Отличие живого от неживого и модели происхождения жизни

       « Все живые существа должны  или действовать или погибнуть.  Мышь должна находиться в постоянном  движении, птица летать, рыба плавать  и даже растение должно расти».

     К важным свойствам живых систем относятся:

1. компактность;
2. способность создавать порядок из хаотического теплового движения молекул. Чем более сложно устроено живое вещество, тем более в нём скрытой энергии;
3. обмен с окружающей средой веществом, энергией, информацией;
4. жизнь качественно превосходит другие формы существования материи в плане многообразия и сложности химических компонентов и динамики протекающих в живом превращений;
5. в самоорганизации живых систем, схемы реакций просты, а молекулы - сложны;
6. у живых систем есть прошлое, у неживых его нет;
7. жизнь организма зависит от двух факторов - наследственности, определяемой генетическим аппаратом, и изменчивости, зависящей от условий окружающей среды и реакции на них индивида. Интересно, что сейчас жизнь не могла бы возникнуть из-за кислородной атмосферы и противодействия других организмов. Раз зародившись, жизнь находится в процессе постоянной эволюции;
8. способность к избыточному само производству.

 

      І. Возникновение жизни 

     

1. Вещественная  основа жизни

     XX век привел к созданию первых научных моделей происхождения жизни. В 1924 году в книге Александра Ивановича Опарина «Происхождение жизни» была впервые сформулирована естественнонаучная концепция, согласно которой возникновение жизни – результат длительной эволюции на Земле – сначала химической, затем биохимической. Эта концепция получила наибольшее признание в научной среде.

     Можно выделить следующие этапы живых  систем, начиная с самых простейших и затем следуя по пути постепенного усложнения. В вещественном плене  для становления жизни нужен, прежде всего, углерод. Жизнь на Земле  основана на этом элементе, хотя в принципе можно предположить существование  жизни и на кремниевой основе. Возможно где - то во Вселенной существует и  «кремниевая цивилизация», но на Земле  основой жизни является углерод.

     Чем это обусловлено? Атомы углерода вырабатываются в недрах больших  звезд в необходимом для образования  жизни количестве. Углерод способен создавать разнообразные (несколько  десятков миллионов), подвижные, низкоэлектропроводные, студенистые, насыщенные водой, длинные  скрученные цепеобразные структуры. Соединения углерода с водородом, кислородом, азотом, фосфором, серой, железом обладают замечательными каталитическими, строительными, энергетическими, информационными и иными свойствами.

     Кислород, водород и азот наряду с углеродом  можно отнести к «кирпичикам» живого. Клетка состоит на 70% из кислорода, 17% углерода, 10% водорода, 3% азота. Все  кирпичики живого принадлежат к  наиболее устойчивым и распространенным во Вселенной химическим элементам. Они легко соединяются между  собой, вступают в реакции и обладают малым атомным весом. Их соединения легко растворяются в воде.

     По  радиоастрономическим данным органические вещества возникали не только до появления  жизни, ни и до формирования нашей  планеты. Следовательно, органические вещества абиогенного происхождения  присутствовали на Земле уже при  ее образовании.

     При образовании Земли из космической  пыли (частиц железа и силикатов  – веществ, в состав которых входит кремний) и газа весьма вероятно, что  на внешних участках  Солнечной  системы газы могли конденсироваться. Органические соединения могли синтезироваться  и на поверхности пылинок.

     Химические  и палеонтологические исследования древнейших докембрийских отложений  и особенно многочисленные модельные  эксперименты, воспроизводящие условия, которые господствовали на поверхности  первобытной Земли, позволяют понять, как в этих условиях происходило  образование все более сложных  органических веществ.

     Жизнь возможна только при определенных физических и химических условиях (температура, присутствие воды, солей и т. д.). прекращение жизненных процессов, например, при высушивании семян  или глубоком замораживании мелких организмов, не ведет к потере жизнеспособности. Если структура сохраняется не поврежденной, она при возращении к нормальным условиям обеспечивает восстановление жизненных процессов.

