Italijos specialisto m dirbtinis apvaisinimas S. Antinori. Šis faktas, net jei jis ir nepasitvirtina, rodo, kad kova tarp žmonių klonavimo šalininkų ir priešininkų tęsiasi.

5.7. Sintetinė evoliucijos teorija

Sunkumai, su kuriais susidūrė klasikinė evoliucijos teorija, ypač aiškinant paveldimumo reiškinį, buvo įveikti sintezuojant Charleso Darwino evoliucijos teoriją ir G. Mendelio genetiką. Dėl to 1930 m buvo sukurtas sintetinė evoliucijos teorija, kuri tapo ne tik populiacijos genetikos šerdimi, bet ir leido formuotis viena sistema visų šiuolaikinių biologinių žinių. Sintetinės evoliucijos teorijos kūrimas siejamas su S. Četverikovo, R. Fisherio, S. Wrighto, J. Haldane'o, N. Dubinino vardais.

Skirtingai nuo klasikinės evoliucinės Charleso Darwino sampratos, kuri rūšį laiko evoliucijos vienetu, sintetinė evoliucijos teorija teigia, kad populiacija (5.5) yra elementari evoliucinė struktūra. Būtent populiacija turi savaime besitvarkančios vientisos sistemos savybių, būtinų paveldimiems pokyčiams. Stabilus populiacijos genotipo pokytis laikomas elementariu evoliucijos proceso reiškiniu. Paveldimumo „vienetas“ yra genas – DNR molekulės dalis, atsakinga už tam tikrų organizmo požymių vystymąsi. Pagrindinis evoliucijos proceso mechanizmas yra organizmų, turinčių mutacijų, naudingų prisitaikymui prie aplinkos, atranka.

Paveldimi pokyčiai atsiranda dėl daugelio evoliucinių veiksnių, tarp kurių pagrindiniai yra:

Mutacijos procesas – mutacijų pokyčiai, kurie tiekia medžiagą evoliucijai;

Gyventojų skaičiaus bangos – gyventojų skaičiaus svyravimai apie tam tikrą vidutinį lygį;

Izoliacija – populiacijos izoliavimas siekiant įtvirtinti naują bruožą;

Natūrali atranka yra pagrindinis evoliucijos veiksnys – stipriausių individų išgyvenimas ir sveikų palikuonių gimimas.

Maži evoliuciniai veiksniai yra populiacijų kartų kaitos dažnis, mutacijos procesų greitis ir jų pobūdis ir kt. Visi evoliucijos veiksniai veikia tiek kartu, tiek atskirai, sukeldami genetinės populiacijos sudėties pokyčius.

Mutacijos- tai populiacijoje esančių organizmų paveldimų savybių pokyčiai, atsirandantys natūraliai arba dirbtinai ir suteikiantys pagrindinę medžiagą evoliucijai. Faktoriai sukeliančių mutacijas yra vadinami mutagenais. Mutagenai yra temperatūros režimas, toksinių medžiagų poveikis, radiacija, mitybos įpročiai ir kt. Šiuolaikinėje molekulinėje biologijoje virusai priskiriami prie pavojingiausių mutagenų (5.6). Mutacijos atsiranda atsitiktinai, dauguma jų yra neutralios arba kenksmingos. Kenksmingos mutacijos dažnai sukelia organizmo mirtį ir, kaip taisyklė, gana ankstyvose ontogenezės stadijose. Žalingos mutacijos, kurios nesukėlė mirtina baigtis, pašalinami per natūrali atranka. Palankios mutacijos yra labai retos, tačiau būtent jos suteikia organizmui evoliucinį pranašumą. Naudingos mutacijos atsiradimas leidžia gyvam organizmui geriau prisitaikyti prie aplinkos, sėkmingiau kovoti už egzistavimą, palikti gyvybingus ir gausius palikuonis. Todėl atsitiktiniai palankūs pokyčiai palaipsniui kaupiasi populiacijoje, fiksuojami keliose kartose ir prisideda prie rūšies evoliucijos.

skaičių bangos, kurios kartais vadinamos „gyvybės bangomis“, lemia populiacijos dydžio svyravimus apie tam tikrą vidutinę vertę. Šiuolaikiniai tyrimai parodė, kad naujoms savybėms atsirasti ir naujoms rūšims atsirasti palankiausios yra vidutinio dydžio populiacijos. Per didelėse populiacijose sunkiau atsirasti paveldimų pokyčių. Per mažose populiacijose naujų bruožų atsiradimas priklauso nuo atsitiktinių procesų, galinčių smarkiai pakeisti ir taip retų palankių mutacijų skaičių.

Izoliacija– Kitas evoliucijos proceso veiksnys, būtinas siekiant užtikrinti, kad populiacija negalėtų kryžmintis su kitomis organizmų grupėmis ir su jomis keistis genetine informacija. Populiacijos izoliacija leidžia įtvirtinti jos genofondo diferenciaciją. Izoliacijos poreikį naujų tipų organizmams formuotis nurodė Charlesas Darwinas klasikinėje evoliucijos teorijoje (2.5), tačiau šio reiškinio paaiškinti negalėjo.

Tikslingumas laukinėje gamtoje yra pasekmė natūrali atranka, kas kalba varomoji jėga ir pagrindinis evoliucijos veiksnys. Natūrali atranka yra populiacijos sąveikos su aplinka pasekmė. Atranka veikia visuose gyvo organizmo vystymosi etapuose, jai taikomos visos be išimties savybės. Klasikinėje evoliucijos teorijoje natūrali atranka buvo apibrėžta kaip stipriausių organizmų išlikimo procesas. Šiuolaikinė evoliucinė biologija sutelkia dėmesį į kitą šio reiškinio pusę. Natūrali atranka dabar suprantama kaip tų individų, kurie yra mažiau prisitaikę prie aplinkos sąlygų, pašalinimas iš reprodukcijos. Šiuo atžvilgiu anglų biologas J. Huxley pasiūlė terminą „nepritaikytų sunaikinimas“, kuris, jo požiūriu, tiksliau apibūdina natūralios atrankos mechanizmą.

Aukščiau išvardyti evoliucijos veiksniai veikia tiek mikro, tiek makroevoliucijos lygmeniu. Skirtumas tarp mikro ir makroevoliucijos sąvokų yra dar vienas mokslo pasiekimas, kurį įgalino sintetinė evoliucijos teorija. Pačius terminus į mokslinį vartojimą 1927 m. įvedė rusų genetikas Yu.A. Filipčenko. mikroevoliucija yra populiacijų evoliucinių pokyčių, vykstančių per gana trumpą laikotarpį, visuma, dėl kurios atsiranda naujų gyvų organizmų rūšių. makroevoliucija- evoliucinių transformacijų visuma ilgas laikotarpis laiku, o tai lemia naujų viršspecifinių gyvųjų organizavimo formų atsiradimą.

5.8. Ekologija ir biosferos doktrina

Visų Žemės paviršiaus biogeocenozių visuma, sujungta per mainus materija, energija ir informacija vadinama biosfera. Biosfera- tai vientisa savaime besitvarkanti sistema, susidedanti iš įvairių komponentų (ekologinių sistemų, biocenozių, populiacijų, organizmų ir kt.), kurios savo ruožtu gali būti laikomos savarankiškomis savaime besitvarkančiomis sistemomis. Biosfera apima dalį atmosferos, hidrosferą, viršutinė dalis litosfera. Viršutinė biosferos riba yra maždaug 30 km virš Žemės paviršiaus, apatinė - iki 10 m žemės plutoje. Tuo pačiu metu kai kurie gyvi organizmai buvo aptikti iki 11 km gylyje. Temperatūros diapazonai, kuriuose gali egzistuoti gyvybė, taip pat yra riboti: nuo -2520 iki +180°C. Gyvas būtybes Žemės paviršiuje nuo ultravioletinių spindulių saugo ozono sluoksnis. Biosfera laikoma viena sistema, kurioje gyvosios medžiagos masė, nepaisant visų pokyčių ir perėjimų iš vienos būsenos į kitą, išlieka tame pačiame lygyje. Biosferos struktūrą, sudėtį ir energiją lemia visų gyvų organizmų, įskaitant žmones, praeities ir dabarties veikla. Šiuolaikinis biosferos supratimas pabrėžia gyvosios ir negyvosios gamtos tarpusavio priklausomybę ir tarpusavio įtaką; Biosfera yra gyvi organizmai ir jų aplinka. Geologinės ir biologinės evoliucijos eigoje jau ne kartą įvyko kokybiniai biosferos virsmai, kuriuos lydėjo vienų biologinių rūšių nykimas ir kitų atsiradimas.

Terminą „biosfera“ 1875 metais pirmą kartą pavartojo austrų mokslininkas E. Suessas, kuris biosferą suprato kaip „organizmo, riboto erdvėje ir laike ir gyvenančių Žemės paviršiuje, rinkinį“. Taigi iš pradžių sąvoka „biosfera“ reiškė tik gyvų organizmų visumą. Ryšys tarp gyvosios ir negyvosios gamtos buvo aiškinamas vienpusiškai: pastebėta gyvų organizmų priklausomybė nuo cheminių, fizikinių, geologinių ir kt. veiksnių, tačiau atvirkštinis poveikis mokslininkams liko nepastebėtas. Rusų mokslininkas ir filosofas V.I. Vernadskis.

Pagrindinė V.I. Vernadskis buvo gyvosios materijos idėja - visų gyvų organizmų planetoje visuma. Gyvybės procese organizmai iš aplinkos gauna būtiną cheminių medžiagų, o po mirties grąžina juos atgal, todėl gyvieji ir negyvieji nuolat sąveikauja. Į IR. Vernadskis pabrėžia aktyvią įtaką gyvus organizmus paverčia inertiška medžiaga. Jo nuomone, gyva materija tūrio ir svorio požiūriu yra nereikšminga biosferos dalis, tačiau ji yra jos sudedamoji dalis. Gyvi organizmai yra geocheminė jėga, kuri atlieka pagrindinį vaidmenį formuojant mūsų planetos išvaizdą.

Per geologinė evoliucija gyvosios medžiagos poveikis inertinei medžiagai tik didėja, o tai išreiškiama, kaip V.I. Vernadskis, „nuolatiniame biogeniniame atomų sraute iš gyvos medžiagos į inertinę biosferos medžiagą ir atgal“. Rusų mokslininkas pabrėžė biosferos vientisumą ir harmoniją: „Biosferos mechanizme galima kalbėti apie visą gyvybę, apie visą gyvą medžiagą kaip apie vientisą visumą^ į viską atsižvelgiama ir viskas prisitaiko vienodai tiksliai. tuo pačiu mechaniškumu ir su tuo pačiu pavaldumu matui ir harmonijai, kurią matome harmoninguose dangaus kūnų judėjimuose ir pradedame matyti materijos atomų ir energijos atomų sistemose.

Žmonija kartu su augalais ir gyvūnais yra gyvosios medžiagos dalis. Tačiau, skirtingai nei kiti biosferos elementai, žmonija daro didelę įtaką ne tik negyvajai, bet ir pačiai gyvajai medžiagai, kurdama naujus augalų ir gyvūnų tipus. Atsiradus gyvai būtybei, apdovanotai protu, V.I. Vernadskio, planeta įžengia į kokybiškai naują savo istorijos etapą. Biosferos vystymosi stadija, susijusi su žmogaus išvaizda, vadinama noosfera.Žodis „noosfera“ kilęs iš graikų kalbos „noos“ – protas. Noosferos sąvoką įvedė prancūzų mokslininkas E. Leroy 1927. Noosfera – tai proto sfera, žmogaus ir gamtos sąveikos sfera, kurioje racionali veikla yra pagrindinis evoliucijos veiksnys.

V.I mokymai. Vernadskis apie noosferą, kuri buvo sukurta praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje, neišsivystė iki visiškos teorijos, be to, rusų mokslininkas netgi panaudojo pačią noosferos sąvoką. skirtingos reikšmės. Jo supratimu, noosfera yra: naujas geologinis reiškinys, kurio esmė glūdi žmogaus gebėjime transformuoti Žemę savo darbu ir mintimis;

Mokslinės minties pasireiškimo laukas: „evoliucinis procesas įgauna ypatingą geologinę reikšmę dėl to, kad sukūrė naują geologinę jėgą – mokslinę visuomeninės žmonijos mintį“;

Pagrindinis biosferos virsmo ir tolesnės evoliucijos veiksnys: „žmogus savo veikla kuria naują gyvą gamtą“.

Įgytas naujausias apibrėžimas nauja prasmė ir ypač aktualu praėjus dešimtmečiams – po molekulinės biologijos atsiradimo, genų inžinerijos išsivystymo, klonavimo eksperimentų ir kt.

Noosferos koncepciją taip pat sukūrė rusų mokslininkas A.L. Čiževskis. Jo nuomone, noosfera yra ne tik žemiškas, bet ir kosminis reiškinys, o žmogus, kaip noosferos dalelė, yra kosminė būtybė. Noosfera yra gyvo, protingo ir kosminio vienybė. Norėdami įrodyti šią mintį, A.L. Chiževskis naudojo savo stebėjimų duomenis. Apibendrindamas didžiulį kiekį faktinės medžiagos, jis atkreipė dėmesį į tam tikrą sinchroniškumą tarp Saulės aktyvumo – saulės dėmių susidarymo – ir kovų Pirmojo pasaulinio karo frontuose. A.L. Chiževskis iškėlė kosminių ritmų idėją, nuo kurios priklauso ne tik biologiniai, bet ir socialiniai procesai Žemėje. Rusijos mokslininko atliktais skaičiavimais, minimalaus saulės aktyvumo laikotarpiu įvyksta iki 5 % visų reikšmingų socialinių veiksmų, o maksimaliu – iki 60 %. Praėjus dešimtmečiams, A.L. Chizhevsky tebėra aktualūs, be to, jie yra teorinių ir praktinių biologijos ir medicinos tyrimų pagrindas.

Noosferos samprata išplėtota prancūzų mokslininko ir filosofo P. Teilhardo de Chardin darbuose. Jo nuomone, noosfera yra vienas iš pasaulio evoliucijos etapų, kuriame pasireiškia „tikslinga sąmonė“. „Tikslinga sąmonė“ – tai žmogaus protas ir valia, kurios veikimas leidžia palaipsniui išlyginti žmogaus ir gamtos prieštaravimus bei valdyti būsimos planetos evoliucijos kryptį. Kaip rašo Teilhardas de Chardinas, intelekto atsiradimas reiškia „transformaciją, turinčią įtakos visos planetos būklei“.

Šiuolaikinės filosofinės minties kontekste noosferos sampratos yra spekuliatyvios. Kai kurios noosferinių teorijų nuostatos yra atvirai utopinės, nes jos redukuoja žmogų tik į vieną, nors ir esminį, būdą – pagrįstą.

Biosferos koncepcijos plėtra paskatino sukurti naujas mokslas ekologija.Žodis „ekologija“ kilęs iš graikų kalbos oikos – gyvenamoji vieta, būstas ir logos – mokymas. Pažodinė termino „ekologija“ reikšmė yra būsto doktrina, namų doktrina. Ekologija – tai mokslas, tiriantis gyvų organizmų sąveiką tarpusavyje ir su aplinka, tai yra visas jungčių ir sąveikų kompleksas biosferoje bei būdai, kaip išlaikyti pusiausvyrą šioje sistemoje. Terminą „ekologija“ 1866 metais įvedė vokiečių biologas E. Haeckelis.

