Происхождение и эволюция жизни

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Вопрос о том, когда на Земле появилась жизнь, всегда волновал не только учёных, но и всех людей. Ответы на него содержатся в священных писаниях практически всех религий. Хотя точного научного ответа на него до сих пор нет, некоторые факты позволяют высказать более или менее обоснованные гипотезы.

Происхождение жизни, возникновение живых существ - одна из центральных проблем естествознания, которая представляет как познавательный, так и научный интерес.

Согласно современным представлениям, жизнь - это одна из форм существования материи, закономерно возникающая при определённых условиях в процессе её развития. Однако такая концепция появилась в ожесточённой многовековой борьбе материализма с различными идеалистическими течениями.

Эволюция в широком смысле этого слова обозначает постепенное изменение сложных систем во времени. Биологическая эволюция - это наследственное изменение свойств и признаков живых организмов в ряду поколений. В ходе биологической эволюции достигается и постоянно поддерживается согласование между свойствами живых организмов и условиями среды, в которой они живут. Поскольку условия постоянно меняются, в том числе и в результате жизненной активности самих организмов, а выживают и размножаются только те особи, которые наилучшим образом приспособлены к жизни в измененных условиях среды, то свойства и признаки живых существ постоянно меняются. Условия жизни на Земле бесконечно разнообразны, поэтому приспособление организмов к жизни в этих разных условиях породило в ходе эволюции фантастическое разнообразие жизненных форм.

1. СУЩНОСТЬ ТЕОРИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ

Природа жизни, ее происхождение, разнообразие живых существ и объединяющая их структурная и функциональная близость занимает одно из центральных мест в биологической проблематике.

Теории, касающиеся возникновения Земли, да и всей Вселенной, разнообразны и далеко не достоверны. Согласно теории стационарного состояния, Вселенная существовала извечно. Согласно другим гипотезам, Вселенная возникла из сгустка нейтронов в результате Большого взрыва, или родилась в одной из черных дыр или же была создана Творцом. Вопреки бытующим представлениям, наука не в состоянии опровергнуть идею о божественном сотворении первозданной Вселенной, так же как теологические взгляды не обязательно отвергают возможность того, что жизнь в процессе своего развития приобрела черты, объяснимые на основе законов природы.

Наиболее распространенными теориями возникновения жизни на Земле являются следующие:

1. Креационизм - Жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время;

2. Спонтанное зарождение - Жизнь возникала неоднократно из неживого вещества;

3. Теория стационарного состояния - Жизнь существовала всегда;

4. Теория Панспермии - Жизнь занесена на нашу планету извне;

5. Биохимическая эволюция - Жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам.

1.1 КРЕАЦИОНИЗМ

Креационизм - божественное сотворение живого. Согласно этой теории, жизнь возникла в результате какого-то сверхъестественного события в прошлом.

Ее придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений. В 1650 году архиепископ Ашер из г.Арма (Ирландия) вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 году д.н.э. и закончил свой труд 23 октября в 9 часов утра, создав человека. Ашер получил эту дату, сложив возраст всех людей, упоминающихся в библейской генеалогии, от Адама до Христа. С точки зрения арифметики, это разумно, однако при этом получается, что Адам жил в то время, когда, как показывают археологические находки, на Ближнем Востоке существовала хорошо развитая городская цивилизация.

Традиционное иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в Книге Бытия, вызывало и продолжает вызывать споры. Хотя все христиане признают, что Библия - это завет Господа людям, по вопросу о длине «дня», упоминающегося в Книге бытия, существуют разногласия. Некоторые считают, что мир и все населяющие его организмы были созданы за шесть дней, продолжительностью по 24 часа. Они отвергают любые другие точки зрения и целиком полагаются на вдохновение, созерцание и божественное откровение. Другие христиане не относятся к Библии как к научной книге и считают, что в Книге бытия изложено в понятной для людей всех времен форме теологическое откровение о сотворении всех живых существ всемогущим Творцом. Для них описание сотворения живых существ, относится к ответу скорее на вопрос «почему», а не «каким образом». Если наука в поисках истины широко использует наблюдения и эксперимент, то богословие постигает истину через божественное откровение и веру.

