«Естественнонаучные модели происхождения и развития жизни».

работа на "5" ...

Введение......................................................................................................3
1 Развитие представлений о происхождении жизни………………………4
1.1 Концепции возникновения жизни..........................................................4
1.2 Живые и неживые тела……………….....................................................5
2 Возникновение жизни………………………………………10
2.1 Вещественная основа жизни ..............................................................10
2.2 Этапы эволюции жизни ......................................................................10
2.3 Завоевание суши ...........................................................................12
2.4 Эволюция растений ...........................................................................12
2.5 Эволюцияживотных ........................................................................13
Заключение................................................................................................14
Литературные источники..........................................................................16

Естествознание всегда оказывало значительное воздействие на развитие гуманитарных наук. Особенно мощным это воздействие стало сейчас - в эпоху научно-технической революции. Изучение естествознания способствует выработке ориентиров, установок, ценностей рационализаторского отношения к миру, природе, обществу, человеку. Это очень важно именно в наше время, когда накатывается новая очередная историческая волна мифологизации культуры, массовое сознание реформируется, в нём всё чаще ставятся под сомнение достижения, ценности и возможности научного познания мира, когда происходит всплеск интереса к мистицизму, расцвет оккультизма, магии, астрологии; когда бегство от материализма к мистике, от науки к мифу стало модой. В этих условиях приобретает особую значимость утверждение идеалов научнорацион ализаторского отношения к действительности, на которых построена вся наша цивилизация.
Жизнь на Земле чрезвычайно многообразна. Она представлена ядерными и доядерными одно- и многоклеточными существами. Богатейший мир многоклеточных представлен тремя царствами - грибами, растениями и животными. Одним из наиболее трудных и в то же время интересных в современном естествознании является вопрос о происхождении жизни. Учёные сегодня не в состоянии воспроизвести процесс возникновения жизни с такой же точностью, как это было несколько миллиардов лет назад. Вопрос о происхождении жизни интересен не только сам по себе, но и тесной связью с проблемой отличия живого от неживого, а также связью с проблемой эволюции жизни.
Актуальность: происхождение жизни.
Цель данной работы: ознакомиться с естественно-научными моделями происхождения и развития жизни.
Задачи:
1. Исследовать пять концепций возникновения жизни.
2. Изучить различия между живыми и неживыми телами.
3. Рассмотреть этапы эволюции жизни.

Появление жизни на Земле пытались объяснить и занесением её из других космических миров.
Естествознание XX в. сделало шаг вперёд в изучении жизни, её проявлений на Земле и за её пределами. Сейчас уже определённо выяснено, что «азбука» живого сравнительно проста. В любом существе, живущем на Земле, присутствует 20 аминокислот, 5 оснований, 2 углевода и один фосфат. Существование небольшого числа одних и тех же молекул во всех живых организмах убеждает нас, что всё живое должно иметь единое происхождение.
Отрицание возможности самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возможности развития органической природы и жизни в прошлом из неорганической материи.
Не исключается возможность занесения определённых предпосылочных факторов жизни на Земле изКосмоса. Однако в изученной пока человеком части Вселенной, только на Земле они привели к формированию и расцвету жизни. К концу XX в. осталась наиболее перспективной пятая концепция.
1.2 Живые и неживые тела
В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядочные органические соединения: белки и нуклеиновые кислоты. В структурном плане живое отличается от неживого клеточным строением. В функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя. Также живые тела отличаются от неживых наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, способностью к движению, раздражимостью и т. д. Неотъемлемой частью живого является отличие воды, солей и т.д. Также и для возникновения жизни нужны определённые диапазоны температур, влажности, давления, уровня радиации и время. «В некотором смысле живые системы можно сравнить с хорошо налаженным производством: с одной стороны, они являются вместилищем многочисленных химических превращений, с другой - демонстрируют великолепную пространственно-временную организацию с весьма неравномерным распределением биохимического материала»(2). Если бы возраст Вселенной был меньше, то жизнь также не могла бы возникнуть. Возникновение жизни явилось результатом процессов, протекавших сначала миллиарды лет во Вселенной, а затем миллионы лет на Земле. От неорганических соединений к органическим, от органических к биологическим - таковы последовательные стадии, по которым осуществляется процесс зарождения жизни. « Специфичность жизни, отличие живых систем от неорганического мира хорошо видны с точки зрения химии. В живых системах протекает множество отдельных химических реакций, многие из которых давно и хорошо изучены. Для живого специфичен определённый порядок этих реакций, их последовательность и объединение в целостную систему».
