Реферат: Возникновение жизни на Земле

Если, любопытствуя, мы возьмем в руки справочник или какое-нибудь научно-популярное пособие, то непременно наткнемся в них на одну из версий теории происхождения Вселенной – так называемой теории «большого взрыва». В кратком виде эту теорию можно изложить так: первоначально вся материя была сжата в одну «точку», имевшую необычайно высокую температуру, а затем эта «точка» взорвалась с огромной силой. В результате взрыва из постепенно расширявшегося во все стороны супергорячего облака субатомных частиц постепенно образовывались атомы, вещества, планеты, звезды, галактики и, наконец, жизнь. При этом расширение Вселенной продолжается, и неизвестно, как долго будет продолжаться: возможно, когда-нибудь оно достигнет своих границ.

Одна из самых больших проблем, стоящих перед сторонниками теории «большого взрыва», как раз состоит в том, что ни один из предлагаемых ими сценариев возникновения Вселенной невозможно описать математически или физически. Согласно базовым теориям «большого взрыва», первоначальным состоянием Вселенной была точка бесконечно малых размеров с бесконечно большой плотностью и бесконечно высокой температурой. Однако такое состояние выходит за пределы математической логики и не поддается формальному описанию. Так что в действительности о первоначальном состоянии Вселенной ничего определенного сказать нельзя, и расчеты тут подводят. Поэтому это состояние получило в среде ученых название «феномена».

Так как этот барьер до сих пор не преодолен, то в научно-популярных изданиях для широкой публики тема «феномена» обычно опускается вообще, а в специализированных научных публикациях и изданиях, авторы которых пытаются как-то справиться с этой математической проблемой, о «феномене» говорят как о вещи, недопустимой с научной точки зрения, Стивен Хоукинг, профессор математики из Кембриджского университета, и Дж.Ф.Р. Эллис, профессор математики университета в Кейптауне, в своей книге «Длинная шкала структуры пространство-время» указывают: «Достигнутые нами результаты подтверждают концепцию, что Вселенная возникла конечное число лет назад. Однако отправной пункт теории возникновения Вселенной – так называемый «феномен» – находится за гранью известных законов физики». Тогда приходится признать, что во имя обоснования «феномена», этого краеугольного камня теории «большого взрыва», необходимо допустить возможность использования методов исследований, выходящих за рамки современной физики.

«Феномен», как и любой другой отправной пункт «начала Вселенной», включающий в себя что-то, что невозможно описать научными категориями, остается открытым вопросом. Однако возникает следующий вопрос: откуда появился сам «феномен», как он образовался? Ведь проблема «феномена» – это только часть гораздо большей проблемы, проблемы самого источника начального состояния Вселенной. Иными словами – если первоначально Вселенная была сжата в точку, то что привело ее в это состояние? И если мы даже откажемся от вызывающего теоретические трудности «феномена», то все равно останется вопрос: как образовалась Вселенная?

В попытках обойти эту трудность, некоторые ученые предлагают так называемую теорию «пульсирующей Вселенной». По их мнению, Вселенная бесконечно, раз за разом, то сжимается в точку, то расширяется до каких-то границ. Такая Вселенная не имеет ни начала, ни конца, существуют только цикл расширения и цикл сжатия. При этом авторы гипотезы утверждают, что Вселенная существовала всегда, тем самым вроде бы полностью снимая вопрос о «начале мира».

Но дело в том, что никто до сих пор не представил удовлетворительного объяснения механизма пульсации. Почему происходит пульсация Вселенной? Какими причинами она вызвана? Физик Стивен Вайнберг в своей книге «Первые три минуты» указывает, что при каждой очередной пульсации во Вселенной неизбежно должна возрастать величина соотношения количества фотонов к количеству нуклеонов, что ведет к угасанию новых пульсаций. Вайнберг делает вывод, что таким образом количество циклов пульсации Вселенной конечно, а значит, в какой-то момент они должны прекратиться. Следовательно, «пульсирующая Вселенная» имеет конец, а значит, имеет и начало.

Жизнь является одним из удивительных и загадочных явлений природы, поэтому она издавна привлекала к себе внимание человечества, которое безуспешно на протяжении многих веков стремилось разгадать ее сущность и тайну происхождения. Отсутствие необходимых знаний не позволяло подойти к решению этой проблемы с научных позиций, поэтому все попытки оставались на уровне догадок.

Быстрое развитие науки в девятнадцатом и начале двадцатого столетия создало предпосылки для формирования научно обоснованных представлений о происхождении жизни на Земле.

