Жизнь как особая форма движения материи. Свойства и уровни организации живого. Гипотезы происхождения жизни.

Тема 2 Лекция 5. Часть 1.

Происхождение и развитие жизни на Земле

Жизнь как особая форма движения материи. Свойства и уровни организации живого. Гипотезы происхождения жизни

Краткие сведения о геохронологии

Возникновение жизни. Основные этапы биогенеза

Эволюция одноклеточных организмов

Возникновение и развитие многоклеточной организации

Эволюция растительного мира

Эволюция животного мира

Дополнительная литература:
Арена биологической эволюции: Сборник / Сост. Н.С. Беленикина. М.: Знание, 1986. – 64 с.

Жизнь как особая форма движения материи. Свойства и уровни организации живого. Гипотезы происхождения жизни.

Жизнь – одно из сложнейших явлений природы.В XVII-XVIII вв. широкое распространение получил витализм (от лат. vitalis - жизненный), основоположником которого считают древнегреческого философа Аристотеля. По Аристотелю «жизнь есть питание, рост и одряхление, причиной которых является энтелехия – принцип, имеющий цель в самом себе».

Сторонники витализма предполагали, что организмам присуща особая " жизненная сила", которая управляет всеми жизненными процессами. Как только она покидает тело, организм начинает разрушаться. Витализм всегда представлял антинаучное течение в биологии, основным положением которого являлось признание особой жизненной силы или «души», свойственной всем телам живой природы. Жизненная сила, как особая нематериальная субстанция, считалась независимой от материи. Поэтому последовательные сторонники виталистической концепции считали ее проявлением божественного начала. Виталисты считали, что живые организмы состоят из органических веществ, которые невозможно получить искусственным путем, что к живым организмам неприменим закон сохранения энергии. Однако эти утверждения были опровергнуты немецким химиком Ф. Велером, который в 1828 г. впервые синтезировал в лабораторных условиях органическое вещество (мочевину). В настоящее время искусственным путем получено свыше 100000 органических веществ. В XVIII в. был распространен механистический взгляд на природу, в соответствии с которым живые организмы рассматривались как особые механизмы, отличающиеся от созданных человеком только сложностью строения. Такая концепция оказалось бессильной решить проблему сущности жизни, так как создатели ее не видели специфики живых тел природы. В дальнейшем попытки определить сущность жизни также предпринимались неоднократно. Павлов определяет жизнь, как сложный химический процесс. Опарин – как особую очень сложную форму движения материи. По определению Энгельса «жизнь - это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей средой, причем с прекращением этого обмена прекращается и жизнь».

Жизнь – это макромолекулярная открытая система, которой свойственна иерархическая организация, способность к самовозобновлению, обмен веществ и тонко регуляторный процесс.

Основными свойствами живого являются сходный химический состав, обмен веществ, раз­множение, наследственность, изменчивость, рост, развитие, по­движность, раздражимость, приспособляемость. Ни одно из этих свойств не позволяет провести резкой границы между живым и неживым и лишь по совокупности этих особенностей можно охарактеризовать жизнь. Например, кристаллы способны к росту. Только живое обладает совокупностью всех перечисленных свойств. Более того, фундаментальные свойства живого - тесно связанные, неотделимые друг от друга феномены.

1. Сходный химический состав (химический состав живого вещества представлен группой биогенных атомов (N, Р, Са, К и др).

2. Обмен веществом и энергией. Обмен веществ – особый способ взаимодействия живых организмов со средой. Обмен веществ требует постоянного притока некоторых веществ и энергии из вне и выделения некоторых продуктов диссимиляции во внешнюю среду.

3. Размножение, которое обеспечивает преемственность между поколениями организмов.

4. Наследственность – поток информации между поколениями.

5. Изменчивость – появление новых признаков в процессе репродукции..

6. Раздражимость – заключается в передаче информации от внешней среды к организму; на основе раздражимости осуществляется саморегуляция и гомеостаз.

