Biologia- nauka o powstaniu i rozwoju życia, jego strukturze, formach organizacji i metodach działania. Współczesna biologia to dynamiczna wiedza, która zmienia się dosłownie na naszych oczach. Lawinowe nagromadzenie nowych danych eksperymentalnych czasami przekracza możliwości ich teoretycznej interpretacji i wyjaśnienia. Gwałtownie rośnie liczba badań interdyscyplinarnych na styku biologii i chemii, biologii i fizyki, biologii i antropologii itp. To z kolei wymaga użycia metod i środków, które wcześniej były biologii zupełnie obce. W kompleksie znajduje się już ponad 50 nauk wiedza biologiczna, wśród nich: botanika i zoologia, genetyka i biologia molekularna, anatomia i morfologia, cytologia i biogeocenologia, biofizyka i biochemia, paleontologia i embriologia, biologia ewolucyjna i ekologia itp. Taką różnorodność dyscyplin naukowych tłumaczy się złożonością przedmiotu badania - materia ożywiona.

Biologia pojawiła się i przez długi czas rozwinęła się jako nauka opisowa, zajmująca się analizą i klasyfikacją ogromnego materiału empirycznego (2.5). Współczesna biologia wciąż stoi przed zadaniem sklasyfikowania różnorodności żywych organizmów. Uważa się, że do tej pory opisano tylko dwie trzecie. istniejące gatunki, a jest to 1,2 miliona zwierząt, 500 tysięcy roślin, setki tysięcy grzybów, około 3 tysięcy bakterii itp. Niemniej jednak w nowoczesna biologia nastąpiły istotne zmiany metodologiczne. W XX wieku. wiedza biologiczna nabrała charakteru wyjaśniającego. Współczesna biologia wykorzystuje podejście genetyczne i systemowo-strukturalne. Pierwsza dotyczy pochodzenia i ewolucji materii żywej, przyczyn, mechanizmów i cech biogenezy. W ramach drugiego badane są różne poziomy organizacji żywych istot, zasady ich funkcjonowania, cechy relacji itp.

funkcja nowoczesna scena Rozwój wiedzy biologicznej polega na jej ścisłym związku nie tylko z innymi naukami kompleksu przyrodoznawczego, ale także z naukami humanistycznymi i przyrodniczymi poznanie społeczne. Wartość składnika wiedzy biologicznej wzrasta wraz z rozwojem tej dyscypliny naukowej. Postępy w biofizyce i biochemii, biologii molekularnej i genetyce pozwalają mówić o przełomie w naszej wiedzy o istocie istot żywych. Jednak zbliżając się coraz bardziej do rozwikłania tajemnicy życia, ludzkość staje przed wieloma problemami światopoglądowymi, których rozwiązanie jest konieczne, w tym dla celów samozachowawczych i przetrwania. W związku z tym niektóre dane współczesnej biologii wymagają filozoficznej refleksji i interpretacji. Jednocześnie okazuje się, że biologia jest ściśle związana z potrzebami praktycznymi, co więcej, powstaje ogromna liczba problemów teoretycznych właśnie dla rozwiązania konkretnych problemów praktycznych: medycznych, środowiskowych, ekonomicznych, politycznych itp. Wszystkie te zmiany wskazują: w środku XX wieku. w biologii nastąpiła rewolucja naukowa porównywalna w skali do rewolucji w fizyce i astronomii.

Współczesna biologia potwierdza jedność żywej materii na wszystkich poziomach, przedstawiając żywy świat jako ogromny system systemów, w którym każdy składnik ma swój własny specyficzne właściwości i łączy się z innymi za pomocą specjalnego rodzaju połączenia. Rozwój wiedzy prowadzi do stopniowej transformacji wyobrażeń o istocie życia, jedności ewolucji kosmicznej i biologicznej, interakcji biologicznej i społecznej w człowieku itp. Nowe dane biologiczne zmieniają dotychczasowy obraz świata tworzony przez fizykę przez długi czas. Odkrycia w biologii determinują dalszy rozwój wszystkich nauk przyrodniczych. Dlatego współczesny naukowy obraz świata jest niemożliwy bez wiedzy biologicznej. Co więcej, biologia staje się podstawą, na której kształtują się nowe zasady światopoglądowe, które decydują o samorozumieniu człowieka w XXI wieku. (7.3).

5.2. Współczesne poglądy na temat pochodzenia życia

Pojawienie się i ewolucja systemów biologicznych jest tematem wyjściowym biologii. Wokół niej koncentrują się wszystkie inne szczegółowe problemy i pytania naukowe, a także budowane są filozoficzne uogólnienia i wnioski.

Zgodnie z dwoma głównymi stanowiskami światopoglądowymi - materialistycznym i idealistycznym - nawet w starożytnej filozofii rozwinęły się przeciwstawne koncepcje pochodzenia życia: kreacjonizm i materialistyczna teoria pochodzenia natury organicznej od nieorganicznej. Zwolennicy kreacjonizm twierdzą, że życie powstało w wyniku boskiego aktu stworzenia, czego dowodem jest obecność w żywych organizmach specjalnej siły, która kontroluje wszystkie procesy biologiczne. Zwolennicy koncepcji początek życia od przyroda nieożywiona twierdzą, że przyroda organiczna powstała w wyniku działania praw przyrody. Później stanowisko to skonkretyzowało się w idei samoistnego powstania życia. Koncepcja samorzutnego generowania, mimo swojej błędności, odegrała pozytywną rolę, eksperymenty mające ją potwierdzić dostarczyły bogatego materiału empirycznego dla rozwijającej się biologii. Ostateczne odrzucenie idei spontanicznego generowania nastąpiło dopiero w XIX wieku.

W 19-stym wieku wysunięto również hipotezę o wiecznym istnieniu życia i jego kosmicznym pochodzeniu na Ziemi. W 1865 roku niemiecki lekarz G. Richter zasugerował, że życie istnieje w kosmosie i jest przenoszone z jednej planety na drugą. W 1907 roku szwedzki naukowiec S. Arrenius wysunął podobną hipotezę, zgodnie z którą zarodki życia wiecznie istnieją we Wszechświecie, poruszają się w przestrzeni kosmicznej pod wpływem promieni świetlnych i osadzając się na powierzchni planety, dają początek do życia. Ta hipoteza nazywa się panspermią. Na początku XX wieku. Pomysł kosmicznego pochodzenia systemów biologicznych na Ziemi i wieczności istnienia życia w kosmosie został opracowany przez rosyjskiego naukowca V.I. Wernadski.

We współczesnej nauce hipoteza o abiogennym (niebiologicznym) pochodzeniu życia pod wpływem przyczyny naturalne w wyniku długiego procesu ewolucji kosmicznej, geologicznej i chemicznej - abiogeneza. Koncepcja abiogeniczna nie wyklucza istnienia życia w kosmosie i jego kosmicznego pochodzenia na Ziemi. Oczywiste jest, że niemożliwe jest odtworzenie procesów, które miały miejsce w momencie powstania życia, więc wszelkie wnioski w tej kwestii i jakakolwiek interpretacja tego tematu opierają się na metodzie modelowania (1.5).

Pierwszy etap powstawania żywych istot jest związany z ewolucją chemiczną. Po powstaniu Ziemia była gorącą kulą. Stopniowe ochładzanie planety przyczyniło się do tego, że ciężkie pierwiastki chemiczne przemieściły się do jej centrum, a lekkie stopniowo gromadziły się na powierzchni. Lekkie pierwiastki – tlen, węgiel, azot i wodór – zaczęły ze sobą oddziaływać, aw toku dalszej ewolucji chemicznej pojawiły się różne związki organiczne. Życie na lądzie jest oparte na węglu, ułatwione przez specjalne właściwości fizyczne ten pierwiastek chemiczny. Tak więc węgiel jest w stanie stworzyć szeroką gamę struktur, liczbę możliwych związki organiczne opartych na węglu wynosi dziesiątki milionów. Związki węgla są aktywne w niskich temperaturach i nawet przy niewielkim przegrupowaniu cząsteczek ich aktywność chemiczna może się znacznie zmienić. Związki węgla z wodorem, azotem, tlenem, siarką, żelazem itp. mają wysokie właściwości katalityczne. Ponadto wiele związków węgla jest dobrze rozpuszczalnych w wodzie. Niemniej jednak naukowcy nie wykluczają możliwości powstania życia na innej podstawie, na przykład krzemu.

W miarę ochładzania się powierzchni ziemi para wodna gęstniała, co w konsekwencji doprowadziło do powstania ogromnych zbiorników. Efektem aktywnej aktywności wulkanicznej w pierwszych etapach ewolucji naszej planety było uwalnianie się na jej powierzchni różnych węglików - związków węgla z metalami. Węgliki zostały wypłukane do pierwotnego oceanu, gdzie wchodziły w interakcje z wodą. W wyniku tych reakcji chemicznych powstały różne związki węglowodorowe.

Drugi etap powstawania żywych istot wiąże się z pojawieniem się substancji białkowych. Obecność w wodach pierwotnego oceanu duża liczba związki węgla doprowadziły do ​​powstania stężonego „bulionu organicznego”, w którym prowadzono dalszy proces syntezy złożonych cząsteczek organicznych – białek i kwasów nukleinowych – z dość prostych związków węgla.

Jednym z warunków syntezy złożonych cząsteczek organicznych – biopolimerów – jest wysokie stężenie materiałów wyjściowych. Przyjmuje się, że niezbędne warunki powstały w wyniku osadzania się prostych cząsteczek organicznych na cząstkach minerałów, np. na glinie, zbiorników pierwotnych. Ponadto cząsteczki organiczne mogły tworzyć cienką warstwę na powierzchni wody, która pod wpływem wiatru i prądów wodnych była strącana na brzeg, tworząc grube warstwy.

Kolejnym warunkiem syntezy biopolimerów jest obecność środowiska beztlenowego, ponieważ tlen, będąc silnym utleniaczem, natychmiast zniszczyłby pierwotne związki organiczne. Amerykański naukowiec G. Urey zasugerował, że pierwotna atmosfera Ziemi jest rzeczywiście beztlenowa i ma charakter regenerujący. Był nasycony gazami obojętnymi - helem, neonem, argonem, zawierał wodór, metan, amoniak i azot. W takim środowisku łatwo powstają związki organiczne. Wtórna atmosfera Ziemi miała już inny skład, co było wynikiem rozwoju życia. Atmosfera wtórna składała się z 20% tlenu i miała charakter utleniający. Takie przekształcenie ziemskiej atmosfery zajęło co najmniej 1 miliard lat. Pomysł G. Ureya miał znaczący wpływ na rozwój idei dotyczących pochodzenia życia.

Możliwość abiogennej syntezy biopolimerów - cząsteczek białek i zasad azotowych - została eksperymentalnie udowodniona w połowie XX wieku. W 1953 roku amerykański naukowiec S. Miller modelował pierwotną atmosferę Ziemi i syntetyzował kwasy tłuszczowe, kwasy octowy i mrówkowy, mocznik i aminokwasy, przepuszczając ładunki elektryczne przez mieszaninę gazów obojętnych. W ten sposób wykazano, w jaki sposób możliwa jest synteza złożonych związków organicznych pod wpływem czynników abiogennych.

Tak więc pod wpływem wysokiej temperatury, promieniowania jonizującego i ultrafioletowego, elektryczności atmosferycznej, z najprostszych związków organicznych powstały białka, tłuszcze, węglowodany i aminokwasy. Zgodnie z hipotezą rosyjskiego naukowca A.I. Oparin, który został opisany w pracy „O pochodzeniu życia” (1924), mieszając w pierwotnym „bulionie”, początkowo rozbieżne związki organiczne są w stanie tworzyć krople koacerwatu. Koacerwaty mają już szereg właściwości, które łączą je z najprostszymi żywymi istotami. Na przykład koacerwaty są w stanie wchłaniać substancje środowisko, współdziałać ze sobą, zwiększać rozmiar itp. Jednak w przeciwieństwie do istot żywych krople koacerwatu nie są zdolne do samoreprodukcji i samoregulacji, dlatego nie można ich przypisać systemom biologicznym. Eksperymenty z koacerwatami wykazały, że szybkość wchłaniania przez nie substancji z otoczenia może być różna i zależy od organizacja chemiczna i przestrzennej struktury każdej kropli. Dlatego dwie odmiany koacerwatów w tym samym roztworze będą zachowywać się inaczej. Eksperymenty te są pośrednim potwierdzeniem faktu, że na tym etapie ewolucji prebiologicznej selekcja koacerwatów mogła równie dobrze zachodzić w zależności od charakteru ich interakcji ze środowiskiem.

Trzeci etap powstawania życia związany jest z kształtowaniem się zdolności związków organicznych do samoreprodukcji. Za początek życia należy uznać pojawienie się stabilnej samoreprodukcji układ organiczny ze stałą sekwencją nukleotydową. Dopiero po pojawieniu się takich systemów można mówić o początku ewolucji biologicznej. Jedną z wersji przejścia od ewolucji prebiologicznej do biologicznej proponuje niemiecki naukowiec M. Eigen. Według jego hipotezy pochodzenie życia tłumaczy się interakcją kwasów nukleinowych i białek. Kwasy nukleinowe są nośnikami informacji genetycznej, a białka służą jako katalizatory reakcji chemicznych. Kwasy nukleinowe rozmnażają się i przekazują informacje białkom. Pojawia się zamknięty łańcuch - hipercykl, w którym procesy reakcji chemicznych są samoprzyspieszane dzięki obecności katalizatorów. W hipercyklach produkt reakcji działa jednocześnie zarówno jako katalizator, jak i początkowy reagent. Podobne reakcje zwany autokatalitycznym.

Inną teorią, która może wyjaśnić przejście od ewolucji prebiologicznej do biologicznej, jest synergetyka (8.2). Odkryte przez synergetykę wzorce pozwalają wyjaśnić mechanizmy powstawania materii organicznej z materii nieorganicznej w aspekcie samoorganizacji poprzez spontaniczne wystąpienie nowych struktur podczas interakcji systemu otwartego z otoczeniem.

5.3. Główne etapy ewolucji świata organicznego

Zajmuje się badaniem głównych etapów ewolucji żywych paleontologia nauka o organizmach kopalnych. Ponieważ ewolucję biologiczną poprzedziła długa ewolucja prebiologiczna, współczesna nauka łączy poszczególne etapy biogenezy z geogenezą. W historii geologicznej Ziemi wyróżnia się różne epoki, w których miały miejsce znaczące przemiany geologiczne, redystrybucja lądów i mórz, zmiana klimatu itp. Ponadto, po pojawieniu się życia, każda epoka charakteryzowała się oryginalnością flora i fauna.

Ery geologiczne:

Katarchean (5 miliardów - 3,5 miliarda lat temu);

Archean (3,5 miliarda - 2,6 miliarda lat temu);

Proterozoik (2,6 miliarda - 570 milionów lat temu);

Paleozoik (570 mln - 230 mln lat temu);

Mezozoik (230 mln - 67 mln lat temu);

Kenozoik (67 milionów lat temu do chwili obecnej).

Wiek Ziemi wynosi około 5 miliardów lat. Życie na naszej planecie powstało w archeony, około 3,5 miliarda lat temu. W tym czasie pojawiają się pierwsze żywe komórki - prokariotyg. Prokarionty są organizmy proste zdolny do szybkiego rozmnażania, łatwo dostosowujący się do zmieniających się warunków środowiskowych. charakterystyczna właściwość prokariota - brak wyraźnego jądra. Organizmy te były beztlenowe, to znaczy mogły żyć bez tlenu (przypomnijmy, że pierwotna atmosfera Ziemi składała się z mieszaniny helu, neonu, argonu, wodoru, metanu i azotu). Organizmy te były heterotrofy, tj. wszystkie substancje niezbędne do życia zostały uzyskane w postaci gotowej ze środowiska. Jednak wyczerpywanie się pierwotnej „zupy ekologicznej” wymagało radykalnej zmiany sposobu odżywiania. Na tym etapie biogenezy te organizmy, które mogą się dostać bardzo energię potrzebną do życia dzięki promieniowaniu słonecznemu. Energia świetlna przyspieszona reakcje chemiczne, podczas którego zostały zsyntetyzowane substancje niezbędne do życia. Proces rozwoju niezbędne substancje poprzez pochłanianie energii słonecznej nazywa się fotosynteza. W ten sposób heterotrofy zostały zastąpione przez autotrofia- organizmy żywe! które istnieją dzięki energii słonecznej i samodzielnie wytwarzają substancje niezbędne do życia. Pierwsze autotrofy b ^1 czy cyjanek, potem zielenice. Fotosynteza odegrała znaczącą rolę w biogenezie i przyczyniła się do ogólnego przyspieszenia ewolucji materii organicznej. Na tym etapie przewagę uzyskały organizmy tlenowe, zdolne do życia tylko w obecności tlenu.

Pojawienie się organizmów autotroficznych poważnie wpłynęło na skład atmosfery ziemskiej. Faktem jest, że w ciągu swojego życia organizmy autotroficzne wydzielają duża liczba tlenu i dzięki temu pierwotna atmosfera Ziemi została stopniowo przekształcona we wtórną, powstała warstwa ozonowa chroniąca żywe organizmy przed śmiercionośnym działaniem promieni ultrafioletowych, zmienił się skład wody w zbiornikach itp. Tak więc biogeneza wywarł znaczący wpływ na ewolucję naszej planety i harmonijnie „zintegrował się” z geogenezą, stając się jej kontynuacją i rozwojem. Uważa się, że obecna zawartość tlenu w atmosferze (21%), b ^1 Osiągnięto to w paleozoiku, 250 milionów lat temu, ale proces ten rozpoczął się już w archaiku.

W Proterozoik(1,8 miliarda lat temu). eukariotyczny tyg- żywe organizmy, których komórki zawierają wyraźne jądro. Eukarioty były bardziej przystosowane do nowych warunków. W przeciwieństwie do prokariotów, eukariotyczny DNA składa się w chromosomy i jest w stanie rozmnażać się bez znaczących zmian. Istnieją dwie główne hipotezy dotyczące pochodzenia eukariontów: autogeniczna i symbiotyczna. Zgodnie z hipotezą autogeniczną, eukarionty powstały przez skomplikowanie komórek o słabej strukturze, podobnych do prokariotów. Zwolennicy hipotezy symbiotycznej uważają, że eukarionty powstały w wyniku symbiozy kilku komórek prokariotycznych, których genomy połączyły się w nową całość.

Kolejnym znaczącym krokiem w ewolucji biologicznej było pojawienie się rozmnażania płciowego 900 milionów lat temu. Mechanizm rozmnażania płciowego polega na fuzji, a następnie dystrybucji materiału genetycznego dwóch organizmów. rozmnażanie płciowe znacząco zwiększa różnorodność gatunkową, co z jednej strony pozwala organizmom żywym na lepsze przystosowanie się do warunków środowiskowych, a z drugiej znacznie przyspiesza proces ewolucyjny.

Pojawienie się pierwszych organizmów wielokomórkowych nastąpiło około 800 milionów lat temu. Organizm wielokomórkowy rozwinął narządy i tkanki, to znaczy jest bardziej zróżnicowany niż organizm jednokomórkowy. Gąbki, stawonogi i koelenteraty były pierwszymi organizmami wielokomórkowymi.

W paleozoik, 500 mln - 440 mln lat temu pojawiły się pierwsze duże (10-11 m) mięsożerne i pierwsze małe (ok. 10 cm) kręgowce. Około 410 milionów lat temu żywe organizmy zaczęły podbijać lądy. Rośliny lądowe uzyskały znaczną przewagę nad roślinami wodnymi, ponieważ procesy fotosyntezy na lądzie przebiegają intensywniej niż w wodzie. Pierwsze rośliny lądowe – psylofity – zajmowały pozycję pośrednią między lądowymi roślinami naczyniowymi a algami. Po roślinach zwierzęta przeniosły się również na ląd. Pierwsze zwierzęta lądowe przypominały współczesne skorpiony, były dwudyszne, czyli przystosowane do oddychania zarówno w wodzie, jak i na lądzie. Następnie ze stworzeń oddychających płucami pojawiły się najpierw płazy, a następnie kręgowce lądowe. Pierwszymi zwierzętami w pełni przystosowanymi do życia na lądzie były pradawne gady, które z wyglądu przypominały współczesne jaszczurki. Owady pojawiły się mniej więcej w tym samym okresie. Około 300 milionów lat temu owady zaczęły latać, a następnie dominowały w powietrzu przez prawie 100 milionów lat.

W mezozoik(230 mln - 67 mln lat temu) następuje dalsza ewolucja świata zwierząt i roślin. Stopniowo w roślinach lądowych tworzy się zwarte ciało, różnicuje się w korzenie, łodygi, liście, poprawiają się tkanki powłokowe, rozwija się system przewodzący, który dostarcza roślinom wodę i składniki odżywcze zmieniające się metody rozmnażania. Zarodniki i nasiona są bardziej odpowiednie do celów hodowlanych na lądzie, więc rośliny, które rozmnażały się w ten sposób, uzyskały przewagę ewolucyjną. Dalsza ewolucja świata roślin wiąże się z udoskonalaniem nasion.

Rozwija się również królestwo zwierząt. Na początku mezozoiku gady całkowicie podbiły ląd, dlatego epokę mezozoiczną często nazywa się erą gadów. Starożytne gady stopniowo opanowują coraz więcej nowych siedlisk i coraz bardziej oddalają się od wody. Stopniowo, w toku ewolucji, pływające, latające i poruszające się po lądzie, powstały gady drapieżne i roślinożerne. 195 mln - 137 mln lat temu, od starożytnych latających gadów, powstały pierwsze ptaki, które łączyły w sobie cechy ptaków i gadów. 230 mln - 195 mln lat temu pojawiły się pierwsze ssaki.

era kenozoiczna(67 mln lat temu – obecnie) – czas dominacji ssaków, ptaków, owadów i roślin kwiatowych. Pod koniec ery mezozoicznej nastąpiło silne ochłodzenie, które doprowadziło do śmierci znacznej liczby gatunków roślin i ogólnego zmniejszenia powierzchni zajmowanej przez roślinność. W tych warunkach uzyskano przewagę ewolucyjną okrytozalążkowe, w którym proces reprodukcji nie tylko nie zależy od obecności środowisko wodne, ale także możliwe w nowych warunkach klimatycznych. Okrytozalążkowe - kwitnące - rośliny i obecnie stanowią dużą część królestwa roślin. Oczywiście w ciągu 67 milionów lat ery kenozoicznej zmiany w królestwie roślin miały miejsce więcej niż jeden raz, ale rośliny kwitnące nadal dominować.