Вера признает вещи, которым нет доказательств в научном смысле слова. Это означает, что логически не может быть противоречия между научным и богословским объяснением сотворения мира, т.к. эти две сферы мышления взаимно исключают одна другую. Для ученого, научная истина всегда содержит элемент гипотезы, предварительности, но для верующего теологическая истина абсолютна.

1.2 СПОНТАННОЕ ЗАРОЖДЕНИЕ

Концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества. Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель, которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения жизни. На основе собственных наблюдений он развивал эту теорию дальше, связывающую все организмы в непрерывный ряд - «лестницу природы».

Согласно гипотезе Аристотеля о спонтанном зарождении, определенные «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.

«Таковы факты - живое может возникать не только путем спаривания животных, но и разложением почвы. Так же обстоит дело и у растений: некоторые развиваются из семян, а другие как бы самозарождаются под действием всей природы, возникая из разлагающейся земли или определенных частей растений» (Аристотель).

Ван Гельмут, весьма знаменитый и удачливый ученый, описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван Гельмут считал человеческий пот.

1.3 ТЕОРИЯ СТАЦИОНАРНОГО СОСТОЯНИЯ

Концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда. Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды также существовали всегда.

Более совершенные методы датирования дают все более высокие оценки возраста Земли, что позволяет сторонникам теории стационарного состояния полагать, что Земля существовала всегда. Согласно этой теории, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности - либо изменение численности, либо вымирание.

Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводит в качестве примера представителя кистеперых рыб. По палеонтологическим данным кистеперые вымерли в конце мелового периода 70 млн. лет назад. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, ее немногочисленные сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков. Большая часть доводов в пользу этой теории связана с такими неясными аспектами эволюции, как значение разрывов в палеонтологической летописи, и она наиболее подробно разработана именно в этом направлении.

дарвин эволюция жизнь маргулис

1.4 ТЕОРИЯ ПАНСПЕРМИИ

Концепция панспермии - внеземное происхождения жизни. Эта теория не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни, а выдвигает идею о ее внезапном происхождении. Поэтому ее нельзя считать теорией возникновения жизни как таковой; она просто переносит проблему возникновения жизни в какое-то другое место Вселенной.

Теория панспермии утверждает, что жизнь могла возникнуть один или несколько раз в разное время и в разных частях Галактики или Вселенной. Для обоснования этой теории используются многократные появления НЛО, наскальные изображения предметов, похожих на ракеты и космонавтов, а также сообщения о встречах с инопланетянами. Советские и американские исследователи в космосе позволяют считать, что вероятность обнаружить жизнь в пределах нашей Солнечной системы ничтожна, - однако они не дают никаких сведений о возможной жизни вне этой системы. При изучении материала метеоритов и комет в них были обнаружены многие «предшественники живого» - такие вещества, как цианогены, синильная кислота и органические соединения, которые, возможно, сыграли роль «семян», падавших на голую землю. Появился ряд сообщений о нахождении в метеоритах объектов, напоминающих примитивные формы жизни, однако доводы в пользу их биологической природы пока не кажутся ученым убедительными.

1.5 БИОХИМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ

Концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам.

Впервые определение биогенеза было выведено на основании опытов Луи Пастера. Он нагревал бульон в колбе с длинным, дважды изогнутым кончиком, в котором оседали все споры микроорганизмов, содержащиеся в воздухе, поступавшем в колбу после кипячения бульона. Такая конструкция колбы не препятствовала доступу воздуха, т.е. «активного начала». Колба оставалась стерильной месяцами, но стоило смочить бульоном изогнутое колено, как в колбе начиналось интенсивное развитие микроорганизмов.

Опыты Луи Пастера сыграли важную роль в развенчании представлений о самозарождении и помогли утвердиться гипотезе биогенеза. Был сформулирован закон «Всё живое из живого», который имел большое значение для развития биологической науки и в то же время более чем на полвека исключил возможность рассмотрения абиогенного (из неорганической природы) пути возникновения живой материи.