Жизнь на Земле представлена крайне многообразными фор­мами. В зависимости от методов исследований во всем этом многообразии можно выделить различные уровни организации живого. Каждая более высокая форма материи включает в себя элементы более низкого уровня.
Молекулярный уровень. Элементарные структурные единицы – молекулы. Основные элементарные явления этого уровня: репликация, биосинтез, мутации.
Клеточный уровень. Структурными элементарными единицами являются различные органоиды и компоненты клеток. Основные элементарные явления этого уровня: способность к самовоспроизведению, регуляторность химических реакций, запасание и расходование энергии.
Организменный уровень.

Единицей уровня является организм. Основным процессом на данном уровне является онтогенез.

Популяционно-видовой уровень. Популяция – элементарная струк­тура на популяционно-видовом уров­не, элементарное явление – изменение генотипического состава популяции. Основные признаки уровня: рождаемость, смертность, структура (половая и возрастная), плотность, численность популяции. Выделены элементарные факто­ры, действующие на этом уровне: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция и естест­венный отбор.
Биосферный уровень. Единицей уровня является биоценоз. Биоценоз – совокупность живых организмов, населяющих участок суши или водоема и находящихся в определенных отношениях между собой. Вместе с конкретными участками земной поверхности, занимаемыми биоценозами, и прилежащей атмос­ферой называются экосистемами. Экосистема – взаимообусловленный комплекс жи­вых и косных компонентов, связан­ных между собой обменом веществ и энергией Для этого уровня характерно: активное взаимодействие живого и неживого вещества, биологический круговорот веществ и энергии.

Проблема происхождения жизни – одна из фунда­ментальных и наиболее сложных в современном естест­вознании. Ее решение имеет исключительное значение для разработки основ теоретической биологии, поиска жизни во Вселенной, изучения геологиче­ского прошлого Земли, а также разработки мировоззренческих и философско-методологических задач. Во­прос о возникновении живого интересовал человека с древних времен. Существует множество гипо­тез происхождения жизни. Наибо­лее важными из них являются сле­дующие:

1. Креационизм.

2. Самопроизвольное зарожде­ние (самозарождение; жизнь воз­никала неоднократно из неживого вещества).

3. Стационарного состояния (жизнь существовала всегда).

4. Панспермия (жизнь занесена на Землю из других планет).

5. Биохимические (жизнь возник­ла в условиях Земли в результате процессов, подчиняющихся хими­ческим и физическим законам, т.е. в результате биохимической эволю­ции).

Гипотезы самозарождения. На протяжении тысячелетий люди ве­рили в самопроизвольное зарожде­ние жизни, считая его обычным спо­собом появления живых существ из неживой материи. Полагали, что ис­точником спонтанного зарождения служат либо неорганические соеди­нения, либо гниющие органические остатки (концепция абиогенеза). Эта гипотеза была распространена в древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму. Идея самозарождения высказывали также философы Древней Греции. Постепенно эта гипотеза видоизменялась. Аристотель считал, что лягушки и насекомые заводятся в сырой почве. В средние века многим " удавалось" наблюдать зарождение насекомых, червей, угрей, мышей. Эти " факты" считались достаточно убедительными. В 1668 г. итальянский врач Франческо Реди опровергнул эти взгляды опытным путем. Для этого он поместил мертвых змей в разные сосуды, причем одни сосуды накрыл кисеей, а другие оставил открытыми. Налетевшие мухи отло­жили яйца на мертвых змей в от­крытых сосудах; вскоре из яиц вы­велись личинки. В накрытых сосу­дах личинок не оказалось. Таким образом, Реди доказал, что бе­лые черви, появляющиеся в мясе змей, являются личинками флорен­тийской мухи, и что если мясо за­крыть и предотвратить доступ мух, то оно не " произведет" червей. Оп­ровергнув концепцию самозарожде­ния, Реди высказал мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни. Похожие опыты проделал итальянский ученый Ладзаро Спалланцани (1729-1799), который ре­шил доказать опытным путем, что микроорганизмы, часто обнаружи­ваемые в мясном бульоне, самопро­извольно в нем не зарождаются. С этой целью он помещал жидкость, богатую органическими веществами (мясной бульон), в сосуды, кипятил эту жидкость на огне, после чего со­суды герметически запаивал. В ито­ге бульон в сосудах оставался чистым и свободным от микроорганиз­мов. Своими опытами Спалланцани доказал невозможность самопроиз­вольного зарождения микроорга­низмов. Противники этой точки зрения утверждали, что самозарождение не происходит по той причине, что воз­дух в колбах во время кипячения портится, поэтому по-прежнему признавали гипотезу самозарожде­ния. В XIX в. ги­потеза самозарождения была окончательно опровергнута француз­ским ученым Луи Пастером (1822-1895) и англий­ским биологом Джоном Тиндалем. Они показали, что бактерии рас­пространяются по воздуху и что если в воздухе, попадающем в колбы с простерилизованным бульоном, их нет, то и в самом бульоне они не воз­никнут. Пастер пользовался для это­го колбами с изогнутым S-образным горлышком, которое служило для бактерий ловушкой, тогда как воз­дух свободно проникал в колбу и вы­ходил из нее. Тиндаль стерилизовал воздух, поступающий в колбы, пропуская его сквозь пламя или пропуская че­рез вату. К концу 70-х гг. XIX в. практически все ученые признали, что живые организмы происходят только от других живых организ­мов.

