Теорії виникнення життя на Землі

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Теорії, що стосуються виникнення Землі і життя на ній, та і всьому Всесвіті, різноманітні і далеко не достовірні. Слово «теорія» у цій статті не слід розуміти в його науковомі смислі, тут воно означає «ідея» або «концепція». Згідно з теорією стаціонарного стану, Всесвіт існував вічно. Згідно з іншими гіпотезами, Всесвіт міг виникнути із згустка нейтронів внаслідок «Великого вибуху», народився в одній з чорних дір або ж був створений Творцем. Всупереч поширеній думці, наука не може спростувати тезу про божественне створення Всесвіту, так само як теологічні погляди не обов'язково відкидають можливість того, що життя в процесі свого розвитку слідувало законам природи. Серед безлічі теорій виникнення життя на Землі основні, це:

  1. життя було створене надприродною істотою в певний час (креационізм)
  2. життя виникало неодноразово з неживої речовини (мимовільне зародження)
  3. життя існувало завжди (теорія стаціонарного стану)
  4. життя занесене на нашу планету ззовні (панспермія)
  5. життя виникло внаслідок процесів, що підкоряються хімічним і фізичним законам (біохімічна еволюція)

Багато із цих «теорій» для пояснення існуючої різноманітності видів використовують одні і ті ж дані, але роблять наголос на різні їх аспекти. Наукові теорії можуть бути фантастичними одного боку, і скептичними - з іншого. Теологічні міркування також можуть знайти собі місце в цих рамках в залежності від релігійних поглядів їх авторів. Одним з головних пунктів розбіжностей, навіть ще в додарвінівські часи, було питання відносин наукових і теологічних поглядів на походження життя.


Зміст

[ред.] Креаціонізм

Згідно з цією теорією, життя виникло внаслідок дії розуму в минулому; її дотримуються послідовники майже всіх найбільш поширених релігійних навчань. У 1650 р. архиєпископ Ашер з м. Арма (Ірландія) обчислив, що Бог створив світ в жовтні 4004 р. до н. е. а закінчив свою працю 23 жовтня о 9 ранку, створивши людину. Ашер визначив цю дату, додавши вік всіх людей, що згадуються в біблійній генеалогії від Адама до Христа («хто кого народив»). Однак прості розрахунки показують, що Адам повинен був жити в той час, коли, як показують археологічні знахідки, на Близькому Сході існувала добре розвинена міська цивілізація. Якщо наука в пошуках істини широко використовує спостереження і експеримент, то ми можемо дати відповідь на запитання щодо віку Землі. Iснує три джерела поповнення гелію в атмосфері Землі: a) гроза породжує блискавку, що є термоядерною реакцією, а значить, продуктом реакції послуговують ядра атому гелія. б) сонячний вітер, стикаючись с атмосферою Землі, продукує гелiй в) усi розпади важких ядер атомiв нижньої частини таблиці Менделєєва супроводжуються видiленням гелiю. Проте на сьогоднiшнiй час процентне вiдношення цього iнертного газу в атмосферi Землi дуже низьке, як для мiллiонiв рокiв проходження таких реакцiй. Другою суперечнiстю з класичним уявленням є ерозiя материкiв приливами та відливами океанiв (близькiсть Місяця), кругообігом води та рухом атмосфери. За мiлiарди рокiв до наших днiв повинно було дойти тiльки дно океану та виступаючi з нього гори. Далi, наявнiсть iонiв кальцiю, калiю, натрiю (кухонної солi), магнiю та iнших на суші вказують на незначний вiк Землi, оскiльки вода, на вiдмiну вiд iнших розчинникiв, має коефiцiент iонноi диссоцiацiї, рiвний 80, що не дає можливостi з причин виносу в океан, для якихось заносів цих елементiв на материки. Деякі християни вважають, що світ, як і всі організми, що його населяють були створені за шість днів тривалістю по 24 години. Популярна також цифра 6 тисяч років, яка виводиться зі слів апостола Петра (2Пет 3:8)"Нехай же одне це не буде заховане від вас, улюблені, що в Господа один день немов тисяча років, а тисяча років немов один день!" Інші - не ставляться до Біблії як до наукової книги. Для них опис створення живих істот швидше відноситься до відповіді на питання «чому?», а не «яким чином?» Віра не визнає речей, яким немає доказів в науковому значенні слова. Icнує наука створення та проектування, яка виключає можливiсть створення органiзму i мозку людини без знання технологiй iнформацiйних, теорii кодування, теорii автоматичного управлiння та iнших.