2. КОНЦЕПЦИИ ЭВОЛЮЦИИ

2.1 КОНЦЕПЦИЯ ЭВОЛЮЦИИ Ж.ЛАМАРКА

Жан Батист Ламарк по праву считается основоположником эволюционной теории, которую он высказал в своей книге «Философия зоологии», опубликованной в начале XIX века.

Ламарк полагал, что первые самозародившиеся организмы дали начало всему многообразию ныне существующих живых форм. Причиной эволюции Ламарк считал присущее живой природе заложенное Творцом стремление к усложнению и самосовершенствованию своей организации, путем «упражнения» органов. Вторым фактором эволюции и неограниченной изменчивости видов он называл влияние внешней среды: пока она не изменяется, виды постоянны, как только она становится иной, виды также начинают меняться.

Заслугой Ламарка является и то, что он первым предложил генеалогическую классификацию животных, построенную на принципах родственности организмов, а не их сходства.

С точки зрения современной науки, доказательства причин изменяемости видов, приводимые Ламарком, не были достаточно убедительными. Поэтому теория Ламарка не получила признания у современников. Но она не была и опровергнута.

2.2 КОНЦЕПЦИЯ ЭВОЛЮЦИИ Ч.ДАРВИНА

Теория Чарльза Дарвина, известная под названием теории естественного отбора, является одной из вершин научной мысли XIX в. Учение Дарвина противоположна учению Ламарка.

Эволюционная теория Дарвина представляет собой целостное учение об историческом развитии органического мира. Она охватывает широкий круг проблем, важнейшими из которых являются доказательства эволюции, выявление движущих сил эволюции, определение путей и закономерностей эволюционного процесса и др.

Сущность эволюционного учения заключается в следующих основных положениях:

1. Все виды живых существ, населяющих Землю, никогда не были кем-то созданы.

2. Возникнув естественным путем, органические формы медленно и постепенно преобразовывались и совершенствовались в соответствии с окружающими условиями.

3. В основе преобразования видов в природе лежат такие свойства организмов, как изменчивость и наследственность, а также постоянно происходящий в природе естественный отбор. Естественный отбор осуществляется через сложное взаимодействие организмов друг с другом и с факторами неживой природы; эти взаимоотношения Дарвин назвал борьбой за существование.

4. Результатом эволюции является приспособленность организмов к условиям их обитания и многообразие видов в природе.

2.3 КОНЦЕПЦИЯ ЭВОЛЮЦИИ П.А. КРОПОТКИНА

В противоположность концепции Дарвина русский ученый и революционер П.А.Кропоткин утверждал, что взаимопомощь является более важным фактором эволюции чем борьба.

Борьба в природе большею частью ограничена борьбою между различными видами; но внутри каждого вида, а очень часто и внутри групп, составленных из различных видов, живущих сообща, взаимная помощь есть общее правило... Взаимопомощь - преобладающий фактор природы... Наконец, можно считать вполне доказанным, что тогда как борьба за существование одинаково ведет к развитию как прогрессивному, так и регрессивному, то есть иногда к улучшению породы, а иногда и к ее ухудшению, практика взаимопомощи представляет силу, всегда ведущую к прогрессивному развитию. Отсюда Кропоткин делает вывод, что нравственное начало в человеке есть не что иное, как дальнейшее развитие инстинкта общительности, свойственного почти всем живым существам и наблюдаемого во всей живой природе.

2.4 КОНЦЕПЦИЯ ЭВОЛЮЦИИ Ж. КЮВЬЕ

Большой вклад в становление эволюционной теории внёс Ж.Кювье, который сам исходил из идеи постоянства вида. Кювье систематически проводил сравнение строения одного и того же органа или системы органов у разных животных. Он установил, что все органы любого живого организма представляют собой части единой целостной системы. Поэтому строение каждого органа закономерно соотносится со строением остальных. Такое соответствие Кювье назвал принципом корреляций. Безусловной заслугой Кювье стало применение этого принципа в палеонтологии, что позволило восстановить облик давно исчезнувших с Земли животных.