Гипотеза стационарного состоя­ния. Согласно этой гипотезе, Земля никогда не возникала, а существова­ла вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изме­нялась, то очень мало; виды также существовали всегда. Эту гипотезу называют иногда гипотезой этернизма (от лат. eternus – вечный). Гипотеза этернизма была выдвинута немецким ученым В. Прейером в 1880 г. Взгляды Прейера поддерживал академик В. И. Вернадский.

Гипотеза панспермии (от греч. – весь, всякий и sperma – семя) –гипотеза о появлении жизнина Земле в результате переноса с других планет зародышей жизни. Эта гипотеза примыкает к гипотезе стационарного состояния. Ееприверженцы поддерживают мысль о вечном существовании жиз­ни и выдвигают идею о внеземном происхождении. Одним из пер­вых идею о космическом (внезем­ном) происхождении жизни выска­зал немецкий ученый Г. Рихтер в 1865 г. Согласно Рихтеру, жизнь на Земле не возникла из неорганичес­ких веществ, а была занесена из дру­гих планет. В связи с этим вставали вопросы, насколько возможно такое перенесение с одной планеты на дру­гую и как это могло быть осущес­твлено. Сторонниками этой теории были Г. Гельмгольц, С. Аррениус, Дж. Томсон, П. П. Лазарев и др. Согласно представлениям Томсона и Гельмгольца, споры бактерий и других организмов могли быть зане­сены на Землю с метеоритами. Лабо­раторные исследования подтвержда­ют высокую устойчивость живых ор­ганизмов к неблагоприятным воз­действиям, в частности к низким температурам. Например, некоторые споры и семена растений не погибают даже при длительном выдерживании в жидком кислороде или азоте. Другие ученые высказывали мысль о перенесении " спор жизни" на Землю светом. Современные приверженцы кон­цепции панспермии (в числе кото­рых лауреат Нобелевской премии английский биофизик Ф. Крик) счи­тают, что жизнь на Землю занесена случайно или преднамеренно косми­ческими пришельцами с помощью летательных аппаратов. Доказа­тельством этого являются многок­ратные появления НЛО (неопознан­ных летающих объектов), наскаль­ные изображения предметов, похо­жих на ракеты и космонавтов, остат­ки сооружений, похожих на космод­ромы, а также сообщения о будто бы произошедших встречах с иноплане­тянами. К гипотезе панспермии примыка­ет точка зрения астрономов Ч. Вик-рамасингха (Шри-Ланка) и Ф. Хойла (Великобритания). Они считают, что в космическом пространстве, в основ­ном в газовых и пылевых облаках, в большом количестве присутствуют микроорганизмы, где они, по мне­нию ученых, и образуются. Далее эти микроорганизмы захватываются ко­метами, которые затем, проходя вблизи планет, " сеют зародыши жиз­ни".
Биохимические гипотезы происхождения жизни. В настоящее время большинство биологов придерживаются теории происхождения биологических молекул абиогенным путем. В этой связи эта гипотеза будет рассмотрена отдельно.