Проблеми походження життя у Всесвіті
Річка часу у своєму прагненні Забирає всі справи людей. І топить у прірві забуття Народи, царства та царів.
Уявлення про наявність життя у Всесвіті історично змінювалося і завжди цікавило людство. Погляди про незліченність заселених світів набули широкого поширення у XVIII-XIX ст. Особливу популярність і популярність здобули праці Б. Фонтенеля, К. Фламмаріона та ін. У цю епоху населеними вважалися практично всі небесні тіла.
від Місяця та планет до комет та Сонця. Про мешканців Місяця, наприклад, писали Кеплер, Ньютон, а пізніше, вже на порозі XIX ст., У. Гершель припускав можливість існування життя на Сонці. Проблема походження життя як предмет наукових досліджень виникла у другій половині ХІХ ст. Як зазначав М. Кельвін, ще Ч. Дарвін цілком чітко порушував питання природному походження життя Землі у віддаленому минулому і говорив про відсутність умов цього тепер, за наявності розвиненого життя.
На початку XX ст., однак, перемогла думка, що життя - привілей лише планет типу Земля. А космологічна теорія Джинса, що стала загальноприйнятою, згідно з якою планети виникають в результаті тісного зближення двох зірок — події дуже рідкісної, привела до висновку про крайню рідкість планетних систем і тим більше життя в зірковому світі.
У 20-х роках. XX ст. значно змінилася астрономічна картина світу, й у тому десятилітті у працях А. І. Опаріна у СРСР Дж. Холдейна в Англії стала формуватися перша наукова концепція походження життя.
Сонце, відповідно до розрахунків, заснованих на сучасній теорії еволюції зірок, утворилося близько 5 млрд років тому (через 8-10 млрд років після зірок 1-го покоління) з газопилового середовища, вже збагаченого важкими елементами. П. Дебай, а такожВ. Г. Фесенков підкреслили, що у зірок 1-го покоління, що становлять 90% всіх зірок Галактики, не може бути земноподібних планет, а отже, і життя. Проте решта 10%, що становлять населення наступних поколінь зірок Галактики (це ≈ 10 10 об'єктів), можуть мати планети типу Земля. Планети народжуються в ході самого процесу зіркоутворення, і планетні системи можуть бути у значної частки зірок - до 2/3 загальної кількості зірок 2-го і наступних поколінь можуть мати земноподібні планети. Це означає, що необхідні для виникнення та розвитку життя умови виконуються в галактиках, подібних до нашої, не при унікальному поєднанні рідкісних подій, а як
Типове явище. На користь справедливості цього висновку свідчить повільне (зазвичай всього кілька км/с на екваторі) обертання більшості сонцеподібних зірок, бо воно може бути витлумачене як свідчення наявності у них, як і у Сонця, планет, що несуть основну (98%) частку обертального. моменту кількості руху всієї системи. Отже, утворення земноподібних планет є природним результатом загальногалактичного космогонічного процесу.
Коли є всі підстави припускати, що планетних систем, подібних до Сонячної, в Галактиці налічується кілька мільярдів, цілком природно прийняти, що процес життя та його еволюції там у загальних, рисах за своїм характером подібний до того, що було на Землі, Зрозуміло, не на кожній планеті можливе зародження та розвиток життя. Для цього необхідно врахувати:
1. Планети, на яких можливе зародження та розвиток життя, не можуть обертатися навколо зірки надто близько чи надто далеко. Необхідно, щоб температури їх поверхонь були сприятливі у розвиток життя. Враховуючи, однак, що одночасно із зіркою повинноутворитися порівняно велика кількість планет (скажімо,
10), з великою ймовірністю можна очікувати, що хоча б одна або дві планети звертатимуться на відстані, при якій температура лежить у потрібних межах.
2. Маси планет не повинні бути ні занадто великими, ні занадто маленькими. У першому випадку гігантські атмосфери цих планет, багаті на водень та його сполуки, виключають можливість розвитку життя. У другому випадку за час еволюції атмосфери розсіюватимуться (подібно до Меркурія). Однак, враховуючи порівняно велику кількість планет, що утворюються, можна очікувати, що деяке, нехай мале, кількість їх матиме потрібну масу. При цьому необхідно, щоб такі планети одночасно задовольняли першу умову. Зауважимо, що перші та другі умови не є незалежними.
3. Високоорганізоване життя може бути лише на планетах, що обертаються навколо досить старих зірок, вік яких налічує кілька мільярдів років.
4. Зірка протягом кількох мільярдів років має істотно змінювати своєї світності. І цій умові задовольняє більшість зірок, що нас цікавлять.
5. Зірка має бути подвійний чи кратної, бо інакше орбітальний рух планет було б значно від кругового, і різкі, а то й катастрофічні, зміни температури поверхні планети виключили б можливість розвитку у ньому життя.