[ред.] Теорія спонтанного зародження

Ця теорія була поширена в древньому Китаї, Вавілоні і Єгипті як альтернатива креационізму, з яким вона співіснувала. Арістотель (384 - 322 до н.е.), якого часто називають засновником біології, дотримувався теорії спонтанного зародження. На основі власних спостережень він розвивав цю теорію далі, пов'язуючи всі організми в безперервний ряд - «сходи природи» (scala naturae).

Цим твердженням Аристотель підтримав більш раннє висловлювання Емпедокла про органічну еволюцію. Згідно з гіпотезою Арістотеля про спонтанне зародження, певні «частки» речовини містять деякий «активний зародок», який при відповідних умовах може утворити живий організм. Арістотель мав рацію, вважаючи, що цей зародок міститься в заплідненому яйці, але помилково вважав, що він є в сонячному світлі, твані і гнилому м'ясі. З поширенням християнства теорія самозародження була не в пошані; її визнавали ті, хто вірив в чаклунство і т. п. Але ця ідея продовжувала існувати десь на задньому плані протягом ще багатьох віків. Ван Гельмонт (1577 1644), вельми знаменитий і вдалий вчений, описав експеримент, в якому він нібито створив за два тижні мишей. Для цього потрібні були брудна сорочка, темна шафа і жменя пшениці. Активним зародком він вважав людський піт.

У 1688 р. італійський біолог і лікар Франчесько Реді, що жив у Флоренції, підійшов до проблеми виникнення життя більш суворо і піддав сумніву теорію спонтанного зародження. Реді встановив, що білі черв'ячки, що з'являються на гниючому м'ясі - личинки мух. Провівши ряд експериментів, він отримав дані, які підтверджували думку про те, що життя може виникнути тільки з попереднього життя (концепція біогенезу). Ці експерименти, однак, не призвели до відмови від ідеї самозародження, і хоч вона дещо відійшла на задній план, вона продовжувала залишатися головною теорією в неклерикальному середовищі. У той час як експерименти Реді, здавалося б, спростували теорію спонтанного зародження, перші мікроскопічні дослідження Антоні ван Левенгука посилили цю теорію стосовно мікроорганізмів. Сам Левенгук не вступав в суперечки між прихильниками біогенезу і спонтанного зародження, однак його спостереження під мікроскопом залишали спадок обом теоріям і, зрештою, спонукали інших вчених поставити експерименти для розв'язування питання про виникнення життя шляхом спонтанного зародження. У 1765 р. Ладзаро Спаланцані провів наступний досвід: піддавши м'ясні і овочеві відвари тривалому кипінню, він відразу ж їх запечатав, а потім зняв з вогню. Досліджуючи рідину через декілька днів, Спаланцані не виявив ніяких ознак життя. З цього він зробив висновок, що висока температура вбила всі форми живих істот, і без них ніщо живе вже не могло виникнути.

У 1860 р. проблемою походження життя зайнявся Луї Пастер. До цього часу він вспів вже багато чого досягти в мікробіології, зумів вирішити проблеми, що загрожували шовкопряддству і виноробству. Він показав також, що бактерії існують всюди і що неживі матеріали легко можуть бути заражені ними, якщо їх належно не простерилізувати.

Внаслідок ряду експериментів, в основі яких лежали методи Спаланцані, Пастер довів справедливість теорії біогенезу і остаточно спростував теорію самозародження.

Однак підтвердження теорії біогенезу породило іншу проблему. Якщо для виникнення живого організму необхідний інший живий організм, то звідки ж узявся самий перший живий організм? Чи Було це первинним самозародженням?

[ред.] Теорія стаціонарного стану

Згідно з цією теорією, Земля ніколи не виникала, а існувала вічно, вона завжди здатна підтримувати життя, а якщо і змінювалася, то дуже мало. Види також існували завжди. Оцінки віку землі сильно варіювали - від приблизно 6000 років за розрахунками архиєпископа Ашера до 5 млрд. років за сучасними оцінками, заснованими на обліку швидкостей радіоактивного розпаду. Більш довершені методи датування дають все більш високі оцінки віку Землі, що дозволяє прихильникам теорії стаціонарного стану вважати, що Земля існувала вічно. Згідно з цією теорією, види також ніколи не виникали, вони існували завжди і у кожного виду є лише дві альтернативи - або зміна чисельності, або вимирання. Прихильники цієї теорії не визнають, що наявність або відсутність певних викопних залишків може вказувати на час появи або вимирання того або іншого виду, і приводять як приклад представника хордових риб - латимерію. Прихильники теорії стаціонарного стану стверджують, що тільки вивчаючи тепер існуючі види і порівнюючи їх з викопними залишками, можна робити висновок про вимирання, так і в цьому випадку певно, що він виявиться невірним. Використовуючи палеонтологічні дані для підтвердження теорії стаціонарного стану, її нечисленні прихильники інтерпретують появу викопних залишків в екологічному аспекті (збільшення чисельності, міграції в місця сприятливі для збереження залишків і т.д). Велика частина доказів на користь цієї теорії пов'язана з такими незрозумілими аспектами еволюції, як значення розривів в палеонтологічному літописі, і вона найбільш детально розроблена саме в цьому напрямку.

