Походження життя Землі

Походження життя на Землі

Існує кілька гіпотез про походження життя Землі.

Походження життя на Землі: Креаціонізм – земне життя було створене Творцем. Уявлення про Божественне створення світу дотримуються послідовники багатьох найпоширеніших релігійних вчень. Ні довести, ні спростувати креаціоністичну концепцію нині неможливо.

Гіпотеза вічності життя – життя, як і сам Всесвіт, існувало завжди, і існуватиме вічно, не маючи початку і кінця. Разом про те окремі тіла та освіти – галактики, зірки, планети, організми – з'являються і гинуть, тобто. існування у часі обмежене. Життя могло поширюватися від однієї галактики до іншої, і ця ідея «занесення» на Землю життя з Космосу називається панспермією. Ідеї «вічності і безначальності» життя дотримувалися багато вчених, у тому числі С.П. Костичев, В.І. Вернадський.

Походження життя Землі: Гіпотеза мимовільного зародження життя з неживої матерії. Ідеї самозародження життя висловлювалися ще з часів античності. Протягом тисячоліть вони вірили у можливість постійного мимовільного зародження життя, вважаючи його за звичайний спосіб появи живих істот з неживої матерії. На думку багатьох вчених середньовіччя, риби могли зароджуватися з мулу, черв'яки – з ґрунту, миші – з ганчір'я, мухи – з гнилого м'яса. У XVII ст. італійський вчений Ф. Реді експериментально показав неможливість постійного самозародження живого. У кількох скляних посудинах він помістив шматочки м'яса. Частину він залишив відкритими, а частину прикрив кисеєю. Личинки мух з'явилися лише у відкритих судинах, у закритих їх не було. Принцип Реді: "живе - від живого". Остаточно версія про постійне самозародження живих організмів була спростована в середині XIX ст. Л. Пастером. Досліди переконливо показували, що у сучасну епоху живі організми будь-якого розміру походять з інших живих організмів.

Походження життя Землі: Гіпотеза біохімічної еволюції. За уявленнями, висловленими в 20-х роках. ХХ ст. А.І.Опаріним, а потім Дж. Холдейном, життя, а точніше, живе, виникло з неживої матерії на Землі внаслідок біохімічної еволюції.

Походження життя на Землі: Умови виникнення життя за біохімічної еволюції

Нині вченими запропоновано більш-менш ймовірні пояснення, як у первинних умовах Землі з неживої матерії поступово, крок за кроком, розвинулися різноманітні форми життя. Виникненню життя шляхом хімічної еволюції сприяли такі умови:

- Початкова відсутність життя;

- наявність в атмосфері сполук, що мають відновлювальні властивості (при майже повній відсутності кисню О2);

- наявність води та біогенних речовин;

- Наявність джерела енергії (відносно висока температура, потужні електричні розряди, високий рівень УФ-випромінювання).

Походження життя на Землі: Механізм виникнення життя

Вік Землі становить близько 4,6–4,7 млрд. років. Життя має свою історію, що розпочалася, за палеонтологічними даними, 3–3,5 млрд. років тому.

1924 р. український академік О.І. Опарін висунув гіпотезу про механізм зародження життя. У 1953 р. американські вчені С. Міллер та Г. Юрі експериментально підтвердили гіпотезу утворення органічних речовин (мономірів) з газів, присутніх у первиннійатмосфері Землі.

В даний час є вже досить багато незаперечних доказів того, що первинна атмосфера Землі була безкисневою і, ймовірно, складалася головним чином з водяної пари H2O, водню H2 і вуглекислого газу CO2 з невеликою домішкою інших газів (NH3, CH4, CO, H2S). Життя, що виникло на Землі, поступово змінило ці умови і перетворило хімію верхніх оболонок планети.

Відповідно до біохімічної теорії А.І. Опарину відсутність кисню і живих організмів, абиогено синтезувалися найпростіші органічні сполуки – мономерів, попередники біологічних макромолекул живої речовини та ряду інших органічних сполук.

Можливими джерелами енергії для утворення органічних речовин без участі живих організмів, мабуть, були електричні розряди, ультрафіолетове випромінювання, радіоактивні частинки, космічні промені, ударні хвилі від метеоритів, які потрапляли у земну атмосферу, тепло від інтенсивної вулканічної діяльності. За відсутності кисню, який міг би їх зруйнувати, а також живих організмів, які використовували б їх як їжу, органічні речовини, що абіогенно утворилися, накопичувалися в Світовому океані – «первинному бульйоні».