Большой популярностью в начале 19 века пользовалась теория катастроф, также сформулированная Кювье, на основе его изучения истории Земли, земных животных и растений. В результате Кювье пришёл к выводу, что на Земле периодически происходили катаклизмы, уничтожавшие целые материки, а вместе с ними и их обитатели. Позднее на их месте появлялись новые организмы. Последователи Кювье утверждали, что катастрофы охватывали весь земной шар. После каждой катастрофы следовал акт божественного творения. Таких катастроф и актов творения они насчитали.

3. СОВРЕМЕННАЯ ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ

Современная теория органической эволюции значительно отличается от дарвиновской по целому ряду важнейших научных положений:

1. В ней ясно выделяется элементарная структура, с которой начинается эволюция. В настоящее время такой элементарной структурой принято считать популяцию, а не отдельную особь или вид, который включает в себя несколько популяций;

2. В качестве элементарного проявления процесса эволюции современная теория рассматривает устойчивое изменение генотипа популяции;

3. Она более аргументировано и обоснованно истолковывает факторы и движущие силы эволюции, выделяя среди них факторы основные и не основные.

К основным факторам процесса эволюции, Дарвин и последующие теоретики, относили изменчивость, наследственность и борьбу за существование. В настоящее время к ним добавляют множество других дополнительных, не основных факторов, которые тем не менее оказывают свое влияние на эволюционный процесс. Кроме того, сами основные факторы теперь понимаются по-новому и поэтому к ведущим факторам относят сейчас мутационные процессы, популяционные волны численности и изоляцию.

Современное эволюционное учение видит свою главную задачу в том, чтобы на основе углубленного познания механизма эволюционных процессов предсказать возможности эволюционных преобразований а, в свою очередь, на этой основе управлять эволюционным процессом. Все возрастающую роль в решении этой задачи играет одна из наиболее перспективных отраслей биологической науки - генетика.

4. СИНТЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ

Особую роль в становлении новых представлений о развитии, сыграла генетика, которая составила основу неодарвинизма - теории органической революции путём естественного отбора, признаков детерминированных генетические. Другое общепринятое название неодарвинизма это синтетическая, или общая, теория эволюции, которая представляет собой синтез эволюционных идей Ч.Дарвина с новыми результатами исследований в области наследственности и изменчивости. Началом разработки синтетической теории эволюции принято считать работы русского генетика С.С. Четверикова по популяционной генетике. Затем к этой работе подключились около 50 учёных из восьми стран.

Основные положение синтетической теории эволюции можно свести к четырем утверждениям:

1. Главным фактором эволюции считается естественный отбор, интегрирующий и регулирующий действие всех остальных факторов (мутагенеза, гибридизации, миграции, изоляции и т.д.);

2. Эволюция протекает постепенно, посредством отбора случайных мутаций, а новые формы образуются через наследственные изменения;

3. Эволюционные изменения случайные и не направленные. Исходные организации популяции и изменения внешних условий ограничивают и направляют наследственные изменения;

4. Макроэволюция, ведущая к образованию надвиговых групп, осуществляется только посредством процессов макроэволюции. Каких либо специфических механизмов возникновения новых форм жизни не существует.

Однако и синтетическая теория эволюции имеет ряд трудностей, что ставит эволюционистов в трудное положение, и на которых основываются недарвиновские концепции эволюции.

5. ГИПОТЕЗА ГЕЯ-ЗЕМЛИ ДЖОРДЖА ЛАВЛОКА И ЛИН МАРГУЛИС

Концепция Гея-Земли возникла на основе учения о биосфере, экологии и концепции коэволюции английского химика Джеймса Лавлок и американского микробиолога Лин Маргулис. Согласно гипотезе Гея-Земли сохранение длительной химической неравновесности атмосферы обусловлено совокупностью жизненных процессов на Земле, иными словами действует механизм обратной связи. Суть гипотезы: Земля - саморегулирующаяся система, созданная окружающей средой, способной сохранять химический состав атмосферы и тем самым поддерживать благоприятное для жизни постоянство климата. Эволюция биосферы рассматривается как процесс, выходящий за рамки полного понимания, контроля и даже участия человека. Жизнь на земле - сеть взаимосвязанных связей, позволяющих планете действовать как саморегулирующаяся и самопроизводящая система.