[ред.] Теорія панспермії

Ця теорія не пропонує ніякого механізму для пояснення первинного виникнення життя, а висуває ідею про її неземне походження. Тому її не можна вважати теорією виникнення життя як такою; вона просто переносить проблему в якесь інше місце Всесвіту.

Теорія панспермії стверджує, що життя могло виникнути один або декілька разів в різний час в різних частинах ГалактикаГалактики або Всесвіту. Для обґрунтування цієї теорії використовуються багаторазові появи НЛО, наскальні зображення предметів, схожих на ракети і «космонавтів», а також повідомлення про нібито зустрічі з інопланетянами. Радянські і американські дослідження в космосі дозволяють вважати, що імовірність виявлення життя в межах Сонячної системи нікчемна, однак вони не подають ніяких відомостей про можливе життя поза цією системою. При вивченні матеріалів метеоритів і комет в них були виявлено різноманітні «попередники живого» - такі речовини, як ціаногени, синильна кислота і органічні сполуки, що можливо зіграли роль «насіння», що падало на голу Землю. З'явився ряд повідомлень про знаходження в метеоритах об'єктів, що нагадують примітивні форми життя, однак докази на користь їх біологічної природи поки не здаються вченим переконливими. Також деякі прихилникі теорії панспермії вважають, що життя занесене інопланетянами заради експерименту. І що зараз іноземні істоти спостерігають за життям і розвитком людства.

[ред.] Біохімічна еволюція

Серед астрономів, геологів і біологів прийнято вважати, що вік Землі становить приблизно 4,5 - 5 млрд. років. На думку багатьох біологів, в минулому стан нашої планети був малий схоже на сьогодняшній: ймовірно температура на поверхні була дуже високою (4000 - 8000°С), і по мірі того, як Земля остигала, тугоплавкі метали конденсувалися і утворили земну кору; поверхня планети була, ймовірно, голою і нерівною, оскільки на ній внаслідок вулканічної активності, переміщень і стиснень кори, викликаної охолоджуванням, відбувалося утворення складок і розривів.

Вважають, що гравітаційне поле ще недостатньо щільної планети не могло втримувати легкі гази: водень, кисень, азот, гелій і аргон, і вони йшли з атмосфери. Але прості з'єднання, що містять серед інших ці елементи (вода, аміак, CO2 і метан). Доти, поки температура Землі не впала нижче за 100°C, вся вода знаходилася в пароподібному стані. Атмосфера була, очевидно, «відновною», про що свідчить наявність в самих древніх породах металів у відновленій формі (наприклад, двовалентне залізо). Більш молоді породи містять метали в окисленій формі (Fe3+). Відсутність кисня, ймовірно, була необхідною умовою для виникнення життя; як показують лабораторні досліди, органічні речовини (основа життя) набагато легше утворяться в атмосфері бідній киснем.


[ред.] Гіпотеза Опаріна

У 1923 р. А.І Опарін, виходячи з теоретичних міркувань, запропонував думку, що органічні речовини, можливо вуглеводні, могли створюватися в океані з більш простих сполук. Енергію для цих процесів постачала інтенсивна сонячна радіація, головним чином ультрафіолетове випромінювання, що падало на Землю до того, як утворилася куля озону, який став затримувати велику її частину. На думку Опаріна, різноманітність простих сполук, що знаходилися в океанах, площа поверхні Землі, доступність енергії і масштаби часу дозволяють передбачити, що в океанах поступово нагромадилися органічні речовини і утворився «первісний бульйон», в якому могло виникнути життя.

У 1953 р. Стенлі Міллер у ряді експериментів моделював умови, що приблизно існували на первісній Землі. У створеній ним установці йому вдалося синтезувати багато речовин, що мають важливе біологічне значення, в тому числі ряд амінокислот, аденін і простий цукор, такий як рибоза. Після цього Орджел в Інституті Солка в схожому експерименті синтезував нуклеотидні ланцюга довжиною в шість мономірних одиниць (прості нуклеїнові кислоти).