В сложном процессе возникновения жизни на Земле можно выделить несколько основных этапов:
1) образование простых органических соединений;
Происхождение жизни связано с протеканием определённых химических реакций на поверхности первичной планеты. На начальных этапах своей истории Земля представляла собой раскалённую планету. Вследствие вращения при постепенном снижении температуры в поверхностных слоях концентрировались атомы легких элементов ( водорода, углерода, азота и т.д.), из которых и состоят тела живых организмов. При дальнейшем охлаждении Земли появились химические соединения: вода, метан, водород и др. Физические и химические свойства воды и углерода определили то, что именно они оказались у колыбели жизни. На Земле основой жизни является углерод, он способен создавать разнообразные, подвижные, низкоэлектропроводные, насыщенные водой, длинные цепеобразные структуры. Соединения углерода с водородом, кислородом, азотом и др. обладают каталитическими, строительными, энергетическими свойствами.
На начальных этапах сложилась первичная атмосфера Земли, которая носила не окислительный, как сейчас, а восстановительный характер. Первичная атмосфера содержала водород, соединения углерода (метан) и азота (аммиак). Отсутствие кислорода было вероятно необходимым условием возникновения жизни. Лабораторные опыты показывают, что органические вещества легче создаются в восстановительной среде, чем в атмосфере. Дальнейшее снижение температуры обусловило переход ряда газообразных соединений в жидкое и твёрдое состояние, а также образование земной коры.
Когда температура Земли опустилась ниже 100 град. С, произошло сгущение водяных паров. Длительные ливни привели к образованию больших водоёмов. В результате активной вулканической деятельности из внутренних слоёв Земли на поверхность выносилось много раскалённой массы, в т.ч. карбидов, которые вступали в химические реакции с растворёнными в воде веществами. Так на поверхности молодой планеты Земля в большом количестве накапливались простейшие органические соединения. А.И.Опарин полагал, что органические вещества могли создаваться и в океане из более простых соединений. Энергию для этих реакций синтеза доставляла солнечная радиация.
« Органический синтез осуществлялся в период, предшествовавший образованию Солнечной системы и во время её образования, он имел место уже на том этапе, когда Земля ещё окончательно не сформировалась» (1).
Механизм отбора действовал на самых ранних стадиях зарождения органических веществ - из множества образующихся веществ сохранялись устойчивые к дальнейшему усложнению.
2) возникновение сложных органических соединений.
Благодаря высокой температуре, грозовым разрядам, усиленному ультрофиолетному излучению, относительно простые молекулы органических соединений при взаимодействии с другими веществами усложнялись и образовывались углеводы, жиры, аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты. Возможность такого синтеза доказана опытами А.М.Бутлерова, который ещё в середине прошлого столетия получил из формальдегида - углеводы (сахар). А в 1953-1957 г.г. химиками различных стран в целом ряде экспериментов были синтезированы органические кислоты, в т.ч аминокислоты, которые являются материалом для образования белковых молекул. Эксперименты в этом направлении оказались перспективными, совершенно определённо показали возможность образования белковых молекул в условиях отсутствия жизни.
С определённого этапа в процессе химической эволюции на Земле, активное участие стал принимать кислород, с накоплением которого в атмосфере восстановленные соединения стали окисляться. При окислении метана образовывались метиловый спирт, формальдегид, муравьиная кислота и т.д., которые с дождевой водой попадали в первичный океан. Эти вещества вступая в реакции с аммиаком и цианистым водородом, дали начало аминокислотам. Так воды первичного океана постепенно насыщались разнообразными органическими веществами, образуя «первичный бульон».
3) « первичный бульон» и образование коацерватов.