Ekologija kaip mokslo disciplina atsirado XX amžiaus pradžioje. – 1913 metais Šveicarijoje įvyko pirmoji tarptautinė konferencija aplinkosaugos klausimais. Tačiau rimtai apie grėsmę aplinkai buvo pradėta svarstyti tik aštuntajame dešimtmetyje. Pirmieji apie aplinkosaugos problemą prabilo Romos klubo nariai, 1968 metais susirinkę aptarti globalių žmonijos problemų. 1972 m. įvyko pirmoji JT konferencija, skirta aplinkos problemoms, kurioje buvo pripažintas pasaulinės ekologinės krizės faktas. Po to ne tik specialistai, bet ir plačioji visuomenė pradėjo kalbėti apie grėsmę aplinkai, o tai savo ruožtu lėmė aplinkos mokslo padėties pasikeitimą ir sparčią plėtrą. Iš priklausomos disciplinos biologijos rėmuose ekologija virto tarpdisciplininių studijų kompleksu, turinčiu ryškų ideologinį komponentą. Ekologija peržengė ne tik biologijos, bet ir apskritai gamtos mokslų ribas. Aplinkosaugos moksle yra daug skyrių, kuriuos galima laikyti visiškai savarankiškomis tyrimų sritimis: pasaulinė ekologija, socialinė, medicininė, istorinė, etinė, pramoninė ir kt. Šio mokslo idėjos ir principai yra ideologinio pobūdžio, todėl ekologija yra siejama. ne tik su žmogaus ir kultūros mokslais, bet ir su filosofija. Tokie rimti pokyčiai leidžia teigti, kad nepaisant šimtametės istorijos, ekologija dar labai jaunas mokslas. Aplinkos ir iš to kylančių demografinių bei biomedicininių problemų sprendimo metodai yra pagrindinė ekologijos tema.

Žmogaus evoliucijos eigoje nuo pradinio vartojimo gamtos turtai perėjo prie aktyvios intervencijos į laukinę gamtą ir jos transformaciją. Jis sukūrė dirbtinę buveinę: materialinės ir dvasinės kultūros objektus, dirbtines ekologines sistemas, įrangą ir kt. Šiuo metu žmonija jau yra sunaikinusi apie 70% natūralių ekologinių sistemų. Akivaizdu, kad tokia energinga veikla daro didelę įtaką biosferos procesų pobūdžiui: dirbtinės aplinkos augimas veda prie natūralios naikinimo. Gyva gamta nelieka pasyvus. Reakciją kartais sunku numatyti.

Akivaizdu, kad žmogus negali atsisakyti savo veiklos, kuri yra jo egzistavimo pagrindas, t.y., jis neišvengiamai ir toliau darys įtaką biosferoje vykstantiems procesams. Todėl ekologai kalba apie būtinybę harmonizuoti santykius tarp bio-, noo- ir technosferos. Tačiau poveikis gamtai negali likti spontaniškas ir nekontroliuojamas, kitaip žmonija žus kaip rūšių. Išsivaduodamas iš gamtos, žmogus paradoksaliai vis glaudžiau su ja susieja. Šią aplinkybę suvokti verčia augančios aplinkos problemos.

Vienas iš ypatingų aspektų aplinkos problema yra šiltnamio efektas. Šio efekto atsiradimas siejamas su iškastinio kuro naudojimu: anglimi, nafta, dujomis, kurios jau yra ilgas laikas buvo pašalintos iš medžiagų apyvartos. Dėl iškastinio kuro deginimo kasmet į atmosferą išmetama iki 20 mlrd. anglies dioksidas. Pramoninės anglies dioksido emisijos nebekompensuojamos fotosintezės procesais, kurių metu susidaro deguonis. Anglies dioksidas daro didelę įtaką mūsų planetos šilumos balansui, nes anglies dioksidas perduoda saulės šviesą į Žemę, bet sugeria infraraudonoji spinduliuotė eina priešinga kryptimi. Šiltnamio efekto pasekmė – visuotinis atšilimas. Dėl pasaulinės temperatūros kilimo tirpsta poliarinis ir žemyninis ledas bei kyla jūros lygis. Šiai problemai aštrumo suteikia tai, kad norint pasikeisti dujų sudėtisŽemės atmosferą ir jos sugrįžimą normali būsena tai užtruks net ne dešimtis, o šimtus metų. JT jau svarstė galimybę įvesti mokestį už anglies dvideginio išmetimą į atmosferą – vadinamąjį aplinkos mokestį, kad gautus finansinius išteklius būtų galima panaudoti miškų atkūrimui.

Kitas pasaulinės ekologinės krizės komponentas yra ozono sluoksnio sunaikinimas. Ozonas randamas stratosferoje (nuo 10 iki 50 km virš jūros lygio) ir veikia kaip natūralus filtras, sugeriantis gyvybei žalingus ultravioletinius spindulius. Ozono sluoksnio irimas yra stratosferos taršos pasekmė, kai pavojingos medžiagos gana greitai juda Žemės paviršiumi, pasklinda dideliais atstumais.

Didelį pavojų aplinkai taip pat kelia į atmosferą išmetami rūgštiniai junginiai kartu su automobilių transporto dujomis, šiluminių elektrinių dūmais ir kt. Dėl rūgštinės atmosferos taršos susidaro rūgštūs krituliai, kurie savo ruožtu teršia dirvožemį ir vandens telkinius.

Pastaraisiais metais radioaktyviųjų atliekų laidojimo klausimas tampa vis opesnis, o tai taip pat yra pasaulinės aplinkos problemos dalis. Radioaktyviųjų medžiagų migracijos dirvožemyje mechanizmai vis dar menkai suprantami, todėl radioaktyviųjų atliekų laidojimo po žeme patikimumas (ši technologija laikoma pačia „švariausia“) nėra absoliutus.

Kalbant apie konkretų, santykinai greitus sprendimus išvesti žmoniją iš ekologinės aklavietės, siūloma priversti moksliniai tyrimai Paieška alternatyvių šaltinių energijos. Saulės, vėjo, termobranduolinė ir branduolinė energija laikomos alternatyviomis energijos formomis. Žinoma, naujų energijos rūšių naudojimas neišsprendžia visų žmonijos aplinkosaugos problemų. Taigi po 1986 metų balandį Černobylio atominėje elektrinėje įvykusios katastrofos išryškėjo pavojai, susiję su branduolinės energijos gamyba ir naudojimu. Saulės ir vėjo energijos naudojimas permainų klausimo neišbraukia iš darbotvarkės šilumos balansasŽemė. Kalbant apie termobranduolinės sintezės energiją, kurios panaudojimo perspektyva atrodo labai viliojanti, dabar kalbama gana hipotetiškai. Yra daug teorinių ir praktinių problemų, susijusių su sąlygų, būtinų kontroliuojamai termobranduolinės sintezės reakcijai, sukūrimu.

Kitas aplinkosaugos problemos sprendimo komponentas – beatliekių technologijų ir uždarų medžiagų naudojimo ciklų kūrimas. Be to, ieškoma būdų, kaip sutvarkyti atliekas naudojant bioterminę neutralizaciją arba neutralizavimą dalyvaujant įvairioms gyvų organizmų grupėms.

Pasaulinių problemų aštrėjimas verčia žmoniją ieškoti naujų būdų bendrauti su pasauliu. Šiuolaikiniai filosofai o futuristai kalba apie būtinybę keisti civilizacijos raidos būdus. Visose prognozėse pagrindinis žmonijos priešas yra jis pats. Globalių problemų, tarp jų ir aplinkosaugos, įveikimas siejamas su vertybinių nuostatų transformacija, naujų pasaulėžiūrinių gairių paieška, kitokio tipo masinės sąmonės formavimu. IN šiuolaikinė filosofija o mokslas ieško naujų žmogaus sąveikos su aplinka principų.

Atgal į priekį

Dėmesio! Skaidrės peržiūra skirta tik informaciniams tikslams ir gali neatspindėti visos pristatymo apimties. Jei jus domina šis darbas, atsisiųskite pilną versiją.

Pamokos tikslas: Suformuoti mokinių žinių sistemą apie skirtingus požiūrius į gyvybės atsiradimą Žemėje.

Pamokos tikslai:

I. Švietimas:

1. Parodykite eksperimento vaidmenį sprendžiant mokslinius ginčus dėl gyvybės kilmės.
2. Išmokite analizuoti pagrindines mokslines hipotezes apie gyvybės kilmę.

II. Kuriama:

1. Toliau ugdykite savarankiškos pažintinės veiklos troškimą.
2. Tęsti formalių-loginių paaiškinimo, konkretinimo, apibrėžimo, apibendrinimo įgūdžių formavimą.

III. Švietimas:

1. Intelektualus – tęsti mokslinės pasaulėžiūros formavimąsi.
2. Ekologinis – žinių apie gyvosios ir negyvosios gamtos santykį įtvirtinimas.
3. Moralas – mokinių žinių ir įsitikinimų apie žmogaus atsakomybę už mūsų planetos biosferos vientisumo palaikymą formavimas.

Motyvacija:

Gyvybės kilmė mūsų planetoje yra šimtmečius trukusių diskusijų, kuriose dalyvavo ne viena žmonijos karta, tema. Tai įdomi žinių sritis, turinti mokslinę, filosofinę ir ideologinę reikšmę, iki šiol sulaukianti įvairių sričių tyrinėtojų dėmesio.

Įvairių teorijų apie gyvybės atsiradimą Žemėje tyrimas yra būtinas norint susidaryti holistinį vaizdą apie istorinį gyvosios gamtos raidos kelią, mokslinės pasaulėžiūros formavimąsi.

Besimokantieji turėtų žinoti:

1. Pagrindinės teorijų nuostatos apie gyvybės kilmę;
2. Šiuolaikiniai vaizdai apie gyvybės Žemėje kilmę (teorija biocheminė evoliucija).

Besimokantieji turėtų turėti galimybę:

1. Atskleisti pagrindines pagrindinių teorijų apie gyvybės atsiradimą Žemėje nuostatas;
2. Aprašykite F. Redi, L. Spallanzani, L. Pasteur, S. Miller eksperimentus, atskleiskite jų reikšmę sprendžiant gyvybės atsiradimo klausimą;
3. Atskleisti pagrindines šiuolaikinių idėjų apie gyvybės atsiradimą Žemėje nuostatas (biocheminės evoliucijos teorijos);
4. Suformuluokite pagrindines A.I. Oparino teorijos nuostatas.

Pamokos įranga:

• pamokos planas;
• abstraktus;
• Dalomoji medžiaga;
• užduotys kontrolei;
• pristatymas;
• nešiojamas kompiuteris;
• multimedijos projektorius;
• ekranas.

Tarpdisciplininiai ryšiai:

a) fizika (instrumentų, fizikinių reiškinių projektavimas);
b) chemija (atmosferos sudėtis, cheminės medžiagos);
c) istorija (mokslo raida);
d) filosofija (mokslinės perspektyvos formavimas);
e) užsienio kalba(terminų vertimas).

Literatūra mokytojai:

1. Sivoglazovas V.I., Agafonovas I.B. Bendroji biologija 10-11. - M .: Bustard, 2005 m
2. Sivoglazovas V.I., Sukhova T.S., Kozlova T.A. Bendroji biologija. Vadovas mokytojui. – M.: IRIS PRESS, 2004 m
3. Sukhova T.S. Biologijos pamoka. Raidos mokymosi technologija. – M.: Ventana-Graf, 2001 m

Literatūra studentams:

1. Sivoglazovas V.I., Agafonovas I.B. Bendroji biologija 10-11.– M.: Bustard, 2005 m

Pamokos laiko juosta:

1. Organizacinis momentas

Pasisveikinimas, susirinkusiųjų tikrinimas pagal sąrašą, palinkėjimas sėkmingas darbas klasėje.

2. Pradinio žinių lygio kontrolė (teisingų atsakymų standartai nurodyti skliausteliuose)

Tikslai:

• Nustatyti mokinių žinių lygį.
• Sureguliuokite naujos medžiagos pateikimo sudėtingumo lygį.

1. Kokiais pagrindiniais požymiais (kriterijais) galima atskirti gyvą daiktą nuo negyvo?

(Vienybė cheminė sudėtis gyvi organizmai, medžiagų apykaita, dirglumas, augimas, dauginimasis, vystymasis, prisitaikymas prie aplinkos, savireguliacija).

2. Kur ir kada atsirado pirmieji gyvi organizmai? Kokie jie buvo? (Pirmieji organizmai vandens aplinkoje atsirado maždaug prieš 3 milijardus metų, tai buvo vienaląsčiai prokariotai, maitinami vandenyno organinėmis medžiagomis, anaerobais.)

3. Kokius augalų vystymosi Žemėje etapus galite įvardyti? (vienaląsčiai, daugialąsčiai; fotosintezės atsiradimas, lytinis procesas; prieiga prie žemės, sausumos augmenijos vystymasis.)

4. Kokius gyvūnų vystymosi Žemėje etapus galite įvardyti? (Vienaląsčiai, kolonijiniai, daugialąsčiai; lytinio proceso atsiradimas; bestuburių ir stuburinių gyvūnų atsiradimas; galimybė patekti į žemę; struktūros komplikacijos dėl sausumos gyvenimo būdo.)

5. Kokios medžiagos yra gyvų organizmų dalis?

(Neorganinis (vanduo, mineralinės druskos) ir organinės (aminorūgštys, baltymai, riebalai, angliavandeniai ir kt.))

3. Naujos medžiagos studijavimas (prie naujos medžiagos paaiškinimo pridedamas pristatymas, tekste nurodomi skaidrių numeriai)

3.1. Problemos formulavimas

Gyvybė Žemėje egzistavo milijardus metų. Jis užpildo visus mūsų planetos kampelius.

Nuo seniausių laikų iki mūsų laikų buvo sakoma puiki suma hipotezės apie gyvybės kilmę. Gyvybės specifika lemia daugybę klausimų, į kuriuos reikia atsakyti sprendžiant gyvybės atsiradimo problemą:

• Kaip mūsų planetoje atsirado ir vystėsi gyvybė?
• Kaip atsirado ląstelė? struktūrinis vienetas gyvas?
• Kaip atsirado visos gyviems daiktams būdingos medžiagos ir struktūros?
• Kaip susiformavo esama medžiagų apykaita? ir kt.

Turime susipažinti su gyvybės atsiradimo hipotezėmis, jas išanalizuoti ir susidaryti idėją, kaip Žemėje atsirado ir vystėsi gyvybė.

3.2. Idėjų apie gyvybės atsiradimą Žemėje kūrimas (1 skaidrė)

Nuo neatmenamų laikų gyvybės kilmė žmonijai buvo paslaptis. Nuo pat atsiradimo momento darbo dėka žmogus pradeda išsiskirti tarp kitų gyvų būtybių.

Tačiau gebėjimas užduoti sau klausimą „iš kur mes? žmogus gauna palyginti neseniai – prieš 7-8 tūkst.

Iki tol žmogus sunkiai atsiribojo nuo kitų gyvūnų (žmogus buvo ir medžiotojas, ir savotiškas žaidimas), tačiau pamažu ėmė atsiriboti nuo gamtos savo vidiniu dvasiniu pasauliu. Pirmosios primityvios tikėjimo nerealiomis, antgamtinėmis ar dieviškomis jėgomis formos atsirado jau prieš 35-40 tūkst.