Виникнення подібних з'єднань в природі є досить очікуваним. Амінокислота гліцин (складова частина білків) має досить нескладну формулу C2H5NO2. Тому у навіть у місячному грунті та метеоритах Оргейл, Муррей та Мерчисон були виявлені амінокислоти: гліцин, глутамін, аланін, аспаргін, серін. Однак у жодному з дослідів Міллера та інших дослідників не вдавалось синтезувати всі 20 амінокислот (кількість амінокислот у живих організмах) одночасно. Крім цього концентрація амінокислот в "бульйоні" була всеж занадто малою (бл. 2%). У випадку якби ці реакції відбувались у невеликій водоймі, цим речовинам загрожувало би звичайне розсіяння.

Також слід відзначити, що умови в яких Стенлі Міллер проводив свої досліди були все ж досить далекі до природніх. Наприклад у дослідах Міллера один і той самий об'єм газів піддавався дії електричних розрядів протягом тижня. Це означало, що реальна довжина контакту газів з електричним розрядом у порівнянні з блискавкою була перевищена у міліони разів.

Окрему проблему також становить твердження про відсутність кисню в первинній атмосфері Землі. Це твердження все ще вважається досить спірним для сучасної науки. А при наяавності кисню синтез складних сполук вважається неможливим.

Ці та інші проблеми змусили в 1960-х роках шведських вчених — хіміка Л. Сіллен та геолога М. Руттен відкинути концепцію "первинного бульйону" як хімічно невірогідну.

Пізніше виникло припущення, що в первинній атмосфері у відносно високої концентрації містився двоокис вуглеводу. Нещодавні експерименти, проведені з використанням установки Мілера, в яку вмістили суміш CO2 і H2O, і тільки слідові кількості інших газів, дали такі ж результати, які отримав Мілер. Теорія Опаріна завоювала широке визнання, але вона не вирішує проблеми, пов'язані з переходом від складних органічних речовин до простих живих організмів. Саме в цьому аспекті теорія біохімічної еволюції представляє загальну схему, прийнятну для більшості біологів.

Опарін вважав, що вирішальна роль в перетворенні неживого в живе належала білкам. Завдяки амфотерності білків вони здібні до утворення колоїдних гідрофільних комплексів - притягають до себе молекули води, що створюють навколо них оболонку. Ці комплекси можуть відособлюватися від водної фази, в якій вони суспендировані, і утворювати свого роду емульсію. Злиття таких комплексів один з одним призводить до відділення колоїдів від середовища - процес, званий коацервацієй. Багаті колоїдами коацервати, можливо, були здатні обмінюватися з навколишнім середовищем речовинами і виборче нагромаджувати різні сполуки, особливо кристалоїди. Колоїдний склад даного коацервату, очевидно, залежав від складу середовища. Різноманітність складу «бульйону» в різних місцях вела до відмінностей в складі коацерватів і постачала таким чином сировину для «біохімічного природного відбору».

Передбачається, що в самих коацерватах вхідні в їх склад речовини вступали в подальші хімічні реакції; при цьому відбувалося поглинання коацерватами іонів металів і утворення ферментів. На межі між коацерватами і середовищем шикувалися молекули ліпідів, що призводило до утворення примітивної клітинної мембрани, що забезпечувала коацерватам стабільність. Внаслідок включення в коацерват передіснуючої молекули, здатної до самовоспроизведению і внутрішньої перебудови покритого липидной оболонкою коацервата, могла виникнути первинна клітина. Збільшення розмірів коацерватів і їх фрагментація, можливо, вели до утворення ідентичних коацерватів, які могли поглинати більше компонентів середовища, так, що цей процес міг продовжуватися. Така гадана послідовність подій повинна була призвести до появи примітивного самовідтворюваного гетеротрофного організму, що харчувався органічними речовинами первинного бульйону. Хоч цю гіпотезу походження життя визнають дуже багато які вчені, у деяких вона викликає сумніви через велику кількість допущень і припущень. Астроном Фред Хойл нещодавно висловив думку, що думка про виникнення життя внаслідок описаних вище випадкових взаємодій молекул «так само безглузда й неправдоподібна, як твердження, що ураган, що пронісся над сміттєвим звалищем, може привести до збирання Боїнга-747». Саме важке для цієї теорії пояснити поява здатності живих систем до самовідтворення. Гіпотези з цього питання поки малопереконливі.

[ред.] Гіпотеза РНК-світу

Основна стаття: Гіпотеза світу РНК

Ця гіпотеза виникнення живих організмів останнім часом здобуває все більше прихильників. Суть її полягає в припущенні, що основоположниками живих клітин були молекули РНК, а не білки. Важливим для розвитку цієї теорії є відкриття явища самореплікації (самовідтворення) молекул РНК. Вважається, що шляхом самореплікації молекули РНК еволюціонували до більш складних клітинних утворень.

Основною проблемою гіпотези є складність спонтанного синтезування поодиноких молекул РНК, а також їх послідовностей.