После того, как углеродистые соединения образовали « первичный бульон», могли уже организоваться биополимеры - белки и нуклеиновые кислоты, обладающие свойством самовоспроизводства себе подобных. В водах первичного океана концентрация органических веществ увеличивалась, происходило их смешивание, взаимодействие и объединение в мелкие обособленные структуры раствора. Эти структуры русский учёный А.И.Опарин назвал «коацерватными каплями или коацерватами» (2). Коацерваты имеют достаточно сложную организацию и обладают рядом свойств, которые сближают их с простейшими живыми системами ( способны поглощать из окружающей среды разные вещества и увеличиваться в размерах, в них могут происходить процессы распада и выделяться продукты распада). Однако всё это не даёт основания для отнесения их к живым системам, но предпосылки живого уже содержали. К важным свойствам живых систем относятся:
1) компактность;
2) способность создавать порядок из хаотического теплового движения молекул. Чем более сложно устроено живое вещество, тем более в нём скрытой энергии;
3) обмен с окружающей средой веществом, энергией, информацией;
4) жизнь качественно превосходит другие формы существования материи в плане многообразия и сложности химических компонентов и динамики протекающих в живом превращений;
5) в самоорганизации живых систем, схемы реакций просты, а молекулы - сложны;
6) у живых систем есть прошлое, у неживых его нет;
7) жизнь организма зависит от двух факторов - наследственности, определяемой генетическим аппаратом, и изменчивости, зависящей от условий окружающей среды и реакции на них индивида. Интересно, что сейчас жизнь не могла бы возникнуть из-за кислородной атмосферы и противодействия других организмов. Раз зародившись, жизнь находится в процессе постоянной эволюции;
8) способность к избыточному само производству.
2 Возникновение жизни
2.1 Вещественная основа жизни
В 1924 г. в книге А.И.Опарина впервые была сформулирована естественнонаучная концепция, согласно которой возникновение жизни - результат длительной эволюции на Земле: сначала химической, затем биологической. С позиций современной науки жизнь возникла из неживого вещества в результате эволюции материи, являющейся результатом естественных процессов, происходивших во Вселенной. Жизнь - это свойство материи, которое ранее не существовало и появилось в особый момент истории нашей планеты Земля. Жизнь возможна только при определённых физических и химических условиях: температура, на
2) Опарин А.И. Материя - жизнь - интеллект. М., 1977 г.
2.2 Этапы эволюции жизни
Жизнь возникла не тогда, когда образовались очень сложные органические соединения, а тогда, когда начал действовать механизм редупликации. Начало жизни на Земле - появление нуклеиновых кислот, способных к воспроизводству белков. На границе между коацерватами - сгустками органических веществ -могли выстраиваться молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей коацерватам стабильность. В результате включения в коацерват молекулы, способной к самовоспроизведению, могла возникнуть клетка, способная к росту.
Таким образом, завершение процесса биогенеза связано с возникновением у более стойких коацерватов способности к самовоспроизведению составных частей, с переходом к матричному синтезу белка. Это было величайшим качественным скачком в эволюции материи. Однако механизм такого перехода пока не ясен. Основная трудность здесь состоит в том, что для удвоения нуклеиновых кислот нужны белки, а для создания белков - нуклеиновые кислоты. По этому поводу существуют разные гипотезы, но все они так или иначе не полны. В настоящее время наиболее перспективными являются гипотезы, которые опираются на принципы теории самоорганизации, синергетики. Синергетика изменила представление о мире, развитие понимается как процесс становления качественно нового, того, что ещё не существовало в природе и предсказать которое невозможно. Как показывает синергетика энергия имела для возникновения жизни не меньшее значение, чем вещество.
Следующим шагом в организации должно быть образование
мембран, которые отделяли смеси органических веществ от окружающей среды. С их появлением и получается клетка - «единица жизни», главное структурное отличие живого от неживого. В проблеме возникновения жизни ещё много неопределённого, она ещё далека от своего окончательного разрешения. Знание условий, которые способствовали возникновению жизни на Земле, позволяют понять почему в наше время невозможно появление живых существ из неорганических систем. В нашу эпоху отсутствуют условия для синтеза. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения.