3.3. Pagrindinės gyvybės atsiradimo Žemėje teorijos (2 skaidrė)

• kreacionizmas
(3 skaidrė)

Pagal šią teoriją gyvybė atsirado dėl kažkokio antgamtinio praeities įvykio, kuris dažniausiai reiškia dievišką kūrinį. Kilo idėja apie pasaulio sukūrimą kaip „kūrybinį Dievo veiksmą“, ir šis mitas yra visų religijų pagrindas.

teorija spontaniška karta

Šios teorijos šalininkai teigė, kad gyvi organizmai ne kartą kilo iš negyvos medžiagos savaiminės kartos būdu. – abiogenezės samprata (iš graikų „a“ – ne, „bios“ – gyvybė, „genesis“ – kilmė). (4 skaidrės numeris) Senovės graikų filosofai priėmė idėją apie gyvų būtybių atsiradimą iš vandens arba iš įvairių šlapių ar yrančių medžiagų. Tačiau net Talis (624-547 m. pr. Kr.) ginčijosi mitologinėmis idėjomis ir sukūrė spontanišką materialistinę pasaulėžiūrą su dialektikos elementais. Pasak Thaleso ir jo pasekėjų, gyvų būtybių atsiradimas iš vandens įvyko be jokio dvasinių jėgų įsikišimo; gyvenimas yra materijos savybė. Anot Aristotelio (384–322 m. pr. Kr.), tam tikros medžiagos dalelės turi „aktyvųjį pradą“, galintį tinkamomis sąlygomis sukurti gyvą organizmą. Šią „pradžią“ galima rasti apvaisintame kiaušinyje, pūvančioje mėsoje, purve ir saulės šviesoje:

„Tai yra faktai – gyviai gali atsirasti ne tik dėl gyvūnų poravimosi, bet ir dėl dirvožemio irimo... Vieni augalai vystosi iš sėklų, o kiti savaime atsiranda veikiami gamtos jėgų iš pūvančią žemę ar tam tikras augalų dalis...“

Tačiau atėjus krikščionybei, ypač viduramžiais, spontaniškos kartos teorija pateko į Bažnyčios jungą. Ji buvo laikoma raganavimo atributu ir velnio apraiška. Tačiau ji ir toliau egzistavo.

XVI-XVII amžių sandūroje. Van Helmontas (1579 - 1644) aprašė eksperimentą, kurio metu jam pavyko gauti peles iš nešvarių linų ir kviečių, patalpintų į tamsią spintą. Van Helmontas žmogaus prakaitą laikė aktyvia pelės gimimo pradžia. (5 skaidrės numeris)- Į biogenezės samprata (iš graikų „bios“ – gyvybė, „genesis“ – kilmė). (6 skaidrės numeris)

1668 metais italų gydytojas Francesco Redi (1626-1698) įrodė, kad mėsoje aptinkami baltieji kirminai yra musių lervos; jei mėsa ar žuvis uždaromos, kol jos šviežios, ir neleidžiama patekti musėms, jos, nors ir pūva, nesukels kirminų. Iš to F. Redi padarė išvadą, kad gyvųjų atsiradimas tik iš gyvųjų). (7 skaidrės numeris) 1765 m. Lazzardo Spallanzani (1729-1799) išvirė mėsos ir daržovių mišinius ir tuoj pat juos sandariai uždarė. Po kelių dienų jis apžiūrėjo nuovirus ir gyvybės ženklų nerado. Iš to jis padarė išvadą, kad karštis sunaikino viską, kas gyva, ir nieko naujo negalėjo atsirasti. (8 skaidrės numeris)

J. Needhamas – rėmėjas vitalizmas (iš lot. vita – gyvenimas), L. Spallanzani gautus neigiamus rezultatus paaiškino tuo, kad jis per griežtai apdorojo savo užpilus, dėl kurių jie buvo sunaikinami “. gyvenimo jėga". (9 skaidrės numeris) Vitalistų teigimu, „gyvybės jėga“ yra visur. Pakanka tik „įkvėpti“, ir negyvas taps gyvas.

1862 m. didysis prancūzų mokslininkas Louisas Pasteuras (1822–1895) paskelbė savo pastebėjimus apie savavališkos savaiminės kartos problemą. Jis įrodo, kad staigus mikrobų atsiradimas („spontaniška spontaniška generacija“) įvairių rūšių pūvančiose tinktūrose ar ekstraktuose nėra gyvybės atsiradimas. Puvimas ir fermentacija yra iš išorės patekusių mikroorganizmų gyvybinės veiklos rezultatas. Jo tyrimai galutinai sugriovė senus prietarus apie spontanišką spontanišką kartą.

1 pav. L. Pasteur patirtis kolbose su S formos kakliukais:

1 - kolba su cukruotu mielių vandeniu; po sterilizacijos ir aušinimo išlieka sterilus ilgą laiką;

2 - ta pati kolba praėjus 48 valandoms po išlenkto kaklo pašalinimo; stebimas mikroorganizmų augimas. (skaidrės №10,11)

• Pastovios būsenos teorija
(12 skaidrės)

Remiantis šia teorija, Žemė egzistavo amžinai, niekada neatsirado, visada galėjo palaikyti gyvybę, o bet kokie pokyčiai joje yra visiškai nereikšmingi. Ši teorija šiuo metu neatlaiko patikrinimo.

• Panspermijos teorija
(13 skaidrės)

5 amžiuje pr. Kr. Graikų filosofas Anaksagoras išreiškė kosminės sėjos idėją - panspermija(iš graikų kalbos „pan“ – viskas ir „sperma“ – sėkla). Anot jo, gyvybė atsirado iš sėklos, kuri egzistuoja „visada ir visur“. Pagal šią teoriją gyvybės mikrobus į Žemę atneša meteoritai arba kosminės dulkės. Ši teorija nesiūlo jokio gyvybės atsiradimo mechanizmo, tiesiog pateikia jos nežemiškos kilmės postulatą. Teigiama, kad gyvybė gali kilti pakartotinai skirtingi laikai ir įvairiose visatos dalyse.

4. Šiuolaikinės idėjos apie gyvybės kilmę

(14 skaidrė)

Šiuolaikinė teorija Gyvybės kilmė pagrįsta mintimi, kad biologinės molekulės galėjo atsirasti tolimoje geologinėje praeityje neorganiniu būdu.

Didžiausias paplitimas XX a. gavo biocheminės evoliucijos teoriją, kurią savarankiškai pasiūlė rusų chemikas A.I.Oparinas (1894 - 1980) ir anglų biologas D. Haldane'as (1892 - 1964).

• Biocheminės evoliucijos teorija
(15 skaidrės)

1 etapas – abiogeninis organinių monomerų atsiradimas Mūsų planeta atsirado maždaug prieš 4,6 milijardo metų. Palaipsniui sutankėjus planetai, išsiskyrė didžiulis šilumos kiekis, suskyla radioaktyvieji junginiai, o iš Saulės atkeliavo kietos ultravioletinės spinduliuotės srovė. Po 500 milijonų metų prasidėjo lėtas Žemės vėsimas. Išsilavinimas Žemės pluta lydimas aktyvios vulkaninės veiklos. Manoma, kad pirminę atmosferą daugiausia sudarė amoniakas, vanduo, metanas, anglies monoksidas ir anglies dioksidas. Deguonies trūkumas suteikė jai redukuojančių savybių. 1924 m. gegužės 3 d. Rusijos botanikos draugijos posėdyje jaunasis mokslininkas A. I. Oparinas išreiškė nuomonę, kad Žemės pirminės atmosferos sąlygomis, kurios labai skiriasi nuo dabartinės, vyksta visų pirmtakų, reikalingų organizmui, sintezė. gyvybės kilmė gali įvykti.

Esant tokioms sąlygoms, organinės medžiagos gali susidaryti daug lengviau ir būti išsaugotos ilgą laiką nesuirdamos. A.I. Oparinas tuo tikėjo sudėtingos medžiagos būtų galima susintetinti iš paprastesnių vandenyne. Reakcijoms reikalingą energiją atnešė saulės spinduliuotė, nes. apsauginio ozono ekrano dar nebuvo; sintezė taip pat vyko žaibo išlydžių sąlygomis.

Sąlygos pirmykštėje žemėje (skaidrės Nr. 16,17):

Vandenyne randamų paprastų junginių įvairovė ir dideli laiko mastai leidžia manyti, kad vandenyne gali susikaupti daug organinių medžiagų, kurios suformavo „pirminę sriubą“, kurioje galėjo atsirasti gyvybė.

„Pirminio sultinio“ formavimo schema

Šią teoriją patvirtino S. Millerio eksperimentai, atlikti 1953 m. (18 skaidrė)

2 pav. Prietaiso schema S. Milleris:

1 - reakcijos kolba; 2 - volframo elektrodai; 3 - kibirkšties iškrova; 4 - kolba su verdančiu vandeniu; 5 - šaldytuvas; 6 - spąstai; 7 - čiaupas, per kurį į aparatą tiekiamas dujų mišinys

Per dujų mišinį, kuriame yra metano, amoniako, molekulinio vandenilio ir vandens garų, t.y., imituodamas primityviosios Žemės atmosferos sudėtį, jis praleido elektros iškrovas ir analizavo susidariusius reakcijos produktus. Volframo elektrodai buvo sumontuoti reakcijos kolboje, kurioje yra dujų mišinys. Per savaitę buvo praleisti kibirkštiniai išlydžiai, kurių įtampa 60 000 V. Kitoje kolboje (mažoje) buvo laikomas verdantis vanduo. Vandens garai praėjo per reakcijos kolbą ir kondensavosi šaldytuve. Cirkuliacijos procese jie sugavo reakcijos produktus iš reakcijos kolbos ir pernešė į gaudyklę, kur buvo sukoncentruoti. Identifikuojant reakcijos produktus buvo rasta organinių junginių: karbamido, pieno rūgšties ir kai kurių aminorūgščių.

2 etapas – biologinių polimerų ir koacervatų susidarymas (Skaidra Nr. 19)

A.I. Oparinas manė, kad lemiamas vaidmuo transformuojant negyvą į gyvą priklauso baltymams. Baltymų molekulės sudarė kompleksus su juos supančiomis vandens molekulėmis. Tokių kompleksų susijungimas vienas su kitu lėmė jų atsiskyrimą nuo vandens aplinkos; koacervuoja(iš lot. „coacervus“ – krešulys). Lašai-koacervatai sugebėjo: keistis medžiagomis su aplinka, kaupti įvairius junginius. Metalo jonų absorbcija koacervatais paskatino fermentų susidarymą. Koacervuojantys baltymai apsaugo nukleino rūgštis nuo žalingo ultravioletinių spindulių poveikio. Pačiuose lašuose vyko tolesni ten patekusių medžiagų cheminiai virsmai. Prie lašų ribos išorinė aplinka lipidų molekulės išsirikiavo, suformuodamos primityvią membraną, kuri padidino visos sistemos stabilumą.

3 etapas – membraninių struktūrų ir pirminių organizmų (probiontų) susidarymas Aplink koacervatus, kuriuose gausu organinių junginių, susidarė lipidų sluoksniai, kurie atskyrė koacervatus nuo supančios vandens aplinkos. Lipidai evoliucijos metu buvo transformuoti į išorinę membraną, o tai žymiai padidino organizmų gyvybingumą ir atsparumą. Taip atsirado probiontai – primityvūs heterotrofiniai organizmai, kurie maitinosi pirminio sultinio organinėmis medžiagomis. Tai įvyko prieš 3,5–3,8 milijardo metų. Cheminė evoliucija baigėsi.

A.I. teorijos esmė. Oparin gali būti paruoštas trys postulatai:

1. Gyvybė yra vienas iš Visatos evoliucijos etapų. 2. Gyvybės atsiradimas yra natūralus anglies junginių cheminės evoliucijos rezultatas. 3. Perėjimui nuo cheminės prie biologinės evoliucijos būtinas vientisų, izoliuotų nuo aplinkos, bet nuolat su ja sąveikaujančių daugiamolekulinių sistemų, kurios buvo vadinamos probiontais, susidarymas ir natūrali atranka.

Išvados. (20 skaidrės)

Gyvybės kilmės klausimas yra vienas sudėtingiausių šiuolaikinis gamtos mokslas. Visų pirma dėl to, kad šiandien negalime atkurti gyvybės atsiradimo procesų taip, kaip jie buvo prieš milijardus metų. Galų gale, net ir kruopščiausiai surengtas eksperimentas bus tik modelis, apytikslis variantas, tikrai neturintis daugelio veiksnių, lydėjusių gyvybės atsiradimą žemėje. Nepaisant to, mokslas sėkmingai sprendžia gyvų būtybių kilmės klausimą, atlieka daugybę tyrimų ir nuolat plečia mūsų supratimą apie gyvybės kilmę. Tai visiškai suprantama: gyvybės problema yra visų biologijos mokslų ir didžiąja dalimi visų gamtos mokslų pagrindas.

Svarbų indėlį sprendžiant gyvybės kilmės klausimą įnešė SSRS mokslų akademijos akademikas, biochemikas A.I. Oparinas (1894–1980), anglų gamtininkai J. Bernalis (1901–1971) ir B.S. Haldane'as (1892–1964) ir daugelis kitų mokslininkų.

Gyvybės istorija ir Žemės istorija yra neatskiriamos viena nuo kitos. Būtent mūsų planetos vystymosi procesuose buvo sudarytos sąlygos tolimesniam gyvybės egzistavimui – temperatūrų, drėgmės, slėgio, radiacijos lygių diapazonai ir kt. Pavyzdžiui, temperatūros diapazonas, kuriame yra šulinys, žinomas aktyvus gyvenimas, sudaro gana siaurą juostą (žr. 7.8 pav.).

Viena iš hipotezių apie Žemės ir visos Saulės sistemos kilmę, kaip jau minėta, yra ta, kad mūsų Žemė ir visos planetos kondensavosi iš kosminių dulkių, esančių netoli Saulės. Greičiausiai dulkių daleles sudarė geležis, sumaišyta su nikeliu arba silikatais (medžiagos, kuriose yra silicio, kuris plačiai paplitęs Žemėje), pavyzdžiui, magnio silikatai, o kiekviena dalelė buvo apsupta ledo. Žinoma, be dulkių, visur buvo ir dujų. Saulės spinduliuotė prasiskverbė ir į dujas, ir į dulkių daleles. Tuo pačiu labai tikėtina, kad išorinėse Saulės sistemos dalyse dujų gali kondensuotis, sudaryti įvairias lakias medžiagas organiniai junginiai, kuriame yra pagrindinis visų gyvų organizmų elementas - anglies. Palaipsniui Saulė jas sušildė, dujos vėl išgaravo, tačiau kai kurios, veikiamos radiacijos, virto mažiau lakiomis. angliavandeniliai(anglies ir vandenilio junginiai) ir azoto junginiai.

Gali būti, kad dulkių dalelės, apsuptos organinių junginių lukštais, susijungė ir iš pradžių susidarė asteroidus, o paskui planetas. Pavyzdžiui, žinoma, kad Saulės sistemos milžinai – Jupiteris, Saturnas, Uranas – daugiausia susideda iš metano, vandenilio, amoniako ir ledo – medžiagų, kurios yra visų sudėtingiausių organinių junginių pagrindas.

Tuo pačiu metu bendras dulkių grūdelių paviršius buvo labai didelis. O tai reiškia, kad ant jo gali susidaryti įvairūs anglies ir azoto junginiai, tiesioginiai gyvybės pirmtakai.

Šią prielaidą įrodo tai, kad meteorituose randama nemažai organinių junginių, pvz. adeninas - biologiškai labai svarbi azoto bazė. Jis buvo dirbtinai pagamintas laboratorijoje tokiomis sąlygomis, kurios imituoja pirmapradę Žemės atmosferą. Ir, tarkime, organiniai junginiai, kurie vaidina didelį vaidmenį gyvų organizmų metabolizme – oksalo, skruzdžių ir gintaro rūgštis buvo dirbtinai gautas apšvitinant vandeninius anglies dioksido tirpalus.

Akivaizdu, kad pirminė Žemės, kaip ir kitų planetų, atmosfera buvo metanas, amoniakas, vandens garai ir vandenilis. Laboratorijoje veikdami šių dujų mišinį žaibą ir ultravioletinę spinduliuotę imituojančiomis elektros iškrovomis, mokslininkai išgavo sudėtingų organinių medžiagų, kurios yra gyvų baltymų dalis – gliciną, alaniną ir kt.

Taigi dabar neabejotina, kad veikiant elektros iškrovoms, šviesai ir ultravioletinei spinduliuotei dar prieš susiformuojant Žemei arba pačiame pirmajame jos egzistavimo etape nuo neorganiniai junginiai nemažai gana sudėtingų organinės medžiagos. Susidariusi organinė medžiaga yra pirmasis žingsnis gyvenimo kelyje.