Первые представления, определившие главные направления в решении этой проблемы, были высказаны А.И. Опариным в 1924 г. и Дж. Холдейном и Г. Мёллером в 1929 г.

Идея гипотезы А.И. Опарина, заключается в том, что жизнь на Земле возникла благодаря естественному развитию процессов последовательного химического усложнения углеродистых соединений, которые, попадая в первородный океан, образовывали коллоидные растворы в воде. Рано или поздно из коллоидного раствора выпадали кусочки геля, в результате чего бесструктурное вещество обрело структуру, совершился переход органического соединения в организованное тело. Эти кусочки геля и послужили затем предшественниками первичных организмов. Но прежде чем кусочки геля стали примитивными организмами, им понадобилось пройти сложный и длительный эволюционный путь, в результате которого у них должны были развиваться свойства, присущие живым организмам.

Опарин возникновение жизни связывал непосредственно с возникновением организмов, имеющих четкую границу раздела с окружающей средой. Основанием для такого подхода служило общепризнанное в биологии мнение, что минимальным уровнем живого, в котором проявляются все признаки жизни, является клетка.

В основу модели, происхождения жизни на Земле, выдвинутой М.Д. Нусиновым и К.Б. Серебровской, положена каталитическая функция реголитного зерна, которая в сочетании с капельножидкой водой может приводить к возникновению сначала «обращенной» мицеллы, а затем и структуры, окруженной двухслойной мембраной, – «липосомы», с включенной внутрь каталитически активной реголитной частицей.

К. Симионеску и Ф. Денет считают, что макромолекулярные предшественники живой материи появились путем аккумулирования и рекомбинации активных частиц, возникших под влиянием плазмы в газообразной фазе (первичной атмосфере) на холодных поверхностях суши или в атмосфере.

Л. Лозина-Лозинский считает, что жизнь возникла в наземных условиях, среди частиц грунта или в пещерах, в горных породах, где присутствовали минералы-катализаторы, ускорявшие синтез органических соединений.

Представления о происхождении жизни, высказанные Дж. Холдейном, существенно отличаются от представлений А.И. Опарина. Дж. Холдейн допускал существование жизни до возникновения первых живых клеток. Он считал, что первые живые или полуживые объекты представляли собой, вероятно, большие молекулы, синтезировавшиеся под действием солнечных лучей и способные размножаться лишь в той исключительно благоприятной среде, в которой они возникли. Дж. Холдейн так представлял возникновение первой клетки; «Клетка состоит из многочисленных полуживых химических молекул, взвешенных в воде и заключенных в маслянистую пленку. В те времена, когда весь океан представляя собой огромную химическую лабораторию, условия для образования таких пленок были относительно благоприятными, и тем не менее, жизнь, возможно, находилась на «вирусной» стадии на протяжении многих миллионов лет, прежде чем подходящий набор элементарных единиц оказался собранным в первой клетке.

Спустя почти 30 лет Дж. Холдейн несколько конкретизировал механизм добиологических процессов возникновения простейшего живого организма, однако взгляды его принципиально не изменились.

В 1929 г. Г. Мёллер выдвинул аналогичную гипотезу, в которой начало жизни связывал с особыми молекулами, способными к саморазмножению – генами, т.е. в основе появления жизни лежало возникновение «голого» гена.

Дж. Прингл также предполагал, что жизнь первоначально существовала как некая начальная химическая активность и не имела четких границ в морском «бульоне». Эта активность была сходна с процессами, происходящими в живых клетках. Затем постепенно жизнь локализовалась в ограниченных объемах и сформировалась в виде отдельных организмов.

А. Игнатов в своей работе развивает идеи о первоначальном зарождении жизни на доклеточном уровне: «Капельки, пленки и целые протоплазматические слои, существовавшие благодаря обмену веществ белковых тел, и явились первыми живыми телами, появившимися на Земле. Они обладали самой наипростейшей биологической организацией, какая только возможна при осуществлении жизненных процессов, живое тело развивалось, прежде всего, в направлении создания наиболее благоприятных условий для обмена веществ белковых тел.

Таким образом, выдвинутые Опариным и Холдейном представления послужили базой для формирования двух направлений в решении проблемы происхождения жизни. Свидетельством этого служат последующие работы, в которых основное внимание уделялось развитию конкретных механизмов происхождения жизни по той или иной схеме.