Состав клетки: 70% кислорода, 17% углерода, 10% водорода, 3% азота. Синтез белка осуществляется в цитоплазме клетки. Почти в каждой из клеток человека синтезируется свыше 10000 разных белков. Первичные живые организмы были анаэробными ( жили без кислорода) питались и воспроизводились за счёт «органического бульона», возникшего из неорганических систем. С « кислородной революцией» связан переход от прокариотов (клетки у которых нет ядра) к эукариотам ( есть ядро, где сосредоточены хромосомы). Прокариоты - это простые, выносливые организмы, обладающие высокой способностью к быстрому размножению, легко приспосабливающиеся к изменяющимся условиям природной среды. Клетки без ядра напоминают нынешние бактерии и сине-зелёные водоросли. Возраст самых древних организмов около 3 млрд. лет. У эукариотов ДНК уже собраны в хромосомы, такие клетки появляются примерно 2 млрд. лет тому назад. Такая клетка воспроизводится без каких либо существенных изменений. В неизменной природной среде «дочерние» клетки имеют столько же шансов на выживание, сколько и « материнская».
Дальнейшая эволюция эукариотов была связана с разделением на растительные и животные клетки.
Следующим важным этапом развития жизни было возникновение примерно 900 млн. лет назад полового размножения, слияния ДНК двух индивидов. Это значительно повысило видовое разнообразие и резко ускорило эволюцию. Значительным шагом в дальнейшем усложнении организации живых существ было появление многоклеточных организмов (кишечно-полостные и т.д.). Эволюция многоклеточных шла в направлении совершенствования способов передвижения, лучшей координации деятельности клеток, совершенствование способов дыхания и др. Первые позвоночные, по-видимому, возникли в мелководных пресных водоёмах. Это мелкие существа, покрытые чешуёй, которая помогала защищаться от крупных хищников. Эволюция позвоночных шла в направлении образования челюстных рыбообразных.
2.3 Завоевание суши
Важнейшим событием в эволюции форм живого является выход растений и живого из воды и последующее образование большого многообразия наземных растений и животных. Содержание кислорода в воздухе выше, чем в воде, что предполагало выработку соответствующих приспособлений. Растения, переселившиеся на сушу, получали значительные преимущества: солнечной энергии здесь больше, фотосинтез становится более совершенным. Первые наземные растения - псилофиты; они занимали промежуточное положение между наземными сосудистыми и водорослями.
Вслед за растениями из воды на сушу последовали различные виды членистоногих, первые обитатели суши напоминали по виду современных скорпионов.
2.4 Эволюция растений
Растительные клетки покрыты жёсткой целлюлозной оболочкой, которая их защищает, но одновременно не даёт им перемещаться и получать пищу в процессе передвижения. Первый важный результат растительной деятельности - фотосинтез - создание органического вещества из углекислоты и воды при использовании солнечной энергии, улавливаемой хлорофилом. Продукт фотосинтеза - кислород в атмосфере. Растительные клетки совершенствовались в направлении использования фотосинтеза для накопления питательных веществ. После выхода растений на сушу эволюция была связана с усилением компактности тела, развитием корневой системы, тканей, клеток, проводящей системы и т.д.
Переход от трахеид к сосудам обеспечивал приспособление к засушливым условиям. В наземных условиях оказались непригодными для размножения свободно плавающие половые клетки; здесь для целей размножения формируются разносимые ветром споры или семена. Постепенно происходит дифференциация тела на корень, стебель, лист. Дальнейшая эволюция шла по пути совершенствования семян.
2.5 Эволюция животных
Животные клетки имеют эластичные оболочки и потому не теряют способности к передвижению, это им даёт возможность самим искать пищу. Животные клетки эволюционировали в направлении совершенствования способов передвижения и способов поглощать и выделять крупные частицы через оболочку. Вышедшие на сушу рептилии оказались перспективной формой. Возникло множество видов; некоторые рептилии становятся хищными, другие - растительноядными. В условиях похолодания исключительные преимущества получают теплокровные животные - птицы и млекопитающие. От древних хищных происходят копытные. От некоторых видов насекомоядных обособляется отряд приматов. Некоторые виды приматов переходят к прямо хождению. Так в биологическом мире вызревали предпосылки возникновения Человека и мира Культуры
Заключение
Жизнь - одно из сложнейших, если не самое сложное явление природы. Для нее особенно характерны обмен веществ и воспроизведение, а особенности более высоких уровней ее организации обусловлены ее строением более низких уровней. Современная теория происхождения жизни основана на идее о том что биологические молекулы могли возникнуть в далеком геологическом прошлом неорганическим путем.
Перед человечеством стоит вопрос “Как появилась жизнь?”. Попыток дать ответ великое множество, но каждая из них опирается на одну из трёх основных теорий: