Возникновение жизни на Земле
С глубокой древности до нашего времени было высказано множество гипотез о происхождении жизни на Земле. Всё их многообразие сводится к двум взаимоисключающим точкам зрения. Сторонники теории биогенеза полагали, что всё живое происходит только от живого. Их противники защищали теорию абиогенеза, они считали происхождение живого из неживого.
Многие ученые средневековья допускали возможность самозарождения жизни. По их мнению, рыбы могли зарождаться из ила, черви из почвы, мыши из грязи, мухи из мяса и т.д.
Против теории самозарождения в XVII веке выступил флорентийский монах Франческо Реди. Положив мясо в закрытый горшок, Ф.Реди показал, что в гнилом мясе личинки мясной мухи не самозарождаются. Сторонники теории самозарождения не сдавались, они утверждали, что самозарождение не произошло по той причине, что в закрытый горшок не поступал воздух. Тогда Ф.Реди поместил кусочки мяса в несколько глубоких сосудов. Часть из них он оставил открытыми, а часть прикрыл. Через некоторое время в открытых сосудах мясо кишело личинками мух, тогда как в сосудах, прикрытых кисеёй, никаких личинок не было.
Микроскоп открыл людям микромир. Наблюдения показывали, что в плотно закрытой колбе с мясным бульоном или сенным настоем через некоторое время обнаруживаются микроорганизмы. Но стоило прокипятить бульон в течение часа и запаять горлышко, как в запаянной колбе ничего не возникло.
С появлением книги Дарвина «Происхождение видов» вновь встал вопрос о том, как же все-таки возникла жизнь на Земле.
Л.Пастер провел эксперимент, соперничавший по простоте со знаменитым опытом Ф.Реди. Он кипятил в колбе питательные различные среды, в которых могли развиться микроорганизмы. При длительном кипячении в колбе погибали не только микроорганизмы, но и их споры. Помня об утверждении виталистов, что мифическая «жизненная сила» не может проникнуть в запаянную колбу, Пастер присоединил к ней S-образную трубку со свободным концом. Споры микроорганизмов оседали на поверхности тонкой изогнутой трубки и не могли проникнуть в питательную среду. Среда оставалась стерильной, в ней не наблюдалось самозарождения микроорганизмов, хоты доступ воздуха был обеспечен.
Пастер своими опытами доказал невозможность самопроизвольного зарождения жизни.
Абиогенный синтез органических веществ.
Вопрос о возникновении жизни на нашей планете долгое время оставался открытым.
В 1924 году известный биохимик Александр Иванович Опарин высказал предположение, что при помощи мощных электрических зарядов в земной атмосфере, которая 4 – 4,5 млрд.лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа, паров воды, могли возникнуть органические соединения, необходимые для возникновения жизни.
До начала ХХ века многие ученые полагали, что органические соединения могут возникнуть только в живых организмах, поэтому их назвали органическими веществами в противоположность веществам неживой природы – минералам, названным неорганическими соединениями.
Гипотеза академика А.И.Опарина оправдалась. В 1955 году американский исследователь Стэнли Миллер, пропуская электрический заряд через смесь водяных паров, метана, аммиака, водорода получил несколько аминокислот и жирных кислот. Как мы уже знаем аминокислоты это те «кирпичики», из которых построены молекулы белков. Поэтому экспериментальное доказательство возможности образования аминокислот из неорганических соединений – важное указание на то, что первым шагом на пути возникновения жизни на Земле был абиогенный синтез органических веществ.
Большое количество данных говорит о том, что средой возникновения жизни могли быть прибрежные районы морей и океанов. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки, подобные сгусткам желатина в водных растворах. Такие сгустки называются коацерватами.
Коацерваты способны адсорбировать различные вещества. Это еще не живые существа, их возникновение рассматривается как стадия развития преджизни. Коацерваты окружены слоем липидов, отделявших их от окружающей водной среды. Липиды преобразовались в ходе эволюции в наружную мембрану. Возникновение мембраны, обладающей способностью к избирательной проницаемости, способствовало совершенствованию систем вплоть до возникновения первых клеток.
Важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений. Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению, стали контролировать синтез белков. Так возникло главное свойство, характерное для жизни – способность к воспроизведению подобных себе молекул.
Первые живые организмы были гетеротрофными. В дальнейшей эволюции растительного мира важнейшую роль сыграл процесс образование хлорофилла. Биологическая эволюция на Земле длится более 3 млн.лет. с момента возникновения первых примитивных клеточных организмов благодаря естественному отбору появилось бесчисленное множество живых организмов.