Інший, хоч і непрямий, але важливий (і, мабуть, типовий для будь-якої зіркової системи) шлях впливу Галактики на походження та розвиток життя на Землі, - обурливий вплив тяжіння зірок, що проходять у сусідстві з Сонцем, на комети зі світ Сонця. На периферії Сонячної системи, можливо, рухається до 10 11 комет. Наша планета за свою історіювипробувала, за підрахунками вчених, близько сотні зіткнень із кометами; їхня сумарна маса могла скласти досить помітну величину, рівну приблизно 1% маси земної атмосфери. Комети багаті на складні хімічні сполуки, включаючи органічні, мабуть, ще міжзоряного походження, а також утворилися в період формування сонячної системи. Їх внесок у скарбничку первісної земної органіки – основи передбіологічної еволюції – міг бути суттєвим.
Сукупність властивостей, що спостерігаються у нашого Всесвіту (фізичний стан, хімічний склад, структура, розширення та пов'язане з ним червоне зміщення у спектрах далеких об'єктів), необхідна для забезпечення можливості виникнення та існування в ньому життя. Отже, у Всесвіті, звісно, з'являються загальні передумови появи та розвитку життя. Мова може і повинна йти про життя в тих її рамках, у яких вона відома нам. Саме тому спеціально зверталася увага на необхідність для виникнення життя попередньої освіти у Всесвіті С, О, N, Р та
ін, а також важких елементів, без яких життя, принаймні відомого нам типу, зовсім немислиме. Можливо, ми ще не помітили ролі і навіть існування деяких фундаментальних для життя космічних факторів, відкриття яких у майбутньому суттєво змінить наші уявлення про поширеність у Всесвіті умов, у яких може з'явитися життя.
ВИСНОВКИ
1. Серед відомих гіпотез походження життя найпоширеніші: креаціонізм, мимовільне виникнення, вічне існування, панспермія, біохімічний шлях.
2. Для наукового вивчення походження життя необхідні передусім дані про фізико-хімічні умови на ранній Землі. Такі дані пов'язані як з геологічноюеволюцією планети, і з еволюцією хімічних елементів Сонячної системи та сонячної активністю.
3. З великої кількості хімічних елементів життя необхідні лише 16, а водень, вуглець, кисень і азот становлять майже 99% живої матерії. Унікальними властивостями має вуглець, і наше життя називається вуглецевим, або органічним. Чотиривалентність вуглецю призводить до величезної кількості його сполук, якими займається органічна хімія. Вуглець утворює складні молекули, що є кільцями і ланцюгами, що забезпечують різноманітність органічних сполук.
4. Амінокислоти - важливий для життя клас органічних сполук. У живих організмах вони використовуються для синтезу білків: рослини можуть синтезувати їх із простих речовин, а в тваринні організми вони повинні надходити з їжею, тому їх називають незамінними. З чотирьох нуклеотидів побудовано й інші великі молекули - нуклеїнові кислоти, які теж входять до складу живої клітини. Нуклеїнові кислоти є дволанцюжковими молекулами.
5. Сучасні наукові гіпотези походження життя пов'язані з освітою в певних умовах складніші-
неорганізованих молекул-коагулянтів, коацерватних гелів. У цих колоїдних утворень, як вважали Опарін та Холдейн, на поверхні можуть відбуватися процеси, що нагадують метаболізм живих організмів. Коацервати здатні ділитися на частини, збільшуватися у розмірах, поглинати простіші молекули. Гіпотеза Опаріна-Холдейна перевірялася на установці Меллера, де іскровий розряд пропускався через суміш метану, аміаку, водню та води, що імітувало умови первинної Землі. Були синтезовані найпростіші амінокислоти. Живі тіла, що існують на Землі, являють собою відкриті, саморегулюючі та самовиробні системи,побудовані з біополімерів - білків та нуклеїнових кислот.
Запитання для контролю знань
1. Які гіпотези походження живої матерії вам відомі? Дайте оцінку гіпотезі панспермії.
2. Якими ознаками відрізняється живе від неживої? Які аналогії між живою та неживою матерією можна провести?
3. Охарактеризуйте гіпотезу Опаріна-Холдейна.
4. У чому полягали головні припущення Л. Пастера щодо виникнення життя?
5.Дайте визначення життя виходячи з різних позицій.
6. Охарактеризуйте фізико-хімічні умови на ранній Землі до появи реакцій фотосинтезу та зв'яжіть їх з існуючими гіпотезами походження життя.
7. Як ви оцінюєте ймовірність наявності життя у Всесвіті?
8. Чи можна зарахувати віруси до живих організмів? Обґрунтуйте відповідь.
9. Яку роль грають молекули ДНК у передачі спадковості і як було розшифровано генетичний код?
10. Яку функцію виконує молекула ДНК?
11. Як здійснюється процес відтворення інформації, що зберігається в ДНК?
12. Хто і коли розкрив структуру носія спадковості?
13. Що є предметом дослідження генної інженерії?
14. Охарактеризуйте структуру молекули ДНК.
15. Який перший препарат було отримано за допомогою генної інженерії?
16. Назвіть основні досягнення генної інженерії.
17. Що означає твердження: спадковий апарат не старіє?
18. Чим характеризується індивідуальна послідовність ДНК у геномі людини?
19. Чи можна за допомогою аналізу структури геному провести ідентифікацію особистості?
20. Що дає геннаінженерія для криміналістики?