Kokie elementai yra pagrindiniai gyvenimo komponentai, jo „plytos“? Tai visų pirma deguonis, anglis, vandenilis Ir azoto. Jie vadinami organogenais. Pavyzdžiui, gyvoje ląstelėje pagal svorį yra apie 70% deguonies, 17% anglies, 10% vandenilio, 3% azoto, o po to yra fosforo, kalio, chloro, sieros, kalcio, natrio, magnio ir geležies. Jų skaičius ląstelėje neviršija dešimtųjų procentų. Po to seka varis, cinkas, jodas, fluoras ir kiti elementai, kurių yra tūkstantosiomis ir dešimtosiomis tūkstantosiomis procentų dalimis.

Anglis vaidina ypatingą vaidmenį gyvuose organizmuose. Sakoma, kad gyvybė mūsų planetoje yra „anglis“, nes anglis yra visų organinių junginių ir organizmų medžiagų pagrindas.

Anglies junginiai turi daugybę savybių, dėl kurių jie yra būtini formuojant gyvas sistemas. Visų pirma, anglies pagrindo organinių junginių skaičius didžiulis – dešimtys milijonų. Jie aktyvūs santykinai žemoje temperatūroje. Anglies atomai molekulėse gali sudaryti ilgas grandines įvairių formų. Santykinai nežymiai persitvarkius anglies junginių molekulėms, jų cheminis aktyvumas labai pakinta, o tai didėja esant katalizatoriams.

Visi gyvi elementai priklauso stabiliausioms ir plačiausiai paplitusioms medžiagoms Visatoje. Jie lengvai sujungiami tarpusavyje ir turi mažą atominę masę. Tokių elementų sudaryti junginiai turi būti lengvai tirpūs vandenyje. Šią savybę turi, pavyzdžiui, kalio ir natrio junginiai ir kt.

Mūsų planetoje gausu vandens. Jis yra tokiu atstumu nuo Saulės, kad didžioji dalis gyvybei reikalingo vandens yra skystos, o ne kietos ar dujinės būsenos, kaip kitose planetose. Žemėje palaikomas optimalus temperatūros diapazonas, būtinas gyvybės atsiradimui ir egzistavimui.

Ar Žemė yra vienintelis kosminis kūnas, kuriame įmanoma gyvybė? Matyt, ne. Vien mūsų galaktikoje yra apie 150 milijardų žvaigždžių. Tikėtina, kad jame yra kosminių kūnų, ant kurių galima gyvybė.

Pirmas žingsnis gyvybės atsiradimo link yra organinių medžiagų susidarymas iš neorganinių kosminių žaliavų. Toks procesas vyko val tam tikra temperatūra, slėgis, drėgmė, radiacija ir tt Pirmajame šio proceso etape tikriausiai pradėjo veikti preliminari atranka tie junginiai, iš kurių vėliau atsirado organizmai. Iš daugelio susidariusių medžiagų išliko tik pačios stabiliausios ir galinčios toliau komplikuotis.

Norint sukurti bet kokį sudėtingą gyvų organizmų organinį junginį, reikalingas nedidelis statybinių blokų rinkinys - monomerai (mažos molekulinės masės junginiai). Pavyzdžiui, turint tik 29 gana paprastus monomerus, galima apibūdinti bet kurio gyvo organizmo biocheminę struktūrą. Juose yra 20 amino rūgštys, iš kurių gaminami visi baltymai, 5 azoto bazės(iš kurių, derinant su kitomis medžiagomis, susidaro paveldimumo nešėjai – nukleino rūgštys), taip pat gliukozė - svarbiausias šaltinis gyvybei reikalingos energijos riebalų(struktūrinė medžiaga, naudojama ląstelėje kurti membranas ir kaupti energiją).

Toks palyginti nedidelis junginių skaičius yra beveik milijardą metų trukusios natūralios atrankos, kuri išskyrė juos iš daugybės kadaise atsiradusių medžiagų ir nulėmė jų tinkamumą gyvų būtybių atsiradimui, veikimo rezultatas. Galima sakyti, kad organizmų evoliucija prieš tai labai ilgas cheminė evoliucija.

Susidarė junginiai, susidarę anglies pagrindu "pirminis sultinys" hidrosfera. Egzistuoja mokslinė hipotezė, pagal kurią medžiagos, turinčios anglies ir azoto, atsirado išsilydžiusiose Žemės gelmėse ir buvo iškeltos į paviršių vulkaninės veiklos metu. Vandens ardomi, jie galėjo patekti į vandenyną, kur dalyvavo formuojant „pirminį sultinį“.

Antras svarbiausias gyvų organizmų formavimosi žingsnis buvo tai, kad iš daugybės atskirų organinių medžiagų molekulių, egzistavusių pirminiame Žemės vandenyne, susidarė sutvarkytos sudėtingos medžiagos - biopolimerai: baltymai ir nukleino rūgštys. Jie jau turėjo svarbiausią biologinė savybė- atgamina į save panašias molekules.

Kaip buvo formuojami biopolimerai? Nagrinėjamu laikotarpiu visi organiniai junginiai buvo pirminiame Žemės vandenyne. Kad tarp junginių vyktų reakcijos, dėl kurių susidarytų sudėtingos biologiškai svarbios molekulės, organinių junginių koncentracija turėjo būti gana didelė. Tokia medžiagų koncentracija gali susidaryti nusėdus junginiams ant įvairių mineralinių dalelių, pavyzdžiui, ant molio ar geležies hidroksido dalelių, kurios sudaro dumblą sekliame saulės įkaitintame vandenyje. Organinės medžiagos galėjo sudaryti ploną plėvelę vandenyno paviršiuje, kurią vėjas ir bangos nuvarė į krantą, kur susikaupė storais sluoksniais su didele organinių medžiagų koncentracija.

Laisvas deguonies atsirado daug vėliau dėl pirmųjų fotosintezės – dumblių, o vėliau ir sausumos augalų – veiklos. Aplinka be deguonies, matyt, palengvino biopolimerų sintezę iš neorganinių junginių – deguonis, kaip stiprus oksidatorius, sunaikintų susidariusias molekules.

Atskiri paprasti organiniai junginiai pradėjo jungtis į dideles biologines molekules. susiformavo fermentai - baltymų katalizatoriai, skatinantys molekulių susidarymą arba irimą. Dėl pirminių fermentų veiklos atsirado kai kurie svarbiausi organiniai junginiai - nukleino rūgštys. Nukleino rūgščių monomerai yra išdėstyti taip, kad jie neša tam tikrą informaciją apie baltymų sintezę ir medžiagų bei energijos mainus su išorine aplinka. Be to, nukleorūgščių molekulės įgijo savybę savaime daugintis. Galima manyti, kad nuo to momento Žemėje atsirado gyvybė.

Gyvenimas - Tai speciali forma materijos egzistavimą. Charakteristikos gyvenimas - mainai su išorine aplinka, savo rūšies dauginimasis, nuolatinis tobulėjimas.

Iki galo biocheminis etapas gyvybės atsiradimas, atsirado struktūriniai dariniai - membranos, kurie žaidė svarbus vaidmuo statybose ląstelės. Kaip jau minėta, pirmieji organizmai Žemėje buvo vienaląsčiai prokariotai. Praėjo šimtai milijonų, net milijardai metų, per kuriuos susiformavo prokariotai eukariotai, jų ląstelėje susidarė branduolys su medžiaga, turinčia baltymų sintezės kodą, branduolyje esantį branduolį ir kt. konstrukciniai elementai(7.9 pav.).

Atsiradus eukariotams, buvo pasirinktas augalinis ar gyvūninis gyvenimo būdas, skirtumas tarp kurių yra mitybos būdas ir yra susijęs su svarbiausio proceso visiems gyviems dalykams atsiradimu - fotosintezė. Dėl fotosintezės kasmet Žemėje susidaro apie 200 milijardų tonų organinių medžiagų, iš kurių 90 % pagamina dumbliai ir tik 10 % – sausumos augalai.

Fotosintezės atsiradimą lydėjo patekimas į atmosferą deguonies. Skaičiuojama, kad fotosintezės dėka visas planetos anglies dioksidas – tiek atmosferoje, tiek ištirpęs vandenyje – atsinaujina maždaug per 300 metų, o visas deguonis – per 2 tūkst. Spėjama, kad dabartinis deguonies kiekis atmosferoje (21%) buvo pasiektas prieš 250 mln. metų dėl intensyvaus augalų vystymosi.

Pirmas daugialąsčiai organizmai atsirado sujungus vienaląsčiai organizmai ir nuėjo ilgą evoliucijos kelią. Taip gyvybė klostėsi ir tobulėjo – tai liudija paleontologinis įrašas, kurio suakmenėjusius puslapius pamažu skaito mokslininkai.

Anotacija.

Gyvybės atsiradimo Žemėje problema jau seniai persekiojo daugelį mokslininkų. Praėjo daug metų, kai žmogus pradėjo domėtis, iš kur atsirado visa gyva būtybė, ir per visą tą laiką buvo svarstoma daugybė hipotezių ir prielaidų apie gyvybės kilmę. Religijos teorija, spontaniškos kartos teorija, panspermijos teorija, amžinojo gyvybės egzistavimo teorija... Žmonija vis dar negali iki galo įminti šios mįslės. Nepaisant to, XX amžiaus pirmoje pusėje A. I. Oparino pasiūlyta teorija yra priimta kaip pagrindinė gyvybės kilmės teorija. Jis pagrįstas cheminės evoliucijos prielaida, kuri palaipsniui pereina į biocheminę, o vėliau į biologinę evoliuciją. Ląstelių formavimasis buvo sudėtingiausias reiškinys. Tačiau tai padėjo pagrindą gyvybės vystymuisi ir visai jo įvairovei.

Taigi, kaip viskas prasidėjo?

Įvadas.

Gyvybė užpildo visus mūsų planetos kampelius. Vandenynuose, jūrose, ežeruose, upėse, kalnuose, lygumose, dykumose, net ore gyvena gyvos būtybės. Milijardus metų gyvybė vaikšto po Žemę kaip unikali savaime besitvarkanti sistema. Ji žinojo klestėjimo laikotarpius, istorinius išbandymus ir sunkias krizes, kol mūsų dienomis pasiekė savo nuostabų turtą. Šiandien mokslas žino apie 4,5 milijono gyvūnų ir augalų rūšių. Manoma, kad per visą gyvybės Žemėje istoriją buvo apie 4,5 milijardo gyvūnų ir augalų rūšių.

Kaip šios rūšys atsirado? Visose Žemės istorijos epochose flora ir fauna buvo tokia pati kaip dabar?

Mokslui akivaizdu, kad šiuolaikinis gyvūnas ir daržovių pasaulis yra tik viršelis tos puikios knygos, kurią tyrinėja paleontologija. Suakmenėjusios kadaise gyvų būtybių liekanos, esančios žemės sluoksniuose, užfiksavo jų evoliucijos istoriją ir jos ryšį su aplinkos pokyčiais.

Nuo neatmenamų laikų gyvybės kilmė žmonijai buvo paslaptis. Nuo pat atsiradimo momento darbo dėka žmogus pradeda išsiskirti tarp kitų gyvų būtybių. Tačiau gebėjimas užduoti sau klausimą „iš kur mes? žmogus gauna palyginti neseniai – prieš 7-8 tūkstančius metų, naujojo akmens amžiaus (neolito) pradžioje. Plečiasi ir stiprėja pirmosios primityvios tikėjimo nerealiomis, antgamtinėmis ar dieviškomis jėgomis formos, egzistavusios jau prieš 35-40 tūkstančių metų. Žmogus supranta, kad yra mirtingas, kad vieni gimsta, kiti miršta, kad kuria darbo įrankius, dirba žemę ir gauna jos vaisių. O kas slypi visa ko pagrindas, kas yra pirminis kūrėjas, sukūręs žemę ir dangų, gyvūnus ir augalus, orą ir vandenį, dieną ir naktį ir galiausiai patį žmogų?

1. Įvairios teorijos ir hipotezės apie gyvybės atsiradimą Žemėje.

Pasaulio sukūrimo kaip Dievo „kūrybinio akto“ idėja buvo pirmoji, ir šis mitas yra visų religijų pagrindas. Biblija sako: „Iš pradžių Dievas sukūrė dangų ir žemę“; ketvirtą dieną Dievas įsako: „Tegul vanduo išveda daugybę gyvų roplių, o paukščiai teskraido virš žemės dangaus platybėje“. Antroji kūrinijos dalis: „Ir Dievas sukūrė žmogų pagal savo paveikslą ir panašumą“. Ir galiausiai: „Viešpats Dievas sukūrė moterį iš šonkaulio, kurį paėmė iš vyro ir atvedė pas vyrą“ (Pradžios 1:2-31; 2:21-22).

Biblija (seniausia jos dalis žinoma iš IX a. pr. Kr.) kaip senovės hebrajų kultūros kūrinių rinkinys, besiskiriantis laiku ir turiniu, idėjas apie pasaulio sukūrimą pasiskolino iš senovės Babilono ir senovės Egipto mitų. Šie mitai yra grynos fantazijos ir mistikos produktas, tačiau jie parodo, kokios buvo senovės idėjos apie pasaulio kilmę. Tačiau jie dominavo žmonių protuose tūkstančius metų; daugelis jais tiki ir šiandien.

Senovės graikų Mileto mokyklos filosofai (8–6 a. pr. Kr.) priėmė idėją apie gyvų būtybių atsiradimą iš vandens arba iš įvairių šlapių ar yrančių medžiagų, kuri buvo tiesioginės Babilono kultūros įtakos rezultatas. Tačiau net Talis (624-547 m. pr. Kr.) ginčijosi mitologinėmis idėjomis ir sukūrė spontanišką materialistinę pasaulėžiūrą su dialektikos elementais. Pasak Thaleso ir jo pasekėjų, gyvų būtybių atsiradimas iš vandens įvyko be jokio dvasinių jėgų įsikišimo; gyvenimas yra materijos savybė.

Ryškus materialistinis spontaniškos gyvų būtybių kartos idėjos vystymas vėliau buvo atliktas Demokrito (460–370 m. pr. Kr.) ir Epikūro (341–270 m. pr. Kr.) darbuose. Pasak šių filosofų, gyvų būtybių atsiradimas yra natūralus procesas, gamtos jėgų rezultatas, o ne išorinių jėgų „kūrybos aktas“.

Aristotelis (384–322 m. pr. Kr.) pripažino Dievą aukščiausia forma ir pagrindiniu varikliu. Anot Aristotelio, organizmai gali atsirasti iš organizmų, bet kartu gali atsirasti ir iš negyvos medžiagos. Jis mano, kad materija yra tik pasyvus principas, galimybė, kurią galima realizuoti tik per tam tikrą formą. Genesis yra vidinis tikslas vystymasis (entelechija). Anot Aristotelio, tai entelechija kaip tikslinga vidinė esmė, įkvepianti materijai gyvybės. Aristotelio pažiūros nulemia spontaniškos gyvybės kartos idėjos likimą beveik 2000 metų.

Tik XVII amžiaus viduryje. Toskanos gydytojas Francesco Redi (1626-1698) imasi pirmųjų spontaniškos kartos eksperimentų. 1668 m. jis įrodė, kad mėsoje randami baltieji kirminai yra musių lervos; jei mėsa ar žuvis uždaromos, kol jos šviežios, ir neleidžiama patekti musėms, jos, nors ir pūva, nesukels kirminų.

Šiandien Redi eksperimentai atrodo naivūs, tačiau jie buvo pirmasis proveržis mistinių idėjų apie gyvų būtybių formavimąsi fronte.

Praėjus beveik 200 metų po Redi, 1862 m., puikus prancūzų mokslininkas Louisas Pasteuras (1822–1895) paskelbia savo pastebėjimus apie savavališkos savaiminės kartos problemą. Jis įrodo, kad staigus mikrobų atsiradimas („spontaniška spontaniška generacija“) įvairių rūšių pūvančiose tinktūrose ar ekstraktuose nėra gyvybės atsiradimas. Puvimas ir fermentacija yra mikroorganizmų, kurių mikrobai patenka iš išorės, gyvybinės veiklos rezultatas. Mikrobai yra kieti sutvarkyti organizmai ir gali sukurti būtybes, panašias į save, tai yra, gyvieji kyla iš gyvųjų. Kaip mokslininkas, pasitikintis tik mokslinių eksperimentų rezultatais, Pasteras nedaro gilių išvadų apie gyvybės kilmę. Tačiau jo tyrimai galutinai sugriovė senus prietarus apie spontanišką spontanišką kartą.

Spontaniškos kartos doktrinos žlugimas kai kuriuos žinomus mokslininkus paskatino manyti, kad gyvybė niekada neatsirado, bet kaip medžiaga ar energija egzistavo amžinai. Pagal šią idėją, „gyvybės mikrobai“ klaidžioja kosmose, kol pasiekia jų sąlygoms tinkamą planetą – ten jie sukelia biologinę evoliuciją. Ši mintis, išsakyta dar V a. pr. Kr. graikų filosofas Anaksagoras, palaikomas Hermanno van Helmholtzo (1821-1894) ir Viljamo Tomsono (vėliau lordas Kelvinas; 1824-1907).

Helmholtzas sakė, kad visatoje turi būti daug kitų pasaulių, atneša gyvybę, kurios karts nuo karto sunaikinamos susidūrus su kitais kosminiais kūnais, o jų fragmentai su gyvais augalais ir gyvūnais išsibarsto erdvėje.

Šią idėją 1908 metais kruopščiai išplėtojo švedų chemikas Svante Arrhenius (1859-1927), pavadinęs savo teoriją panspermija. Plėtodamas Helmholtzo ir Kelvino idėjas, jis išsakė keletą savo samprotavimų, teigdamas, kad bakterijų sporos ir virusai gali būti nunešti iš planetos, kurioje jie egzistavo, veikiami elektrostatinių jėgų, o tada, veikiami žvaigždžių šviesos, perkelti į kosmosą. . Kosmose sporos gali nusėsti ant dulkių dalelės; taip padidindama savo masę ir įveikusi šviesos slėgį, ji gali nukristi į artimiausios žvaigždės apylinkes ir būti užfiksuota vienos iš šios žvaigždės planetų. Taigi gyvoji medžiaga gali būti perkelta iš planetos į planetą, iš vienos žvaigždžių sistema kitam.

XIX amžiaus antroje pusėje. taip pat teigiama, kad gyvybė atsirado pirmykščiame vandenyne iš neorganinės medžiagos kaip natūralaus proceso rezultatas.

1924 m. gegužės 3 d. Rusijos botanikų draugijos posėdyje jaunasis sovietų mokslininkas A. I. Oparinas su naujas taškas požiūris svarstė gyvybės atsiradimo problemą. Jo pranešimas „Apie gyvybės kilmę“ tapo atspirties tašku naujam žvilgsniui į amžiną problemą „iš kur mes atėjome?“. Po penkerių metų, nepriklausomai nuo Oparino, panašias idėjas sukūrė anglų mokslininkas J. Haldane'as. Oparino ir Haldane’o nuomone, įprastas bandymas paaiškinti gyvybės atsiradimą dėl cheminės evoliucijos primityvioje Žemėje. Abu jie pabrėžia milžinišką pirmykščio vandenyno, kaip didžiulės chemijos laboratorijos, kurioje formavosi „pirminė sriuba“, vaidmenį, o be to, fermentų – organinių molekulių, kurios labai pagreitina normalią cheminių procesų eigą, vaidmenį. Be to, Haldane'as pirmą kartą iškelia mintį, kad pirmykštėje Žemės atmosferoje „tikriausiai buvo labai mažai deguonies arba visai jo nebuvo“.

1952 m. Haroldas Ury (1893-1981) savarankiškai priėjo prie išvados, kad jaunos Žemės atmosfera buvo atkurta, tai yra, formavimosi proceso pabaigoje Žemėje buvo stipriai sumažinta atmosfera, nes pagrindiniai jos komponentai. buvo vandenilis ir visiškai redukuotos anglies, azoto ir deguonies formos: metanas, amoniakas ir vandens garai. Žemės gravitacinis laukas negalėjo sulaikyti lengvojo vandenilio, ir jis pamažu pabėgo į kosmosą. Antrinė laisvo vandenilio praradimo pasekmė buvo laipsniškas metano oksidavimas į anglies dioksidą, o amoniakas – į azoto dujas, kurios per tam tikras laikas pakeitė atmosferą iš redukuojančios į oksiduojančią. Urey manė, kad būtent vandenilio garavimo laikotarpiu, kai atmosfera buvo tarpinėje redokso būsenoje, Žemėje gali susidaryti dideli sudėtingų organinių medžiagų kiekiai. Jo vertinimu, vandenynas, matyt, tada buvo vieno procento organinių junginių tirpalas. Rezultatas buvo gyvybė primityviausia forma.

2. Gyvybės atsiradimo sąlygos.

Pirmas būtina sąlyga gyvybės atsiradimas yra bendro kosminio pobūdžio. Jis susijęs su vienu cheminiu Visatos pagrindu. Gyvybė vystosi šiuo vieninteliu pagrindu, atspindinčiu tiek kiekybinius, tiek kokybinius atskirų cheminių elementų ypatumus. Ši prielaida leidžia daryti išvadą, kad bet kuri visatos planeta, kurios masė ir vieta, palyginti su centrine žvaigžde, yra panaši į mūsų planetą, gali turėti gyvybę. "Pagal žymaus amerikiečių astronomo H. Shapley idėjas, Visatoje yra 108 kosminiai kūnai (planetos arba mažosios žvaigždės), kuriuose gali atsirasti ir egzistuoti gyvybė."

Pagrindinė gyvybės atsiradimo sąlyga turi planetinę priežastį ir yra nulemta planetos masės, tai yra, gyvybė, panaši į Žemę, gali atsirasti ir vystytis planetoje, kurios masė turi griežtai apibrėžtą vertę. Jei planetos masė yra didesnė nei 1/20 Saulės masės, joje prasideda intensyvios branduolinės reakcijos, kurios pakelia jos temperatūrą, ji švyti kaip žvaigždė.

Iš Saulės sistemos planetų, be Žemės, tinkamą masę turi Venera ir Marsas, tačiau ten nėra jokių kitų sąlygų.

Ypač svarbi sąlyga Gyvybės kilmė yra vandens buvimas. Vandens svarba gyvybei yra išskirtinė. Taip yra dėl jo specifinių šiluminių savybių: didžiulės šilumos talpos, mažo šilumos laidumo, išsiplėtimo užšalus, gerų savybių kaip tirpiklis ir pan.. Šios savybės lemia vandens ciklą gamtoje, kuris vaidina labai svarbų vaidmenį geologinėje Žemės istorijoje.

Dabar jų yra pakankamai įdomi informacija apie organinių junginių buvimą visatoje. Šios informacijos šaltiniai yra natūralūs kosmoso pasiuntiniai į Žemę, meteoritai.

3. Meteoritai ir tarpžvaigždinių dulkių debesys.

Meteoritai yra maži kosminiai kūnai, krentantys į Žemę. Jie yra asteroidų fragmentai. Asteroidų masė paprastai viršija 50 kg. Pagal sudėtį išskiriami akmens, geležies ir geležies-akmens meteoritai. Pagal struktūrines ypatybes ir sferinių darinių (chondrulių) buvimą kai kurie akmeniniai meteoritai vadinami chondritais. Ypač domina anglies chondritai, kurie sudaro 5 proc iš viso meteoritų, kurie kasmet atsitrenkia į žemės paviršių.

Tam yra dvi priežastys:

Tikimybė, kad jų tyrimas suteiks duomenų apie organinių molekulių ikibiologinę evoliuciją;

Neaiški daugelio jų struktūros elementų kilmė – dar visai neseniai kai kurie tyrinėtojai mineralinius darinius chondrituose laikė fosfatuotais mikroorganizmais.

Šie įdomūs objektai yra „protosolinio ūko fragmentai“, nepatyrę reikšmingų pokyčių. Jie laikomi pirminiais, nes susiformavo tuo pačiu metu kaip ir Saulės sistema. Meteoritai yra per maži, kad turėtų savo atmosferą, tačiau anglies chondritai yra labai panašūs į Saulę pagal santykinį nelakių elementų kiekį. Jų mineralinė sudėtis rodo, kad jie susidarė esant žemai temperatūrai ir veikiant aukšta temperatūra niekada nebuvo atskleistas. Juose yra iki 20% vandens (susijusio mineralinių hidratų pavidalu) ir iki 10% organinių medžiagų.

Tiriant du meteoritus - pirmasis nukrito 1950 m. netoli Maury (Kentukis, JAV), o antrasis - netoli Murchison (Viktorija, Australija) 1969 m. - jų sudėtyje buvo rasta atskirų aminorūgščių. statybinė medžiaga baltymai gyvuose organizmuose. Merčisono meteorite taip pat buvo aptiktos riebalų rūgštys, iš kurių susidaro riebalai gyvuose audiniuose.

Iš nustatytų aminorūgščių glutamo rūgštis, prolinas, glicinas, sarkozinas, alaninas, valinas ir 2-metilalaninas, riebalų rūgštys- 17 rūšių.

Sausumos organizmų riebalų rūgštys turi lyginį anglies atomų skaičių, o riebalų rūgštys su nelyginiu anglies atomų skaičiumi nebūdingos gyviems audiniams Žemėje. Cheminėse reakcijose, kurios vykdomos nedalyvaujant gyvoms būtybėms ar biogeninės kilmės medžiagoms, susidaro maždaug vienodas kiekis riebalų rūgščių su lyginiu ir nelyginiu anglies atomų skaičiumi. Tą patį rodo ir Meršisono meteorito analizės rezultatai.

Yra tvirtų įrodymų, kad Murchison meteorito aminorūgštys ir angliavandenilių junginiai yra aiškiai endogeninės kilmės, o ne išorinės taršos pasekmė:

glicino vyravimas prieš kitas aminorūgštis;

teigiamos rodiklio reikšmės 13С;

baltymams nebūdingų aminorūgščių buvimas.

Tarp 1968 ir 1970 m Radijo spektrometrijos pagalba tarpžvaigždinėje erdvėje buvo aptiktos organinės molekulės, kurios, žinoma, papildė mūsų žinias apie Visatos organinę chemiją. Buvo paskelbti pirmieji pranešimai apie vandens, formaldehido ir amoniako atradimą tam tikruose mūsų galaktikos regionuose.

Hidroksilo OH, formaldehido H2CO ir anglies monoksido CO yra gausiausios molekulės tarpžvaigždinėje terpėje. Jie randami visoje galaktikoje, o kiti junginiai randami tam tikruose tarpžvaigždiniuose regionuose. Mūsų Galaktikoje yra apie 3000 tokių ūkų, kurių tankis didesnis už tarpžvaigždinės terpės tankį; molekulės čia atsiranda dažniau. Anglies atomai žaidžia Pagrindinis vaidmuo formuojantis organinėms molekulėms, kurios gyvuose organizmuose yra itin svarbios.

Šioje situacijoje gyvybės atsiradimas atrodo neišvengiamas. ūkuose kosmosas jau formuojantis žvaigždėms ir planetoms atsiranda molekulių, dėl kurių susidaro sudėtingesnės aminorūgščių, riebalų rūgščių, purinų, pirimidinų ir kitų pagrindinių gyvybės sudedamųjų dalių molekulės.

4. Cheminė evoliucija.

Cheminės evoliucijos teorija - šiuolaikinė gyvybės kilmės teorija - taip pat remiasi spontaniškos kartos idėja. Tačiau jis pagrįstas ne staigiu gyvų būtybių atsiradimu Žemėje, o cheminių junginių ir sistemų, sudarančių gyvąją medžiagą, susidarymu. Jame nagrinėjama seniausios Žemės chemija, visų pirma cheminės reakcijos, vykusios primityvioje atmosferoje ir paviršiniame vandens sluoksnyje, kur, greičiausiai, buvo susitelkę šviesos elementai, sudarantys gyvosios medžiagos pagrindą, ir buvo sugertas didžiulis saulės energijos kiekis. Ši teorija bando atsakyti į klausimą: kaip toje tolimoje eroje galėjo spontaniškai atsirasti ir susiformuoti gyvoji sistema organiniai junginiai?

Dauguma šiuolaikinių specialistų yra įsitikinę, kad gyvybės atsiradimas pirminės Žemės sąlygomis yra natūralus materijos evoliucijos rezultatas. Šis įsitikinimas pagrįstas įrodyta cheminio gyvybės pagrindo, sudaryto iš kelių paprastų ir labiausiai paplitusių visatoje atomų, vienybe.

Išskirtinė morfologinė gyvybės įvairovė (mikroorganizmai, augalai, gyvūnai) vykdoma gana vienodu biocheminiu pagrindu: nukleino rūgštys, baltymai, angliavandeniai, riebalai ir keletas retesnių junginių, tokių kaip fosfatai.

Pagrindiniai cheminiai elementai, iš kurių kuriama gyvybė, yra anglis, vandenilis, deguonis, azotas, siera ir fosforas. Akivaizdu, kad organizmai savo struktūrai naudoja paprasčiausius ir labiausiai paplitusius Visatos elementus, o tai lemia pati šių elementų prigimtis. Pavyzdžiui, vandenilio, anglies, deguonies ir azoto atomai yra maži ir gali sudaryti stabilius junginius su dvigubomis ir trigubomis jungtimis, o tai padidina jų reaktyvumą. Sudėtingų polimerų, be kurių gyvybės atsiradimas ir vystymasis paprastai neįmanomas, susidarymas yra susijęs su specifiniais cheminės savybės anglies.

Kitų dviejų biogeninių elementų – sieros ir fosforo – yra palyginti nedideli kiekiai, tačiau jų vaidmuo gyvenime yra ypač svarbus. Šių elementų cheminės savybės taip pat leidžia susidaryti kartotiniams cheminiai ryšiai. Sieros yra baltymuose, o fosforo – komponentas nukleino rūgštys.

Be šių šešių pagrindinių cheminiai elementai Organizmų statyboje nedideliais kiekiais dalyvauja natris, kalis, magnis, kalcis, chloras, taip pat mikroelementai: geležis, manganas, kobaltas, varis, cinkas ir nedideli aliuminio, boro, vanadžio, jodo ir molibdeno pėdsakai. Taip pat reikėtų pažymėti, kad yra keletas ypač retų atomų, kurie atsiranda atsitiktinai ir nedideliais kiekiais.

Vadinasi, cheminį gyvybės pagrindą paįvairina dar 15 cheminių elementų, kurie kartu su šešiais pagrindiniais biogeniniais elementais įvairiais santykiais dalyvauja gyvų organizmų struktūroje ir funkcijose. Šis faktas ypač rodomas dviem atžvilgiais: 1) kaip gyvybės kilmės vienovės įrodymas ir 2) pačia gyvybe, kuri yra materijos savaiminio organizavimo rezultatas, įtrauktas ne tik į biologinių makromolekulių evoliuciją. visi dažniausiai pasitaikantys elementai, bet ir visi atomai, kurie ypač tinka gyvybinėms funkcijoms vykdyti (pavyzdžiui, fosforas, geležis, jodas ir kt.). Kaip pažymi sovietų mokslininkas M. Kamšilovas, „už gyvybės funkcijų įgyvendinimą Cheminės savybės jo atomai, kurie visų pirma apima kvantinius singuliarumus. Nuo juos sudarančių molekulių priklauso ne tik gyvų organizmų struktūra, medžiagų apykaita, bet net ir mechaniniai veiksmai. Tačiau tai nereiškia, kad gyvybę galima redukuoti tik į cheminius dėsningumus.

Gyvenimas yra vienas sudėtingiausių, jei ne pats sudėtingiausias gamtos reiškinys. Jai ypač būdinga medžiagų apykaita ir dauginimasis, o ypatybių daugiau aukštus lygius jos saviorganizaciją lemia žemesnių lygių struktūra.

Šiuolaikinė gyvybės atsiradimo teorija remiasi mintimi, kad biologinės molekulės galėjo atsirasti tolimoje geologinėje praeityje neorganiniu būdu. Tokia apibendrinta schema dažniausiai išreiškiama sudėtinga cheminė evoliucija: atomai, paprasti junginiai, paprasti bioorganiniai junginiai, makromolekulės, organizuotos sistemos. Šią evoliuciją inicijavo nukleosintezė m saulės sistema kai susiformavo pagrindiniai elementai, tarp jų ir biogeniniai. Pradinė būsena – nukleosintezė – greitai pereina į įvairaus sudėtingumo cheminių junginių susidarymo procesą. Šis procesas vyksta pirminės Žemės sąlygomis ir yra vis sudėtingesnis dėl bendrų kosminių ir specifinių planetinių sąlygų.

5. Organinių molekulių sintezė.

Jau seniai žinoma, kad chemikai gali sintetinti organines medžiagas, tačiau idėja atlikti atskirus organinių medžiagų sintezės eksperimentus, atkuriant pirminės Žemės sąlygas, atrodė ne mažiau fantastiška nei daugelis hipotezių. Žinoma, niekas netiki, kad įmanoma tiksliai atkurti milžiniškos natūralios cheminės laboratorijos, kuri buvo Žemė prieš 4,5 - 5 milijardus metų, sąlygas. Kalbame apie apytikslį teoriškai numanomų pirminės Žemės sąlygų modeliavimą: atmosferą be deguonies, pradinių cheminių junginių: metano, vandens, amoniako ir energijos šaltinio (šaltinių) buvimą.

Pirmasis tikslingas gyvybės vystymuisi tinkamų organinių molekulių sintezės eksperimentas iš tariamų pradinių ankstyvosios Žemės atmosferos komponentų buvo atliktas W. Groth ir H. Süss 1938 m. Apšvitinus CO2 ir H2O dujų mišinį ultravioletiniais spinduliais, jie gavo formaldehidą ir glioksalį. Grotho ir Suesso teigimu, šių eksperimentų rezultatai paaiškina tam tikrų organinių junginių susidarymą, „kurie tikriausiai buvo būtina prielaida organinės gyvybės evoliucijai“.

Vėliau W. Harrisonas, M. Calvinas ir kiti (1951) eksperimentiškai patikrino Oparino ir Haldane'o idėjas. Jie buvo apšvitinti dalelėmis vandeniniais tirpalais, turinčiais geležies jonų, kurie buvo pusiausvyroje su dujiniu anglies dioksido ir vandenilio mišiniu. Gauta formaldehido, skruzdžių ir gintaro rūgščių.

1953 metais Čikagos universiteto garsiojo G. Urey astrofizikas Stanley Milleris atliko eksperimentą, kuris vėliau buvo pavadintas klasikiniu. Dujinį metano, amoniako, vandens garų ir vandenilio mišinį (prie kolbos nepriėjo laisvo deguonies) Milleris paveikė stiprias elektros iškrovas, gaudavo aminorūgščių, cukrų ir nemažai kitų organinių junginių. Milžiniška Millerio eksperimento reikšmė yra įrodyti, kad pirminės Žemės sąlygomis gali atsirasti neorganinis baltymų tipo molekulių susidarymo kelias.

Millerio patirtis praturtino mokslą ir buvo stiprus postūmis naujiems tyrimams. T. Pavlovskaja ir A. Paskinskis SSRS mokslų akademijos Biochemijos institute savo eksperimentais ir termodinaminiais skaičiavimais įrodė sudėtingų organinių medžiagų susidarymo galimybę pirminės Žemės sąlygomis. A. Wilsonas, pridėdamas sieros į pradinį Millerio mišinį, gavo dideles polimero molekules, turinčias 20 ar daugiau anglies atomų. S. Ponnamperuma eksperimentuose naudojo ultravioletinę lempą kaip energijos šaltinį – juk jaunos Žemės sąlygomis Ultravioletinė radiacija suteikė pagrindinę energiją. Ponnamperuma sugebėjo gauti ne tik aminorūgščių ir purinų (atitinkamai baltymų ir nukleorūgščių statybinius blokus), bet ir susintetinti šias molekules į polimerus. S. Foxas iš Majamio Molekulinės evoliucijos instituto susintetino beveik visas aminorūgštis, be kurių gyvybė būtų neįmanoma. Fox iš aminorūgščių „virė“ vadinamuosius „terminius proteoidus“, kurie savo sudėtimi yra panašūs į baltymus. Tuo pačiu metu Fox paruoštame sultinyje proteoidai virto plonais lašeliais, panašiais į Oparino koacervatus. Būtent nuo tokių darinių, anot Oparino, ir prasidėjo gyvybė Žemėje.

Eksperimentinių tyrimų sąrašas labai ilgas. Pagrindiniai jų rezultatai rodo, kad cheminė evoliucija nėra dykinėjančio proto vaisius, o reguliarus natūralus procesas, kuris deda gyvybės pamatus.

6. Geologinės sąlygos pirminėje Žemėje.

Pirmosios kliūtys, su kuriomis susidurta kuriant organines molekules, buvo naujos sąlygos jaunoje Žemėje. Kartu su kosminių veiksnių įtaka (nuo pat atsiradimo iki šių dienų gyvybė vis dar reaguoja į saulės audras!) atsiranda naujų specifinių planetos veiksnių: litosferos, atmosferos ir hidrosferos raidos.

Tai buvo ne tik ankstyvos evoliucijos kliūtis; pati gyvybė sukūrė savo egzistavimo sritį – biosferą. Kai kurie ekspertai pagrįstai mano, kad gyvybės protėvis buvo ne pirmasis organizmas, o pirmoji biosfera. „Gyvenimas nėra išoriškai atsitiktinis reiškinys žemės paviršiuje“, – rašo V. I. Vernadskis, žymus sovietų mokslininkas ir akademikas. „Jis glaudžiai susijęs su žemės plutos sandara, trukdo jos mechanizmui ir atlieka šiame mechanizme svarbiausias funkcijas. Per savo milijardo metų istoriją organizmus sieja sudėtinga tarpusavio sąveikos grandinė ir tuo pat metu jie, kaip visuma ir kaip atskiri vienetai, glaudžiai sąveikauja su Žeme: žemės paviršiumi, vandens baseinais, ir oro. Nuo pat atsiradimo momento gyvi organizmai pradeda vaidinti nepaprastai svarbų ir įvairų geologinį vaidmenį. Jie veikia ne tik kaip puikūs dizaineriai, bet ir kaip puikūs varikliai bei daugelio sudėtingų geologinių ir geocheminių procesų reguliatoriai.

Žemė kaip atskira planeta susiformavo pirmajame, kosminiame, cheminės evoliucijos etape. Tai sukuria pirmąjį organizacijos lygį sudėtinga sistemaŽemė. Šis etapas truko apie milijardą metų. Antroji pakopa glaudžiai susijusi su kosmine, nuo kurios ją sunku atskirti. Šio etapo pradžioje (pirmuosius 100 milijonų metų) Žemė sudaro daugiau nei 80% savo masės. Šis etapas yra ne tik laikas, o visa to žodžio prasme reikšminga era, kai susidaro pirmieji mineralai, pirmieji sluoksniai ir planetos makrostruktūra su jos geosferomis.

Taigi žemės pluta jau yra kieta, bet vis dar plona ir dėl tektoninių įtempių tam tikrose vietose gali suminkštėti. Jį daugiausia sudaro silicio, aliuminio, geležies, kalcio, magnio, natrio, kalio junginiai, taip pat keletas nedidelių junginių, įskaitant organines medžiagas. Mantijoje po pluta dėl gravitacinio atsiskyrimo daugiausia kaupiasi geležies ir magnio silikatai.

Žemės plutos vaidmuo molekulinei evoliucijai yra labai didelis. Organizmai traukia metalus ir kitus neorganinius ir organinių komponentų reikalingas kūno formavimui ir medžiagų apykaitai.

Žemės pluta palaiko gyvybę, tačiau pirmieji vandens baseinai tampa jos lopšiu. Išties yra keletas hipotezių, pagal kurias gyvybė atsirado ne vandens baseine, o žemės paviršiuje dulkėse, kurias susidarė mikrometeorito „lietaus“.

Gyvybė, kaip mes žinome, negalėjo atsirasti be nemokamo vandens. Gyvai medžiagai būtinas būtent laisvas, o ne hidratuotas vanduo ar ledas, kurie yra meteorituose ar kitose planetose.

Vandens buvimas organizmų kūnuose rodo didelę jo svarbą gyvybės procesams. žemesni organizmai turi 95-99% vandens, o aukštesnėse - 75-80%. Sumažėjus jo kiekiui iki tam tikro lygio, įvyksta mirtis.

Sunku apibūdinti hidrosferos būklę per pirmuosius 100–200 milijonų Žemės egzistavimo metų. Daugelio nuomone, jauna Žemė turėjo maždaug dešimtadalį vandens masės, esančios šiuolaikiniame vandenyne. Likusios devynios dešimtosios susidarė vėliau dėl degazavimo vidines dalisŽemė. Dėl dujų ir garų išsiskyrimo iš mantijos susidarė hidrosfera ir atmosfera. Mantijos medžiagoje yra 0,5% vandens, tačiau net 10% šio kiekio pakanka, kad susidarytų visas šiandieninio vandenyno tūris. Tikriausiai nuo pat pradžių vandenyno vanduo buvo sūrus. Degazuojant vandens mantijos medžiagos buvo prisotintos chloro, bromo ir kitų elementų anijonais, taip pat CO2, H2S, SO2. Tai sukūrė šiek tiek rūgštinį protovandenyno pobūdį, kuris buvo neutralizuotas dėl šarminių komponentų, kuriuos sukėlė liūtys iš bazalto plutos ir upės perneštos į vandenyną. Tai natrio, magnio, kalcio, kalio ir kitų elementų katijonai.

Ankstyvoji hidrosferos (vandenynų, jūrų, žemynų baseinų) evoliucija vyko nesant dujinio deguonies. Tokiomis sąlygomis ir esant anoksinei atmosferai gali atsirasti tik anaerobiniai organizmai.

Okeanologai nustatė, kad organinės medžiagos suspensijoje atskirų dalelių pavidalu atsiranda daug dažniau, nei manyta anksčiau. Manoma, kad tokioms organinių medžiagų sankaupoms susidarant didelį vaidmenį vaidina putų susidarymas vandenyne. Organinės medžiagos sudaro ploną monomolekulinę plėvelę vandenyno paviršiuje, kurią sunaikina bangos. Šių bangų plaktos, jos įgauna sferinę formą ir nukrenta atgal į vandenį, o gali nuskęsti iki tam tikro gylio ir ten likti mažų koacervatinių lašelių pavidalu.

Koacervato hipotezę 1924 m. sukūrė Oparinas. Koacervacija yra spontaniškas atsiskyrimas vandeninis tirpalas polimerus į skirtingų koncentracijų fazes. Koacervatiniai lašai turi didelė koncentracija polimerai. Kai kuriuos iš šių lašelių iš terpės absorbavo mažos molekulinės masės junginiai: aminorūgštys, gliukozė ir primityvūs katalizatoriai. Molekulinio substrato ir katalizatorių sąveika jau reiškė paprasčiausio metabolizmo atsiradimą protobiontuose („protobiontai“ Oparino terminologijoje yra pirmosios baltymų struktūros). Lašeliai, kurie turėjo metabolizmą, įtraukė naujus junginius iš aplinkos ir padidino jų kiekį. Kai koacervatai pasiekia didžiausią leistiną duomenų dydį fizines sąlygas, jie suskilo į mažesnius lašelius, pavyzdžiui, veikiant bangoms. Maži lašeliai vėl augo ir vėliau suformavo naujas koacervatų kartas.

Laipsniškas protobiontų komplikavimas buvo atliktas parenkant tokius koacervatinius lašus, kurie turėjo pranašumą geriausias naudojimas aplinkos medžiaga ir energija. Pasirinkimas kaip pagrindinė priežastis, dėl kurios koacervatai tobulinami iki pirminių gyvų būtybių, yra pagrindinė Oparino hipotezės vieta.

Koacervato lašelių susidarymas monomolekuliniame lipidų sluoksnyje oro ir vandens sąsajoje, veikiant bangoms.

Organinių medžiagų koncentracijos procesas gali vykti per atoslūgius, vandens garavimą lagūnose, taip pat banguojant (kaip minėta aukščiau). Moksliniai įrodymai vis labiau patvirtina, kad gyvybė neatsirado atviras vandenynas, ir jūros šelfų zonoje ar mariose, kur daugiausia palankiomis sąlygomis organinių molekulių koncentracijai ir sudėtingų makromolekulinių sistemų susidarymui.

7. Anglies junginių evoliucija pirminėje Žemėje.

Biocheminė evoliucija prasideda nuo žemės plutos susidarymo, tai yra maždaug prieš 4,5 mlrd. Jo šaknys siekia ankstyvąją kosminę cheminės evoliucijos stadiją. Seniausių, 3,5–3,8 milijardų metų amžiaus, molekulinių fosilijų radiniai rodo, kad biocheminė evoliucija, lėmusi pirmosios ląstelės susidarymą, truko apie milijardą metų. Ląstelės susidarymas buvo pats sunkiausias šioje ilgoje kelionėje.

Kaip jau minėta, biocheminės evoliucijos pradinė medžiaga buvo parengta anksčiau, kosminėje vystymosi stadijoje ir pirminės litosferos, hidrosferos ir atmosferos formavimosi pradžioje. Tam buvo pakankamai energijos šaltinių: saulės spinduliuotės, šiluminė energijažemės vidus, didelės energijos spinduliuotė, elektros iškrovos (žaibas ir griaustinis, kurių metu kyla stiprios smūginės bangos). Tikriausiai tuo pat metu atsirado svarbių biocheminių molekulių natūralios atrankos pagrindai.

Turimas cheminių elementų skaičius ir galingų energijos šaltinių buvimas lemia daugybės molekulių susidarymą. Šių paprastų molekulių (metano, amoniako, vandens ir kt.) kondensacijos (koncentracijos) būdu susidaro pagrindinės biocheminės molekulės: kai kurios aminorūgštys, kurios yra baltymų pagrindas; tam tikros organinės bazės, tokios kaip adeninas, kurios yra nukleorūgščių komponentai; kai kurie cukrūs, pavyzdžiui, ribozė, ir jų fosfatai; paprastos azoto turinčios molekulės, pvz., porfirinai, kurie yra svarbus fermentų (fermentų) komponentas ir kt. Įjungta Kitas žingsnis didėja molekulių skaičius ir susidaro sudėtingos makromolekulės, kritinius komponentus vadinamasis „pirminis sultinys“, kuriame vyksta mažos molekulinės masės junginių polimerizacija ir surišimas į didelės molekulinės masės masę. Tokie sudėtingi stambiamolekuliniai junginiai, vadinami probiontais, turi atvirą erdvinę struktūrą, kuri užtikrina jų augimą, taip pat padalijimą į dukterinius darinius veikiant mechaninės jėgos. Šiame etape, kai atsiranda biologiniai polimerai, matyt, atsirado ir identiško dauginimosi (replikacijos) mechanizmas, kuris yra pagrindinis gyvybės bruožas.

Nustatyta, kad gyvų organizmų gebėjimas savaime daugintis grindžiamas nukleino rūgščių replikacija, kurios metu ne tik susidaro naujos molekulės, bet ir atsiskiria jos. Prebiologinė dažnai cheminė stadija pereina į saviorganizacijos stadiją, kurioje atsiranda savaime besidauginantys sudėtingi molekuliniai kompleksai. Šie makromolekuliniai kompleksai sukelia gyvybę. Riba tarp dviejų etapų – grynai cheminės evoliucijos stadijos ir biologinių makromolekulių savaiminio organizavimo stadijos – yra labai savavališka ir nėra fiksuota laike.

Anot Oparino, atsiradus savaiminiam organinių molekulių dauginimuisi, prasidėjo biologinė evoliucija. Tai suvedė du svarbios savybės: gebėjimas savarankiškai daugintis polinukleotidus ir katalizinis polipeptidų aktyvumas. Geriausios išgyvenimo perspektyvos prebiologinėje atrankoje buvo tos ultramolekulinės sistemos, kuriose medžiagų apykaita buvo derinama su gebėjimu savarankiškai daugintis.

Šiame etape evoliuciniai procesai lėmė naujo tipo santykių, būtinų tolesniam vystymuisi ir dauginimuisi, formavimąsi. Norint suprasti tokio tipo ryšio reikšmę gamtoje, būtina įvesti dvi pagrindines sąvokas – informaciją ir nurodymą: nurodymą „nuo ko“ ir informaciją „kam“. Būtina pasakyti keletą žodžių apie informaciją.

Šiuolaikinė informacijos teorija nagrinėja informacijos apdorojimo, o ne jos „gamybos“ problemą. Informacija turi būti perduodama griežtai apibrėžta forma. Jis gali būti parašytas atitinkamu kodu ir, perduodamas kanalais, lydimas triukšmo, kuris turi būti išfiltruotas priimančiame įrenginyje. Šiuolaikinė informacijos teorija, pagrįsta paleontologijos, geologijos, fizikos duomenimis, mano, kad struktūrinio sudėtingumo ir informacijos turtingumo didėjimas yra svarbiausias evoliucijos progreso bruožas.

„Iš ko“ ir „kam“? Šie du klausimai susiję su nukleorūgščių ir baltymų, kaip esminių gyvybės komponentų, sąveika. Savo knygoje apie cheminę evoliuciją M. Calvinas pažymi, kad šiuo metu egzistuojantis baltymų komponentų rinkinys pačioje evoliucijos pradžioje buvo nulemtas pirminio aminorūgščių rinkinio. Šį aminorūgščių rinkinį baltyme lemia tam tikra seka nukleorūgščių struktūroje. Nukleino rūgštys ir baltymai atlieka tris nepaprastai svarbias funkcijas: savęs dauginimąsi, paveldimos informacijos išsaugojimą ir šios informacijos perdavimą naujų ląstelių atsiradimo procese. Taigi nukleino rūgštys ir baltymai glaudžiai sąveikauja reprodukcijos metu. Kas buvo anksčiau: nukleino rūgštis ar baltymai? Naujas variantas senas vištienos ir kiaušinio klausimas.

Šis klausimas suvokiamas kaip kliūtis bandymui paaiškinti gyvybės kilmę. Dezoksiribonukleorūgštis (DNR) kartu su ribonukleino rūgštimi (RNR) yra atsakinga už baltymų sintezę. Prisiminkite vieną iš pagrindinių molekulinės biologijos nuostatų: DNR RNR baltymą. Iš šios pozicijos, kurioje aprašomas cheminis baltymų sintezės procesas, kai kurie tyrinėtojai daro išvadą, kad „pra-DNR tikriausiai buvo pirmasis organizmas Žemėje“. Tačiau DNR be baltymų yra bejėgė, todėl pra-DNR hipotezė nėra gyvybinga. „Gyvybės, kaip vienos DNR molekulės, pradžia pirmykščio vandenyno pakrantėje, – rašo Bernalis, – dar mažiau tikėtina nei Adomo ir Ievos pavidalu rojuje.

Suprantant gyvybės kilmės klausimą, sąvokas „nukleino rūgštis“ ir „baltymas“ galima pakeisti sąvokomis „informacija su instrukcijomis“ ir „funkcija“. Tada kyla klausimas "kas pirmas?" tampa absurdiška, nes tam tikra funkcija negali būti atlikta, jei nėra informacijos. O „informacija“ prasmę įgyja tik per funkciją, kurią užkoduoja. Todėl gyvojoje gamtoje natūrali atranka galiausiai yra nukreipta į organizmui naudingos funkcijos išsaugojimą.

„Tokią sistemą (informaciją – funkciją), – rašo M. Eigenas, – galima palyginti su uždaru mazgu. Nors akivaizdu, kad siūlas, iš kurio formuojamas mazgas, turi kažkur prasidėti, pradžios taškas praranda prasmę, nes mazgas yra uždaras. Ryšiai tarp nukleorūgščių ir baltymų atitinka sudėtingą „uždaro mazgo“ hierarchiją.

Probiontų vystymosi procese gimė gebėjimas perduoti informaciją. Jis suteikė didžiulių pranašumų savo nešiotojams – sudėtingiems makromolekuliniams kompleksams. Ateityje šis gebėjimas lemia didžiulės gyvos ląstelės informacijos prisotinimo formavimąsi, kurią užtikrina subtilūs mechanizmai, susiformavę evoliucijos procese. Šiuo atveju informacijos įrašymas vyksta atominiame lygmenyje. Itin mažoje erdvėje (pavyzdžiui, spermatozoidų skersmuo yra apie 0,1 mm) galima užfiksuoti didžiulį kiekį informacijos. Ši informacija apima smulkiausias detales, net tokias, pasak J. Watson, kaip „mums būdingas gebėjimas linksminti kitus“.

Pagrindinės savybės, įgytos kaip bet kurio organizmo dėl ilgos ankstesnės evoliucijos, yra įrašytos į jo paveldimą programą. Jau seniai žinoma, kad pagrindinė genetinės informacijos dalis yra plonuose siūlų pavidalo kūnuose - chromosomose, esančiose ląstelės viduje. 1950-aisiais buvo nustatyta, kad svarbiausią chromosomų dalį sudaro DNR. Matyt, visų gyvų organizmų genetinė medžiaga yra DNR, išskyrus kai kuriuos virusus, kuriuose yra pirminė RNR. Nėra žinoma atvejų, kai kitos molekulės, išskyrus nukleino rūgštis, buvo genetinė medžiaga.

M. Wilkinso rentgeno spindulių difrakcijos tyrimai, o ypač J. Watson ir F. Crick darbai atskleidė DNR struktūrą. Tai ilga pasikartojančių sekų grandinė: cukrus-fosfatas-cukrus-fosfatas-cukrus-fosfatas... ir taip toliau. Kiekvienas cukrus (dar vadinamas dezoksiriboze) turi plokščią ciklinę azoto turinčio junginio grupę, vadinamą azoto baze. Tai purinai, turintys dvigubą anglies-azoto žiedą, ir pirimidinai, turintys vieną tokį žiedą. Labiausiai paplitę yra purinai – adeninas (A) ir guaninas (G) – ir pirimidinai – timinas (T) ir uracilas (U). Genetinė informacija perduodama kaitaliojant šias keturias bazes tam tikra seka. Vadinasi, visa paveldima informacija parašyta kalba, kurią sudaro tik keturios raidės. Ar ši kalba prasta? Jei pažvelgsite į pasaulis, kupinas įvairovės ir grožio, galite įsitikinti, kad tai netrukdo gyvenimo įvairovei, o suteikia stabilumo. Kad kodą ląstelė lengvai ir greitai „perskaitytų“ be didelių energijos sąnaudų, jis turi būti pagrįstas nedideliu raidžių skaičiumi. Evoliucijos procese susiformavo toks genetinis kodas. Nepaisant savo „kuklumo“, jis nešiojasi daug informacijos.

Visa DNR molekulė yra susukta dvigubos spiralės pavidalu. Dvi spiralės grandinės yra sujungtos vandeniliniais ryšiais, sudarydamos vadinamąsias papildomas (papildomas) puses, kurias galima palyginti su neigiama ir teigiama. Tai leidžia dubliuotis genams suformuoti papildomas neigiamas kopijas, kurių forma yra susijusi su originaliu „pozityvu“ kaip spynos raktas. Šis papildomas „neigiamas“ tarnauja kaip matrica (šablonas) formuojant naujas teigiamas kopijas. Taigi susidaro dvi poros identiškų grandinių ten, kur anksčiau buvo tik viena. Atrodo, kad šis kopijavimo procesas būdingas bet kuriam organizmui.

Įgyvendinant įvairias chemines reakcijas gyvoje medžiagoje, be nukleorūgščių, dar viena didelė grupė molekulės yra baltymai.

Baltymai susideda iš 20 rūšių aminorūgščių, kurios viena su kita yra sujungtos vadinamąja polipeptidine grandine.

Baltymų gebėjimas formuotis sudėtingos struktūros leidžia tiksliai reguliuoti biochemines reakcijas. Jie turi didžiulę funkcinę įvairovę ir didžiulį gebėjimą atpažinti.

Apsvarstykite kai kurias pagrindines genetinio kodo nuostatas. Ar keturi elementai (keturios DNR bazės) gali kontroliuoti 20 aminorūgščių seką baltyme? Tyrimų rezultatai rodo, kad bet kuri aminorūgštis yra įrašyta (užkoduota) trijų bazių deriniu, vadinamuoju tripleksiniu kodu. Taigi, pavyzdžiui, fenilalaniną koduoja UUU trigubas - trijų uracilų seka. Pati DNR, kuri yra kodo šerdis, baltymų sintezėje dalyvauja ne tiesiogiai, o netiesiogiai per dviejų tipų RNR: matricinę arba informacinę (mRNR) ir transportinę (tRNR). Jie gali sudaryti ne tik atsitiktinius aminorūgščių derinius, bet ir užsakytus baltymų polimerus. Galbūt pirmines ribosomas sudarė tik RNR. Tokios baltymų neturinčios ribosomos galėtų sintetinti tvarkingus peptidus, dalyvaujant tRNR molekulėms, kurios jungiasi prie mRNR per bazių poravimą. molekulė-

la RNR atkuria DNR įrašytą genetinį kodą ir perduoda įrašą į ribosomas, esančias citoplazmoje. Tai submikroskopinės tarpląstelinės dalelės, kuriose baltymai „surenkami“ iš aminorūgščių. Genetinis kodas yra vienodas visiems gyviems organizmams.

Daroma prielaida, kad iš pradžių kodas buvo primityvesnis, tačiau evoliucijos procese jis buvo tobulinamas natūralios atrankos būdu, tai yra pagal biologinius dėsnius. Todėl kodo universalumas aiškinamas ne tuo, kad kitas kodas negali egzistuoti dėl cheminių priežasčių, o tuo, kad bet koks jo pakeitimas būtų mirtinas. Yra žinoma, kad genetinė informacija yra užfiksuota atominiu lygmeniu ir bet kokia „klaida“ net keliuose atomuose gali sukelti pražūtingų pasekmių. Elegantiška dviguba DNR molekulės spiralė yra itin plona (10 atomų skersmens), tačiau nuo jos priklauso gyvybė.

Susiformavus sudėtingoms ultramolekulinėms sistemoms (nukleino rūgštims, baltymams, įskaitant fermentus) ir identiško dauginimosi mechanizmui (genetiniam kodui), gyvybės aušra Žemėje nušvinta. Prasidėjus kitam etapui, kurio negalima tiksliai atriboti, susidaro biologinės membranos-organelės, atsakingos už ląstelės formą, struktūrą ir veiklą. biologinės membranos yra sudaryti iš baltymų ir lipidų agregatų, galinčių atskirti organines medžiagas nuo aplinkos ir tarnauti kaip apsauginis molekulinis apvalkalas. Daroma prielaida, kad membranų formavimasis galėtų prasidėti net koacervatų formavimosi procese. Bet perėjimui nuo koacervatų prie tikros gyvos medžiagos prireikė ne tik membranų, bet ir cheminių procesų katalizatorių – fermentų (fermentų). Prebiologinė koacervatų atranka padidino į baltymus panašių polimerų, atsakingų už cheminių reakcijų pagreitį, kaupimąsi. Atrankos rezultatai užfiksuoti nukleorūgščių struktūroje. Sėkmingai (prasmingai) veikiančių nukleotidų sekų sistema DNR buvo patobulinta būtent per atranką. Saviorganizacijos atsiradimas priklausė tiek nuo pradinių kosminių (cheminių) prielaidų, tiek nuo specifinių žemės aplinkos sąlygų. Saviorganizacija atsirado kaip reakcija į tam tikras sąlygas.

Prebiologinė stadija yra cheminė ir gali būti apibūdinta pagal principus Kvantinė mechanika. Jai būdingas skirtingas (daugiakryptis) vystymasis. Tuo pačiu metu buvo „atsirinkta“ daug įvairių nesėkmingų variantų, kol pagrindinės nukleorūgščių ir baltymų struktūros ypatybės gavo puikų natūralios atrankos „įvertinimą“. Galbūt buvo ir kitų variantų, kuriuos įgyvendinus gyvenimas būtų įgijęs kitų bruožų.

Genetinis kodas susiformavo, matyt, ant paskutinis žingsnis fazių izoliuotų organinių sistemų (probiontų) raida. Šios sistemos įgijo galimybę pagerinti savo organizaciją per prebiologinius

pačių sistemų, o ne tik atskirų molekulių, atranka. Tai jau buvo kitas biocheminės evoliucijos lygis, užtikrinęs ir ultramolekulinių sistemų erdvinės bei dinaminės struktūros pastovumą, ir jų informacinių galimybių didėjimą. Tikriausiai tuo pačiu metu buvo pradėta dviejų tipų nukleorūgščių - DNR ir RNR - specializacija. DNR tapo pagrindiniu molekulinės savaiminio dauginimosi „programuotoju ir inspektoriumi“. RNR prisiėmė „informatoriaus“ ir genetinės programos nešėjos vaidmenį. Nemažai mokslininkų mano, kad pirmąsias nukleino rūgščių formas reprezentavo į RNR panašūs polimerai, kurie apjungė gebėjimą kaupti ir perduoti genetinę informaciją bei dalyvauti baltymų sintezėje. Funkcijų pasiskirstymas tarp dviejų rūšių nukleorūgščių atvėrė naujus evoliucijos horizontus. „Probiontų evoliucijos procese, – rašo Oparinas, – buvo išbandyta ir atmesta ne mažiau, o galbūt ir daug daugiau organizavimo galimybių nei, pavyzdžiui, žingsniai tarp ryklio pelekų ir žmogaus rankos.

Suformavus genetinį kodą, evoliucija tampa tema su variacijomis. Kuo toliau, tuo daugiau ir sudėtingesnių variantų. Tačiau evoliucija dar tik pačioje pradžioje. Nuo Žemės susiformavimo praėjo 1-1,2 milijardo metų. Probiontai neabejotinai išsivystė anaerobinėje aplinkoje. Savo augimui jie naudojo paruoštus organinius junginius, susintetintus cheminės evoliucijos metu, tai yra, jie buvo heterotrofiniai. Probionų reikia įvairių cheminiai junginiai- nukleotidai, aminorūgštys ir kt. Jei probiontai atsiduotų vartojimui nieko nepagamindami, organinės medžiagos greitai išeikvotų. Probiontai taip pat turėjo neįgalus(žemas genetinės informacijos laipsnis), kad būtų galima lengvai susidoroti su atsirandančiomis kliūtimis tokiomis sąlygomis, kai jos užtikrino jų egzistavimą sklaidos būdu. Neįmanoma įsivaizduoti, kad gyvybė šioje ankstyvoje stadijoje egzistavo vienos rūšies organizmų pavidalu: ji greitai išeikvotų savo „pirminę sriubą“. Kaip parodė vėlesnė evoliucija, probiontai pasirinko kelią su optimistinėmis perspektyvomis. Pirmajame etape buvo tendencija įgyti daugybę savybių, visų pirma, gebėjimas sintetinti organines medžiagas iš neorganinių junginių naudojant saulės šviesa, tai yra iki autotrofinės mitybos atsiradimo. Prieš pasiekiant labai svarbų rezultatą – organelių atsiradimą, buvo „išbandyta“ daug variantų. Tai apima: už ląstelių metabolizmą atsakingos mitochondrijos; chloroplastai, vykdantys fotosintezę; ribosomos – vieta, kurioje vyksta baltymų sintezės procesas pagal DNR nurodymus; chromatinas ir jo vėlyvasis chromosomos analogas, atsakingi už tikslų paveldimų požymių perdavimą. J. Bernalis logiškai pripažįsta, kad prieš ląstelių išskyrimą organelės perėjo savarankiško gyvenimo etapą.