Необходимо отметить, что появление большого количества работ, посвященных происхождению жизни на Земле, привлекло внимание ученых различных специальностей, которые, с позиции накопленных в своей области знаний подвергли основные положения выдвигаемых гипотез критическому анализу. Это позволило выявить сильные и слабые стороны химической эволюции органических веществ, а также всесторонне оценить ее роль в решении проблемы происхождения жизни на Земле.

Привлечение внимания широкого круга исследователей к столь сложной проблеме позволило отчетливо осознать, что точка зрения на происхождение жизни совершенно недостаточна: «…в каких бы количествах ни образовывались органические продукты от каких-либо планетарных катаклизмов и атмосферных разрядов, – указывает П.К. Анохин, – только на этой основе никогда не смогла бы создаться даже самая примитивная жизнь.

Жизнь – это самоорганизующееся образование, пусть на первых порах примитивное, но включающее в себя все необходимые узловые механизмы, свойственные функциональной системе». Здесь же Анохин пишет, что формирование системы, обладающей динамической самоорганизацией, было критическим моментом возникновения живого на нашей планете.

К.С. Тринчер придерживается аналогичного мнения; «Химические синтезы сложных соединений, какими бы путями они не совершались, не представляют собой биологического развития материи, на основании которого можно было бы объяснить физическую суть живой системы».

У.Р. Эшби на основании теории информации отмечает: «Ученые пытались доказать, что имеется какой-то путь перехода от двуокиси углерода к аминокислоте, от нее – к белку, а затем, через естественный отбор и эволюцию, – к разумным существам. Я утверждаю, что такие поиски специфических условий совершенно ошибочны. Справедливо как раз обратное – каждая динамическая система дает начало своей собственной форме разумной жизни и является в этом смысле самоорганизующейся».

А.П. Руденко также считает, что самоорганизоваться могут не молекулы вещества сами по себе, а только сложные целостные многомолекулярные каталитические системы.

Н.П. Дубинин отмечает, что современные теории происхождения жизни, имеющие большое значение для выяснения условий, в которых могла возникнуть жизнь, исходят из редукционистских идей, уделяя главное внимание нарастанию физико-химической усложненности неорганического вещества. «Исходным актом происхождения жизни как качественно нового явления не могло служить исходное появление только белков или только нуклеиновых кислот, необходимо было появление структурированной системы, функционирующей при взаимодействии специфических веществ, энергии и генетической информации».

А.М. Уголев, анализируя современное состояние проблемы происхождения жизни, указывает, что одна из ошибок, допускаемых структуралистами, заключается в том, что свойства структур, появляющихся на предбиологической стадии, они стремились приблизить к основным характеристикам жизни.

Дж. Кеосиан в своей работе «Кризис в проблеме происхождения жизни» отмечает, что «химическая эволюция нашла свой конец в самой себе. Во многих случаях она представляет собой надуманный или искусственный лабораторный синтез».

Таким образом, субстратные гипотезы, основанные на химической эволюции, оказались неспособными даже наметить правильный путь в решении проблемы происхождения жизни.

В последние годы выяснилось, что решение проблемы происхождения жизни связано не столько с решением вопроса возникновения материального субстрата жизни, сколько с решением вопроса возникновения упорядоченности структуры и процессов как во времени, так и в пространстве.

Н.П. Дубинин отмечает: «…центральными при анализе природы скачка от неживого к живому на Земле являются две проблемы. Первая – разъяснение тех путей, которые обеспечили возможность синтеза молекул ДНК в естественных условиях первобытной Земли. Вторая – анализ того, как белковые соединения стали обязательной средой для размножения молекул нуклеиновых кислот и приняли на себя (под управлением генетического кода ДНК) роль субъекта всех главных проявлений жизнедеятельности организмов».

В.И. Гольданский с соавторами показывают, что возникновение жизни, и как главного ее свойства самовоспроизведения, непосредственно связано с возникновением чистой среды, т.е. в «первобытном бульоне» в течение нескольких миллионов лет должно произойти нарушение зеркальной симметрии и формирование чистоты органической среды, в которой остались только левые аминокислоты и правые сахара, использованные затем в процессе формирования коротких цепочек блоков будущих ДНК и РНК и цепочек для будущих белков.

Познание механизма возникновения генетического кода и упорядоченной структуры ДНК или ДНК-подобных макромолекул признается многими исследователями решающим моментом, понимании того, как произошла жизнь.