Ochłodzenie pod koniec ery mezozoicznej i śmierć wielu gatunków roślin doprowadziły do ​​wyginięcia najpierw roślinożernych, a potem mięsożernych dinozaurów, które się nimi żywiły. W warunkach ochłodzenia zwierzęta stałocieplne - ssaki i ptaki - uzyskały znaczną przewagę ewolucyjną. Na przestrzeni milionów lat pojawiły się nowe gatunki istot żywych, które rozprzestrzeniły się po powierzchni Ziemi, zajmując środowiska lądowe, powietrzne i wodne. Około 8 milionów lat temu zaczęły się formować współczesne rodziny ssaków. W tym samym okresie różne różne rodzaje naczelnych, a tym samym stworzyły warunki wstępne dla początku antropogenezy. 2-3 miliony lat temu rozpoczęło się kolejne wymieranie lasów. W jednej z grup małp człekokształtnych stopniowo zaczęły rozwijać się nowe ogromne otwarte przestrzenie. Przypuszczalnie od tych małp wywodzą się ludzie (6.3).

Teraz życie na Ziemi jest reprezentowane przez organizmy komórkowe i przedkomórkowe. Żywe organizmy przedkomórkowe to wirusy i fagi. Organizmy komórkowe tradycyjnie podzielone na cztery królestwa: mikroorganizmy, grzyby, rośliny i zwierzęta. Głównymi grupami natury organicznej są rośliny i zwierzęta. Obecnie królestwo roślin jest reprezentowane przez ponad 500 tysięcy gatunków, królestwo zwierząt - ponad 1,2 miliona gatunków.

5.4. Istota i główne cechy systemów żywych

W biologii klasycznej rywalizowały ze sobą dwa przeciwstawne stanowiska, wyjaśniające w zasadzie istotę istot żywych. na różne sposoby, – redukcjonizm i witalizm. Zwolennicy redukcjonizm uważał, że wszystkie procesy życiowej aktywności organizmów można sprowadzić do zestawu pewnych reakcji chemicznych. Termin „redukcjonizm” pochodzi od łacińskiego słowa reductio – odpychać, wracać. Idee redukcjonizmu biologicznego opierały się na ideach wulgarnego mechanistycznego materializmu, który otrzymał najbardziej rozpowszechnione w filozofii XVII-XVIII wieku. Materializm mechanistyczny wyjaśniał wszystkie procesy zachodzące w przyrodzie za pomocą praw Mechanika klasyczna. Adaptacja mechanistycznego stanowiska materialistycznego do wiedzy biologicznej doprowadziła do powstania biologicznego redukcjonizmu. Z punktu widzenia nowoczesnych nauk przyrodniczych wyjaśnienie redukcjonistyczne nie może być uznane za zadowalające, ponieważ pozbawia męskości samą istotę życia. Niemniej jednak w biologii XVIII wieku. rozpowszechniony jest redukcjonizm.

Przeciwieństwem redukcjonizmu jest witalizm, których zwolennicy wyjaśniają specyfikę żywych organizmów obecnością w nich szczególnej witalności. Termin „witalizm” pochodzi od łacińskiego słowa vita – życie. Filozoficzną podstawą witalizmu jest idealizm. Zwolennicy witalizmu wykorzystywali ograniczenia paradygmatu redukcjonistycznego jako argument na rzecz własnej słuszności. Witalizm nie doprecyzował jednak specyfiki i mechanizmów funkcjonowania żywych, sprowadzając wszelkie różnice między tym, co organiczne, a tym, co nieorganiczne, do działania tajemniczej i niepoznawalnej „siły życiowej”. Pomimo tego, że witalizm nie wyjaśniał istoty życia, w biologii klasycznej było wielu zwolenników tego stanowiska.

Współczesna biologia uważa niezależny metabolizm, drażliwość, ruchliwość, wzrost, zdolność do reprodukcji i adaptacji do środowiska za główne właściwości istot żywych. Dzięki połączeniu tych właściwości żywe istoty różnią się od nieożywionych. Systemy biologiczne G- są to integralne układy otwarte, które stale wymieniają materię, energię i informacje z otoczeniem oraz są zdolne do samoorganizacji. Żywe systemy aktywnie reagują na zmiany środowiskowe, dostosowując się do nowych warunków. Systemy biologiczne są zdolne do samoreprodukcji, a co za tym idzie, zachowania i przekazywania informacji genetycznej kolejnym pokoleniom. Indywidualne cechy istot żywych mogą być również nieodłączne w systemach nieorganicznych, ale żaden system nieorganiczny nie ma całego zestawu właściwości wymienionych powyżej.

Istnieją formy przejściowe, które łączą właściwości istot żywych i nieożywionych, takich jak wirusy. Słowo „wirus” pochodzi od łacińskiego słowa wirus – trucizna. Wirusy zostały odkryte w 1892 roku przez rosyjskiego naukowca D. Iwanowskiego. Z jednej strony składają się z białek i kwasów nukleinowych i są zdolne do samoreprodukcji, to znaczy noszą znamiona organizmów żywych, z drugiej strony poza obcym organizmem lub komórką nie wykazują oznak żywy organizm - nie mają własnego metabolizmu, nie reagują na bodźce drażniące, nie są zdolne do wzrostu i rozmnażania. W swojej strukturze wirusy są bardzo podobne do genów, badania współczesnej biologii molekularnej potwierdziły tę okoliczność. W związku z tym dyskutowana jest nawet kwestia ewolucyjnej roli wirusów, które czasami nazywane są „rozwścieczonymi genami” (5.6).

Wszystkie żywe istoty na Ziemi mają to samo skład biochemiczny: 20 aminokwasów, 5 zasad azotowych, glukoza, tłuszcze. Należy zauważyć, że współczesnej chemii organicznej znanych jest ponad 100 aminokwasów. Najwyraźniej tak niewielka liczba związków tworzących wszystkie organizmy żywe jest wynikiem selekcji, która miała miejsce na etapie ewolucji prebiologicznej. Białka, z których składają się organizmy żywe, to wysokocząsteczkowe związki organiczne. W każdym konkretnym białku kolejność aminokwasów jest zawsze taka sama.

Większość białek działa jak enzymy - katalizatory reakcji chemicznych zachodzących w organizmach żywych.

5.5. Poziomy organizacji przyrody

Życie na Ziemi jest integralnym systemem składającym się z różnych poziomów. Istnieją cztery główne poziomy organizacji żywej materii:

Genetyka molekularna;

ontogenetyczny;

Gatunki populacji;

Biogeocenotyczny.

jednostka molekularny poziom genetyczny gen działa jako element strukturalny cząsteczki DNA, niosąc informację dziedziczną przekazywaną z pokolenia na pokolenie, a elementarnym zjawiskiem jest reprodukcja kodów genetycznych zgodnie z zasadą matrix (5.6).

jednostka poziom ontogenetyczny organizacja żywych jest odrębną jednostką, a elementarnym zjawiskiem jest ontogeneza. Osobnik biologiczny może być zarówno organizmem jednokomórkowym, jak i wielokomórkowym, ale w każdym przypadku jest integralnym, samoreprodukującym się systemem. Ontogeneza- proces indywidualnego rozwoju organizmu od urodzenia poprzez kolejne etapy morfologiczne, fizjologiczne i zmiany biochemiczne przed śmiercią proces realizacji informacji dziedzicznej. Termin „ontogeneza” został wprowadzony do nauki przez niemieckiego biologa E. Haeckela, który sformułował prawo powtarzalności w ontogenezie – indywidualny rozwój organizmu – główne etapy filogenezy – rozwój gatunku, do którego należy dany organizm . „Ontogeneza” – pisał E. Haeckel – „jest krótką i szybką rekapitulacją filogenezy, dzięki funkcje fizjologiczne dziedziczność (reprodukcja) i adaptacja (odżywianie). Jednostka organiczna powtarza się szybko i krótki kurs jego indywidualnego rozwoju są najważniejszymi ze zmian w formie, przez które przeszli jego przodkowie w powolnym i długim okresie ich rozwoju paleontologicznego zgodnie z prawami dziedziczności i adaptacji. Ta prawidłowość nazywana jest podstawowym prawem biogenetycznym. Jednolita teoria ontogenezy nie została jeszcze stworzona, ponieważ nie zostały wyjaśnione przyczyny i czynniki determinujące indywidualny rozwój organizmu itp. Teraz możemy tylko powiedzieć, że ontogeneza jest konsekwencją wdrożenia złożonego skoordynowanego program wdrażania dziedzicznych właściwości organizmu.

Jednostka poziom populacyjno-gatunkowy jest populacją, a elementarnym zjawiskiem jest ukierunkowana zmiana w jej składzie genetycznym. populacja to zbiór osobników jednego gatunku, względnie odizolowany od innych grup tego samego gatunku, zajmujących pewnym terytorium, rozmnażający się przez długi czas i posiadający wspólny fundusz genetyczny. Populacja jest uważana za integralny system otwarty, którego wszystkie elementy wchodzą w interakcje ze sobą i ze środowiskiem. Termin „populacja” został wprowadzony przez jednego z twórców genetyki, V. Johansena. Populacje istnieją długo i są zdolne do niezależnego rozwoju ewolucyjnego, są uważane za „atomy” procesu ewolucyjnego. Biologia populacji to nauka o populacjach. Ponadto populacje są przedmiotem rozważań syntetycznej teorii ewolucji, w ramach której podane jest wyjaśnienie mechanizmów ewolucyjnych w przyrodzie żywej (5.7).

Nazywa się całość populacji roślin, zwierząt, grzybów i mikroorganizmów żyjących razem i wchodzących w interakcje ze sobą, zamieszkujących określone terytorium biocenoza. Biocenozy są integralną częścią bardziej złożonego systemu biogeocenoz. Biogeocenoza działa jako jednostka poziom biogeocenotyczny. Elementarnym zjawiskiem tego poziomu są przejścia biogeocenoz z jednego stanu równowagi dynamicznej do drugiego. Biogeocenozy są inaczej nazywane systemami ekologicznymi. Termin „biogeocenoza” został wprowadzony przez rosyjskiego naukowca V.N. Sukaczowa w 1940 r., a termin „system ekologiczny” - przez angielskiego botanika A. Tensleya w 1935 r.

Biogeocenoza- złożony układ dynamiczny, który jest zbiorem biotycznych (populacje różnego rodzaju rośliny, zwierzęta i mikroorganizmy) i elementy abiotyczne (atmosfera, gleba, woda, energia słoneczna) połączone ze sobą poprzez wymianę materii, energii i informacji. Biogeocenoza jest integralnym rozwijającym się systemem, którego interakcje opisują zasady bezpośredniego i sprzężenia zwrotnego. Równowaga systemu ekologicznego jest utrzymywana przez siły wewnętrzne samego systemu. Dlatego mówi się o biogeocenozach jako systemy otwarte zdolne do samoorganizacji w wyniku wymiany energii, materii i informacji ze środowiskiem, tj. z innymi biogeocenozami. Wzorce rozwoju biogeocenoz można opisać w kategoriach synergii (7.2).

Biogeocenoza to stabilny system, który może istnieć przez długi czas. Równowaga w żywym systemie jest dynamiczna, to znaczy jest ciągły ruch wokół pewnego punktu stabilności. do stabilnego funkcjonowania żywego systemu niezbędne jest sprzężenie zwrotne pomiędzy jego podsystemami sterującymi i wykonawczymi. Ten sposób utrzymywania równowagi dynamicznej nazywa się homeostaza. Homeostazę w systemach żywych można rozpatrywać przez analogię z procesami sterowania w cybernetyce (7.1).

Im bardziej zróżnicowany jest system ekologiczny, tym bardziej więcej numerów gatunków składowych, tym jest bardziej żywotna, stabilna w czasie i przestrzeni. W sprzyjających warunkach systemy ekologiczne są w stanie skomplikować swoją organizację strukturalną, zwiększając ich odporność na destrukcyjne wpływy. Ale nawet najbardziej złożone i różnorodne biogeocenozy nie są wieczne. Nagłe drastyczne zmiany warunki zewnętrzne zmniejszyć stabilność systemu ekologicznego i spowodować naruszenie jego wewnętrznej struktury. Utrata choćby jednego elementu biogeocenozy może prowadzić do zmian w innych i spowodować nieodwracalne zachwianie równowagi i załamanie się systemu ekologicznego. Dlatego dla prawidłowego funkcjonowania biogeocenozy konieczne jest zachowanie wszystkich lub zdecydowanej większości jej elementów.

Naruszenie dynamicznej równowagi pomiędzy poszczególnymi elementami biogeocenozy, związane z masowym rozmnażaniem się jednych gatunków i redukcją lub zanikaniem innych, prowadzące do zmiany jakości środowiska, nazywane jest katastrofą ekologiczną. Rozwój systemów ekologicznych, który nie wiąże się z poważną zmianą środowiska, jaką jest sukcesywna zmiana zbiorowisk biologicznych, nazywamy sukcesją.

Podsumowując, należy zauważyć, że każdy poziom organizacji istot żywych charakteryzuje się własnymi właściwościami i wzorami, a ogólnie cała hierarchia przyrody żywej pozwala przedstawić ją jako integralny samoorganizujący się system, który jest w ciągłej oddziaływanie z materią nieorganiczną.

5.6. Genetyka i biologia molekularna

Genetyka- nauka zajmująca się badaniem mechanizmów dziedziczności i zmienności w dzikiej przyrodzie. Słowo „genetyka” pochodzi od greckiego genesis – pochodzenie. Podstawy tej dyscypliny naukowej położył austriacki naukowiec G. Mendel, który odkrył prawa dziedziczności. G. Mendel wykazał, że dziedziczenie cech następuje dyskretnie. Naukowiec skrzyżował gładkie i pomarszczone odmiany grochu, w wyniku czego w pierwszym pokoleniu otrzymał tylko gładkie nasiona, aw drugim - ćwiartkę pomarszczonych nasion. Analizując te dane eksperymentalne, G. Mendel doszedł do wniosku, że do komórki zarodkowej przedostają się informacje pochodzące od obojga rodziców, ale w pierwszym pokoleniu pojawia się tylko jedna, dominująca cecha, a w drugim, cechy dominująca i recesywna rozkładają się w stosunku 3 : 1. Zjawisko to nazwano podziałem cech. Wyniki eksperymentów G. Mendla obaliły tezę, że cechy recesywne żywego organizmu powinny być stopniowo usuwane w ciągu kolejnych pokoleń. Świadczyły o tym jawne prawidłowości: mutacje recesywne nie znikają bez śladu, ale pozostają w zasobach genetycznych populacji i pojawiają się po pokoleniu. Znaczenie odkrycia G. Mendla, dokonanego jeszcze w XIX wieku, doceniono dopiero w wieku XX, który nie bez powodu nazywany jest wiekiem genetyki.

W 1900 r. Prawa dziedziczności zostały ponownie odkryte przez trzech naukowców jednocześnie - X. de Vries (Holandia), K. Korrens (Niemcy) i E. Chermak (Austria). Aby wyjaśnić prawidłowości ujawnione podczas eksperymentów, X. de Vries zaproponował teorię mutacji. Mutacja- jest to nagła zmiana struktur dziedzicznych, spowodowana środkami naturalnymi lub sztucznymi. Termin „mutacja” pochodzi od łacińskiego mutatio – zmiana. Jak wykazały eksperymenty, cecha mutacji nie zanika, ale stopniowo gromadzi się w puli genowej populacji, co jest podstawą zmienności u dzikich zwierząt. H. de Vries zasugerował, że nowe gatunki powstają właśnie w wyniku mutacji. Początkowo holenderski naukowiec sprzeciwiał się mutacjom doboru naturalnego, stwierdzając, że „wartość doboru jest ograniczona, ewolucja przebiega ostrymi skokami, mutacjami”. Jednak później H. de Vries zgodził się, że to dobór naturalny sprzyjał konsolidacji korzystnych mutacji, aw konsekwencji procesowi ewolucji.

Po odkryciu H. de Vriesa przez 20–30 lat nowy materiał empiryczny gromadził się w genetyce jak lawina i pojawiały się hipotezy teoretyczne, które to wyjaśniają. w latach dwudziestych XX wieku A. Weisman, TH Morgan, A. Sturtevant, G. J. Meller opracował chromosomalną teorię dziedziczności, która wyjaśniła strukturę chromosomów, układ genów - nośników informacji dziedzicznej, czyli mechanizmy i przyczyny zmian mutacyjnych. Gj. W szczególności Moeller wykazał, że mutacje mogą być spowodowane promieniowaniem rentgenowskim, ekspozycją na chemikalia, drastyczne zmiany temperatura itp.

w latach czterdziestych XX wieku odkryto nukleinową naturę genu i wyjaśniono rolę kwasów nukleinowych w przechowywaniu i przekazywaniu informacji dziedzicznej. Badania te zostały przeprowadzone przez szkołę amerykańskiego genetyka T. H. Morgana. Na ich podstawie powstała nowa dyscyplina naukowa – biologia molekularna, która łączyła biochemię i genetykę.

W 1944 roku amerykański biochemik O. Avery i jego zespół ustalili, że DNA jest nośnikiem informacji dziedzicznej, aw 1953 roku F. Crick i D. Watson rozszyfrowali jego strukturę. Okazało się, że cząsteczka DNA składa się z dwóch łańcuchów polinukleinowych, z których każdy pełni rolę matrycy do syntezy nowych łańcuchów. Okazało się również, że to właśnie właściwość samopodwajania się cząsteczek DNA jest podstawą mechanizmu dziedziczności.

W następnych dziesięcioleciach naukowcy ustalili zależność syntezy białek od stanu genów, przeprowadzili sztuczną syntezę genów, rozszyfrowali sekwencję aminokwasową wielu białek itp. Do drugiej połowy XX wieku. W genetyce zgromadzono kolosalny materiał empiryczny i teoretyczny. Nauka była bliska rozwiązania jednego z nich największe tajemnice- samoreprodukcja żywych. Wyjaśnienie molekularnych mechanizmów przekazywania informacji genetycznej otworzyło przed nimi zupełnie nowe możliwości praktyczne zastosowanie ta wiedza.

Rozmnażanie wszystkich żywych istot zależy od syntezy białek przy użyciu kwasów nukleinowych. DNA(dezoksyrybonukleinowy) i RNA(rybonukleinowy). Jak już wspomniano, 20 ze 100 aminokwasów znanych współczesnej chemii organicznej bierze udział w tworzeniu białek. Nośnikami informacji genetycznej są cząsteczki DNA, które znajdują się w chromosomach jąder komórkowych. DNA składa się z dwóch sparowanych łańcuchów polinukleotydowych skręconych w helisę. Nukleotydy to jednostki cząsteczki DNA. Nukleotyd jest związkiem zasady azotowej, reszty cukrowej i kwasu fosforowego. Skład cząsteczki DNA może obejmować jeden z czterech rodzajów nukleotydów, których specyficzność określa zasada azotowa: adenina (A), tymina (T), cytozyna (C), guanina (G). Cząsteczkę DNA można przedstawić jako ogromny tekst składający się z sekwencji czterech liter A, T, C, G w różne kombinacje. Podobny model DNA zaproponowali w 1953 r. amerykański biochemik J. Watson i angielski biofizyk F. Crick. A w 1962 roku ci naukowcy i biofizyk M. Wilkins otrzymali Nagrodę Nobla za rozszyfrowanie kod genetyczny.

Łańcuchy DNA są połączone wiązaniami wodorowymi, adenina zawsze wiąże się z tyminą, a cytozyna z guaniną. Takie połączenie strukturalnie odpowiadających sobie zasad azotowych nazywa się zasadą komplementarności. Do zakodowania jednego aminokwasu wymagana jest kombinacja trzech nukleotydów. Sekcja cząsteczki DNA, która służy jako matryca do syntezy jednego białka, nazywana jest genem. Zmiana sekwencji nukleotydów w łańcuchu DNA prowadzi do mutacji.

Mechanizm reprodukcji istot żywych polega na syntezie macierzy białek, która zachodzi w kilku etapach. Najpierw wiązania wodorowe podwójnej cząsteczki DNA są rozrywane i powstają pojedyncze nici, które działają jak matryca. Następnie każda z nitek buduje na swojej powierzchni nową. Nowe łańcuchy są dołączane do starych na zasadzie komplementarności. W rezultacie powstają dwie identyczne cząsteczki DNA.

Cząsteczki RNA odgrywają istotną rolę w procesie syntezy białek. Cząsteczka RNA jest jednoniciową nicią nukleotydów. Cząsteczka RNA zawiera również cztery zasady azotowe: trzy z nich - adenina, cytozyna i guanina - są podobne do zasad azotowych tworzących cząsteczkę DNA, a czwarta - uracyl (U) - jest inna. Z cząsteczki DNA kod genetyczny jest przenoszony do cząsteczki informacyjnego RNA, która jest kopią części DNA, tj. jednego lub więcej przylegających genów. Synteza białek odbywa się w rybosomach w oparciu o kod genetyczny informacyjnego RNA. Aminokwasy niezbędne do syntezy białek dostarczane są do rybosomu za pomocą transferu RNA. Cały proces syntezy białek trwa nie dłużej niż 6 minut. Mechanizm syntezy macierzy białkowej nie polega na prostym kopiowaniu, ale na kopiowaniu z częściowymi zmianami, co umożliwia zarówno dziedziczenie cech, jak i dyskretne odchylenia od stanu początkowego.