Наступним кроком було утворення великих полімерів з малих органічних мономерів, знову ж таки без участі живих організмів. Американський вчений С. Фокс у результаті нагрівання суміші сухих амінокислот отримав поліпептиди різної довжини. Вони назвали протеїноїдами, тобто. білковоподібними речовинами. Мабуть, на первісній Землі утворення таких протеїноїдів та полінуклеотидів з випадковою послідовністю амінокислот або нуклеотидів могло відбуватися при випаровуванні води у водоймах, що залишалися після відливу. Якщо полімерутворився, він здатний впливати на утворення інших полімерів. Деякі протеїноїди здатні, подібно до ферментів, каталізувати певні хімічні реакції: саме ця здатність, напевно, була головною рисою, що визначила їх наступну еволюцію. Експерименти показують, що один полінуклеотид, що виник із суміші нуклеотидів, може служити матрицею для синтезу іншого.

Поліпептиди завдяки їх амфотерності формували колоїдні гідрофільні комплекси (тобто молекули води, утворюючи навколо білкових молекул оболонку, відокремлювали їх від усієї маси води). При цьому окремі комплекси асоціювалися один з одним, що призводило до утворення відокремлених від первинного середовища крапель коацерватів, здатних поглинати і вибірково накопичувати різні сполуки. Природний відбір сприяв виживанню найстійкіших коацерватних систем, здатних до подальшого ускладнення. Подальша самоорганізація складних молекул, що відбувалася за рахунок концентрування на кордоні між коацерватами та зовнішнім середовищем молекул ліпідів, призвела до утворення перегородок мембранного типу. У внутрішніх порожнинах коацерватів, куди вже лише вибірково проникати молекули, почалася еволюція від хімічних реакцій до біохімічних. Однією з найважливіших щаблів цієї теорії стало об'єднання здібності полінуклеотидів з каталітичної активністю білків-ферментів.

Точка зору Опаріна та його прихильників по суті сформувалагіпотезу голобіозу : структурну основу доклітинного предка (біоїду) складають життєподібні відкриті (коацерватні) мікросистеми, типу клітинної, здатні до елементарного обміну речовин за участю ферментного механізму. Первинна білкова субстанція.

Гіпотеза генобіозу : первинною була макромолекулярна система,подібна до гена, здатна до саморепродукції. Первинною визнано молекулу РНК.

Походження життя Землі: Початкові етапи розвитку життя Землі

Як вважають, перші примітивні клітини з'явилися у водному середовищі Землі 3,8 млрд. років тому - анаеробні, гетеротрофні прокаріоти, вони харчувалися синтезованими абіогенно органічними речовинами або менш удачливими своїми побратимами; енергетичні потреби задовольняли з допомогою бродіння.

У разі збільшення чисельності гетеротрофних прокаріотичних клітин запас органічних сполук у первинному океані виснажувався. У умовах значну перевагу під час відбору мали придбати організми, здатні до автотрофності, тобто. до синтезу органічних орг. речовин із неорганічних. Мабуть, першими автотрофними організмами були бактерії, що хемосинтезують. Наступним етапом був розвиток реакцій із використанням сонячного світла – фотосинтез.

Для перших фотосинтезуючих бактерій джерелом електронів був сірководень. Значно пізніше у ціанобактерій (синьозелених водоростей) розвинувся складніший процес отримання електронів із води. Як побічний продукт фотосинтезу в земній атмосфері почав накопичуватися кисень. Це було причиною виникнення під час еволюції аеробного дихання. Здатність синтезувати при диханні більшу кількість АТФ дозволяла організмам зростати і розмножуватися швидше, а також ускладнювати свої структури та обмін речовин.

Вважають, що предками еукаріотів були прокаріотичні клітини. Згідно теорії клітинногосимбіогенезу еукаріотична клітина представляє складну структуру, що складається з декількох прокаріотичних клітин, які взаємодоповнюють один одного. Цілий ряд даних свідчитьпро походження мітохондрій та хлоропластів, а можливо, і джгутиків від ранніх прокаріотичних клітин, що стали внутрішніми симбіонтами більшою за розмірами анаеробної клітини. Глибокі перетворення у будові та функціонуванні значно збільшили еволюційні можливості еукаріотів, які, з'явившись лише 0,9 млрд. років тому, змогли досягти багатоклітинного рівня та сформувати сучасну флору та фауну. Для порівняння слід сказати, що з появи перших прокаріотичних клітин (3,8 млрд. років тому) до появи перших еукаріотичних клітин знадобилося 2,5 млрд. років.

Походження життя на Землі: Основні етапи розвитку біосфери