     Также и для возникновения жизни  нужны определенные диапазоны температуры, влажности, давления, уровня  радиации, определенная направленность развития Вселенной и время. Взаимное удаление галактик приводит к тому, что их электромагнитное изучение приходит к  нам сильно ослабленным. Если бы галактики  сближались, то плотность радиации во Вселенной была бы столь велика, что жизнь не могла бы существовать. Углерод синтезирован в звездах-гигантах несколько миллиардов лет назад. Если бы возраст Вселенной был  меньше, то жизнь также не могла  бы возникнуть. Планеты должны иметь  определенную массу для того, чтобы  удержать атмосферу.

     2. Этапы эволюции  жизни 

       Жизнь возникла не тогда, когда  образовались очень сложные органические  соединения, а тогда, когда начал  действовать механизм редупликации. Начало жизни на Земле - появление  нуклеиновых кислот, способных к  воспроизводству белков. На границе  между коацерватами - сгустками органических  веществ - могли выстраиваться молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей коацерватам стабильность. В результате включения в коацерват молекулы, способной к самовоспроизведению, могла возникнуть клетка, способная к росту.

     Таким образом, завершение процесса биогенеза  связано с возникновением у более  стойких коацерватов способности  к самовоспроизведению составных  частей, с переходом к матричному синтезу белка. Это было величайшим качественным скачком в эволюции материи. Однако механизм такого перехода пока не ясен. Основная трудность здесь  состоит в том, что для удвоения нуклеиновых кислот нужны белки, а для создания белков - нуклеиновые  кислоты. По этому поводу существуют разные гипотезы, но все они, так или иначе, не полны. В настоящее время наиболее перспективными являются гипотезы, которые опираются на принципы теории самоорганизации, синергетики. Синергетика изменила представление о мире, развитие понимается как процесс становления качественно нового, того, что ещё не существовало в природе и предсказать которое невозможно. Как показывает синергетика, энергия имела для возникновения жизни не меньшее значение, чем вещество.

       Следующим шагом в организации  должно быть образование мембран,  которые отделяли смеси органических  веществ от окружающей среды.  С их появлением и получается  клетка - «единица жизни», главное  структурное отличие живого от  неживого. В проблеме возникновения  жизни ещё много неопределённого,  она ещё далека от своего  окончательного разрешения. Знание условий, которые способствовали возникновению жизни на Земле, позволяют понять, почему в наше время невозможно появление живых существ из неорганических систем. В нашу эпоху отсутствуют условия для синтеза. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения.

     Состав  клетки: 70% кислорода, 17% углерода, 10% водорода, 3% азота. Синтез белка осуществляется в цитоплазме клетки. Почти в каждой из клеток человека синтезируется свыше 10000 разных белков. Первичные живые  организмы были анаэробными (жили без кислорода) питались и воспроизводились за счёт «органического бульона», возникшего из неорганических систем. С « кислородной революцией» связан переход от прокариотов (клетки у которых нет ядра) к эукариотам (есть ядро, где сосредоточены хромосомы). Прокариоты - это простые, выносливые организмы, обладающие высокой способностью к быстрому размножению, легко приспосабливающиеся к изменяющимся условиям природной среды. Клетки без ядра напоминают нынешние бактерии и сине-зелёные водоросли. Возраст самых древних организмов около 3 млрд. лет.

       У эукариотов ДНК уже собраны  в хромосомы, такие клетки появляются  примерно 2 млрд. лет тому назад.  Такая клетка воспроизводится без каких либо существенных изменений. В неизменной природной среде «дочерние» клетки имеют столько же шансов на выживание, сколько и « материнская». Дальнейшая эволюция эукариотов была связана с разделением на растительные и животные клетки.

     Следующим важным этапом развития жизни было возникновение примерно 900 млн. лет  назад полового размножения, слияния  ДНК двух индивидов. Это значительно  повысило видовое разнообразие и  резко ускорило эволюцию. Значительным шагом в дальнейшем усложнении организации  живых существ было появление  многоклеточных организмов (кишечнополостные и т.д.). Эволюция многоклеточных шла в направлении совершенствования способов передвижения, лучшей координации деятельности клеток, совершенствование способов дыхания и др. Первые позвоночные, по-видимому, возникли в мелководных пресных водоёмах. Это мелкие существа, покрытые чешуёй, которая помогала защищаться от крупных хищников. Эволюция позвоночных шла в направлении образования челюстных рыбообразных.  

     3. Завоевание суши 

       Важнейшим событием в эволюции  форм живого является выход  растений и живого из воды  и последующее образование большого  многообразия наземных растений  и животных. Содержание кислорода  в воздухе выше, чем в воде, что предполагало выработку соответствующих  приспособлений. Растения, переселившиеся  на сушу, получали значительные  преимущества: солнечной энергии  здесь больше, фотосинтез становится  более совершенным. Первые наземные  растения - псилофиты; они занимали  промежуточное положение между  наземными сосудистыми и водорослями.

     Вслед за растениями из воды на сушу последовали  различные виды членистоногих, первые обитатели суши напоминали по виду современных скорпионов.

      

     4. Эволюция растений 

       Растительные клетки покрыты  жёсткой целлюлозной оболочкой,  которая их защищает, но одновременно  не даёт им перемещаться и  получать пищу в процессе передвижения. Первый важный результат растительной  деятельности - фотосинтез - создание  органического вещества из углекислоты  и воды при использовании солнечной  энергии, улавливаемой хлорофиллом. Продукт фотосинтеза - кислород в атмосфере. Растительные клетки совершенствовались в направлении использования фотосинтеза для накопления питательных веществ. После выхода растений на сушу эволюция была связана с усилением компактности тела, развитием корневой системы, тканей, клеток, проводящей системы и т.д.

     Переход от трахеид к сосудам обеспечивал  приспособление к засушливым условиям. В наземных условиях оказались непригодными для размножения, свободно плавающие половые клетки; здесь для целей размножения формируются разносимые ветром споры или семена. Постепенно происходит дифференциация тела на корень, стебель, лист. Дальнейшая эволюция шла по пути совершенствования семян. 

     5. Эволюция животных 

       Животные клетки имеют эластичные  оболочки и потому не теряют  способности к передвижению, это  им даёт возможность самим  искать пищу. Животные клетки  эволюционировали в направлении  совершенствования способов передвижения  и способов поглощать и выделять  крупные частицы через оболочку. Вышедшие на сушу рептилии  оказались перспективной формой. Возникло множество видов; некоторые  рептилии становятся хищными,  другие - растительноядными. В условиях  похолодания исключительные преимущества  получают теплокровные животные - птицы и млекопитающие. От  древних хищных происходят копытные. От некоторых видов насекомоядных  обособляется отряд приматов. Некоторые  виды приматов переходят к  прямо хождению. Так в биологическом  мире вызревали предпосылки возникновения  Человека и мира Культуры.

 

      Заключение

      

       Биология XX в. углубила понимание существенных черт живого, раскрыв молекулярные основы жизни. В основе современной биологической картины мира лежит представление о том, что мир живого - это грандиозная

система высокоорганизованных систем.

     Несомненно, в модели происхождения жизни, будут  включаться новые знания, и они  будут всё более обоснованными. Но чем более качественно новое  отличается от старого, тем труднее  объяснить его возникновение.

 

      Список литературы 

     

1. Найдыш  В.М. Концепция современного естествознания. «Гардарики»., Москва, 1999 г.
2. Горелов А.А. Концепция современного естествознания. Изд. «Центр», Москва, 1997 г.
3. Рукавин Г.И. Концепции современного естествознания. –М. ЮНИТИ - 1997