По гипотезе Л.Маргулис подлинная эволюция началась с симбиоза прокариотов. Прокариоты-это одноклеточные организмы лишенные ядра, вроде бактерий и сине-зеленных водорослей, единственно существующие в прошлом на Земле формы. Миллиард лет они просуществовали без изменений.

Первые этапы симбиотической эволюции проходили следующим образом: одни бактерии вторгались в цитоплазму других клеток, неся зачастую гибель клеток-хозяев. Лишь те организмы, которым удалось выжить, дали начало клеткам-гибридам, которые называются симбионтами. Миллиарды лет назад отдельные простейшие живые организмы соединили свою судьбу с судьбой каких-то других таких же простейших клеток, вступив с ними в тесный симбиоз, и в результате долгих миллионов лет такого симбиоза образовали вместе с ними нынешние формы жизни.

Джеймс Лавлок утверждает, что симбиоз, как самоорганизация на основе кооперации и взаимодействия, существует не только на уровне телесных клеток и бактерий, но и на уровне таких сложных систем, как атмосфера, почва и даже наша Земля в целом. Д.Лавлок, в сущности, утверждает, что вся Земля представляет собой единый огромный организм. Точнее было бы называть ее единой экологической системой, которая состоит из огромного числа симбиотически взаимодействующих меньших экосистем и благодаря этому способна в большой мере сама «залечивать» свои раны и регулировать свои отклонения от равновесия.

Даже такие планетарные параметры, как например, температура и химический состав атмосферы, являются результатом совместной деятельности всех живых организмов планеты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для понимания процессов эволюции живого необходимо разобраться в процессах образования новых тканей и органов, моделировать морфогенез. Математическая модель морфогенеза как последовательности фазовых переходов содержит информацию о предшествующих состояниях и учитывает возникновение кооперативных взаимодействий между клетками, связанных с биохимическими процессами.

Эволюция не обязательно носит постепенный характер. Видообразование, за счет хромосомных перестроек, по сути дела, носит внезапный характер. Не исключено, что в отдельных случаях внезапный характер может иметь и отдельные макроэволюционные события.

Как видно, современная эволюционная биология далеко ушла от той, синтетической теории эволюции. Синтез эволюционизма с молекулярной биологией привел к возникновению такого направления, как молекулярная эволюция. Выйдя за пределы изучения наследственности только лишь гибридизационными методами, эволюционизм подошел к возникновению эволюционной и сравнительной генетики. Сегодняшняя эволюционная биология накопила огромный арсенал фактов и идей, не вошедших в синтетическую теорию эволюции. Однако новейший синтез, создание целостной концепции эволюции, которая сможет заменить синтетическую теорию эволюции, пока что дело будущего.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. А.А. Горелов. «Концепции Современного Естествознания» Москва, 2003.

2. А.П. Садохин. «Концепции Современного Естествознания» Москва, 2008.

3. В.М. Найдыш «Концепции Современного Естествознания» Москва, 1999.

4. С.И. Самыгин «Концепции Современного Естествознания» Ростов на Дону, 1999.

5. В.И. Вернадский «Начало и вечность жизни» Москва, 1989.

6. Н.Н. Воронцов «Развитие эволюционных идей в биологии» Москва, 1999.

7. В.С. Данилова, Н.Н. Кожевников «Основные концепции естествознания» Москва, 2000.

8. В.А. Бердников «Эволюция и прогресс» Новосибирск, 1991.

9. Н.Н. Иорданский «Эволюция жизни» Москва, 2001.

10. Г.В. Войткевич «Возникновение и развитие жизни на Земле» Москва, 1988.

11. Ю.И. Полянский «Общая биология» Москва, 1993.

Размещено на Allbest.ru