2. Этапы химической и предбиологической эволюции на пути к жизни
Гипотеза А.И. Опарина способствовала конкретному изуче-нию происхождения простейших форм жизни. Она положила начало физико-химическому моделированию процессов обра-зования молекул аминокислот, нуклеиновых оснований, угле-водородов в условиях предполагаемой первичной атмосферы Земли.
После работ немецкого исследователя С. Мюллера и других стало известно, что под воздействием физических излу-чений эти биоорганические молекулы могут образовываться в самых различных смесях, содержащих водород, азот, аммиак, воду, углекислый газ, метан, синильную кислоту и т.п.
Имеется ли этот исходный материал в реальном космическом пространстве? Сейчас установлено наличие в межзвездной среде облаков пыли и газа, в которых обнаружены многие неорганические молекулы Н2О, NH3, SO, SiO, H2S и т.д. Осо-бенно показательно присутствие в космосе таких органических соединений, как формальдегид, цианацетилен, ацетальдегид, формамид, метилформиат.
Сенсацией явилось открытие кос-мических облаков этилового спирта с температурой 200 К и с концентрацией молекул 1012-1013 в 1 см3. Подобные соедине-ния близки к биоорганическим молекулам или легко могут пре-вратиться в них. Таким образом, достоверно установлено, что в космосе имеются необходимые компоненты для синтеза бо-лее сложных соединений, важных для формирования белков, углеводов, нуклеиновых полимеров и липидов.
Следующие, более сложные звенья эволюционной цепочки обнаружены при изучении вещественного состава метеоритов и лунных пород, доставленных космическим аппаратом. В них обнаружены аминокислоты, алифатические и ароматические углеводороды, предшественники нуклеиновых кислот -аденин и гуанин, порфирин -- простейший химический предше-ственник хлорофилла. И на земле, в древних отложениях с возрастом порядка сотен миллионов и нескольких миллиардов лет, обнаружено множество органических соединений, кото-рые подсказывают возможные пути возникновения жизни (ами-нокислоты, углеводороды, порфирины и др.).
Обращает на себя внимание следующий факт. В нашей га-лактике наиболее распространены водород, углерод, азот, кис-лород, составляющие основу живого. В земной же коре, в лунных породах и метеоритах их очень мало, а преобладают здесь кремний, алюминий, железо. Для первой, космической группы элементов характерна молекулярная форма существования и склонность к флюидному, текучему состоянию (жидкость, газ). Для планетарной группы элементов типично твердое агрегат-ное состояние в виде бесконечных кристаллических структур, в которых невозможно выделить отдельные молекулы.
Мертвые, застывшие, окаменевшие пространства Луны, Меркурия, Марса -- результат утраты ими подвижных флюид-ных элементов, осуществляющих транспортировку вещества и энергии.
На Земле же до сих пор продолжаются более активные химические процессы. И это благодаря остаткам флюидной группы элементов: наличию значительного количества воды, метана, аммиака, других газов и жидкостей в атмосфере, гидросфере, в твердой коре и глубинных породах, откуда лег-кие соединения выделяются в форме вулканических газов или в виде общего газового обмена планеты и окружающей части космоса.
Химическая эволюция на поверхности планет реали-зуется тогда, когда энергия звездного излучения может превра-титься в энергию возбуждения молекулярных структур. Поэто-му решающим условием зарождения жизни на Земле явился фотосинтез.
Возраст нашей Земли более 4 млрд. лет, а следы остатков древних организмов насчитывают 3,2--3,8 млрд. лет.
Если сей-час в атмосфере Земли 78% азота и 21% кислорода, то более 3 млрд. лет назад в атмосфере Земли свободного кислорода прак-тически не было. Тогда температура поверхности Земли была намного выше современной, а атмосфера состояла из паров воды и примеси вулканических газов (азота, углекислого газа, аммиака, метана и др.) Единственным источником ничтож-ных количеств кислорода были реакции фотодиссоциации мо-лекул воды в верхних частях атмосферы под воздействием сол-нечной радиации.
Около 3 млрд. лет назад на Земле пошли энер-гичные процессы окисления за счет кислорода, источником которого явились фотосинтсзирующие живые организмы. Ак-тивность биосферы, в конечном счете, и определила современ-ный состав атмосферы Земли.
Первые достоверные следы жизни обнаружены в отложениях, возраст которых около 3 млрд. лет. К ним относятся следы, оставшиеся от сине-зеленых водорос-лей в известняках Южной Африки, остатки организмов в пес-чаниках Канады. Но им предшествовали более древние и при-митивные формы жизни, а еще ранее -- стадии предбиологической и химической эволюции.
3. Новая гипотеза об особой роли малых молекул в первичном зарождении белково-нуклеиновых систем
На очередном совещании по философским вопросам совре-менной медицины в Президиуме Российской академии медицинских наук исследователи А.В. Олескин, И.В. Ботвинко и Т.А. Кировская сообщили следующее:
«В последние десятиле-тия накапливаются данные о том, что не белок и не ДНК/РНК, вероятно, положили начало доклеточным предшественникам современной жизни -- гипотетическим пробионтам. Жизнь, что представляется все более правдоподобным в свете совре-менных данных, эволюционировала на базе динамичной игры малых молекул (органических и неорганических). Это были ионы металлов (Fe2t, Zn2t, AP% N Cu2 Co2+, Mg2+, Са2+), соединения серы (дисульфиды, полисульфиды), фосфора (ортофосфат, нитрофосфат, полифосфаты), азота (особенно NO и N2O), а также небольшие органические молекулы типа ами-нов (этаноламин, холин, гисталины и др.), аминокислот (осо-бенно глицин, гдуатамат, аслартат), углеводородов (например, этилен). ...
Имеется предположение, что даже функция на-следственной передачи признаков, ныне выполняемая нуклеи-новыми кислотами, первоначально зависела от неорганических генов" - матриц для синтеза молекул (вначале даже небелковой природы), построенных на основе алюмосилика-тов глины. Первые биополимеры могли быть результатом авто-каталитических реакций малых молекул...
Имеется общий сце-нарий "возникновения жизни в облаках", где мельчайшие дож-девые капли, озаренные ультрафиолетом первобытного Солн-ца и поглощающие частицы соединений металлов и неметал-лов в ходе пыльных бурь, обеспечивали достаточную суммар-ную поверхность для фотоиндуцированного гетерогенного ка-тализа и последующего синтеза более сложных, органических молекул, поступавших с дождевыми потоками в океан, где жизнь "дозревала" уже в соответствии с опаринским сценари-ем "первичного бульона" и "коацерватных капель"»1.
Изложенный подход представляется весьма интересным раз-витием гипотезы А.И. Опарина. Главное теперь -- в оконча-тельном экспериментальном подтверждении (или отрицании!) и старой, и новой гипотез.
_________________________________________________________________
1 Совещание по философским проблемам современной медицины. 16 января 1997 г. - М., 1997. - С. 88-89.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ:
Естествознание затрагивает широкий спектр вопросов о многочисленных и всесторонних проявлениях свойств Природы.
При физико-информационном подходе Вселенная -- сверх-система, способная к самоорганизации, самоуправлению на всех этапах и уровнях существования, а потому к ней применимы основные идеи теории информации и семиотики, в том числе принцип знакового посредника, кибернетический и антропный принципы.
Исходя из этого можно прийти к пониманию сущ-ности эволюции Вселенной с точки зрения реализации единого космологического кода, изначально заданного и содержащего-ся в ее электромагнитном спектре. При этом чисто теоретичес-кая умозрительная реконструкция фотонной фазы эволюции должна привести к иному пониманию существа не только физического пространства-времени и материи, но и всего разно-образия физико-химических, биохимических, социобиологических, социотехнологических и ноокосмических эволюционных процессов во Вселенной.
Поиск новых теорий, которые могли бы заменить Общую Теорию Относительности, бу-дут продолжаться и впредь -- такова логика развития науки.
А. А. Логунов утверждает, что "создание ОТО получено це-ной отказа от законов сохранения вещества и гравитационного поля вместе взятых" . В постньютоновском изложении его по-левая теория гравитации совпадает с ОТО, но при рассмотре-нии вопроса о сильных полях могут быть существенные рас-хождения.
ОТО не дает решений существования Вселенной, не прошед-шей через сингулярную точку, однако ни описать, ни осознать ее современная наука не в состоянии, поэтому ряд ученых со-гласились с теологами в рассуждениях о сотворении Мира.
Заслуживают внимание слова Борна: "Атеистам, которым не нравится "начало", потому что его можно истолковать как со-творение, следует сказать, что начало Вселенной в том виде, как оно нам известно, может быть концом другой формы разви-тия материи, хотя практически было бы совершенно невозмож-но узнать что-нибудь относительно этого периода, поскольку все следы в хаосе разрушения и перестройки".
Один из столпов церкви, идеолог католицизма, Фома Аквинский (1225 - 1274) по этому поводу сказал: "В начало Мира мож-но не верить, но его невозможно ни доказать, ни осознать умом"
По некоторым гипотезам в микромире пространство и вре-мя могут иметь иное, чем в макромире, число измерений. Не-сомненно, что со временем связь микро- и мегамиров, физики элементарных частиц и космологии будет проявляться все тес-нее и в самых неожиданных ракурсах.
В настоящее время известен генетический код и установле-на передача наследственной информации при помощи языка белковых молекул. Существование языка электромагнитных волн, который объединяет Мир в единое целое, будет иметь уни-версальное значение для системы световещества. Это должно привести к пониманию единой информационной Природы все-го сущего.
Знание концепций современного естествознания поможет людям вне зависимости от их профессии понять и представить уровень материальных и интеллектуальных затрат современных исследований, позволяющих проникнуть в суть явлений Мира и осознать чрезвычайную важность проблем сохранения окру-жающей Среды.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Горохов В. Г. Концепции современного естествознания. -- М: Инфра-М, 2000.
2. Горелов А. А. Концепции современного естествознания.-- М.: Центр, 1997.
3. Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания. -Новосибирск. ЮКЭА, 1997.
4. Кокин А. В. Концепции современного естествознания. -- М.: 1998.
5. Лавриенко В. Н.идр. Концепции современного естествозна-ния. -- М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.
6. Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания: Учеб. Пособие . - М.: ВЛАДОС, 2001
ПРИЛОЖЕНИЕ:
Этапы развития жизни на Земле
Абсолютный возраст, миллионы лет назад |
Эра |
Период (система) |
Важнейшие события в эволюции жизни, уровни развития живого |
|
0-1 1-25 25-70 |
Кайнозойская |
Антропоген Неоген Палеоген |
Человек Австралопитек Обезьяны |
|
70-140 140-185 185-225 |
Мезозойская |
Мел Юра Триас |
Полуобезьяны Вымирание динозавров, выход на первый план млекопитающих Первые птицы Господство пресмыкающихся |
|
225-270 270-320 320-400 400-420 420-480 480-570 |
Палеозойская |
Пермь Карбон Девон Силур Ордовик Кембрий |
Наземные позвоночные Животные Папоротники, хвощи, предки современных форм рыб Массовый выход растений, а потом и животных на сушу Панцирные рыбы - первые позвоночные животные Членистоногие, иглокожие, медузы |
|
570-1200 1200-1500 1500-1900 |
Протерозойская |
Синий Енисей Саян |
Многоклеточные животные (медузы, губки, черви) Появляются многоклеточные водоросли Начало бурного развития жизни |
|
1900-2700 |
Архейская |
Не расчленена |
Одноклеточные водоросли и бактерии |
|
2700-3500 |
Катархейская |
Не расчленена |
Бактериоподобные одноклеточные организмы Предполагаемые простейшие, доклеточные формы жизни |
- Происхождение жизни на Земле
- Гипотезы происхождения жизни на Земле
- 1. Происхождение жизни на Земле
- 1. Происхождение жизни на Земле
- 3.2. Происхождение жизни на Земле.
- Происхождение жизни на земле
- Концепции происхождения жизни на Земле
- Происхождение и развитие жизни на Земле
- 1. Происхождение жизни на Земле