Ф. Крик и Л. Оргел, не находя возможности представить механизм возникновения ДНК, вновь возвращаются к мысли о занесении на Землю примитивной формы жизни с других планет Вселенной. Однако, как неоднократно отмечалось в литературе, такой подход к решению вопроса только переносит проблему зарождения жизни на другую планету.

За последние двадцать-тридцать лет была накоплена вполне достаточная научная информация в различных областях знания, а формирование метода подхода к решению поставленной проблемы было начато значительно раньше.

Еще в 1931 г. В.И. Вернадским была опубликована статья «Об условиях появления жизни на Земле», в которой он научно обосновал, что вопрос о происхождении жизни на Земле сводится к вопросу о происхождении на ней биосферы: что жизнь вне биосферы не существует – есть нереальная абстракция; что морфологический состав живой природы в биосфере изначала должен был быть сложным и жизнь всегда исполняла одновременно разнородные биогеохимическке функции (газовая, кислородная, окислительная, восстановительная, кальциевая, концентрационная, функция сгорания органических соединений и др.), поэтому должен был одновременно появиться сложный комплекс живых форм, развернувшийся затем в современную живую природу; что живые организмы, обладая преимущественно свойством правого вращения плоскости поляризации света, могли создаться в такой дисимметричной правой среде, отличной от обычной среды биосферы. В.И. Вернадский считал, что жизнь при возникновении биосферы должна появиться не в виде одного какого-либо организма, а в виде их совокупности, отвечающей геохимическим функциям жизни, или она появилась с одной простейшей формы, которая затем так быстро раздробилась на формы, имеющие разные геохимические функции что этот период не оставил никаких следов в земной коре.

С сожалением приходится отметить, что эти фундаментальные положения не были использованы исследователями при разработке различных гипотез о происхождении жизни.

Подытоживая приведенный краткий обзор, можно сказать, что в настоящее время непрерывно расширяются исследования как в направлении создания целостной достоверной картины возникновения жизни, так и в направлении разработки отдельных конкретных механизмов, которые могли происходить на предбиологической стадии. Однако, несмотря на предпринимающиеся попытки, проблема происхождения жизни еще далека от своего разрешения и представляет пока большую сложность.

Истинное место космоса в жизни человечества определяется не только политическими и экономическими понятиями, хотя, конечно, без них и не обойтись. Самое главное предназначение выхода человека в космическое пространство – сплочение людей в единую человеческую семью. Подобно тому как Геллеспонт объединял древних греков, служа восточной границей их расселения, точно так же черный круг космоса в иллюминаторе космического корабля служит символом единства нишей 1-земной цивилизации.

Связи и взаимодействия между новым политическим /мышлением и космонавтикой многообразны и динамичны.

Во-первых, космонавтика помогает осознать и усвоить тот непреложный факт, что Земля и окружающее ее близлежащее космическое пространство – это общий дом человечества.

Во-вторых, выход в космос символизирует достижение такого уровня развития науки и техники, на котором материальное изобилие из красивой сказки всех времен и народов становится вполне реальным.

В-третьих, раздвигая пространственные и связанные с ними временные пределы познания, выход в космос создает основы и для духовного изобилия современного человека, наполняя его смысл бесконечным содержанием познания окружающего мира.

В-четвертых, выход в космос означает качественный рубеж в совершенствовании самого человека, являющегося высшим уровнем организации материи в известной нам части мироздания.

И, наконец, космические средства связи сближают континенты и народы, способствуют взаимообогащению культур, росту взаимопонимания, вытравливанию ложных стереотипов старого политического мышления.

На наш взгляд, непревзойденное до сих пор по глубине и целостности толкование космоса и человека в нем дано выдающимися отечественными учеными – представителями, по определению академика Н.Н. Моисеева, «умонастроения», «течения мысли», получившего в 'мировой науке определение «русского космизма». К этому течению относятся ученые с мировым именем – основоположник теоретической космонавтики К.Э. Циолковский (1857–1935), основоположник геохимии В.И. Вернадский (1863–1945), основоположник гелиобиологии А.Л. Чижевский (1897–1964) и мыслитель-энциклопедист Н.Ф. Федоров (1829–1903).

Космисты с самого начала исходили из чисто человеческих потребностей освоения космоса. Более того, в некотором смысле познание космоса считалось ими необходимым только лишь как средство познания человеком самого себя, «улучшения условий его самовыражения как личности». «Надо идти в космос, чтобы понять нашу Землю» – эти слова В.И. Вернадского являют собой главный исходный пункт космизма деленном этапе должен быть неизбежным следствием увеличения численности человечества. Экспансия в околосолнечное пространство, а затем и в дальний космос должна была, по мысли К.Э. Циолковского, открыты перед человеком «горы хлеба и бездну могущества».