Jeden z najważniejszych i najciekawsze zadania okładzina nowoczesna nauka, jest dekodowaniem ludzkiego genomu Genom to zestaw genów skupionych w pojedynczym zestawie chromosomów dany organizm. W 1988 roku, aby rozwiązać ten problem, z inicjatywy J. Watsona powstała międzynarodowa organizacja „Human Genome”. Według różnych szacunków ludzki genom zawiera od 50 000 do 100 000 genów. Sukces już na pierwszym etapie dekodowania (ustalenie sekwencji par nukleotydów) doprowadzi do zrozumienia przyczyn i mechanizmów różnych chorób dziedzicznych, zakaźnych itp. i pozwoli na opracowanie skuteczne metody ich leczenie.

Otwierają się nowe możliwości Inżynieria genetyczna. Inżynieria genetyczna, czyli technologia rekombinacji DNA, opracowana w latach 70. w oparciu o syntezę metod biologii molekularnej i genetyki. Inżynieria genetyczna jest działem biologii molekularnej, który bada możliwości ukierunkowanego konstruowania nowych struktur biologicznych o z góry określonych właściwościach poprzez bezpośrednią ingerencję w aparat genetyczny i łączenie naturalnego lub sztucznie wytworzonego materiału genetycznego.

W Ostatnio V Inżynieria genetyczna badany jest cały kompleks zagadnień związanych ze zmiennością genomu. Okazało się, że w chromosomach i cytoplazmie komórki jest cała linia związki biochemiczne, które są w stanie chaotycznym i są zdolne do interakcji ze strukturami kwasu nukleinowego innego organizmu. Te związki biochemiczne nazwano plazmidami. Plazmidy mogą zostać włączone do komórki biorcy i aktywowane pod działaniem pewnych czynniki zewnętrzne. Przejście ze stanu utajonego do stanu aktywnego oznacza połączenie materiału genetycznego dawcy z materiałem genetycznym biorcy. Jeśli powstały konstrukt jest funkcjonalny, rozpoczyna się synteza białek. Oczywiste jest, że używając ten mechanizm, możesz zmienić DNA, programując je tak, aby syntetyzowało określone białka. W oparciu o tę technologię w 1978 roku zsyntetyzowano insulinę, białko pomagające w walce z cukrzycą.

Migrujące elementy genetyczne wykazują znaczne podobieństwa z wirusami. Odkrycie zjawiska transdukcji genów, czyli przenoszenia informacji genetycznej do komórek roślinnych i zwierzęcych za pomocą wirusów zawierających część genów pierwotnej komórki gospodarza, sugeruje, że wirusy i podobne formacje biochemiczne zajmują specjalne miejsce w ewolucji. Niektórzy naukowcy są zdania, że ​​migrujące związki biochemiczne mogą powodować jeszcze poważniejsze zmiany w genomach komórek niż mutacje. Jeśli to założenie okaże się słuszne, to obecne wyobrażenia o mechanizmach ewolucji będą musiały zostać gruntownie zrewidowane. Obecnie wysuwa się hipotezy o znaczącej roli wirusów w mieszaniu informacji genetycznej różnych populacji, pojawianiu się skoków w procesie ewolucyjnym, jednym słowem mówimy o najważniejszej roli wirusów w procesie ewolucyjnym.

Niewątpliwie inżynieria genetyczna jest kluczem do rozwiązania wielu problemów naukowych, medycznych, a nawet przemysłowych, przed którymi stoi ludzkość, w szczególności tworzenia organizmów o określonych właściwościach, leczenia choroby dziedziczne poprzez „przeszczepianie” poszczególnych genów (terapia genowa), tworzenie szczepionek bezpiecznych i wysoce skutecznych leki, wyjaśniając immunogenezę i kancerogenezę, co pozwoli ludzkości walczyć z chorobami wciąż uważanymi za nieuleczalne ( choroby onkologiczne, AIDS itp.). Ponadto nowe dane z zakresu biologii molekularnej i możliwości inżynierii genetycznej znacznie wydłużą oczekiwaną długość życia człowieka.

Jednocześnie rozwój inżynierii genetycznej wiąże się z niebezpieczeństwem, którego kontury i zasięg wciąż trudno oszacować. Po pierwsze, można go stworzyć zmodyfikowane organizmy o niepożądanych lub nieoczekiwanych właściwościach. Po drugie, wprowadzenie technologii genowych doprowadziło już do powstania licznych rekombinowanych mikroorganizmów, których rozprzestrzenianie się sprowokowało pojawienie się nowych chorób. Po trzecie, nadal nieznane są również skutki prowadzonej od kilku lat terapii genowej (bezpośredniej interwencji w genotyp człowieka). Naukowcy będą mogli z całą pewnością mówić o tym, jak wprowadzony do komórki gen będzie się zachowywał za 10–20 lat. Po czwarte, istnieje prawdziwe niebezpieczeństwo wykorzystanie produktów inżynierii genetycznej do celów wojskowych. Dlatego wszelkie badania teoretyczne, a zwłaszcza praktyczne eksperymenty w tej dziedzinie wymagają ostrożności, poważnego przygotowania i ścisłej regulacji. Niemniej jednak Federacja Europejskich Towarzystw Mikrobiologicznych stwierdziła w memorandum z 1996 r.: „Jeżeli technologie genowe będą stosowane rozważnie, ich korzyści znacznie przewyższą ryzyko negatywnych konsekwencji; technologie konstruowania rekombinowanego DNA wniosą znaczący wkład w zdrowie publiczne, w zrównoważony rozwój Rolnictwo, w produkcję żywności, w oczyszczanie środowiska”.

O praktycznych możliwościach współczesnej biologii świadczą także eksperymenty z klonowaniem, których wyniki opublikowano w ostatnie lata. Określenie „klon” pochodzi od greckiego klon – gałąź, pęd. Klonowanie- jest to dokładna (na poziomie genetycznym) reprodukcja żywego obiektu p-om Liczba kopii. Podczas klonowania geny dawcy są zachowywane i przekazywane w całości urodzonemu potomstwu. W tym przypadku geny rodziców dawcy i klonowanych dzieci są nie tylko podobne, jak w przypadku rozmnażania płciowego, ale całkowicie identyczne.

Przypadki naturalnego klonowania znane są od dawna. To na przykład narodziny bliźniaków jednojajowych, które niosą te same zestawy genów. Sztuczne klonowanie roślin przez sadzonki, pąki lub bulwy jest nie tylko znane, ale stosowane od ponad 4000 lat. Możliwość sztucznego klonowania zwierząt pojawiła się dopiero w XX wieku. W latach pięćdziesiątych Naukowcy amerykańscy rozpoczęli eksperymenty z klonowaniem zarodków płazów metodą przeszczepiania jąder komórek embrionalnych do pozbawionych jąder (wyłuszczonych) jaj. W latach siedemdziesiątych rozpoczęto eksperymenty z klonowaniem myszy, które jednak nie były zbyt udane - zarodki sklonowanych zwierząt umierały we wczesnych stadiach.

Pierwsze informacje o udanym klonowaniu zwierząt pojawiły się w latach 80. XX wieku. Były to eksperymenty na królikach, świniach, krowach i owcach. W latach 1993–1995 angielski naukowiec J. Wilmut i jego grupa, która pracowała w Edynburskim Instytucie Biologicznym, uzyskali przez klonowanie pięć jagniąt (samic). Dwa sklonowane osobniki zmarły wkrótce po urodzeniu, trzeci w wieku 10 dni, a dwa pozostałe osiągnęły wiek 8-9 miesięcy. Eksperymenty te nie wywołały jednak takiej sensacji, jak pojawienie się owcy Dolly wiosną 1997 roku. Mechanizm klonowania Dolly był następujący. Jaja wyizolowano z owiec rasy szkockiej rasy czarnogłowej i umieszczono w sztucznej pożywce. Następnie ich własne jądra zostały usunięte z komórek i „wypełnione” materiałem genetycznym sklonowanego dawcy. W tym celu wykorzystano komórki gruczołu sutkowego sześcioletniej ciężarnej owcy fińskiej rasy Dorset. Zarodki następnie hodowano w podwiązanym jajowodzie owcy biorcy. Fenotypowo Dolly okazała się całkowicie podobna do fińskiej owcy Dorset, która działała jako dawca i bardzo różniła się od owcy biorcy rasy Scottish Black-faced.

Po tym sukcesie niektórzy naukowcy zaczęli mówić o tym, że technologię, która doprowadziła do pojawienia się owcy Dolly, można potencjalnie zastosować u ludzi. Informacja ta wywołała gorącą dyskusję, która ujawniła, że ​​w związku z możliwością klonowania człowieka nasuwa się wiele kwestii etycznych i prawnych. Faktem jest, że z 277 eksperymentów przeprowadzonych na embrionach owczych tylko jeden zakończył się sukcesem, co oznacza, że ​​klonowanie osoby przy użyciu tej technologii nie zabezpiecza przed pojawieniem się dziwaków, a prawdopodobieństwo ich skonstruowania wynosi co najmniej 276:1. sam fakt może służyć jako podstawa moratorium na eksperymenty z klonowaniem ludzi, ponieważ możliwe negatywne konsekwencje takich eksperymentów znacznie przewyższają pozytywne.

Teoretycznie mogło dojść do klonowania ludzi pozytywne strony: rozwiązanie problemu niepłodności, utworzenie banku zapasowych komórek i tkanek itp. Są one jednak minimalne na tle ogromnego ryzyka negatywnych skutków, które mogą spowodować ogromne szkody dla zdrowia, samopoczucia i bezpieczeństwa ludzi. Klonowanie ludzi otwiera oczywiście ogromne możliwości, które trudno sobie nawet w pełni wyobrazić, ale rodzi też nowe pytania, na które poszukiwanie odpowiedzi wymaga refleksji filozoficznej, aw niektórych przypadkach nawet woli politycznej. Intuicyjne rozwiązania w zakresie klonowania ludzi okazują się niewystarczające, gdyż od treści odpowiedzi bezpośrednio zależy ewolucyjna przyszłość ludzkości.

W tej sytuacji większość naukowców i polityków mówi o konieczności wprowadzenia zakazu eksperymentów z klonowaniem ludzi. Tak więc w październiku 1997 roku, niemal natychmiast po opublikowaniu wyników klonowania owcy Dolly, amerykańska Federacja Towarzystw Naukowych Biologów Eksperymentalnych ogłosiła pięcioletnie moratorium na eksperymenty z klonowaniem ludzi. Klonowanie ludzi jest prawnie zabronione w Wielkiej Brytanii, Stanach Zjednoczonych i Rosji. Jednak w kwietniu 2002 roku światowe agencje informacyjne poinformowały, że pierwsze sklonowane istoty ludzkie mogły urodzić dwie kobiety w były ZSRR i jeden obywatel nienazwanego kraju islamskiego, który jest w ciąży od sześciu do dziewięciu tygodni z klonami.

Informacje te uzyskano od włoskiego specjalisty ds sztuczne zapłodnienie S. Antinori. Fakt ten, nawet jeśli nie jest potwierdzony, wskazuje, że walka pomiędzy zwolennikami i przeciwnikami klonowania ludzi trwa.

5.7. Syntetyczna teoria ewolucji

Trudności napotykane przez klasyczną teorię ewolucji, w szczególności w wyjaśnianiu zjawiska dziedziczności, zostały przezwyciężone poprzez syntezę teorii ewolucji Karola Darwina i genetyki G. Mendla. W rezultacie w latach 30 powstał syntetyczna teoria ewolucji, która stała się nie tylko rdzeniem genetyki populacji, ale także pozwoliła się uformować pojedynczy system całej współczesnej wiedzy biologicznej. Stworzenie syntetycznej teorii ewolucji wiąże się z nazwiskami S. Chetverikov, R. Fisher, S. Wright, J. Haldane, N. Dubinin.

W przeciwieństwie do klasycznej koncepcji ewolucyjnej Karola Darwina, który uważa gatunek za jednostkę ewolucji, syntetyczna teoria ewolucji głosi, że elementarną strukturą ewolucyjną jest populacja (5.5). To populacja ma właściwości samoorganizującego się systemu integralnego, które są niezbędne do zmian dziedzicznych. Stabilna zmiana genotypu populacji jest uważana za elementarne zjawisko procesu ewolucyjnego. „Jednostką” dziedziczności jest gen – odcinek cząsteczki DNA odpowiedzialny za rozwój pewnych cech organizmu. Głównym mechanizmem procesu ewolucyjnego jest selekcja organizmów z mutacjami korzystnymi dla adaptacji do środowiska.

Zmiany dziedziczne zachodzą pod wpływem wielu czynników ewolucyjnych, wśród których głównymi są:

Proces mutacji - zmiany mutacyjne, które dostarczają materiału do ewolucji;

Fale populacji - fluktuacje populacji wokół pewnego średniego poziomu;

Izolacja - izolacja populacji w celu utrwalenia nowej cechy;

Selekcja naturalna jest wiodącym czynnikiem ewolucji - przetrwaniem najlepiej przystosowanych osobników i narodzinami zdrowego potomstwa.

Pomniejsze czynniki ewolucyjne to częstość zmian pokoleniowych w populacjach, tempo procesów mutacyjnych i ich charakter itp. Wszystkie czynniki ewolucyjne działają zarówno w połączeniu, jak i indywidualnie, powodując zmianę składu genetycznego populacji.

Mutacje- są to zmiany dziedzicznych właściwości organizmów w obrębie populacji, powstające w sposób naturalny lub sztuczny i stanowiące główny materiał do ewolucji. czynniki powodując mutacje nazywane są mutagenami. Mutageny są reżim temperaturowy, działanie substancji toksycznych, promieniowanie, nawyki żywieniowe itp. Współczesna biologia molekularna zalicza wirusy do najgroźniejszych mutagenów (5.6). Mutacje pojawiają się losowo, większość z nich jest albo neutralna, albo szkodliwa. Szkodliwe mutacje często powodują śmierć organizmu i to z reguły na dość wczesnych etapach ontogenezy. Szkodliwe mutacje, które nie doprowadziły do śmiertelny wynik, są eliminowane podczas naturalna selekcja. Korzystne mutacje są niezwykle rzadkie, ale to one dają organizmowi przewagę ewolucyjną. Pojawienie się korzystnej mutacji pozwala organizmowi żywemu na lepsze przystosowanie się do środowiska, skuteczniejszą walkę o byt oraz pozostawienie żywotnego i licznego potomstwa. Dlatego przypadkowe korzystne zmiany stopniowo gromadzą się w populacji, utrwalają się w kilku pokoleniach i przyczyniają się do ewolucji gatunku.

fale liczb, które czasami nazywane są „falami życia”, określają wahania wielkości populacji wokół pewnej średniej wartości. Nowoczesne badania wykazały, że populacje średniej wielkości są najbardziej sprzyjające powstawaniu nowych właściwości i pojawianiu się nowych gatunków. W populacjach, które są zbyt duże, pojawienie się zmian dziedzicznych jest trudniejsze. W zbyt małych populacjach pojawienie się nowych cech zależy od przypadkowych procesów, które mogą diametralnie zmienić liczbę już rzadkich korzystnych mutacji.

Izolacja- Kolejny czynnik procesu ewolucyjnego, niezbędny do tego, aby populacja nie mogła krzyżować się z innymi grupami organizmów i wymieniać z nimi informacji genetycznej. Izolacja populacji umożliwia utrwalenie zróżnicowania jej puli genowej. Na potrzebę izolacji dla powstania nowych typów organizmów zwrócił uwagę Karol Darwin w klasycznej teorii ewolucji (2.5), ale nie potrafił wyjaśnić tego zjawiska.

Konsekwencją jest celowość w dzikiej przyrodzie naturalna selekcja, kto mówi siła napędowa i wiodący czynnik ewolucji. Dobór naturalny jest konsekwencją interakcji populacji ze środowiskiem. Selekcja działa na wszystkich etapach rozwoju żywego organizmu, podlegają jej wszystkie właściwości bez wyjątku. W klasycznej teorii ewolucji dobór naturalny definiowano jako proces przetrwania najlepiej przystosowanych organizmów. Współczesna biologia ewolucyjna skupia się na drugiej stronie tego zjawiska. Dobór naturalny jest obecnie rozumiany jako eliminowanie z reprodukcji tych osobników, które są mniej przystosowane do warunków środowiskowych. W związku z tym angielski biolog J. Huxley zaproponował termin „zniszczenie nieprzystosowanych”, który z jego punktu widzenia dokładniej charakteryzuje mechanizm doboru naturalnego.

Wymienione powyżej czynniki ewolucji działają zarówno na poziomie mikro-, jak i makro-ewolucyjnym. Różnica między pojęciami mikro- i makroewolucji jest kolejnym osiągnięciem naukowym, które stało się możliwe dzięki syntetycznej teorii ewolucji. Same terminy zostały wprowadzone do użytku naukowego w 1927 roku przez rosyjskiego genetyka Yu.A. Filipczenko. mikroewolucja to zespół zmian ewolucyjnych zachodzących w obrębie populacji w stosunkowo krótkim czasie, prowadzących do pojawienia się nowych gatunków organizmów żywych. makroewolucja- cały zestaw przemian ewolucyjnych długi okres czasu, prowadząc do powstania nowych ponadgatunkowych form organizacji życia.

5.8. Ekologia i doktryna biosfery

Całość wszystkich biogeocenoz na powierzchni Ziemi, połączone przez wymianę materia, energia i informacja nazywa się biosferą. Biosfera- jest to integralny system samoorganizujący się, składający się z różnych komponentów (systemów ekologicznych, biocenoz, populacji, organizmów itp.), które z kolei można uznać za niezależne systemy samoorganizujące się. Biosfera obejmuje część atmosfery, hydrosferę, Górna część litosfera. Górna granica biosfery znajduje się około 30 km nad powierzchnią Ziemi, dolna - do 10 mw skorupie ziemskiej. W tym samym czasie na głębokości do 11 km znaleziono niektóre żywe organizmy. Ograniczone są również zakresy temperatur, w których może istnieć życie: od -2520 do +180°C. Istoty żyjące na powierzchni Ziemi są chronione przed promieniowaniem ultrafioletowym przez warstwę ozonową. Biosfera jest uważana za jeden system, w którym masa żywej materii, pomimo wszystkich zmian i przejść z jednego stanu do drugiego, pozostaje na tym samym poziomie. Strukturę, skład i energię biosfery determinuje przeszła i obecna działalność wszystkich żywych organizmów, w tym człowieka. Współczesne rozumienie biosfery podkreśla współzależność i wzajemny wpływ przyrody ożywionej i nieożywionej; Biosfera to żywe organizmy i ich środowisko. Jakościowe przemiany biosfery zdarzały się już niejeden raz w toku ewolucji geologicznej i biologicznej, której towarzyszyło zanikanie niektórych gatunków biologicznych i pojawianie się innych.

Termin „biosfera” został po raz pierwszy użyty w 1875 r. przez austriackiego naukowca E. Suessa, który rozumiał biosferę jako „zbiór organizmów ograniczonych w czasie i przestrzeni i żyjących na powierzchni Ziemi”. Tak więc początkowo pojęcie „biosfery” oznaczało całość tylko żywych organizmów. Związek między przyrodą ożywioną i nieożywioną interpretowano jednostronnie: zauważono zależność organizmów żywych od czynników chemicznych, fizycznych, geologicznych itp., ale efekt odwrotny pozostawał poza zasięgiem wzroku naukowców. Rosyjski naukowiec i filozof V.I. Wernadski.

Centralna idea V.I. Vernadsky był ideą żywej materii - całości wszystkich żywych organizmów na planecie. W procesie życia organizmy otrzymują ze środowiska niezbędne substancje chemiczne, a po śmierci zwracają je z powrotem, więc żywe i nieożywione są w ciągłej interakcji. W I. — podkreśla Wernadski aktywny wpływżywych organizmów w obojętną materię. W jego opinii, żywa materia stanowi znikomą część biosfery pod względem objętości i wagi, ale jest jej elementem definiującym. Żywe organizmy to siła geochemiczna, która odgrywa wiodącą rolę w kształtowaniu wyglądu naszej planety.

Podczas ewolucja geologiczna wpływ materii żywej na materię obojętną tylko wzrasta, co wyraża się, jak V.I. Vernadsky'ego, „w ciągłym biogenicznym przepływie atomów z żywej materii do obojętnej materii biosfery iz powrotem”. Rosyjski naukowiec podkreślał integralność i harmonię biosfery: „W mechanizmie biosfery można mówić o całym życiu, o całej żywej materii jako jednej całości^ wszystko jest brane pod uwagę i wszystko dostosowuje się z taką samą dokładnością, z tę samą mechaniczność i z takim samym podporządkowaniem się mierze i harmonii, które widzimy w harmonijnych ruchach ciał niebieskich i zaczynamy dostrzegać w układach atomów materii i atomów energii.

Ludzkość wraz z roślinami i zwierzętami jest częścią żywej materii. Jednak w przeciwieństwie do innych elementów biosfery, ludzkość wywiera intensywny wpływ nie tylko na materię nieożywioną, ale także na samą materię ożywioną, tworząc nowe gatunki roślin i zwierząt. Wraz z pojawieniem się żywej istoty obdarzonej rozumem, V.I. Vernadsky'ego, planeta wkracza w jakościowo nowy etap w swojej historii. Etap rozwoju biosfery związany z pojawieniem się człowieka to tzw Noosfera. Słowo „noosfera” pochodzi od greckiego noos – umysł. Pojęcie noosfery zostało wprowadzone przez francuskiego naukowca E. Leroya w 1927 roku. Noosfera to sfera umysłu, sfera interakcji między człowiekiem a naturą, w której racjonalna aktywność jest głównym czynnikiem ewolucji.

Nauki V.I. Vernadsky'ego na temat noosfery, która powstała w latach trzydziestych XX wieku, nie rozwinęła się w kompletną teorię, co więcej, rosyjski naukowiec wykorzystał nawet różne znaczenia. W jego rozumieniu Noosfera to: nowe zjawisko geologiczne, którego istotą jest zdolność człowieka do przekształcania Ziemi swoją pracą i myślą;

Pole manifestacji myśli naukowej: „proces ewolucyjny nabiera szczególnego znaczenia geologicznego, ponieważ stworzył nową siłę geologiczną - myśl naukową ludzkości społecznej”;

Główny czynnik przemian i dalszej ewolucji biosfery: „człowiek swoją działalnością tworzy nową przyrodę żywą”.

Najnowsza definicja nabyła nowe znaczenie a szczególne znaczenie dziesiątki lat później - po pojawieniu się biologii molekularnej, rozwoju inżynierii genetycznej, eksperymentach z klonowaniem itp.

Koncepcję Noosfery opracował także rosyjski naukowiec A.L. Czyżewski. Jego zdaniem Noosfera jest nie tylko zjawiskiem ziemskim, ale i kosmicznym, a człowiek jako cząsteczka Noosfery jest istotą kosmiczną. Noosfera jest jednością istot żywych, inteligentnych i kosmicznych. Aby udowodnić ten pomysł, A.L. Czyżewski wykorzystał dane z własnych obserwacji. Podsumowując ogromną ilość materiału faktograficznego, zwrócił uwagę na pewną synchroniczność między aktywnością słoneczną – powstawaniem plam słonecznych – a walkami na frontach I wojny światowej. GLIN. Chizhevsky przedstawił ideę kosmicznych rytmów, od których zależą nie tylko procesy biologiczne, ale także społeczne na Ziemi. Według obliczeń rosyjskiego naukowca do 5% wszystkich znaczących działań społecznych ma miejsce w okresie minimalnej aktywności słonecznej, a do 60% w okresie maksymalnym. Kilkadziesiąt lat później idee A.L. Chiżewskiego są nadal aktualne, ponadto służą jako podstawa teoretycznych i praktycznych badań w biologii i medycynie.

Koncepcja noosfery została rozwinięta w pracach francuskiego naukowca i filozofa P. Teilharda de Chardina. Jego zdaniem Noosfera jest jednym z etapów ewolucji świata, na którym objawia się „świadomość celowa”. „Celowa świadomość” to umysł i wola osoby, której działanie pozwala stopniowo łagodzić sprzeczności między człowiekiem a naturą i kontrolować kierunek przyszłej ewolucji planety. Jak pisze Teilhard de Chardin, pojawienie się inteligencji oznacza „transformację wpływającą na stan całej planety”.

W kontekście współczesnej myśli filozoficznej koncepcje noosfery są spekulatywne. Niektóre zapisy teorii noosferycznych są wręcz utopijne, ponieważ sprowadzają człowieka tylko do jednego, choć istotnego, trybu - rozsądnego.

Rozwój koncepcji biosfery doprowadził do powstania nowa nauka ekologia. Słowo „ekologia” pochodzi od greckich słów oikos – zamieszkiwanie, zamieszkiwanie i logos – nauczanie. Dosłowne znaczenie terminu „ekologia” to doktryna mieszkania, doktryna domu. Ekologia to nauka zajmująca się badaniem interakcji organizmów żywych między sobą i ze środowiskiem, czyli całością powiązań i interakcji w biosferze oraz sposobami zachowania równowagi w tym systemie. Termin „ekologia” wprowadził w 1866 roku niemiecki biolog E. Haeckel.

Ekologia jako dyscyplina naukowa pojawiła się na początku XX wieku. – w 1913 r. w Szwajcarii odbyła się pierwsza międzynarodowa konferencja poświęcona zagadnieniom ochrony środowiska. Zagrożenie dla środowiska zostało jednak poważnie rozważone dopiero w latach 70. XX wieku. Członkowie Klubu Rzymskiego, którzy w 1968 roku zebrali się, aby dyskutować o globalnych problemach ludzkości, jako pierwsi poruszyli problem ochrony środowiska. W 1972 roku odbyła się pierwsza konferencja ONZ poświęcona problemom środowiska, na której uznano fakt światowego kryzysu ekologicznego. Potem nie tylko specjaliści, ale i opinia publiczna zaczęła mówić o zagrożeniu środowiskowym, co z kolei doprowadziło do zmiany statusu nauki o środowisku i jej szybkiego rozwoju. Z dyscypliny zależnej w ramach biologii ekologia przekształciła się w zespół studiów interdyscyplinarnych z wyraźnym komponentem ideologicznym. Ekologia przekroczyła granice nie tylko biologii, ale i nauk przyrodniczych w ogóle. W ramach nauki o środowisku istnieje wiele działów, które można uznać za całkowicie niezależne obszary badań: ekologia globalna, społeczna, medyczna, historyczna, etyczna, przemysłowa itp. Idee i zasady tej nauki mają charakter ideologiczny, więc ekologia jest kojarzona nie tylko z naukami humanistycznymi i kulturowymi, ale także z filozofią. Tak poważne zmiany pozwalają stwierdzić, że mimo stuletniej historii ekologia jest wciąż bardzo młodą nauką. Głównym tematem ekologii są metody rozwiązywania problemów środowiskowych i wynikających z nich problemów demograficznych i biomedycznych.

W trakcie ewolucji człowieka od początkowej konsumpcji zasoby naturalne przeszedł na aktywną interwencję w dziką przyrodę i jej transformację. Stworzył sztuczne siedlisko: obiekty kultury materialnej i duchowej, sztuczne systemy ekologiczne, sprzęt itp. W tej chwili ludzkość zniszczyła już około 70% naturalnych systemów ekologicznych. Oczywiste jest, że tak energiczna działalność znacząco wpływa na charakter procesów zachodzących w biosferze: rozrost sztucznego środowiska prowadzi do zniszczenia naturalnego. Żywa natura nie pozostaje bierny. Odpowiedź jest czasami trudna do przewidzenia.

Oczywiste jest, że człowiek nie może porzucić swojej działalności, która jest podstawą jego istnienia, czyli nieuchronnie będzie nadal wpływał na procesy zachodzące w biosferze. Dlatego ekolodzy mówią o potrzebie harmonizacji relacji między bio-, noo- i technosferą. Oddziaływanie na przyrodę nie może jednak pozostać spontaniczne i niekontrolowane, w przeciwnym razie ludzkość zginie gatunek. Uwalniając się od natury, człowiek paradoksalnie znajduje się z nią coraz ściślej związany. Rosnące problemy środowiskowe zmuszają do uświadomienia sobie tej okoliczności.

Jeden ze szczególnych aspektów problem środowiskowy jest efekt cieplarniany. Występowanie tego efektu wiąże się z wykorzystaniem paliw kopalnych: węgla, ropy naftowej, gazu, które już istnieją długi czas zostały wyłączone z obrotu substancjami. Spalanie paliw kopalnych prowadzi do tego, że każdego roku do atmosfery emitowanych jest do 20 miliardów ton. dwutlenek węgla. Przemysłowe emisje dwutlenku węgla nie są już kompensowane przez procesy fotosyntezy, podczas których wytwarzany jest tlen. Dwutlenek węgla znacząco wpływa na bilans cieplny naszej planety, ponieważ dwutlenek węgla przenosi światło słoneczne na Ziemię, ale pochłania promieniowanie podczerwone idąc w przeciwnym kierunku. Konsekwencją efektu cieplarnianego jest globalne ocieplenie. Globalny wzrost temperatury prowadzi do topnienia lodu polarnego i kontynentalnego oraz podnoszenia się poziomu mórz. Ostrość tego problemu wynika z faktu, że w celu zmiany skład gazu atmosfera ziemska i jej powrót do Zwyczajny stan zajmie to nawet nie dziesiątki, ale setki lat. ONZ rozważało już wprowadzenie podatku od emisji dwutlenku węgla do atmosfery – tzw. podatku środowiskowego – aby otrzymane środki finansowe wykorzystać na ponowne zalesianie.

Kolejnym elementem globalnego kryzysu ekologicznego jest niszczenie warstwy ozonowej. Ozon znajduje się w stratosferze (od 10 do 50 km nad poziomem morza) i działa jak naturalny filtr, który pochłania szkodliwe dla życia promienie ultrafioletowe. Zniszczenie warstwy ozonowej jest konsekwencją zanieczyszczenia stratosfery, w której niebezpieczne substancje przemieszczają się dość szybko po powierzchni Ziemi, rozprzestrzeniając się na duże odległości.

Istotnym zagrożeniem dla środowiska są również związki kwaśne emitowane do atmosfery wraz z gazami transportowymi, dymami z elektrowni cieplnych itp. Kwaśne zanieczyszczenie atmosfery powoduje powstawanie kwaśnych opadów atmosferycznych, które z kolei zanieczyszczają glebę i zbiorniki wodne.

W ostatnich latach problem składowania odpadów promieniotwórczych staje się coraz bardziej palący, co również wpisuje się w globalny problem środowiskowy. Mechanizmy migracji substancji promieniotwórczych w glebie są wciąż słabo poznane, dlatego też niezawodność zakopywania odpadów promieniotwórczych pod ziemią (technologia ta uważana jest za najbardziej „czystą”) nie jest absolutna.

Konkretnie, względnie szybkie decyzje aby wydobyć ludzkość z ekologicznego impasu, proponuje się użycie siły badania naukowe szukaj alternatywne źródła energia. Energia słoneczna, wiatrowa, termojądrowa i jądrowa są uważane za alternatywne formy energii. Oczywiście wykorzystanie nowych rodzajów energii nie rozwiązuje wszystkich problemów środowiskowych ludzkości. Tak więc po katastrofie w elektrowni jądrowej w Czarnobylu w kwietniu 1986 roku uwidoczniły się niebezpieczeństwa związane z wytwarzaniem i wykorzystywaniem energii jądrowej. Wykorzystanie energii słonecznej i wiatrowej nie skreśla tematu zmian z agendy bilans cieplny Ziemia. Jeśli chodzi o energię syntezy termojądrowej, której perspektywa wykorzystania wydaje się bardzo kusząca, to obecnie dyskutowana jest raczej hipotetycznie. Istnieje szereg problemów teoretycznych i praktycznych związanych ze stworzeniem warunków niezbędnych do przeprowadzenia kontrolowanej reakcji syntezy termojądrowej.

Kolejnym elementem rozwiązania problemu środowiskowego jest tworzenie technologii bezodpadowych i zamkniętych obiegów wykorzystania substancji. Ponadto trwają poszukiwania sposobów unieszkodliwiania odpadów za pomocą unieszkodliwiania biotermicznego lub unieszkodliwiania z udziałem różnych grup organizmów żywych.

Zaostrzenie globalnych problemów zmusza ludzkość do poszukiwania nowych sposobów interakcji ze światem. Współcześni filozofowie a futuryści mówią o potrzebie zmiany sposobów rozwoju cywilizacji. We wszystkich prognozach głównym wrogiem ludzkości jest on sam. Przezwyciężanie problemów globalnych, w tym środowiskowych, wiąże się z przemianami postaw wartościujących, poszukiwaniem nowych wytycznych światopoglądowych, kształtowaniem się innego typu masowej świadomości. W nowoczesna filozofia a nauka poszukuje nowych zasad interakcji człowieka ze środowiskiem.

Tył do przodu

Uwaga! Podgląd slajdu służy wyłącznie celom informacyjnym i może nie odzwierciedlać pełnego zakresu prezentacji. Jeśli jesteś zainteresowany tą pracą, pobierz pełną wersję.

Cel zajęć: Stworzenie wśród uczniów systemu wiedzy na temat różnych poglądów na temat pochodzenia życia na Ziemi.

Cele Lekcji:

I. Edukacyjne:

1. Pokaż rolę eksperymentu w rozwiązywaniu naukowych sporów o pochodzenie życia.
2. Naucz się analizować główne hipotezy naukowe dotyczące pochodzenia życia.

II. Rozwój:

1. Kontynuuj rozwijanie pragnienia niezależnej aktywności poznawczej.
2. Kontynuuj kształtowanie formalno-logicznych umiejętności wyjaśniania, konkretyzacji, definiowania, uogólniania.

III. Edukacyjny:

1. Intelektualny - aby kontynuować tworzenie naukowego światopoglądu.
2. Ekologiczny - utrwalenie wiedzy o związkach przyrody ożywionej i nieożywionej.
3. Moralne - kształtowanie wiedzy i przekonań studentów na temat odpowiedzialności człowieka za zachowanie integralności biosfery naszej planety.

Motywacja:

Pochodzenie życia na naszej planecie jest przedmiotem wielowiekowych dyskusji, w których uczestniczyło niejedne pokolenie ludzkości. To interesująca dziedzina wiedzy, która ma znaczenie naukowe, filozoficzne i ideologiczne, wciąż przyciąga uwagę badaczy z różnych dziedzin.

Badanie różnych teorii na temat pochodzenia życia na Ziemi jest konieczne, aby skompilować holistyczny pogląd na historyczną ścieżkę rozwoju żywej przyrody, kształtowanie się naukowego światopoglądu.

Uczniowie powinni wiedzieć:

1. Główne postanowienia teorii o powstaniu życia;
2. Nowoczesne widoki o pochodzeniu życia na Ziemi (teoria ewolucja biochemiczna).

Uczniowie powinni umieć:

1. Odsłonić kluczowe postanowienia głównych teorii na temat pochodzenia życia na Ziemi;
2. Podaj opis eksperymentów F. Rediego, L. Spallanzaniego, L. Pasteura, S. Millera, ujawnij ich znaczenie dla rozwiązania problemu pochodzenia życia;
3. Ujawnienie głównych postanowień współczesnych idei dotyczących pochodzenia życia na Ziemi (teorie ewolucji biochemicznej);
4. Sformułuj główne postanowienia teorii A.I. Oparina.

Wyposażenie lekcji:

• Plan lekcji;
• abstrakcyjny;
• Rozdawać;
• zadania do kontroli;
• prezentacja;
• laptop;
• projektor multimedialny;
• ekran.

Połączenia interdyscyplinarne:

a) fizyka (konstrukcja przyrządów, zjawiska fizyczne);
b) chemia (skład atmosfery, chemikalia);
c) historia (rozwój nauki);
d) filozofia (kształtowanie światopoglądu naukowego);
mi) język obcy(tłumaczenie terminów).

Literatura dla nauczyciela:

1. Siwoglazow VI, Agafonow IB Biologia ogólna 10-11. - M.: Drop, 2005
2. Sivoglazov VI, Sukhova TS, Kozlova TA Biologia ogólna. Poradnik dla nauczyciela. – M.: IRIS PRESS, 2004
3. Suchowa T.S. Lekcja biologii. Rozwojowa technologia uczenia się. – M.: Ventana-Graf, 2001

Literatura dla studentów:

1. Sivoglazov VI, Agafonov IB Biologia ogólna 10-11.– M.: Drop, 2005

Harmonogram lekcji:

1. Moment organizacyjny

Powitanie, sprawdzenie obecnych zgodnie z listą, życzenie udana praca w klasie.

2. Kontrola początkowego poziomu wiedzy (standardy poprawnych odpowiedzi podano w nawiasach)

Cele:

• Określ poziom wiedzy uczniów.
• Dostosuj poziom skomplikowania prezentacji nowego materiału.

1. Według jakich głównych cech (kryteriów) można odróżnić obiekt żywy od obiektu nieożywionego?

(Jedność skład chemiczny organizmy żywe, metabolizm, drażliwość, wzrost, rozmnażanie, rozwój, adaptacja do środowiska, samoregulacja).

2. Gdzie i kiedy powstały pierwsze żywe organizmy? Jacy oni byli? (Pierwsze organizmy pojawiły się około 3 miliardów lat temu w środowisku wodnym, były to jednokomórkowe prokarionty, żywiące się materią organiczną oceanu, beztlenowce).

3. Jakie etapy rozwoju roślin na Ziemi potrafisz wymienić? (jednokomórkowe, wielokomórkowe; pojawienie się fotosyntezy, proces płciowy; dostęp do ziemi, rozwój roślinności lądowej).

4. Jakie etapy rozwoju zwierząt na Ziemi potrafisz wymienić? (Jednokomórkowe, kolonialne, wielokomórkowe; pojawienie się procesu płciowego; pojawienie się bezkręgowców i kręgowców; dostęp do ziemi; komplikacje w budowie spowodowane ziemskim stylem życia.)

5. Jakie substancje wchodzą w skład żywych organizmów?

(Nieorganiczne (woda, sole mineralne) i organiczne (aminokwasy, białka, tłuszcze, węglowodany itp.))

3. Studiowanie nowego materiału (wyjaśnieniu nowego materiału towarzyszy prezentacja, numery slajdów są wskazane w tekście)

3.1. Sformułowanie problemu

Życie istnieje na Ziemi od miliardów lat. Wypełnia wszystkie zakątki naszej planety.

Mówi się, że od starożytności do naszych czasów świetna ilość hipotezy na temat pochodzenia życia. Specyfika istot żywych determinuje szereg pytań, na które należy odpowiedzieć przy rozwiązywaniu problemu pochodzenia życia:

• Jak powstało i rozwinęło się życie na naszej planecie?
• Jak powstała komórka? jednostka strukturalnażywy?
• Jak powstały wszystkie substancje i struktury charakterystyczne dla żywych organizmów?
• Jak powstał istniejący metabolizm? Itp.

Musimy zapoznać się z hipotezami pochodzenia życia, przeanalizować je i wyrobić sobie wyobrażenie o tym, jak życie powstało i rozwijało się na Ziemi.

3.2. Rozwój idei o pochodzeniu życia na Ziemi (slajd numer 1)

Od niepamiętnych czasów pochodzenie życia było dla ludzkości zagadką. Od momentu pojawienia się, dzięki pracy, człowiek zaczyna wyróżniać się spośród innych żywych istot.

Ale umiejętność zadania sobie pytania „skąd jesteśmy?” osoba otrzymuje stosunkowo niedawno - 7-8 tysięcy lat temu.

Do tego czasu człowiek miał trudności z oddzieleniem się od innych zwierząt (człowiek był zarówno myśliwym, jak i rodzajem zwierzyny), ale stopniowo zaczął oddzielać się od natury swoim wewnętrznym światem duchowym. Pierwsze prymitywne formy wiary w siły nierzeczywiste, nadprzyrodzone lub boskie powstały już 35-40 tysięcy lat temu.

3.3. Główne teorie pochodzenia życia na Ziemi (Slajd nr 2)

• kreacjonizm
(Slajd nr 3)

Zgodnie z tą teorią życie powstało w wyniku jakiegoś nadprzyrodzonego zdarzenia z przeszłości, co najczęściej oznacza boskie stworzenie. Powstała idea stworzenia świata jako „aktu stwórczego” Boga, a mit ten leży u podstaw wszystkich religii.

Teoria spontaniczne pokolenie

Zwolennicy tej teorii argumentowali, że żywe organizmy wielokrotnie powstawały z materii nieożywionej w drodze spontanicznego generowania. – pojęcie abiogenezy (z greckiego „a” - nie, „bios” - życie, „genesis” - pochodzenie). (Slajd numer 4) Starożytni filozofowie greccy akceptowali ideę pojawienia się żywych istot z wody lub z różnych mokrych lub rozkładających się materiałów. Ale nawet Tales (624-547 pne) kwestionował idee mitologiczne i stworzył spontaniczny materialistyczny światopogląd z elementami dialektyki. Według Talesa i jego następców wyłonienie się istot żywych z wody odbyło się bez udziału sił duchowych; życie jest właściwością materii. Według Arystotelesa (384-322 p.n.e.) pewne cząsteczki materii niosą ze sobą „substancję czynną” zdolną do stworzenia żywego organizmu w odpowiednich warunkach. Ten „początek” można znaleźć w zapłodnionej komórce jajowej, gnijącym mięsie, błocie i słońcu:

„Takie są fakty – organizmy żywe mogą powstać nie tylko w wyniku kojarzenia zwierząt, ale także rozkładu gleby… Jedne rośliny rozwijają się z nasion, inne zaś powstają spontanicznie pod wpływem sił natury z rozkładająca się ziemia lub niektóre części roślin…”

Jednak wraz z nadejściem chrześcijaństwa, zwłaszcza w średniowieczu, teoria spontanicznego rodzenia znalazła się pod jarzmem Kościoła. Uważano ją za atrybut czarów i manifestację diabła. Jednak nadal istniała.

Na przełomie XVI-XVII wieku. Van Helmont (1579 - 1644) opisał eksperyment, w którym udało mu się zdobyć myszy z brudnej bielizny i pszenicy umieszczonej w ciemnej szafie. Van Helmont uważał ludzki pot za aktywny początek narodzin myszy. (Slajd nr 5)- Do koncepcja biogenezy (z greckiego „bios” - życie, „rodzaj” - pochodzenie). (Slajd numer 6)

w 1668 r włoski lekarz Francesco Redi (1626-1698) udowodnił, że białe robaki znalezione w mięsie to larwy much; jeśli mięso lub ryby są zamknięte, gdy są świeże, i uniemożliwiony jest dostęp much, chociaż gniją, nie będą produkować robaków. Z tego F. Redi wywnioskował, że pojawienie się żywych tylko z żywych). (Slajd numer 7) W 1765 roku Lazzardo Spallanzani (1729-1799) ugotował mikstury mięsno-warzywne i natychmiast je zapieczętował. Kilka dni później zbadał wywary i nie znalazł żadnych oznak życia. Z tego wywnioskował, że upał zniszczył wszystkie żywe istoty i nic nowego nie mogło powstać. (Slajd nr 8)

J. Needham - zwolennik witalizm (z łac. vita – życie), negatywne wyniki uzyskane przez L. Spallanzaniego tłumaczył tym, że poddawał swoje napary zbyt ostrej obróbce, w wyniku czego uległy one zniszczeniu” siła życiowa". (Slajd numer 9) Według witalistów „siła życiowa” jest obecna wszędzie. Wystarczy „oddychać”, a to, co nieożywione, ożyje.