Vienu metu Haldane'as teigė, kad bakteriofagai ir kiti virusai, matyt, yra ryšys tarp priešgyvybės (probiontų) ir gyvybės. Bet virusas nėra organizmas, jis neturi savo medžiagų apykaitos ir gali daugintis tik patekęs į ląstelę. Tai akivaizdžiai išsigimusios (antriškai supaprastintos) formos, daugeliu atžvilgių panašios į

Primityviausi laisvai gyvenantys organizmai yra vadinamosios mikoplazmos. Jie turi elementų, kurie randami ląstelėse, tačiau labai supaprastinta forma. Tai gali rodyti primityvumą, bet taip pat gali būti dėl antrinės degeneracijos, susijusios su

1977 metais amerikiečių biochemikas C. Vause plačiai paskelbė vieno savo tyrimo, kurį paskelbė pirmosios gyvybės formos atradimu, rezultatus. Jeloustouno parko karštuosiuose (65-70C) šaltiniuose jis aptiko mikroorganizmų, kurie sugeria anglies dvideginį ir vandenilį bei išskiria metaną. Kadangi šiandien žinomos dvi pagrindinės gyvybės formos – augalai ir gyvūnai, metaną gaminantys organizmai buvo paskelbti trečiąja jos forma. Bet iš esmės – ar tai trečioji gyvybės forma, ar pirmoji, kuri vėliau sukėlė kitus.

Dabar visuotinai pripažįstama, kad probiontai turėjo Jeloustouno metaną gaminančių „bakterijų“ bruožų ir gyveno be deguonies, fermentacijos būdu. Vause atradimas yra neginčijamas dėl metaną gaminančių mikroorganizmų vystymosi. Tačiau ar jie yra pirmųjų organizmų atstovai, ar antrinės bakterijų adaptacijos ir degeneracijos rezultatas, nežinoma.

Daugelis ekspertų skeptiškai priėmė K. Vause žinią ne dėl tradicinio nepasitikėjimo pojūčiu, o dėl to, kad daugelis šiuolaikinių anaerobinės bakterijos kurie gyvena įvairių rūšių fermentacijos, fotosintezės ar cheminių procesų metu. K. Grobšteinas, amerikiečių biologas ir biochemikas, cituoja būdingų pavyzdžių bakterijų pritaikymas karštiems (iki 80C) tirpalams nuosekliai „kolonizuojant“ skirtingų kartų atskiroms temperatūros zonoms, svyruojančioms nuo 30 iki 80C.

Išvada.

Akivaizdu, kad tikrasis gyvenimas prasideda nuo ląstelės atsiradimo. Biologinės membranos padeda sujungti atskirus organelius (membraninius organelius ir dalelių organelius) į vieną visumą. Susiformuoja tikrasis gyvybės pagrindas, kuris žymi evoliucijos šuolį. Akivaizdu, kad pirmosios ląstelės yra primityvios, jos neturi branduolio (prokariotai). Bakterijos ir kai kurie kiti mikroorganizmai šiuo metu yra tokie. Jie atsirado maždaug prieš 3,2–3,5 milijardo metų. Tada ląstelės vystymasis prasidėjo nuo branduolio (eukariotų), kuriame yra chromosomos – organelės, kurios kaupia DNR pagalba ir perduoda paveldimus ląstelės požymius.

Pirmosios ląstelės buvo visų gyvų organizmų prototipas: augalai, gyvūnai, bakterijos. Vėliau, evoliucijos procese, veikiant darvinistiškiems natūralios atrankos dėsniams, ląstelės tobulėja, po prokariotų ir eukariotų išsiskiria trečia kategorija – specializuotos aukštesniųjų daugialąsčių, augalų ir gyvūnų ląstelės – metafitai ir metazoa.

Sudėtingi cheminės evoliucijos procesai, kurie virsta biocheminiais ir biologinė evoliucija, gali būti išreikšta paprastos schemos forma: atomai, paprastos molekulės, sudėtingos makromolekulės ir ultramolekulinės sistemos (probiontai), vienaląsčiai organizmai.

Pirmas žingsnis žengtas. Tai buvo sunkiausia. Prebiologinės evoliucijos stadijoje buvo „išbandyta“ daug galimybių toliau plėtoti pradinius anglies junginius. Pradžia gali būti įsivaizduojama kaip sudėtingas įvairių kelių, kurie palaipsniui išsiskiria, susipynimas, o gyvenimas pasirenka vieną kelią. Kiti lieka keliais į niekur.

Naudotos literatūros sąrašas.

1. Goldsmithas D., Owenas T. „Gyvybės paieškos Visatoje“, M., 1983 m.

2. Calvin M. "Cheminė evoliucija", M., Mir, 1971 m

3. Nikolov T. "Ilgas gyvenimo kelias", M., Mir, 1986 m

4. Ponnamperuma S. "Gyvybės kilmė", M., Mir, 1977 m

5. Fox S., Doze K. "Molekulinė evoliucija ir gyvybės atsiradimas", M., Mir, 1975 m.

6. Horowitz N. „Gyvybės paieškos saulės sistemoje“, M., Mir, 1988 m.

7. Šklovskis I. S. „Visata. Gyvenimas. Protas“, M., Nauka, 1987 m

8. Yugay G. A. Bendroji teorija gyvenimas“, M., Mintis, 1985

Pagrindiniai augalų, gyvūnų ir žmonių evoliucijos būdai.

Gyvybės žemėje kilmė.

Gyvybės kilmės problema yra vienas įdomiausių ir kartu mažiausiai tyrinėtų klausimų. Ši paslapčių paslaptis dar neįminta, ir vargu ar kada nors bus galima visiškai užtikrintai pasakyti, kad gyvybė atsirado taip, o ne kitaip. Mūsų sprendimai visada pasižymės nepilnu įrodomumu, didele prielaidų dalimi ir silpnu gautų duomenų patikrinimu. Yra daug spėjimų ir sprendimų apie gyvybės žemėje kilmę. Panagrinėkime pagrindinius.

Kūrimo teorija– gyvybę tam tikru laiku sukūrė Kūrėjas. Pagal kreacionizmą (iš lot. creacio– kūrimas) gyvybės atsiradimas reiškia konkretų įvykį praeityje, kurį galima apskaičiuoti. Taigi, arkivyskupas 1650 m Ašeris iš Airijos paskaičiavo, kad Dievas pasaulį sukūrė 4004 metų spalį prieš Kristų, o spalio 23 dieną 9 valandą ryto ir žmogus. Šiuos skaičius jis gavo išanalizavęs visų Biblijoje minimų asmenų amžių ir šeimos ryšius. Tačiau tuo metu Vidurio Rytuose civilizacija jau buvo susiformavusi, tai įrodo archeologiniai kasinėjimai. Tačiau pasaulio ir žmogaus sukūrimo klausimas nėra uždaras, nes Biblijos tekstus galima interpretuoti įvairiai.

Spontaniškos gyvybės atsiradimo teorija egzistavo Babilone, Egipte ir Kinijoje kaip alternatyva kreacionizmui. Daugelį amžių žmonės tikėjo spontaniška gyvenimo karta, manydami apie tai įprastu būdu gyvų būtybių atsiradimas iš negyvos materijos. Pavyzdžiui, Aristotelis rašė, kad gyvojoje žemėje veisiasi varlės ir vabzdžiai. Anaksimandras tikėjo, kad gyvybė kilo iš jūros dumblo. Helmontas sugalvojo receptą, kaip gauti pelių iš kviečių ir nešvarių skalbinių. Plintant krikščionybei, spontaniškos kartos idėjos buvo paskelbtos erezija, ir ilgą laiką jos nebuvo prisimenamos.

1688 m. Florencijos biologas ir gydytojas Francesco Redi nustatė, kad maži balti kirminai, atsirandantys ant pūvančios mėsos, yra musių lervos. Jis atliko eksperimentą, kuris davė pirmąjį apčiuopiamą smūgį spontaniškos gyvybės kartos teorijai. Redi patalpintas negyvos gyvatėsį stiklinius indelius. Dalis palikta atvira, o dalis padengta muslinu. Netrukus musių lervos atsirasdavo atviruose stiklainiuose, bet ne uždaruose. Jis taip pat suformulavo principą: Omne vivum e vivo (viskas gyvena iš gyvenimo). Biogenezės teorija kelia problemą. „Jei gyvam organizmui atsirasti būtinas kitas gyvas organizmas, tai iš kur atsirado pats pirmasis gyvas organizmas?

Kitas spontaniškos gyvybės atsiradimo teorijos nenuoseklumo įrodymas buvo eksperimentai Louisas Pasteuras(1860 m.) Jis parodė, kad bakterijos gali būti visur ir gali užkrėsti negyva materija. Norint jų atsikratyti, būtina sterilizacija (pasterizacija).

Panspermijos teorija(galimybė perkelti gyvybę visatoje iš vieno kosminio kūno į kitą) nesuteikia jokio pirminio gyvybės atsiradimo mechanizmo ir perkelia problemą į kitą visatos vietą. Švedas A. Arrhenius manė, kad „gyvybės sėklos“ galėjo būti išmestos į Žemę iš kitų planetų. Jie gali keliauti su meteoritais arba ant kosminių dulkių dalelių, tačiau sunku paaiškinti, kaip mikroorganizmai gali išgyventi tokias ilgas keliones neapsaugoti nuo ultravioletinių spindulių. Ir vėl, kaip gyvybė atsirado kitam erdvės kūnas iš ko šie ginčai „emigravo“?

60-ųjų pabaigoje ši teorija vėl išpopuliarėjo. Taip atsitiko dėl to, kad tiriant meteoritus ir kometas buvo aptikta daug „gyvųjų pirmtakų“ – organinių junginių, vandenilio cianido rūgšties, vandens, formaldehido, cianogenų. 1975 m. aminorūgščių pirmtakai buvo rasti mėnulio dirvožemyje ir meteorituose. Panspermijos šalininkai jas laiko „žemėje pasėtomis sėklomis“.

A.I. teorija. Oparina. Sovietų mokslininkas 1924 m A.I. Oparinas paskelbė darbus, kuriuose išdėstė idėjas, kaip Žemėje galėjo atsirasti gyvybė („Nuo skirtingų elementų iki organinių junginių“ ir „Nuo organinės medžiagos iki gyvos būtybės“). Jis tikėjo, kad iš paprastesnių junginių vandenyne gali susidaryti organinės medžiagos (angliavandeniliai). Šioms sintezės reakcijoms energija tikriausiai kilo iš intensyvios saulės radiacija(ultravioletinis), kuris nukrito į Žemę prieš susiformuojant ozono sluoksniui, kuris vėliau pradėjo gaudyti didžiąją jo dalį. Pasak Oparino, (1) vandenyne randamų paprastų junginių įvairovė, (2) Žemės paviršiaus plotas, (3) energijos prieinamumas ir (4) laiko skalė rodo, kad organinės medžiagos palaipsniui kaupiasi susidarė vandenynas ir „pirma sriuba“ - koacervato tirpalas kur galėjo atsirasti gyvybė.

Perėjimo iš negyvo į gyvą momentas yra lemiamas metodologiniu ir filosofiniu požiūriu. Anot Oparino, gyvybė atsiranda daugiamačių struktūrų lygmenyje – koacervuojasi „momentu, kai iškrenta gelis arba susidaro pirminė želė“. Su tam tikromis išlygomis šis pirmą kartą atsiradęs organinių gleivių gabalėlis gali būti laikomas pirminiu organizmu. Tai yra Oparino teorijos esmė.

Panašias mintis 1928 metais išsakė ir anglų biologas J. Haldane(prieš Oparino kūrinių vertimą į Anglų kalba). Jis tikėjo, kad žemės atmosferoje buvo daug anglies dvideginio dar prieš gyvybės atsiradimą. Kaip vienas iš kritiniai veiksniai gyvybės atsiradimui jis laikė ultravioletinę saulės spinduliuotę. Veikiant šios rūšies energijai, pirminėje Žemės atmosferoje susidarė įvairūs organiniai junginiai. Tai gali būti cukrus ir kai kurios aminorūgštys, reikalingos baltymams gaminti. Haldane'o teigimu, pirmosios gyvos būtybės tikriausiai buvo didžiulės molekulės.

1953 metais Stenlis Milleris sukūrė prietaisą, su kuriuo buvo galima miniatiūriškai atkurti primityvioje Žemėje egzistavusias sąlygas, įskaitant jos vandenyną ir pirminę atmosferą. Modelio atmosfera buvo dujinio vandenilio, amoniako ir metano mišinys. Kameroje buvo sumontuoti elektrodai žaibą imituojantiems elektros krūviams priimti - galimas šaltinis energijos cheminėms reakcijoms primityvioje Žemėje. Prireikė tik savaitės, kol eksperimentinėje sąrangoje buvo rasta daug įvairių organinių junginių. Ypač įdomu buvo tai, kad šiame mišinyje buvo rasta kai kurių aminorūgščių pirmtakų. Taigi Millerio eksperimentas įrodė, kad primityvioje Žemėje gali susidaryti organinės medžiagos ir nedalyvaujant gyviems organizmams. Trūkstant deguonies jas sunaikinti, o bakterijoms ir grybams naudoti kaip maistą, šios medžiagos iš tiesų turėjo susikaupti pirmykščiame vandenyne iki sultinio konsistencijos.

Sidnėjus Foksas taip pat atliko įdomių eksperimentų. Jis pakaitino sausą aminorūgščių mišinį ir gavo aminorūgščių grandines, kurios buvo pavadintos proteinoidų(t. y. į baltymus panašios medžiagos). Įvairių tipų polimerai, sumaišyti vandenyje, gali susijungti ir sudaryti didesnes struktūras. Primityvioje Žemėje tokie junginiai galėjo susidaryti balose, likusiose po atoslūgio, kai karštomis saulėtomis dienomis jose išgaruodavo vanduo. Kai kurie proteinoidai gali katalizuoti tam tikras chemines reakcijas. Galbūt būtent šis gebėjimas buvo pagrindinis bruožas, nulėmęs tolesnę jų evoliuciją iki tikrų fermentų atsiradimo.

Oparino teorija sulaukė pripažinimo visame pasaulyje, tačiau lieka neaišku, kaip nuo sudėtingų organinių medžiagų pereiti prie paprastų gyvų organizmų. Iki šiol nėra vienos nuomonės šiuo klausimu. Dauguma nuomonių susiveda į šio proceso pripažinimą atsitiktiniu – t.y. dėl paprasčiausių medžiagų sąveikos staiga susidarė galinti daugintis molekulė. Žinomas amerikiečių genetikas, laureatas Nobelio premija 1937 m Hermanas Meleris. Anot Melerio, gyvybė atsirado genų – elementaraus paveldimumo vieneto – pavidalu, atsitiktinai susijungus atominių grupių ir molekulių, randamų pirmykščio vandenyno vandenyse. Tačiau 1966 metais vokiečių biochemikas Schramm apskaičiavo atsitiktinio 6000 nukleotidų, sudarančių tabako mozaikos viruso RNR, derinio tikimybę ir gavo fantastišką skaičių – 1/10 2000. Tai reiškia, kad tokios molekulės Visatoje gauti praktiškai neįmanoma. Todėl atsitiktinio ryšio hipotezė nepripažįstama. garsus astronomas Fredas Hoyle'as pakomentavo tai taip: „Ši idėja yra tokia pat juokinga ir neįtikėtina, kaip ir teiginys, kad uraganas, užgriuvęs šiukšlyną, gali paskatinti Boeing 747 surinkimą“.