У Н.Ф. Федорова космическое пространство служит местом расселения отцов и детей, т.е. практически всего человечества, победившего смерть и овладевшего методами «патрофикации», т.е. рукотворного воскрешения предшествовавших поколений. Осуществление такого проекта означало бы увеличение численности «всеобщего братства», как именовал Н.Ф. Федоров человечество. до 60–70 млрд. человек. Выход в космос представлялся Н.Ф. Федорову единственным средством спасения от перенаселения. К.Э. Циолковский считал при этом, что жизнь будет попеременно принимать лучистые и корпускулярные формы, образуя в пространстве-времени вереницу «великих космических эр и великий рост разума».

Идеи русских космистов о космическом предназначении человека находят подтверждение в практике космических полетов, в международном сотрудничестве ученых в освоении околоземного пространства и планет Солнечной системы.

И в более поздние исторические эпохи глубокое осмысление космоса неизменно вело к осмыслению гармонии между телом и душой. Не случайно, видимо, в одном из переводов с древнегреческого космос означает «лад», «порядок», «чин». Тема гармонии духа и тела привлекала и Вернадского, и Циолковского, и в особенности близких к ним в понимании задач научного познания представителей талантливой семьи Рерихов.

В представлениях космистов проникновение за пределы околоземного пространства объективно сопряжено с совершенствованием самого человека как нравственным, так и биологическим. Циолковский, например, исходил из того, что «высшие животные» (человек) очень несовершенны. Например, невелика продолжительность жизни, мал и плохо устроен мозг и т.д. «У людей, – писал великий русский ученый, – нет ни одного порядочного или безукоризненного органа». Проблему человека, понимаемую ныне зачастую исключительно как проблему «защиты человека» от негативных последствий научно-технического прогресса, К.Э. Циолковский понимал, на наш взгляд, глубже и реалистичнее – как проблему активного воздействия на человеческий организм, использования достижении научно-технического прогресса для совершенствования его природы. «Разве человек не имеет бездну физических, умственных и социальных недостатков, чтобы оставаться с тем, что имеет!» – восклицал он, предвосхищая наступление того времени, «когда человек, примется за преобразование своего тела».

Истины ради следует заметить, что ни сам Циолковский, ни другие космисты не собирались сразу же радикальным образом менять природу человека, относя эту задачу к весьма отдаленным «космическим эрам».

Спрашивая себя о том, каким должен быть человек космической эры, корифеи русского космизма задумывались над феноменом человека вообще, над его внутренней сутью как средства материи познать самое себя.

Одним из главных направлений совершенствования человека им представлялось увеличение продолжительности жизни. Н.Ф. Федоров считал это моральным императивом, движущим прогресс. К.Э. Циолковский полагал, что только человек, живущий сверхдолго, сможет отважиться на сверхдлительное пребывание в космосе.

Оригинальна и заслуживает отдельного рассмотрения точка зрения В.И. Вернадского. Но в принципе космисты были едины. Они считали познание тайн старения живых организмов (человека в первую очередь) и овладение механизмом воздействия на эти процессы возможным, желательным и даже необходимым с точки зрения прогресса человечества.

Своеобразную концепцию смысла бытия на основе осмысления космоса и места человека в нем выдвинул Николай Федорович Федоров – мыслитель, незаслуженно, на наш взгляд, забытый. Наряду с искусственным увеличением видовой продолжительности жизни людей он считал необходимым развивать науку и технику в направлении моделирования личности, создать для этого центры, которые изучали бы научно-технические приемы управления всеми молекулами и атомами внешнего мира, так чтобы рассеянное собрать, разложенное соединить, т.е., сложить в тела отцов.

1.  Войткевич Г. Возникновение и развитие жизни на Земле. – М., 1988.

2.  Игнатов И. Проблема происхождения жизни. – М., 1962.

3.  Низовский А., Непомнящий Н. 100 великих тайн. – М., 1999.

4.  Рудник В., Соботович Э. Ранняя история Земли. – М., 1984

5.  Савенков В. Новые представления о возникновении жизни на Земле. – К., 1991.

6.  Соботович Э. Космохимическая модель происхождения Земли // Геологический журнал. – 1984. – Т. 44. – №2. – С. 112 – 123.