W 1862 r. wielki francuski naukowiec Louis Pasteur (1822-1895) publikuje swoje obserwacje dotyczące problemu samorzutnego generowania. Udowadnia, że ​​nagłe pojawienie się („spontaniczne spontaniczne powstawanie”) drobnoustrojów w różnego rodzaju gnijących nalewkach lub ekstraktach nie jest pojawieniem się życia. Gnicie i fermentacja jest wynikiem żywotnej aktywności mikroorganizmów wprowadzonych z zewnątrz. Jego badania ostatecznie obaliły odwieczne uprzedzenia dotyczące spontanicznego spontanicznego generowania.

Ryc.1. Doświadczenie L. Pasteura w kolbach z szyjkami w kształcie litery S:

1 - kolba z posłodzoną wodą drożdżową; po sterylizacji i schłodzeniu pozostaje sterylny przez długi czas;

2 - ta sama kolba 48 godzin po usunięciu zakrzywionej szyjki; obserwuje się rozwój mikroorganizmów. (slajdy nr 10,11)

• Teoria stanu stacjonarnego
(Slajd numer 12)

Zgodnie z tą teorią Ziemia istniała od zawsze, nigdy nie powstała, zawsze była zdolna do podtrzymywania życia, a wszelkie zmiany na niej są zupełnie nieistotne. Teoria ta nie wytrzymuje obecnie badań.

• Teoria panspermii
(Slajd numer 13)

w V wieku PNE. Grecki filozof Anaksagoras wyraził ideę kosmicznego zasiewu - panspermia(z greckiego „pan” - wszystko i „sperma” - nasienie). Według niego życie powstało z nasienia, które istnieje „zawsze i wszędzie”. Zgodnie z tą teorią zarodki życia są przynoszone na Ziemię przez meteoryty lub pył kosmiczny. Teoria ta nie oferuje żadnego mechanizmu powstania życia, po prostu wysuwając postulat jego pozaziemskiego pochodzenia. Twierdzi się, że życie może powstawać wielokrotnie w Inne czasy i w różnych częściach wszechświata.

4. Współczesne poglądy na temat pochodzenia życia

(Slajd 14)

Nowoczesna teoria Pochodzenie życia opiera się na założeniu, że cząsteczki biologiczne mogły powstać w odległej przeszłości geologicznej w sposób nieorganiczny.

Największa dystrybucja w XX wieku. otrzymał teorię ewolucji biochemicznej, zaproponowaną niezależnie przez rosyjskiego chemika A.I. Oparina (1894 - 1980) i angielskiego biologa D. Haldane'a (1892 - 1964).

• Teoria ewolucji biochemicznej
(Slajd numer 15)

Etap 1 - abiogeniczne występowanie monomerów organicznych Nasza planeta powstała około 4,6 miliarda lat temu. Stopniowemu zagęszczaniu planety towarzyszyło uwalnianie ogromnej ilości ciepła, rozpadały się związki radioaktywne, a ze Słońca pochodził strumień twardego promieniowania ultrafioletowego. Po 500 milionach lat zaczęło się powolne ochładzanie Ziemi. Edukacja skorupa Ziemska towarzyszy aktywna aktywność wulkaniczna. Uważa się, że pierwotna atmosfera składała się głównie z amoniaku, wody, metanu, tlenku i dwutlenku węgla. Brak tlenu nadał mu właściwości redukujące. 3 maja 1924 roku na posiedzeniu Rosyjskiego Towarzystwa Botanicznego młody naukowiec A.I. Oparin wyraził opinię, że w warunkach pierwotnej atmosfery Ziemi, znacznie różniącej się od obecnej, synteza wszystkich substancji prekursorowych niezbędnych do mogło nastąpić powstanie życia.

W takich warunkach substancje organiczne mogły powstawać znacznie łatwiej i mogły być przechowywane bez rozkładu przez długi czas. AI Oparin w to wierzył złożone substancje można zsyntetyzować z prostszych w oceanie. Energię potrzebną do reakcji przynosiło bowiem promieniowanie słoneczne. ochronny ekran ozonowy jeszcze nie istniał; synteza odbywała się również w warunkach wyładowań atmosferycznych.

Warunki na pierwotnej ziemi (slajdy nr 16,17):

Różnorodność prostych związków znalezionych w oceanie i duże skale czasu sugerują możliwość nagromadzenia się dużej ilości materii organicznej w oceanie, która utworzyła „pierwotną zupę”, z której mogło powstać życie.

Schemat tworzenia „bulionu pierwotnego”

Teoria ta została potwierdzona w eksperymentach S. Millera przeprowadzonych w 1953 roku. (Slajd 18)

Ryc.2. Schemat urządzenia S. Miller:

1 - kolba reakcyjna; 2 - elektrody wolframowe; 3 - wyładowanie iskrowe; 4 - kolba z wrzącą wodą; 5 - lodówka; 6 - pułapka; 7 - kran, przez który do aparatu dostarczana jest mieszanina gazów

Poprzez mieszaninę gazów zawierającą metan, amoniak, wodór cząsteczkowy i parę wodną, ​​czyli symulującą skład atmosfery pierwotnej Ziemi, przepuszczał wyładowania elektryczne, a następnie analizował powstałe produkty reakcji. Elektrody wolframowe umieszczono w kolbie reakcyjnej zawierającej mieszaninę gazów. W ciągu tygodnia przepuszczano wyładowania iskrowe o napięciu 60 000 V. W innej kolbie (małej) utrzymywano wodę w stanie wrzenia. Para wodna przeszła przez kolbę reakcyjną i skropliła się w lodówce. W procesie cyrkulacji wyłapywali produkty reakcji z kolby reakcyjnej i przenosili je do pułapki, gdzie były zatężane. Podczas identyfikacji produktów reakcji stwierdzono obecność związków organicznych: mocznika, kwasu mlekowego oraz niektórych aminokwasów.

Etap 2 – tworzenie biologicznych polimerów i koacerwatów (Slajd nr 19)

sztuczna inteligencja Oparin uważał, że decydującą rolę w przemianie materii nieożywionej w żywą odgrywają białka. Cząsteczki białek tworzyły kompleksy z otaczającymi je cząsteczkami wody. Połączenie takich kompleksów ze sobą doprowadziło do ich oddzielenia od środowiska wodnego; koacerwaty(od łac. „coacervus” - skrzep). Krople-koacerwaty potrafiły: wymieniać substancje z otoczeniem, akumulować różne związki. Absorpcja jonów metali przez koacerwaty doprowadziła do powstania enzymów. Białka w koacerwatach chroniły kwasy nukleinowe przed szkodliwym działaniem promieniowania ultrafioletowego. W samych kroplach zachodziły dalsze przemiany chemiczne substancji, które tam trafiły. Na granicy kropli otoczenie zewnętrzne cząsteczki lipidów ustawiły się w jednej linii, tworząc prymitywną błonę, która zwiększyła stabilność całego systemu.

Faza 3 - tworzenie się struktur błonowych i organizmów pierwotnych (probiontów) Wokół bogatych w związki organiczne koacerwatów powstały warstwy lipidów oddzielające koacerwaty od otaczającego środowiska wodnego. Lipidy w toku ewolucji zostały przekształcone w błonę zewnętrzną, co znacznie zwiększyło żywotność i odporność organizmów. Tak powstały probioty - prymitywne organizmy heterotroficzne, które żywiły się substancjami organicznymi pierwotnego bulionu. Stało się to 3,5 - 3,8 miliarda lat temu. Ewolucja chemiczna się skończyła.

Istota teorii A.I. Oparynę można formułować w trzy postulaty:

1. Życie jest jednym z etapów ewolucji Wszechświata. 2. Powstanie życia jest naturalnym rezultatem chemicznej ewolucji związków węgla. 3. Do przejścia od ewolucji chemicznej do biologicznej konieczne jest powstanie i naturalna selekcja integralnych układów wielocząsteczkowych odizolowanych od środowiska, ale stale z nim oddziałujących, które nazwano probiotami.

Wnioski. (Slajd numer 20)

Pytanie o pochodzenie życia jest jednym z najtrudniejszych w nowoczesne nauki przyrodnicze. Przede wszystkim dlatego, że dziś nie jesteśmy w stanie odtworzyć procesów powstania życia, jakie miały miejsce miliardy lat temu. W końcu nawet najstaranniej zainscenizowany eksperyment będzie tylko modelem, przybliżeniem, z pewnością pozbawionym szeregu czynników, które towarzyszyły pojawieniu się życia na Ziemi. Niemniej jednak nauka z powodzeniem rozwiązuje kwestię pochodzenia żywych istot, prowadzi liczne badania i stale poszerza nasze rozumienie pochodzenia życia. Jest to całkiem zrozumiałe: problem życia leży u podstaw wszystkich nauk biologicznych iw dużej mierze wszystkich nauk przyrodniczych.

Znaczący wkład w rozwiązanie problemu pochodzenia życia wniósł akademik Akademii Nauk ZSRR, biochemik A.I. Oparin (1894–1980), angielscy przyrodnicy J. Bernal (1901–1971) i B.S. Haldane (1892-1964) i wielu innych naukowców.

Historia życia i historia Ziemi są ze sobą nierozerwalnie związane. To właśnie w procesach rozwoju naszej planety ukształtowały się warunki dla przyszłego istnienia życia - zakresy temperatur, wilgotności, ciśnienia, poziomów promieniowania itp. Np. zakres temperatur, w którym występuje studnia- znany aktywne życie, tworzy raczej wąskie pasmo (patrz ryc. 7.8).

Jedna z hipotez na temat pochodzenia Ziemi i całego Układu Słonecznego, jak już wspomniano, jest taka, że ​​nasza Ziemia i wszystkie planety skondensowały się z kosmicznego pyłu znajdującego się w pobliżu Słońca. Najprawdopodobniej cząsteczki pyłu składały się z żelaza zmieszanego z niklem lub krzemianami (substancjami zawierającymi szeroko rozpowszechniony na Ziemi krzem), takimi jak krzemiany magnezu, a każda cząsteczka była otoczona lodem. Oczywiście oprócz pyłu wszędzie był gaz. Zarówno cząstki gazu, jak i pyłu zostały przeniknięte przez promieniowanie słoneczne. Jednocześnie jest bardzo prawdopodobne, że w zewnętrznych częściach Układu Słonecznego gazy może się skraplać, tworząc różne substancje lotne związki organiczne, w którym obecny jest główny element wszystkich żywych organizmów - węgiel. Stopniowo Słońce je ogrzewało, gazy ponownie odparowywały, ale część z nich pod wpływem promieniowania zamieniła się w mniej lotne. węglowodory(związki węgla z wodorem) i związki azotu.

Możliwe, że to cząsteczki pyłu otoczone powłokami związków organicznych połączyły się, tworząc najpierw asteroidy, a potem planety. Wiadomo na przykład, że giganci Układu Słonecznego - Jowisz, Saturn, Uran - składają się głównie z metanu, wodoru, amoniaku i lodu - substancji, które służą jako podstawa wszystkich najbardziej złożonych związków organicznych.

Jednocześnie łączna powierzchnia ziaren pyłu była bardzo duża. A to oznacza, że ​​mogą się na nim tworzyć różne związki węgla i azotu, bezpośrednie prekursory życia.

Potwierdzeniem tego założenia jest fakt, że na przykład w meteorytach znajduje się wiele związków organicznych adenina - biologicznie bardzo ważna zasada azotowa. Został sztucznie wyprodukowany w laboratorium w warunkach naśladujących pierwotną atmosferę Ziemi. I, powiedzmy, związki organiczne, które odgrywają dużą rolę w metabolizmie żywych organizmów - szczawiowy, mrówkowy i kwas bursztynowy został sztucznie uzyskany przez napromieniowanie wodnych roztworów dwutlenku węgla.

Pierwotna atmosfera Ziemi, jak również innych planet, była oczywiście zawarta metan, amoniak, para wodna i wodór. Oddziałując w laboratorium na mieszaninę tych gazów wyładowaniami elektrycznymi imitującymi błyskawice i promieniowanie ultrafioletowe, naukowcy uzyskali złożone substancje organiczne, które wchodzą w skład żywych białek - glicynę, alaninę itp.

Tak więc obecnie nie ma wątpliwości, że pod wpływem wyładowań elektrycznych, światła i promieniowania ultrafioletowego jeszcze przed powstaniem Ziemi lub na pierwszym etapie jej istnienia od związki nieorganiczne szereg dość skomplikowanych materia organiczna. Powstała materia organiczna jest pierwszym krokiem na drodze do życia.

Jakie elementy są głównymi składnikami życia, jego „cegiełkami”? To jest przede wszystkim tlen, węgiel, wodór I azot. Nazywa się je organogenami. Na przykład w żywej komórce zawiera wagowo około 70% tlenu, 17% węgla, 10% wodoru, 3% azotu, a następnie fosforu, potasu, chloru, siarki, wapnia, sodu, magnezu i żelaza. Ich liczba w komórce nie przekracza dziesiątych części procenta. Następnie miedź, cynk, jod, fluor i inne pierwiastki obecne w tysięcznych i dziesięciotysięcznych procenta.

Węgiel odgrywa szczególną rolę w organizmach żywych. Mówi się, że życie na naszej planecie to „węgiel”, ponieważ węgiel jest podstawą wszystkich związków organicznych i substancji organizmów.

Związki węgla mają szereg właściwości, które czynią je niezbędnymi w tworzeniu żywych systemów. Przede wszystkim liczba związków organicznych opartych na węglu jest ogromna - dziesiątki milionów. Są aktywne w stosunkowo niskich temperaturach. Atomy węgla w cząsteczkach mogą tworzyć długie łańcuchy różne kształty. Przy stosunkowo niewielkim przegrupowaniu cząsteczek związków węgla zmienia się znacząco ich aktywność chemiczna, która wzrasta w obecności katalizatorów.

Wszystkie żywe elementy należą do najbardziej stabilnych i rozpowszechnionych substancji we Wszechświecie. Łatwo się ze sobą łączą i mają niską masę atomową. Związki tworzone przez takie pierwiastki powinny być łatwo rozpuszczalne w wodzie. Tę właściwość posiadają na przykład związki potasu i sodu itp.

Nasza planeta jest bogata w wodę. Znajduje się w takiej odległości od Słońca, że ​​​​większość wody niezbędnej do życia jest w stanie ciekłym, a nie w stanie stałym lub gazowym, jak na innych planetach. Na Ziemi zachowany jest optymalny zakres temperatur, który jest niezbędny do powstania i istnienia życia.

Czy Ziemia jest jedynym ciałem kosmicznym, na którym możliwe jest życie? Najwyraźniej nie. W samej tylko naszej galaktyce jest około 150 miliardów gwiazd. Jest prawdopodobne, że znajdują się w nim ciała kosmiczne, na których możliwe jest życie.

Pierwszym krokiem w kierunku powstania życia jest tworzenie substancji organicznych z nieorganicznych surowców kosmicznych. Taki proces odbył się o godz pewna temperatura, ciśnienie, wilgotność, promieniowanie itp. Na pierwszym etapie prawdopodobnie zaczął działać ten proces wstępna selekcja te związki, z których później wyłoniły się organizmy. Z wielu powstałych substancji przetrwały tylko te najbardziej stabilne i zdolne do dalszych komplikacji.

Do zbudowania dowolnego złożonego związku organicznego żywych organizmów potrzebny jest niewielki zestaw cegiełek - monomerów (związków o małej masie cząsteczkowej). Na przykład, mając tylko 29 stosunkowo prostych monomerów, można opisać biochemiczną strukturę dowolnego żywego organizmu. Wśród nich jest 20 aminokwasy, z którego zbudowane są wszystkie białka, 5 zasady azotowe(z których w połączeniu z innymi substancjami powstają nośniki dziedziczności - kwasy nukleinowe), a także glukoza - najważniejsze źródło energię potrzebną do życia tłuszcze(materiał strukturalny służący do budowy błon w komórce i magazynowania energii).

Tak stosunkowo niewielka liczba związków jest wynikiem działania doboru naturalnego na przestrzeni prawie miliarda lat, który wyodrębnił je z ogromnej liczby substancji, które kiedyś powstały i określił ich przydatność do powstania organizmów żywych. Można tak powiedzieć ewolucja organizmów poprzedzone bardzo długim ewolucja chemiczna.

Powstały związki, które powstały na bazie węgla „pierwotny rosół” hydrosfera. istnieje hipoteza naukowa, zgodnie z którym substancje zawierające węgiel i azot powstały w stopionych głębinach Ziemi i zostały wyniesione na powierzchnię podczas aktywności wulkanicznej. Zerodowane przez wodę mogły dostać się do oceanu, gdzie brały udział w tworzeniu „bulionu pierwotnego”.

Drugim najważniejszym krokiem w tworzeniu żywych organizmów było to, że z wielu pojedynczych cząsteczek substancji organicznych, które istniały w pierwotnym oceanie Ziemi, powstały uporządkowane złożone substancje - biopolimery: białka i kwasy nukleinowe. Najważniejsze już mieli właściwość biologiczna- reprodukują cząsteczki podobne do siebie.

Jak przebiegało tworzenie biopolimerów? W omawianym okresie wszystkie związki organiczne znajdowały się w pierwotnym oceanie Ziemi. Aby między związkami zachodziły reakcje prowadzące do powstania złożonych biologicznie ważnych cząsteczek, stężenie związków organicznych musiało być stosunkowo wysokie. Takie stężenie substancji mogło powstać w wyniku wytrącania się związków na różnych cząstkach minerałów, np. na cząstkach gliny lub wodorotlenku żelaza, które tworzą muł w płytkiej wodzie nagrzanej słońcem. Materia organiczna mogła tworzyć cienką warstwę na powierzchni oceanu, która była przenoszona przez wiatr i fale na brzeg, gdzie gromadziła się w grubych warstwach o wysokim stężeniu materii organicznej.

Bezpłatny tlen pojawił się znacznie później w wyniku działalności pierwszych fotosyntetyków – glonów, a następnie roślin lądowych. Środowisko beztlenowe najwyraźniej ułatwiało syntezę biopolimerów ze związków nieorganicznych – tlen, jako silny utleniacz, niszczyłby powstałe cząsteczki.

Oddzielne proste związki organiczne zaczęły łączyć się w duże cząsteczki biologiczne. uformowany enzymy - katalizatory białkowe, które promują tworzenie lub rozpad cząsteczek. W wyniku działania enzymów pierwotnych powstały niektóre z najważniejszych związków organicznych – kwasy nukleinowe. Monomery w kwasach nukleinowych są ułożone w taki sposób, że niosą pewne informacje o syntezie białek oraz wymianie materii i energii ze środowiskiem zewnętrznym. Ponadto cząsteczki kwasu nukleinowego nabyły właściwość samoreprodukcji własnego rodzaju. Można uznać, że od tego momentu powstało życie na Ziemi.

Życie - Ten specjalny formularz istnienie materii. Charakterystykażycie - wymiana ze środowiskiem zewnętrznym, reprodukcja własnego gatunku, ciągły rozwój.

Do końca etap biochemiczny pojawienie się życia, pojawiły się formacje strukturalne - membrany, kto grał ważna rola w budowie komórki. Jak już wspomniano, pierwsze organizmy na Ziemi były jednokomórkowe prokarioty. Minęły setki milionów, a nawet miliardy lat, podczas których powstały prokarioty eukarionty, w ich komórce powstało jądro z substancją zawierającą kod syntezy białka, jąderko znajdujące się w jądrze i inne elementy konstrukcyjne(Rys. 7.9).

Wraz z pojawieniem się eukariontów nastąpił wybór roślinnego lub zwierzęcego stylu życia, różnica między którym tkwi w sposobie odżywiania i wiąże się z pojawieniem się najważniejszego procesu dla wszystkich żywych istot - fotosynteza. W wyniku fotosyntezy na Ziemi powstaje rocznie około 200 miliardów ton materii organicznej, z czego 90% wytwarzają algi, a tylko 10% rośliny lądowe.

Pojawieniu się fotosyntezy towarzyszyło wejście do atmosfery tlen. Szacuje się, że dzięki fotosyntezie cały dwutlenek węgla planety – zarówno w atmosferze, jak i rozpuszczony w wodzie – odnawia się w ciągu około 300 lat, a cały tlen – w ciągu 2 tysięcy lat. Przyjmuje się, że obecna zawartość tlenu w atmosferze (21%) została osiągnięta 250 mln lat temu w wyniku intensywnego rozwoju roślin.

Pierwszy Organizmy wielokomórkowe powstał z połączenia Jednokomórkowe organizmy i przeszły długą drogę ewolucji. W ten sposób życie rozwijało się i ulepszało, o czym świadczą zapisy paleontologiczne, których skamieniałe stronice są stopniowo odczytywane przez naukowców.

Adnotacja.

Problem pochodzenia życia na Ziemi od dawna prześladuje wielu naukowców. Minęło wiele lat, odkąd człowiek zaczął się zastanawiać, skąd wzięły się wszystkie żywe istoty, i przez cały ten czas rozważano wiele hipotez i przypuszczeń dotyczących pochodzenia życia. Teoria religii, teoria samoistnego generowania, teoria panspermii, teoria wiecznego istnienia życia… Ludzkość wciąż nie może w pełni rozwiązać tej zagadki. Niemniej jednak teoria zaproponowana przez A.I. Oparina w pierwszej połowie XX wieku jest akceptowana jako główna teoria pochodzenia życia. Opiera się na założeniu ewolucji chemicznej, która stopniowo przechodzi do ewolucji biochemicznej, a następnie biologicznej. Tworzenie się komórek było najbardziej złożonym zjawiskiem. Ale położyło podwaliny pod rozwój życia i całej jego różnorodności.

Jak to się wszystko zaczęło?

Wstęp.

Życie wypełnia wszystkie zakątki naszej planety. Oceany, morza, jeziora, rzeki, góry, równiny, pustynie, a nawet powietrze są zamieszkane przez żywe istoty. Od miliardów lat życie krąży po Ziemi jako unikalny, samoorganizujący się system. Znała okresy rozkwitu, historycznych prób i poważnych kryzysów, zanim osiągnęła swój wspaniały majątek w naszych czasach. Dziś nauka zna około 4,5 miliona gatunków zwierząt i roślin. Przyjmuje się, że w całej historii życia na Ziemi istniało około 4,5 miliarda gatunków zwierząt i roślin.

Jak pojawiły się te gatunki? We wszystkich epokach historii Ziemi flora i fauna były takie same jak obecnie?

Dla nauki jest oczywiste, że współczesne zwierzę i świat roślinny to tylko okładka tej wspaniałej książki, którą zajmuje się paleontologia. Skamieniałe szczątki niegdyś żywych stworzeń, które znajdują się w warstwach ziemi, zapisały historię ich ewolucji i jej związek ze zmianami środowiskowymi.

Od niepamiętnych czasów pochodzenie życia było dla ludzkości zagadką. Od momentu pojawienia się, dzięki pracy, człowiek zaczyna wyróżniać się spośród innych żywych istot. Ale umiejętność zadania sobie pytania „skąd jesteśmy?” osoba otrzymuje stosunkowo niedawno - 7-8 tysięcy lat temu, na początku nowej epoki kamienia (neolitu). Pierwsze prymitywne formy wiary w nierzeczywiste, nadprzyrodzone lub boskie siły, które istniały już 35-40 tysięcy lat temu, rozszerzają się i umacniają. Człowiek rozumie, że jest śmiertelny, że jedni się rodzą, a inni umierają, że tworzy narzędzia pracy, uprawia ziemię i otrzymuje jej owoce. A co leży u podstaw wszystkiego, kto jest pierwotnym stwórcą, kto stworzył ziemię i niebo, zwierzęta i rośliny, powietrze i wodę, dzień i noc, wreszcie samego człowieka?

1. Różne teorie i hipotezy pochodzenia życia na Ziemi.

Idea stworzenia świata jako „aktu stwórczego” Boga pojawiła się jako pierwsza i ten mit leży u podstaw wszystkich religii. Biblia mówi: „Na początku Bóg stworzył niebo i ziemię”; czwartego dnia Bóg nakazuje: „Niech woda wyda obfite mnóstwo ożywionych gadów, a ptactwo niech lata nad ziemią w przestworzu nieba”. Druga część stworzenia: „I stworzył Bóg człowieka na swój obraz i podobieństwo”. I wreszcie: „Pan Bóg stworzył kobietę z żebra, które wyjął z mężczyzny i przyprowadził ją do mężczyzny” (Rdz 1,2-31; 2,21-22).

Jako zbiór dzieł starożytnej kultury hebrajskiej, zróżnicowanych czasowo i treściowo, Biblia (jej najstarsza część znana jest z IX wieku pne) zapożyczyła idee stworzenia świata z mitów starożytnego Babilonu i starożytnego Egiptu. Te mity są produktem czystej fantazji i mistycyzmu, ale pokazują nam, jakie były starożytne wyobrażenia o pochodzeniu świata. Jednak przez tysiące lat dominowali w umysłach ludzi; wielu wierzy w nie nawet dzisiaj.

Starożytni filozofowie greccy ze szkoły Miletu (VIII-VI w. p.n.e.) przyjęli ideę powstania istot żywych z wody lub z różnych mokrych lub rozkładających się materiałów, co było wynikiem bezpośredniego wpływu kultury babilońskiej. Ale nawet Tales (624-547 pne) kwestionował idee mitologiczne i stworzył spontaniczny materialistyczny światopogląd z elementami dialektyki. Według Talesa i jego następców wyłonienie się istot żywych z wody odbyło się bez udziału sił duchowych; życie jest właściwością materii.

Żywy materialistyczny rozwój idei spontanicznego generowania istot żywych następuje później w dziełach Demokryta (460-370 pne) i Epikura (341-270 pne). Według tych filozofów pojawienie się żywych istot jest naturalny proces, wynik sił natury, a nie „akt stworzenia” sił zewnętrznych.

Arystoteles (384-322 pne) uznał Boga za najwyższą formę i sprawcę. Według Arystotelesa organizmy mogą powstawać z organizmów, ale jednocześnie mogą powstawać również z materii nieożywionej. Uważa, że ​​materia jest tylko bierną zasadą, możliwością, która może być zrealizowana tylko poprzez określoną formę. Księga Rodzaju zawiera wewnętrzny cel rozwój (entelechia). Według Arystotelesa to entelechia jako celowa wewnętrzna esencja tchnie życie w materię. Poglądy Arystotelesa przesądzają o losach idei spontanicznego generowania życia na prawie 2000 lat.

Dopiero w połowie XVII w. Toskański lekarz Francesco Redi (1626-1698) podejmuje pierwsze eksperymenty nad spontanicznym generowaniem. W 1668 r. udowodnił, że białe robaki znalezione w mięsie to larwy much; jeśli mięso lub ryby są zamknięte, gdy są świeże, i uniemożliwiony jest dostęp much, chociaż gniją, nie będą produkować robaków.

Dziś eksperymenty Rediego wyglądają na naiwne, ale stanowiły pierwszy przełom w obliczu mistycznych idei dotyczących formowania się istot żywych.

Prawie 200 lat po Redim, w 1862 r., wielki francuski naukowiec Louis Pasteur (1822-1895) publikuje swoje obserwacje dotyczące problemu arbitralnego spontanicznego generowania. Udowadnia, że ​​nagłe pojawienie się („spontaniczne spontaniczne powstawanie”) drobnoustrojów w różnego rodzaju gnijących nalewkach lub ekstraktach nie jest pojawieniem się życia. Gnicie i fermentacja są wynikiem żywotnej aktywności mikroorganizmów, których zarazki są wprowadzane z zewnątrz. Mikroby są twarde ułożone organizmy i mogą produkować stworzenia podobne do siebie, to znaczy, że życie pochodzi z życia. Jako naukowiec, który ufa tylko wynikom eksperymentów naukowych, Pasteur nie wyciąga głębokich wniosków na temat pochodzenia życia. Jednak jego badania ostatecznie obaliły odwieczne uprzedzenia dotyczące spontanicznego spontanicznego generowania.

Upadek doktryny spontanicznego powstawania doprowadził niektórych słynnych naukowców do idei, że życie nigdy nie powstało, ale jako materia lub energia istniało wiecznie. Zgodnie z tą ideą „zarodki życia” wędrują w przestrzeni kosmicznej, aż dotrą na planetę odpowiednią dla ich warunków – tam dają początek ewolucji biologicznej. Idea ta, wyrażona już w V w. PNE. grecki filozof Anaksagoras, wspierany przez Hermanna van Helmholtza (1821-1894) i Williama Thomsona (późniejszego Lorda Kelvina; 1824-1907).

Helmholtz powiedział, że we wszechświecie musi istnieć wiele innych światów, niosąc życie, które od czasu do czasu ulegają zniszczeniu, gdy zderzają się z innymi ciałami kosmicznymi, a ich fragmenty z żywymi roślinami i zwierzętami są rozrzucane w przestrzeni.

Pomysł ten został starannie rozwinięty w 1908 roku przez szwedzkiego chemika Svante Arrheniusa (1859-1927), który nazwał swoją teorię panspermią. Rozwijając idee Helmholtza i Kelvina, wyraził kilka własnych przemyśleń, sugerując, że zarodniki bakterii i wirusy mogą zostać przeniesione z planety, na której istniały, pod wpływem sił elektrostatycznych, a następnie przenieść się w przestrzeń kosmiczną pod ciśnieniem światła gwiazd . W przestrzeni kosmicznej zarodnik może osadzić się na cząstce pyłu; zwiększając w ten sposób swoją masę i pokonując ciśnienie światła, może spaść w pobliże najbliższej gwiazdy i zostać przechwycona przez jedną z planet tej gwiazdy. Zatem żywa materia może być przenoszona z planety na planetę, z jednej układ gwiazd do innego.

W drugiej połowie XIXw. sugeruje się również, że życie powstało w pierwotnym oceanie materia nieorganiczna w wyniku naturalnego procesu.

3 maja 1924 r. Na spotkaniu Rosyjskiego Towarzystwa Botanicznego młody radziecki naukowiec A. I. Oparin z nowy punkt pogląd rozważał problem pochodzenia życia. Jego reportaż „O pochodzeniu życia” stał się punktem wyjścia do nowego spojrzenia na odwieczny problem „skąd się wzięliśmy?”. Pięć lat później, niezależnie od Oparina, podobne pomysły rozwinął angielski naukowiec J. Haldane. Wspólna w poglądach Oparina i Haldane'a jest próba wyjaśnienia powstania życia w wyniku ewolucji chemicznej na pierwotnej Ziemi. Obaj podkreślają ogromną rolę pierwotnego oceanu jako ogromnego laboratorium chemicznego, w którym powstawała „pierwotna zupa”, a ponadto rolę enzymów – cząsteczek organicznych, które znacznie przyspieszają normalny przebieg procesów chemicznych. Oprócz tego Haldane po raz pierwszy wysuwa pogląd, że pierwotna atmosfera na Ziemi „prawdopodobnie zawierała bardzo mało tlenu lub nie zawierała go wcale”.

W 1952 roku Harold Ury (1893-1981) niezależnie doszedł do wniosku, że atmosfera młodej Ziemi miała przywrócony charakter, to znaczy pod koniec procesu formowania Ziemia miała silnie zredukowaną atmosferę, ponieważ jej główne składniki były wodór oraz całkowicie zredukowane formy węgla, azotu i tlenu: metan, amoniak i para wodna. Pole grawitacyjne Ziemi nie mogło utrzymać lekkiego wodoru i stopniowo uciekał w przestrzeń kosmiczną. Wtórną konsekwencją utraty wolnego wodoru było stopniowe utlenianie metanu do dwutlenku węgla i amoniaku do gazowego azotu, który poprzez określony czas zmienił atmosferę z redukującej na utleniającą. Urey założył, że to właśnie w okresie ulatniania się wodoru, kiedy atmosfera znajdowała się w pośrednim stanie redoks, złożona materia organiczna mogła tworzyć się na Ziemi w dużych ilościach. Według jego szacunków ocean najwyraźniej był wówczas jednoprocentowym roztworem związków organicznych. Rezultatem było życie w jego najbardziej prymitywnej formie.

2. Warunki powstania życia.

Pierwszy warunek konieczny pojawienie się życia ma ogólną naturę kosmiczną. Jest to związane z jedną chemiczną podstawą Wszechświata. Życie rozwija się na tej jednej podstawie, odzwierciedlającej zarówno ilościowe, jak i jakościowe cechy poszczególnych pierwiastków chemicznych. To założenie prowadzi do wniosku, że życie może istnieć na każdej planecie we wszechświecie, która jest podobna do naszej pod względem masy i położenia względem gwiazdy centralnej. „Według koncepcji wybitnego amerykańskiego astronoma H. ​​Shapleya we Wszechświecie istnieje 108 ciał kosmicznych (planet lub karłowatych gwiazd), na których może powstać i istnieć życie”.

Główny warunek powstania życia ma przyczynę planetarną i jest określony przez masę planety, to znaczy życie podobne do Ziemi mogłoby powstać i rozwijać się na planecie, której masa ma ściśle określoną wartość. Jeśli masa planety jest większa niż 1/20 masy Słońca, rozpoczynają się na niej intensywne reakcje jądrowe, które podnoszą jej temperaturę i świecą jak gwiazda.

Spośród planet Układu Słonecznego, oprócz Ziemi, Wenus i Mars mają odpowiednią masę, ale nie ma tam innych warunków.

Zwłaszcza ważny warunekŹródłem życia jest obecność wody. Znaczenie wody dla życia jest wyjątkowe. Wynika to z jego specyficznych właściwości termicznych: dużej pojemności cieplnej, niskiej przewodności cieplnej, rozszerzalności przy zamarzaniu, dobre właściwości jako rozpuszczalnik itp. Cechy te determinują obieg wody w przyrodzie, który odgrywa bardzo ważną rolę w historii geologicznej Ziemi.

Teraz jest ich wystarczająco dużo interesująca informacja o obecności związków organicznych we wszechświecie. Źródłem tych informacji są naturalni posłańcy kosmosu na Ziemię, meteoryty.

3. Meteoryty i obłoki pyłu międzygwiezdnego.

Meteoryty to małe ciała kosmiczne, które spadają na Ziemię. To fragmenty asteroid. Masa planetoid zwykle przekracza 50 kg. Według składu wyróżnia się meteoryty kamienne, żelazne i żelazno-kamienne. Ze względu na cechy strukturalne i obecność formacji kulistych (chondruli) niektóre meteoryty kamienne nazywane są chondrytami. Szczególnie interesujące są chondryty węglowe, które stanowią 5%. Łączna meteorytów, które co roku uderzają w powierzchnię ziemi.

Są tego dwa powody:

Prawdopodobieństwo, że ich badania dostarczą danych na temat prebiologicznej ewolucji cząsteczek organicznych;

Niejasne pochodzenie wielu elementów ich budowy – do niedawna niektórzy badacze uważali, że formacje mineralne w chondrytach to sfosfatyzowane mikroorganizmy.

Te interesujące obiekty to „fragmenty mgławicy protosłonecznej”, które nie uległy znaczącym zmianom. Są uważane za pierwotne, ponieważ powstały w tym samym czasie co Układ Słoneczny. Meteoryty są zbyt małe, aby mieć własną atmosferę, ale chondryty węglowe są bardzo podobne do Słońca pod względem względnej zawartości pierwiastków nielotnych. Ich skład mineralny wskazuje, że powstały w niskiej temperaturze i działaniu wysokie temperatury nigdy nie został wystawiony. Zawierają do 20% wody (związanej w postaci hydratów mineralnych) i do 10% materii organicznej.

W badaniach dwóch meteorytów - pierwszy spadł w 1950 roku w pobliżu Maury (Kentucky, USA), a drugi - w pobliżu Murchison (Victoria, Australia) w 1969 roku - w ich składzie znaleziono pojedyncze aminokwasy - materiał konstrukcyjny białka w organizmach żywych. W meteorycie Murchison odkryto także kwasy tłuszczowe, z których zbudowane są tłuszcze w żywych tkankach.

Spośród zidentyfikowanych aminokwasów Kwas glutaminowy, proliny, glicyny, sarkozyny, alaniny, waliny i 2-metyloalaniny oraz z Kwasy tłuszczowe- 17 typów.

Kwasy tłuszczowe organizmów lądowych mają parzystą liczbę atomów węgla, podczas gdy kwasy tłuszczowe o nieparzystej liczbie atomów węgla nie są charakterystyczne dla żywych tkanek na Ziemi. W reakcjach chemicznych przeprowadzanych bez udziału istot żywych lub substancji pochodzenia biogennego powstaje w przybliżeniu równa ilość kwasów tłuszczowych o parzystej i nieparzystej liczbie atomów węgla. Wyniki analizy meteorytu Murchison pokazują to samo.

Istnieją mocne dowody na to, że aminokwasy i związki węglowodorowe w meteorycie Murchison są wyraźnie pochodzenia endogennego, a nie wynikiem zewnętrznego zanieczyszczenia:

przewaga glicyny nad innymi aminokwasami;

dodatnie wartości wskaźnika 13C;

obecność aminokwasów, które nie są charakterystyczne dla białek.

Między 1968 a 1970 rokiem Za pomocą spektrometrii radiowej odkryto cząsteczki organiczne w przestrzeni międzygwiezdnej, co oczywiście uzupełniło naszą wiedzę o chemii organicznej Wszechświata. Opublikowano pierwsze doniesienia o odkryciu wody, formaldehydu i amoniaku w niektórych rejonach naszej Galaktyki.

HydroksyloOH, formaldehyd H2CO i tlenek węgla CO to najobficiej występujące cząsteczki w ośrodku międzygwiazdowym. Występują w całej galaktyce, podczas gdy inne związki znajdują się w niektórych regionach międzygwiezdnych. W naszej Galaktyce jest około 3000 takich mgławic, których gęstość jest większa niż gęstość ośrodka międzygwiazdowego; Cząsteczki pojawiają się tutaj częściej. Grają atomy węgla Wiodącą rolę w tworzeniu cząsteczek organicznych, które mają pierwszorzędne znaczenie w organizmach żywych.

W tej sytuacji pojawienie się życia wydaje się nieuniknione. w mgławicach przestrzeń kosmiczna już podczas formowania się gwiazd i planet powstają cząsteczki, które prowadzą do powstania bardziej złożonych cząsteczek aminokwasów, kwasów tłuszczowych, puryn, pirymidyn i innych głównych składników życia.

4. Ewolucja chemiczna.

Teoria ewolucji chemicznej – współczesna teoria pochodzenia życia – również opiera się na idei spontanicznego generowania. Opiera się jednak nie na nagłym pojawieniu się istot żywych na Ziemi, ale na powstawaniu związków i układów chemicznych, które składają się na żywą materię. Bada chemię najstarszej Ziemi, przede wszystkim reakcje chemiczne, które zachodziły w pierwotnej atmosferze i w powierzchniowej warstwie wody, gdzie najprawdopodobniej skupiały się lekkie pierwiastki, które stanowią podstawę żywej materii, oraz pochłonięta została ogromna ilość energii słonecznej. Teoria ta próbuje odpowiedzieć na pytanie: jak w tak odległej epoce mogło spontanicznie powstać i uformować się w żyjący system związki organiczne?

Większość współczesnych specjalistów jest przekonana, że ​​pojawienie się życia w warunkach pierwotnej Ziemi jest naturalnym skutkiem ewolucji materii. To przekonanie opiera się na udowodnionej jedności chemicznej podstawy życia, zbudowanej z kilku prostych i najbardziej powszechnych we wszechświecie atomów.

Wyjątkowa różnorodność morfologiczna życia (mikroorganizmy, rośliny, zwierzęta) opiera się na dość jednolitych podstawach biochemicznych: kwasy nukleinowe, białka, węglowodany, tłuszcze i kilka rzadszych związków, takich jak fosforany.

Podstawowymi pierwiastkami chemicznymi, z których zbudowane jest życie, są węgiel, wodór, tlen, azot, siarka i fosfor. Oczywiście organizmy wykorzystują do swojej budowy najprostsze i najpowszechniejsze pierwiastki we Wszechświecie, co wynika z samej natury tych pierwiastków. Na przykład atomy wodoru, węgla, tlenu i azotu są małe i zdolne do tworzenia stabilnych związków z dwu- i trzykrotnymi wiązaniami, co zwiększa ich reaktywność. Powstawanie złożonych polimerów, bez których powstanie i rozwój życia jest na ogół niemożliwe, wiąże się ze specyfiką cechy chemiczne węgiel.

Pozostałe dwa pierwiastki biogenne, siarka i fosfor, występują w stosunkowo niewielkich ilościach, ale ich rola w życiu jest szczególnie ważna. Właściwości chemiczne tych pierwiastków pozwalają również na tworzenie wielokrotności wiązania chemiczne. Siarka znajduje się w białkach, podczas gdy fosfor jest część kwasy nukleinowe.

Oprócz tych sześciu głównych pierwiastki chemiczne Sód, potas, magnez, wapń, chlor, a także mikroelementy: żelazo, mangan, kobalt, miedź, cynk oraz niewielkie śladowe ilości glinu, boru, wanadu, jodu i molibdenu uczestniczą w budowie organizmów w niewielkich ilościach. Należy również zauważyć, że istnieją niezwykle rzadkie atomy, które występują przypadkowo iw znikomych ilościach.

W konsekwencji chemiczne podłoże życia jest urozmaicone o kolejne 15 pierwiastków chemicznych, które wraz z sześcioma głównymi pierwiastkami biogennymi uczestniczą w różnych proporcjach w budowie i funkcjach organizmów żywych. Fakt ten jest szczególnie znamienny pod dwoma względami: 1) jako dowód jedności pochodzenia życia oraz 2) w samym życiu, które jest wynikiem samoorganizacji materii, włączonej w ewolucję biologicznych makrocząsteczek nie tylko wszystkie najbardziej powszechne pierwiastki, ale także wszystkie atomy, które są szczególnie odpowiednie do realizacji funkcji życiowych (na przykład fosfor, żelazo, jod itp.). Jak zauważa radziecki naukowiec M. Kamszyłow, „dla realizacji funkcji życiowych, Właściwości chemiczne jego atomy, które w szczególności obejmują osobliwości kwantowe. Nie tylko struktura, metabolizm, ale nawet mechaniczne działania żywych organizmów zależą od ich cząsteczek składowych. Nie oznacza to jednak, że życie można sprowadzić po prostu do chemicznych prawidłowości.

Życie jest jednym z najbardziej złożonych, jeśli nie najbardziej złożonym zjawiskiem natury. Charakteryzuje się szczególnie metabolizmem i rozmnażaniem, a cech jest więcej wysokie poziomy jego samoorganizacja wynika ze struktury niższych poziomów.

Współczesna teoria pochodzenia życia opiera się na założeniu, że cząsteczki biologiczne mogły powstać w odległej przeszłości geologicznej w sposób nieorganiczny. Złożona ewolucja chemiczna jest zwykle wyrażana za pomocą takiego uogólnionego schematu: atomy, proste związki, proste związki bioorganiczne, makrocząsteczki, zorganizowane systemy. Ewolucja ta została zapoczątkowana przez nukleosyntezę w Układ Słoneczny kiedy powstały główne elementy, w tym biogenne. Stan początkowy - nukleosynteza - szybko przechodzi w proces powstawania związków chemicznych o różnej złożoności. Proces ten odbywa się w warunkach pierwotnej Ziemi z coraz większą złożonością, ze względu na ogólne kosmiczne i specyficzne uwarunkowania planetarne.

5. Synteza cząsteczek organicznych.

Od dawna wiadomo, że chemicy mogą syntetyzować substancje organiczne, ale pomysł założenia oddzielnych eksperymentów nad syntezą substancji organicznych poprzez odtworzenie warunków pierwotnej Ziemi wydawał się nie mniej fantastyczny niż wiele hipotez. Oczywiście nikt nie wierzy, że możliwe jest dokładne odtworzenie warunków gigantycznego naturalnego laboratorium chemicznego, jakim była Ziemia 4,5 - 5 miliardów lat temu. Mówimy o przybliżonym modelowaniu teoretycznie założonych warunków pierwotnej Ziemi: atmosfery beztlenowej, obecności początkowych związków chemicznych: metanu, wody, amoniaku oraz źródła (źródeł) energii.

Pierwszy celowy eksperyment dotyczący syntezy cząsteczek organicznych odpowiednich do rozwoju życia z rzekomych początkowych składników wczesnej atmosfery ziemskiej przeprowadzili W. Groth i H. Süss w 1938 roku. Po naświetleniu mieszaniny gazów CO2 i H2O promieniami ultrafioletowymi uzyskali formaldehyd i glioksal. Według Grotha i Suessa wyniki tych eksperymentów wyjaśniają powstawanie pewnych związków organicznych, „które prawdopodobnie były niezbędnym warunkiem ewolucji życia organicznego”.

Później W. Harrison, M. Calvin i inni (1951) poddali idee Oparina i Haldane'a eksperymentalnej weryfikacji. Naświetlali cząstkami wodnymi roztwory zawierające jony żelazawe, które znajdowały się w równowadze z gazową mieszaniną dwutlenku węgla i wodoru. Otrzymano formaldehyd, kwas mrówkowy i bursztynowy.

W 1953 roku Stanley Miller, podyplomowy astrofizyk słynnego G. Ureya na Uniwersytecie w Chicago, przeprowadził eksperyment, który później nazwano klasycznym. Gazową mieszaninę metanu, amoniaku, pary wodnej i wodoru (do kolby nie było dostępu wolnego tlenu) Miller poddał silnym wyładowaniom elektrycznym, uzyskując aminokwasy, cukry i szereg innych związków organicznych. Ogromne znaczenie eksperymentu Millera polega na udowodnieniu możliwości nieorganicznego szlaku powstawania cząsteczek podobnych do białek w warunkach pierwotnej Ziemi.

Doświadczenie Millera wzbogaciło naukę i stanowiło silny bodziec do nowych badań. T. Pavlovskaya i A. Paskinsky w Instytucie Biochemii Akademii Nauk ZSRR swoimi eksperymentami i obliczeniami termodynamicznymi udowodnili możliwość powstawania złożonych substancji organicznych w warunkach pierwotnej Ziemi. A. Wilson, dodając siarkę do początkowej mieszaniny Millera, otrzymał duże cząsteczki polimeru o 20 lub więcej atomach węgla. S. Ponnamperuma wykorzystywał w eksperymentach lampę ultrafioletową jako źródło energii - wszak w warunkach młodej Ziemi promieniowanie ultrafioletowe dostarczał główną energię. Ponnamperumie udało się nie tylko otrzymać aminokwasy i puryny (odpowiednio budulec białek i kwasów nukleinowych), ale także zsyntetyzować te cząsteczki w polimery. S. Fox z Institute of Molecular Evolution w Miami zsyntetyzował prawie wszystkie aminokwasy, bez których życie byłoby niemożliwe. Fox „ugotował” tak zwane „termiczne proteoidy” z aminokwasów, które mają podobny skład do białek. W tym samym czasie proteoidy zamieniły się w cienkie krople w bulionie przygotowanym przez Foxa, podobnie jak koacerwaty Oparina. Według Oparina właśnie z takich formacji zaczęło się życie na Ziemi.

Lista badań eksperymentalnych jest bardzo długa. Ich główne wyniki pokazują, że ewolucja chemiczna nie jest owocem bezczynności umysłu, ale regularnym naturalnym procesem, który kładzie podwaliny pod życie.

6. Warunki geologiczne na Ziemi pierwotnej.

Pierwszą przeszkodą napotkaną w rozwoju cząsteczek organicznych były nowe warunki panujące na młodej Ziemi. Wraz z wpływem czynników kosmicznych (od swojego powstania do chwili obecnej życie wciąż reaguje na burze słoneczne!) pojawiają się nowe specyficzne czynniki planetarne: rozwój litosfery, atmosfery i hydrosfery.

Było to nie tylko zwykłą przeszkodą we wczesnej ewolucji; samo życie stworzyło obszar swojego istnienia - biosferę. Niektórzy eksperci słusznie uważają, że przodkiem życia nie był pierwszy organizm, ale pierwsza biosfera. „Życie nie jest pozornie przypadkowym zjawiskiem na powierzchni ziemi”, pisze V. I. Vernadsky, wybitny radziecki naukowiec i akademik. „Jest ściśle związana ze strukturą skorupy ziemskiej, ingeruje w jej mechanizm i pełni w tym mechanizmie funkcje o największym znaczeniu”. W swojej miliardoletniej historii organizmy są połączone ze sobą złożonym łańcuchem interakcji, a jednocześnie jako całość i jako oddzielne jednostki pozostają w ścisłej interakcji z Ziemią: powierzchnią ziemi, zbiornikami wodnymi, i powietrze. Od momentu powstania organizmy żywe zaczynają pełnić niezwykle ważną i różnorodną rolę geologiczną. Działają nie tylko jako wielcy projektanci, ale także jako niezwykłe silniki i regulatory szeregu złożonych procesów geologicznych i geochemicznych.

Ziemia jako odrębna planeta powstała na pierwszym, kosmicznym etapie ewolucji chemicznej. Tworzy pierwszy poziom organizacji w skomplikowany system Ziemia. Ten etap trwał około miliarda lat. Drugi etap jest ściśle związany z etapem kosmicznym, od którego trudno go oddzielić. Na początku tego etapu (pierwsze 100 milionów lat) Ziemia tworzy ponad 80% swojej masy. Ten etap to nie tylko czas, ale w pełnym tego słowa znaczeniu znacząca epoka, w której powstają pierwsze minerały, pierwsze warstwy i kształtuje się makrostruktura planety wraz z jej geosferami.

Tak więc skorupa ziemska jest już twarda, ale wciąż cienka i na niektórych obszarach może ulec zmiękczeniu z powodu naprężeń tektonicznych. Składa się głównie ze związków krzemu, glinu, żelaza, wapnia, magnezu, sodu, potasu, a także szeregu mniejszych związków, w tym substancji organicznych. W płaszczu pod skorupą, w wyniku separacji grawitacyjnej, gromadzą się głównie krzemiany żelaza i magnezu.

Rola skorupy ziemskiej w ewolucji molekularnej jest bardzo duża. Organizmy czerpią metale i inne nieorganiczne i składniki organiczne potrzebne do budowy ciała i metabolizmu.

Skorupa ziemska zapewnia podporę dla życia, ale jego kolebką stają się pierwsze zbiorniki wodne. Rzeczywiście, istnieją pewne hipotezy, według których życie nie powstało w zbiorniku wodnym, ale na powierzchni ziemi w pyle utworzonym przez mikrometeorytowy „deszcz”.

Życie, jakie znamy, nie mogłoby powstać bez wolnej wody. Dla żywej materii niezbędna jest właśnie wolna, a nie uwodniona woda czy lód, które znajdują się w meteorytach lub na innych planetach.

Obecność wody w organizmach organizmów wskazuje na jej ogromne znaczenie dla procesów życiowych. niższe organizmy zawierają 95-99% wody, a wyższe - 75-80%. Wraz ze spadkiem jego ilości do pewnego poziomu następuje śmierć.

Trudno jest opisać stan hydrosfery w pierwszych 100-200 milionach lat istnienia Ziemi. Według wielu młoda Ziemia zawierała około jednej dziesiątej masy wody zawartej we współczesnym oceanie. Pozostałe dziewięć dziesiątych powstało później w wyniku odgazowania części wewnętrzne Ziemia. W wyniku uwolnienia gazu i pary z płaszcza powstała hydrosfera i atmosfera. Substancja płaszcza zawiera 0,5% wody, ale nawet 10% tej ilości wystarcza do uformowania całej objętości dzisiejszego oceanu. Prawdopodobnie woda w oceanie była słona od samego początku. Podczas odgazowania substancje płaszcza wodnego nasycały się anionami chloru, bromu i innych pierwiastków oraz CO2, H2S, SO2. Stworzyło to lekko kwaśny charakter protooceanu, który został zneutralizowany przez alkaliczne składniki spowodowane przez deszcze ze skorupy bazaltowej i niesione rzekami do oceanu. Są to kationy sodu, magnezu, wapnia, potasu i innych pierwiastków.

Wczesna ewolucja hydrosfery (oceanów, mórz, basenów kontynentalnych) przebiegała przy braku gazowego tlenu. W tych warunkach iw obecności atmosfery beztlenowej mogły powstać tylko organizmy beztlenowe.

Oceanolodzy odkryli, że materia organiczna występuje w zawiesinie w postaci pojedynczych cząstek znacznie częściej niż wcześniej sądzono. Uważa się, że tworzenie się piany w oceanie odgrywa główną rolę w powstawaniu takich nagromadzeń materii organicznej. Materia organiczna tworzy cienką warstwę monomolekularną na powierzchni oceanu, która jest niszczona przez fale. Ubijane przez te fale, nabierają kulistego kształtu i opadają z powrotem do wody, podczas gdy mogą zanurzyć się na pewną głębokość i pozostać tam w postaci małych kropelek koacerwatu.

Hipoteza koacerwatu została opracowana w 1924 roku przez Oparina. Koacerwacja to spontaniczna separacja roztwór wodny polimery na fazy o różnych stężeniach. Krople koacerwatu mają wysokie stężenie polimery. Część z tych kropelek została wchłonięta z podłoża przez związki o małej masie cząsteczkowej: aminokwasy, glukozę i prymitywne katalizatory. Oddziaływanie molekularnego substratu i katalizatorów oznaczało już pojawienie się najprostszego metabolizmu w obrębie protobiontów („protobionty” w terminologii Oparina to pierwsze struktury białkowe). Kropelki, które uległy metabolizmowi, zawierały nowe związki ze środowiska i zwiększyły swoją objętość. Kiedy koacerwaty osiągnęły maksymalny rozmiar dozwolony w danych warunki fizyczne, rozpadały się na mniejsze kropelki, na przykład pod działaniem fal. Małe kropelki nadal rosły, a następnie tworzyły nowe generacje koacerwatów.

Stopniowe komplikowanie protobiontów odbywało się poprzez selekcję takich kropli koacerwatu, co miało przewagę w najlepszy użytek materii i energii otoczenia. Selekcja jako główna przyczyna doskonalenia koacerwatów do pierwotnych istot żywych zajmuje centralne miejsce w hipotezie Oparina.

Powstawanie kropelek koacerwatu w monomolekularnej warstwie lipidowej na granicy faz powietrze-woda pod wpływem fal.

Proces koncentracji substancji organicznych może zachodzić podczas odpływów, parowania wody w lagunach, a także podczas falowania (jak wspomniano powyżej). Dowody naukowe coraz częściej potwierdzają, że życie nie powstało otwarty ocean oraz w strefie szelfowej morza lub w lagunach, gdzie najwięcej korzystne warunki do koncentracji cząsteczek organicznych i tworzenia złożonych układów makrocząsteczkowych.

7. Ewolucja związków węgla na Ziemi pierwotnej.

Ewolucja biochemiczna rozpoczyna się od powstania skorupy ziemskiej, czyli około 4,5 miliarda lat temu. Jego korzenie sięgają wczesnego kosmicznego etapu ewolucji chemicznej. Znaleziska najstarszych skamielin molekularnych sprzed 3,5-3,8 mld lat pokazują, że ewolucja biochemiczna, która doprowadziła do powstania pierwszej komórki, trwała około miliarda lat. Tworzenie komórki było najtrudniejsze podczas tej długiej podróży.

Jak już wspomniano, materiał źródłowy do ewolucji biochemicznej został przygotowany wcześniej, na kosmicznym etapie rozwoju i na początku formowania się pierwotnej litosfery, hydrosfery i atmosfery. Źródeł energii było do tego wystarczająco dużo: promieniowanie słoneczne, energia cieplna wnętrze ziemi, promieniowanie wysokoenergetyczne, wyładowania elektryczne (błyskawice i grzmoty, w których występują silne fale uderzeniowe). Prawdopodobnie w tym samym czasie powstały podstawy doboru naturalnego ważnych cząsteczek biochemicznych.

Dostępna liczba pierwiastków chemicznych i obecność potężnych źródeł energii prowadzi do powstania ogromnej liczby cząsteczek. W wyniku kondensacji (stężenia) tych prostych cząsteczek (metanu, amoniaku, wody itp.) powstają główne cząsteczki biochemiczne: niektóre aminokwasy, które są podstawą białek; niektóre zasady organiczne, takie jak adenina, które są składnikami kwasów nukleinowych; niektóre cukry, takie jak ryboza i ich fosforany; proste cząsteczki zawierające azot, takie jak porfiryny, które są ważnym składnikiem enzymów (enzymów) itp. NA Następny krok dochodzi do powiększenia cząsteczek i powstania złożonych makrocząsteczek, krytyczne komponenty tzw. „bulion pierwotny”, w którym zachodzi polimeryzacja i wiązanie związków o małej masie cząsteczkowej w związki o dużej masie cząsteczkowej. Takie złożone związki wielkocząsteczkowe, zwane probiotami, mają otwartą strukturę przestrzenną, co zapewnia ich wzrost, a także podział na formacje potomne pod działaniem siły mechaniczne. Na tym etapie, gdy pojawiają się polimery biologiczne, najwyraźniej pojawił się również mechanizm identycznej reprodukcji (replikacji), który jest główną cechą życia.

Ustalono, że zdolność do samoreprodukcji organizmów żywych opiera się na replikacji kwasów nukleinowych, w której zachodzi nie tylko tworzenie nowych cząsteczek, ale także ich rozdzielanie. Etap prebiologiczny, często chemiczny, przechodzi w etap samoorganizacji, w którym powstają samoreprodukujące się złożone kompleksy molekularne. Te makrocząsteczkowe kompleksy dają początek życiu. Granica między dwoma etapami – etapem ewolucji czysto chemicznej i etapem samoorganizacji makrocząsteczek biologicznych – jest bardzo dowolna i nie jest ustalona w czasie.

Według Oparina wraz z pojawieniem się samoreprodukcji cząsteczek organicznych rozpoczęła się ewolucja biologiczna. To połączyło dwa ważne właściwości: zdolność do samoreprodukcji polinukleotydów i aktywność katalityczna polipeptydów. Najlepsze perspektywy przeżycia w selekcji prebiologicznej miały te układy ultramolekularne, w których metabolizm łączył się ze zdolnością do samoreprodukcji.

Na tym etapie procesy ewolucyjne doprowadziły do ​​powstania nowego typu relacji niezbędnych do dalszego rozwoju i reprodukcji. Aby zrozumieć znaczenie tego typu połączeń w przyrodzie, konieczne jest wprowadzenie dwóch podstawowych pojęć – informacji i instrukcji: instrukcji „od kogo” oraz informacji „dla kogo”. Trzeba powiedzieć kilka słów o informacjach.

Współczesna teoria informacji zajmuje się problemem przetwarzania informacji, a nie jej „produkcji”. Informacje muszą być przekazywane w ściśle określonej formie. Można go zapisać odpowiednim kodem i przy transmisji kanałami towarzyszy mu szum, który musi zostać odfiltrowany w urządzeniu odbiorczym. Współczesna teoria informacji, oparta na danych paleontologii, geologii, fizyki, uważa, że ​​wzrost złożoności strukturalnej i bogactwa informacji jest najważniejszą cechą postępu ewolucyjnego.

„Od kogo” i „dla kogo”? Te dwa pytania dotyczą interakcji kwasów nukleinowych i białek jako niezbędnych składników życia. W swojej książce o ewolucji chemicznej M. Calvin zauważa, że ​​istniejący obecnie zestaw składników białkowych został z góry określony na samym początku ewolucji przez początkowy zestaw aminokwasów. Ten zestaw aminokwasów w białku jest określony przez pewną sekwencję w strukturze kwasów nukleinowych. Kwasy nukleinowe i białka pełnią trzy niezwykle ważne funkcje: samoreprodukcję, zachowanie informacji dziedzicznej oraz przekazywanie tej informacji w procesie powstawania nowych komórek. Stąd kwasy nukleinowe i białka ściśle oddziałują na reprodukcję. Co było pierwsze: kwas nukleinowy czy białko? Nowa opcja stare pytanie o kurę i jajko.

Pytanie to postrzegane jest jako przeszkoda w próbie wyjaśnienia pochodzenia życia. Kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) wraz z kwasem rybonukleinowym (RNA) odpowiada za syntezę białek. Przypomnij sobie jedno z głównych postanowień biologii molekularnej: białko DNA RNA. Z tego stanowiska, które opisuje chemiczny proces syntezy białek, niektórzy badacze wnioskują, że „pra-DNA był prawdopodobnie pierwszym organizmem na Ziemi”. Ale DNA jest bezradne bez białka i to jest powód, dla którego hipoteza pra-DNA nie jest możliwa. „Początek życia jako pojedynczej cząsteczki DNA na brzegu pierwotnego oceanu”, pisze Bernal, „jest jeszcze mniej prawdopodobny niż w postaci Adama i Ewy w raju”.

W zrozumieniu kwestii pochodzenia życia pojęcia „kwasu nukleinowego” i „białka” można zastąpić pojęciami „informacji zawierającej instrukcje” i „funkcji”. Następnie pytanie „co jest pierwsze?” staje się absurdem, ponieważ określonej funkcji nie można wykonać, jeśli nie ma informacji. A „informacja” nabiera znaczenia tylko dzięki funkcji, którą koduje. Dlatego w przyrodzie żywej dobór naturalny skierowany jest ostatecznie na zachowanie funkcji użytecznej dla organizmu.

„Taki system (informacja - funkcja) - pisze M. Eigen - można porównać z zamkniętym węzłem. Chociaż oczywiste jest, że nić, z której tworzy się węzeł, musi się gdzieś zaczynać, punkt wyjścia traci znaczenie, ponieważ węzeł jest zamknięty. Relacje między kwasami nukleinowymi a białkami odpowiadają złożonej hierarchii „zamkniętego węzła”.

W procesie rozwoju probiontów narodziła się umiejętność przekazywania informacji. Zapewniał ogromne korzyści swoim nośnikom - złożonym kompleksom makrocząsteczkowym. Zdolność ta prowadzi w przyszłości do powstania ogromnego nasycenia informacyjnego żywej komórki, co zapewniają subtelne mechanizmy, które ukształtowały się w procesie ewolucji. W tym przypadku rejestracja informacji odbywa się na poziomie atomowym. Na niezwykle małej przestrzeni (na przykład średnica plemnika wynosi około 0,1 mm) można zapisać ogromną ilość informacji. Informacje te obejmują najdrobniejsze szczegóły, nawet takie, według J. Watsona, jak „nasza wrodzona zdolność do zabawiania innych”.

Główne cechy nabyte w wyniku dowolnego organizmu w wyniku długiej wcześniejszej ewolucji są zapisane w jego programie dziedzicznym. Od dawna wiadomo, że główna część informacji genetycznej zawarta jest w cienkich nitkowatych ciałach - chromosomach obecnych wewnątrz komórki. W latach pięćdziesiątych XX wieku ustalono, że najważniejsza część chromosomów składa się z DNA. Najwyraźniej materiałem genetycznym wszystkich żywych organizmów jest DNA, z wyjątkiem niektórych wirusów, które zawierają oryginalne RNA. Nie są znane przypadki, w których cząsteczki inne niż kwasy nukleinowe służyły jako materiał genetyczny.

Badania dyfrakcji rentgenowskiej M. Wilkinsa, a zwłaszcza prace J. Watsona i F. Cricka, ujawniły strukturę DNA. Jest to długi łańcuch powtarzających się sekwencji: cukier-fosforan-cukier-fosforan-cukier-fosforan... i tak dalej. Każdy cukier (zwany także dezoksyrybozą) ma przyłączoną planarną grupę cykliczną związku zawierającego azot, zwanego zasadą azotową. Są to puryny, które mają podwójny pierścień węgiel-azot i pirymidyny, które mają jeden taki pierścień. Najczęściej spotykane są puryny - adenina (A) i guanina (G) - oraz pirymidyny - tymina (T) i uracyl (U). Informacja genetyczna jest przekazywana przez zmianę tych czterech zasad w określonej kolejności. W związku z tym wszystkie informacje dziedziczne są zapisywane w języku zawierającym tylko cztery litery. Czy ten język jest słaby? jeśli spojrzysz świat, pełen różnorodności i piękna, można zadbać o to, aby nie kolidował z różnorodnością życia, ale zapewniał stabilność. Aby kod mógł być łatwo i szybko „odczytany” przez komórkę bez dużych kosztów energii, musi być oparty na niewielkiej liczbie liter. W procesie ewolucji powstał taki kod genetyczny. Mimo swojej „skromności” niesie ze sobą wiele informacji.

Cała cząsteczka DNA jest skręcona w formie podwójnej helisy. Dwa łańcuchy helisy są połączone wiązaniami wodorowymi, tworząc tak zwane komplementarne (dodatkowe) połówki, które można porównać do połączonej ujemnej i dodatniej. Dzięki temu geny po zduplikowaniu mogą tworzyć dodatkowe negatywne kopie, których kształt jest powiązany z oryginalnym „pozytywem” jak klucz do zamka. Ten dodatkowy „negatyw” służy jako matryca (szablon) w tworzeniu nowych kopii pozytywowych. W ten sposób powstają dwie pary identycznych łańcuchów tam, gdzie wcześniej był tylko jeden. Ten proces kopiowania wydaje się być charakterystyczny dla każdego organizmu.

W realizacji różnych reakcji chemicznych w żywej materii, oprócz kwasów nukleinowych, inny duża grupa cząsteczki to białka.

Białka składają się z 20 rodzajów aminokwasów, które są połączone ze sobą w tzw. łańcuchu polipeptydowym.

Zdolność do tworzenia białek złożone struktury pozwala im na precyzyjną regulację reakcji biochemicznych. Mają kolosalną różnorodność funkcjonalną i ogromną zdolność rozpoznawania.

Rozważ niektóre podstawowe postanowienia kodu genetycznego. Czy cztery elementy (cztery zasady DNA) mogą kontrolować sekwencję 20 aminokwasów w białku? Wyniki badań pokazują, że każdy aminokwas jest zapisywany (kodowany) przez kombinację trzech zasad, tzw. kod potrójny. Na przykład fenyloalanina jest kodowana przez potrójną sekwencję UUU - sekwencję trzech uracyli. Sam DNA, będący rdzeniem kodu, uczestniczy w syntezie białek nie bezpośrednio, ale pośrednio poprzez dwa rodzaje RNA: macierzowy czyli informacyjny (mRNA) i transportowy (tRNA). Są w stanie zbudować nie tylko przypadkowe kombinacje aminokwasów, ale także uporządkowane polimery białkowe. Być może pierwotne rybosomy składały się tylko z RNA. Takie bezbiałkowe rybosomy mogłyby syntetyzować uporządkowane peptydy z udziałem cząsteczek tRNA, które wiążą się z mRNA poprzez parowanie zasad. cząsteczka-

la RNA odtwarza kod genetyczny zapisany w DNA i przekazuje zapis do rybosomów znajdujących się w cytoplazmie. Są to submikroskopowe cząsteczki wewnątrzkomórkowe, w których białka są „składane” z aminokwasów. Kod genetyczny jest taki sam dla wszystkich żywych organizmów.

Przyjmuje się, że początkowo kod był bardziej prymitywny, ale został udoskonalony w procesie ewolucji poprzez dobór naturalny, czyli zgodnie z prawami biologicznymi. Dlatego uniwersalność kodu tłumaczy się nie tym, że inny kod nie może istnieć z przyczyn chemicznych, ale faktem, że jakakolwiek zmiana w nim byłaby śmiertelna. Wiadomo, że informacja genetyczna jest zapisywana na poziomie atomowym i każdy „pomyłka” nawet w kilku atomach może prowadzić do katastrofalnych konsekwencji. Elegancka podwójna helisa cząsteczki DNA jest niezwykle cienka (10 atomów średnicy), ale od niej zależy życie.

Wraz z powstaniem złożonych układów ultramolekularnych (kwasów nukleinowych, białek, w tym enzymów) oraz mechanizmu identycznej reprodukcji (kodu genetycznego) rozświetla się świt życia na Ziemi. Na początku kolejnego etapu, którego nie da się dokładnie wytyczyć, powstają biologiczne błony-organelle, które odpowiadają za kształt, budowę i aktywność komórki. membrany biologiczne zbudowane są z agregatów białek i lipidów zdolnych do oddzielania materii organicznej od środowiska i pełniących rolę ochronnej powłoki molekularnej. Przyjmuje się, że tworzenie błon może rozpocząć się już w procesie tworzenia koacerwatów. Ale do przejścia od koacerwatów do prawdziwej żywej materii potrzebne były nie tylko membrany, ale także katalizatory procesów chemicznych - enzymy (enzymy). Prebiologiczna selekcja koacerwatów zwiększyła akumulację polimerów białkopodobnych odpowiedzialnych za przyspieszenie reakcji chemicznych. Wyniki selekcji rejestrowano w strukturze kwasów nukleinowych. System skutecznie (sensownie) działających sekwencji nukleotydów w DNA został udoskonalony właśnie poprzez selekcję. Pojawienie się samoorganizacji zależało zarówno od początkowych przesłanek kosmicznych (chemicznych), jak i od specyficznych warunków środowiska ziemskiego. Samoorganizacja powstała jako reakcja na określone warunki.

Etap prebiologiczny jest etapem chemicznym i można go opisać za pomocą zasad mechanika kwantowa. Charakteryzuje się rozbieżnym (wielokierunkowym) rozwojem. Jednocześnie „odrzucono” wiele różnych nieudanych opcji, aż główne cechy strukturalne kwasów nukleinowych i białek uzyskały doskonałą „ocenę” doboru naturalnego. Być może istniały inne opcje, przy realizacji których życie nabrałoby innych cech.

Kod genetyczny powstał najwyraźniej w dniu ostatni krok ewolucja rozdzielonych fazowo układów organicznych (probiontów). Układy te nabyły zdolność do doskonalenia swojej organizacji na drodze prebiologicznej

selekcja samych układów, a nie tylko pojedynczych cząsteczek. Był to już kolejny poziom ewolucji biochemicznej, który zapewnił zarówno stałość przestrzennej i dynamicznej struktury układów ultramolekularnych, jak i wzrost ich możliwości informacyjnych. Prawdopodobnie w tym samym czasie położono początek specjalizacji dwóch rodzajów kwasów nukleinowych - DNA i RNA. DNA wyłoniło się jako główny „programista i inspektor” samoreprodukcji molekularnej. RNA przyjął rolę „informatora” i nośnika programu genetycznego. Wielu naukowców uważa, że ​​pierwsze formy kwasów nukleinowych były reprezentowane przez polimery podobne do RNA, które łączyły zdolność zarówno do gromadzenia, jak i przekazywania informacji genetycznej oraz uczestniczenia w syntezie białek. Podział funkcji między dwoma rodzajami kwasów nukleinowych otworzył nowe horyzonty ewolucji. „W procesie ewolucji probiotyków”, pisze Oparin, „wypróbowano i odrzucono nie mniej, a być może znacznie więcej opcji organizacyjnych niż na przykład stopnie między płetwami rekina a ludzką ręką”.

Po utworzeniu kodu genetycznego ewolucja staje się tematem z różnymi odmianami. Im dalej posuwa się w czasie, tym liczniejsze i bardziej złożone są wariacje. Jednak ewolucja jest wciąż na samym początku. Od powstania Ziemi minęło 1-1,2 miliarda lat. Probionty niewątpliwie rozwinęły się w środowisku beztlenowym. Do swojego wzrostu używali gotowych związków organicznych syntetyzowanych w toku ewolucji chemicznej, czyli byli heterotrofami. Potrzebne były różne probiotyki związki chemiczne- nukleotydy, aminokwasy itp. Gdyby probioty oddawały się do spożycia nie produkując nic, to materia organiczna szybko by się wyczerpała. Probionty też opętane upośledzony(niski stopień informacji genetycznej), aby łatwo radzić sobie z pojawiającymi się przeszkodami w warunkach, w których zapewniły sobie istnienie na drodze dyfuzji. Nie sposób sobie wyobrazić, że życie na tak wczesnym etapie istniało w postaci jednego gatunku organizmów: szybko wyczerpałoby swoją „pierwotną zupę”. Jak pokazała późniejsza ewolucja, probiotycy wybrali ścieżkę z optymistycznymi perspektywami. W pierwszym etapie istniała tendencja do nabywania różnorodnych właściwości, przede wszystkim do pojawienia się zdolności do syntezy substancji organicznych ze związków nieorganicznych za pomocą światło słoneczne, to znaczy do pojawienia się odżywiania autotroficznego. Wiele opcji zostało „wypróbowanych” przed osiągnięciem bardzo ważnego wyniku - pojawienia się organelli. Należą do nich: mitochondria odpowiedzialne za metabolizm komórkowy; chloroplasty przeprowadzające fotosyntezę; rybosomy - miejsce, w którym odbywa się proces syntezy białek zgodnie z instrukcjami DNA; chromatyny i jej późnego analogu chromosomu, które są odpowiedzialne za dokładne przekazywanie cech dziedzicznych. J. Bernal logicznie przyznaje, że przed wyizolowaniem komórek organelle przeszły etap niezależnego życia.

W pewnym momencie Haldane zasugerował, że bakteriofagi i inne wirusy są najwyraźniej łącznikiem między życiem przed-życiowym (probiontami) a życiem. Ale wirus nie jest organizmem, nie ma własnego metabolizmu i może się namnażać tylko wtedy, gdy dostanie się do komórki. Są to oczywiście formy zdegenerowane (wtórnie uproszczone), które pod wieloma względami są do siebie podobne

Najbardziej prymitywnymi organizmami wolnożyjącymi są tak zwane mykoplazmy. Posiadają elementy, które znajdują się w komórkach, ale w niezwykle uproszczonej formie. Może to wskazywać na prymitywność, ale może być również spowodowane wtórną degeneracją

W 1977 roku amerykański biochemik C. Vause szeroko ogłosił wyniki jednego ze swoich badań, które ogłosił odkryciem pierwszej formy życia. W gorących (65-70C) źródłach Parku Yellowstone znalazł mikroorganizmy pochłaniające dwutlenek węgla i wodór oraz uwalniające metan. Ponieważ znane są dziś dwie główne formy życia – rośliny i zwierzęta, za trzecią uznano organizmy produkujące metan. Ale w istocie, czy jest to trzecia forma życia, czy pierwsza, która później dała początek innym.

Obecnie powszechnie przyjmuje się, że probiotyki miały cechy „bakterii” produkujących metan z Yellowstone i żyły bez tlenu na drodze fermentacji. Odkrycie Vause jest bezdyskusyjne, jeśli chodzi o rozwój mikroorganizmów wytwarzających metan. Nie wiadomo jednak, czy są to przedstawiciele pierwszych organizmów, czy też są wynikiem wtórnej adaptacji i degeneracji bakterii.

Wielu ekspertów sceptycznie przyjęło przesłanie K. Vause, nie z powodu tradycyjnej nieufności do sensacji, ale dlatego, że wielu współczesnych bakterie beztlenowe które żyją dzięki różnego rodzaju fermentacji, fotosyntezie lub procesom chemicznym. Cytuje K. Grobshtein, amerykański biolog i biochemik charakterystyczne przykłady adaptacja bakterii do gorących (do 80C) roztworów poprzez sukcesywne „kolonizowanie” przez różne generacje poszczególnych stref temperaturowych, w zakresie od 30 do 80C.

Wniosek.

Oczywiście prawdziwe życie zaczyna się wraz z pojawieniem się komórki. Błony biologiczne pomagają łączyć poszczególne organelle (organelle błonowe i organelle cząsteczkowe) w jedną całość. Tworzy się prawdziwa podstawa życia, co oznacza skok w ewolucji. Oczywiście pierwsze komórki są prymitywne, nie mają jądra (prokarionty). Bakterie i niektóre inne mikroorganizmy są obecnie takimi. Pojawiły się około 3,2-3,5 miliarda lat temu. Następnie rozwój komórki rozpoczął się od jądra (eukariota) zawierającego chromosomy - organelle, które przechowują przy pomocy DNA i przekazują dziedziczne cechy komórki.

Pierwsze komórki były prototypem wszystkich żywych organizmów: roślin, zwierząt, bakterii. Później, w procesie ewolucji, pod wpływem darwinowskich praw doboru naturalnego, komórki ulegają udoskonalaniu, po prokariontach i eukariontach wyodrębnia się trzecia kategoria - wyspecjalizowane komórki wyższych wielokomórkowców, roślin i zwierząt - metafity i metazoa.

Złożone procesy ewolucji chemicznej, która zamienia się w biochemiczną i ewolucja biologiczna, można wyrazić w postaci prostego schematu: atomy, proste cząsteczki, złożone makrocząsteczki i układy ultramolekularne (probionty), organizmy jednokomórkowe.

Pierwszy krok został wykonany. To było najtrudniejsze. Na etapie ewolucji prebiologicznej „wypróbowano” wiele opcji dalszego rozwoju wyjściowych związków węgla. Początek można sobie wyobrazić jako złożone sploty różnych dróg, które stopniowo się rozchodzą, a życie wybiera jedną ścieżkę. Inne pozostają drogami donikąd.

Spis wykorzystanej literatury.

1. Goldsmith D., Owen T. „Poszukiwanie życia we wszechświecie”, M., 1983

2. Calvin M. „Ewolucja chemiczna”, M., Mir, 1971

3. Nikolov T. „Długa droga życia”, M., Mir, 1986

4. Ponnamperuma S. „Pochodzenie życia”, M., Mir, 1977

5. Fox S., Doze K. „Ewolucja molekularna i pojawienie się życia”, M., Mir, 1975

6. Horowitz N. "Poszukiwanie życia w Układzie Słonecznym", M., Mir, 1988

7. Szkłowski I. S. „Wszechświat. Życie. Umysł”, M., Nauka, 1987

8. Yugay GA ” Teoria ogólnażycie”, M., Myśl, 1985

Główne drogi ewolucji roślin, zwierząt i ludzi.

Pochodzenie życia na ziemi.

Problem pochodzenia życia jest jednym z najciekawszych i jednocześnie najmniej zbadanych zagadnień. Ta tajemnica tajemnic nie została jeszcze rozwiązana i jest mało prawdopodobne, aby kiedykolwiek można było powiedzieć z całkowitą pewnością, że życie powstało w taki, a nie inny sposób. Nasze sądy zawsze będą charakteryzować się niepełną udowadnialnością, dużym udziałem założeń i słabą weryfikacją uzyskanych danych. Istnieje wiele przypuszczeń i osądów dotyczących pochodzenia życia na ziemi. Rozważmy główne.

Teoria stworzenia– życie zostało stworzone przez Stwórcę w określonym czasie. Według kreacjonizmu (od łac. kreacja– stworzenie) pojawienie się życia odnosi się do konkretnego wydarzenia z przeszłości, które można obliczyć. Tak więc w 1650 r. arcybiskup Asher z Irlandii obliczyli, że Bóg stworzył świat w październiku 4004 pne, ao godzinie 9 rano 23 października i człowieka. Liczby te uzyskał na podstawie analizy wieku i powiązań rodzinnych wszystkich osób wymienionych w Biblii. Jednak do tego czasu na Bliskim Wschodzie rozwinęła się już cywilizacja, o czym świadczą wykopaliska archeologiczne. Jednak kwestia stworzenia świata i człowieka nie jest zamknięta, ponieważ teksty Biblii można interpretować na różne sposoby.

Teoria spontanicznego powstania życia istniał w Babilonie, Egipcie i Chinach jako alternatywa dla kreacjonizmu. Przez wiele stuleci ludzie wierzyli w spontaniczne generowanie życia, rozważając to w zwykły sposób wyłonienie się istot żywych z materii nieożywionej. Na przykład Arystoteles napisał, że żaby i owady rozmnażają się na żywej ziemi. Anaksymander wierzył, że życie powstało z mułu morskiego. Helmont wymyślił przepis na pozyskanie myszy z pszenicy i brudnej bielizny. Wraz z rozpowszechnieniem się chrześcijaństwa idee spontanicznego rodzenia zostały uznane za herezję i przez długi czas nie pamiętano o nich.

W 1688 roku florencki biolog i lekarz Francesco Redi ustalił, że małe białe robaki pojawiające się na gnijącym mięsie to larwy much. Przeprowadził eksperyment, który zadał pierwszy namacalny cios teorii spontanicznego powstawania życia. redi umieszczone martwe węże w szklanych słoikach. Część pozostawiona otwarta, a część pokryta muślinem. Wkrótce larwy much pojawiły się w otwartych słoikach, ale nie w zamkniętych. Sformułował też zasadę: Omne vivum e vivo (wszystko żyje z życia). Teoria biogenezy stwarza problem. „Jeśli inny żywy organizm jest niezbędny do powstania żywego organizmu, to skąd wziął się pierwszy żywy organizm?”

Kolejnym dowodem niekonsekwencji teorii spontanicznego powstawania życia były eksperymenty Ludwik Pasteur(1860) Pokazał, że bakterie mogą być wszędzie i mogą zarażać materia nieożywiona. Aby się ich pozbyć konieczna jest sterylizacja (pasteryzacja).

Teoria panspermii(możliwość przenoszenia życia we wszechświecie z jednego ciała kosmicznego do drugiego) nie dostarcza żadnego mechanizmu pierwotnego powstania życia i przenosi problem w inne miejsce we wszechświecie. Szwed A. Arrhenius uważał, że „ziarna życia” mogły zostać rzucone na Ziemię z innych planet. Mogą podróżować z meteorytami lub cząstkami kosmicznego pyłu, ale trudno wyjaśnić, w jaki sposób mikroorganizmy mogą przetrwać tak długie podróże bez ochrony przed promieniowaniem ultrafioletowym. I znowu, jak życie powstało na innym ciało kosmiczne z którego te spory "wyemigrowały"?

Pod koniec lat 60. popularność tej teorii powróciła. Wynikało to z faktu, że w badaniach meteorytów i komet odkryto wiele „prekursorów życia” - związki organiczne, kwas cyjanowodorowy, wodę, formaldehyd, cyjanogeny. W 1975 roku w glebie księżycowej i meteorytach znaleziono prekursory aminokwasów. Zwolennicy panspermii uważają je za „ziarna zasiane na Ziemi”.

Teoria sztucznej inteligencji Oparina. W 1924 r. radziecki naukowiec sztuczna inteligencja Oparin opublikował prace, w których nakreślił idee dotyczące tego, jak życie mogło powstać na Ziemi („Od różnych pierwiastków do związków organicznych” i „Od materii organicznej do żywej istoty”). Uważał, że substancje organiczne (węglowodory) mogą powstawać w oceanie z prostszych związków. Energia dla tych reakcji syntezy prawdopodobnie pochodziła z intensywnych Promieniowanie słoneczne(ultrafiolet), który spadł na Ziemię, zanim utworzyła się warstwa ozonowa, która następnie zaczęła zatrzymywać większość z niej. Według Oparina (1) różnorodność prostych związków występujących w oceanie, (2) powierzchnia Ziemi, (3) dostępność energii oraz (4) skale czasowe sugerują, że materia organiczna stopniowo gromadziła się w ocean i powstała „pierwotna zupa” - roztwór koacerwatu gdzie mogło powstać życie.

Moment przejścia od materii nieożywionej do żywej jest decydujący z metodologicznego i filozoficznego punktu widzenia. Zdaniem Oparina życie powstaje na poziomie struktur wielowymiarowych - koacerwatuje w "momencie wypadania żelu lub formowania się pierwotnej galaretki". Z pewnymi zastrzeżeniami ten kawałek organicznego śluzu, który pojawił się po raz pierwszy, można uznać za organizm pierwotny. To jest istota teorii Oparina.

Podobne myśli wyraził w 1928 r. angielski biolog J. Haldane'a(przed tłumaczeniem dzieł Oparina na j język angielski). Uważał, że ziemska atmosfera była bogata w dwutlenek węgla jeszcze przed pojawieniem się życia. Jako jeden z krytyczne czynniki za pojawienie się życia uważał promieniowanie ultrafioletowe słońca. Pod wpływem tego rodzaju energii w pierwotnej atmosferze Ziemi powstały różnorodne związki organiczne. Mogą to być cukry i niektóre aminokwasy potrzebne do budowy białka. Według Haldane'a pierwsze żywe istoty były prawdopodobnie ogromnymi cząsteczkami.

w 1953 roku Stanleya Millera stworzył urządzenie, za pomocą którego można było odtworzyć w miniaturze warunki panujące na pierwotnej Ziemi, w tym jej ocean i pierwotną atmosferę. Atmosfera w modelu była mieszaniną gazowego wodoru, amoniaku i metanu. W komorze zamontowano elektrody, które odbierały ładunki elektryczne imitujące piorun - możliwe źródło energia dla reakcji chemicznych na pierwotnej Ziemi. Znalezienie wielu różnych związków organicznych w układzie eksperymentalnym zajęło tylko tydzień. Szczególnie interesujący był fakt, że w tej mieszaninie znaleziono prekursory niektórych aminokwasów. Eksperyment Millera dowiódł więc, że substancje organiczne mogły powstawać na prymitywnej Ziemi bez udziału żywych organizmów. Wobec braku tlenu, który mógłby je zniszczyć, oraz bakterii i grzybów, które mogłyby je wykorzystać jako pokarm, substancje te rzeczywiście musiały zgromadzić się w pierwotnym oceanie do konsystencji bulionu.

Sydneya Foxa przeprowadzał również ciekawe eksperymenty. Ogrzał suchą mieszaninę aminokwasów i otrzymał łańcuchy aminokwasów, którym nadał nazwy proteinoidy(tj. substancje białkopodobne). Różne rodzaje polimerów zmieszanych z wodą mogą łączyć się i tworzyć większe struktury. Na prymitywnej Ziemi powstawanie takich związków mogło zachodzić w kałużach pozostawionych po odpływie, kiedy woda parowała w nich w upalne, słoneczne dni. Niektóre proteinoidy są w stanie katalizować pewne reakcje chemiczne. Być może właśnie ta zdolność była główną cechą determinującą ich późniejszą ewolucję aż do pojawienia się prawdziwych enzymów.

Teoria Oparina zyskał uznanie na całym świecie, ale nadal nie jest jasne, jak przejść od złożonych substancji organicznych do prostych żywych organizmów. Do tej pory nie ma jednego poglądu na ten temat. Większość opinii sprowadza się do uznania tego procesu za przypadkowy – tj. w wyniku interakcji najprostszych substancji nagle powstała cząsteczka zdolna do namnażania się. Znany amerykański genetyk, laureat nagroda Nobla 1937 Hermana Mellera. Według Mellera życie powstało w postaci genu – elementarnej jednostki dziedziczności – przez przypadkową kombinację grup atomowych i cząsteczek znalezionych w wodach pierwotnego oceanu. Jednak w 1966 roku niemiecki biochemik Schramma obliczył prawdopodobieństwo przypadkowej kombinacji 6000 nukleotydów, które tworzą RNA wirusa mozaiki tytoniu i otrzymał fantastyczną liczbę - 1/10 2000. Oznacza to, że uzyskanie takiej cząsteczki we Wszechświecie jest praktycznie niemożliwe. Dlatego też hipoteza przypadkowego związku nie cieszy się uznaniem. słynny astronom Freda Hoyle'a skomentował to w następujący sposób: „Ten pomysł jest równie absurdalny i nieprawdopodobny, jak twierdzenie, że huragan, który przetoczył się przez wysypisko śmieci, może doprowadzić do montażu Boeinga 747”.