§ 20. Гипотезы и теории возникновения жизни на Земле

Вопрос. Вспомните научное определение жизни. Какими особенностями живые тела природы отличаются от неживых тел?

Ответ. «Жизнь – процесс существования биологических систем (например, клетка, организм растения, животного), основу которых составляет сложные органические вещества и способные самовоспроизводиться, поддерживать свое существование в результате обмена энергией, веществом и информацией со средой».

Есть несколько фундаментальных отличий живого от неживого в вещественном, структурном и функциональном планах. В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, – белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). В структурном плане живое отличается от неживого клеточным строением. В функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя. Устойчивость и воспроизведение есть и в неживых системах. Но в живых телах имеет место процесс самовоспроизведения. Не что-то воспроизводит их, а они сами. Это принципиально новый момент.

Также живые тела отличаются от неживых наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, активной регуляцией своего состава и функций, способностью к движению, раздражимостью, приспособленностью к среде и т. д. Неотъемлемым свойством живого является деятельность, активность. «Все живые существа должны или действовать, или погибнуть. Мышь должна находиться в постоянном движении, птица летать, рыба плавать и даже растение должно расти».

Жизнь возможна лишь при определённых физических и химических условиях (температура, присутствие воды, ряда солей и т. д.). Однако прекращение жизненных процессов, например при высушивании семян или глубоком замораживании мелких организмов, не ведёт к потере жизнеспособности. Если сохраняется неповрежденной структура, она при возвращении к нормальным условиям обеспечивает восстановление жизненных процессов.

Вопрос 1. Чем различаются между собой концепции биогенеза и абиогенеза?

Ответ. Исходя из концепции биогенеза (от греч. bios – жизнь и genesis – возникновение) всё живое на Земле произошло от живого. Сторонники концепции абиогенеза (от греч. а – отрицательная частица и биогенез), напротив, утверждают, что живые тела природы возникли из неживых.

Вопрос 2. Что доказали опыты Ф. Реди, Л. Спалланцани и М. Тереховского?

Ответ. Первым, кому удалось опровергнуть возможность спонтанного зарождения жизни, был итальянский врач Франческо Реди. В 1668 г. он поставил опыт: взял несколько банок с широким горлом и поместил в них мёртвых змей, кусочки рыбы и мяса. Часть банок он накрыл материей – кисеёй, другие оставил открытыми. Вскоре налетели мухи и отложили яйца на мёртвых змей, рыбу и мясо в открытых банках, из которых потом вышли личинки. В накрытых банках личинок не оказалось, так как мухи садились на кисею и отложили яйца только на неё. Следовательно, личинки появились из яиц, отложенных мухами, а не зарождались из мёртвых змей, рыбы и мяса, как было принято считать в то время. Таким образом, Ф. Реди впервые получил экспериментальные данные, подтверждающие мысль о том, что живое может возникнуть только от живого (биогенез).

В 1765 г. другой итальянец – Ладзаро Спалланцани (1729—1799) – в течение нескольких часов кипятил мясной и овощной бульоны в запаянных колбах. Исследовав бульоны через несколько дней, он не обнаружил в них микроорганизмов, которые появлялись без кипячения. Этот опыт спустя десять лет повторил с тем же результатом русский учёный Мартын Матвеевич Тереховский (1740—1796). Опыты Реди, Спалланцани и Тереховского вызвали резкое возражение у сторонников витализма (от лат. vitalis – жизненный, животворный) – учения о нематериальной жизненной силе, якобы необходимой для самозарождения жизни. Они утверждали, что кипячение убивает жизненную силу, а в накрытые материей банки она не может проникнуть из воздуха.

Вопрос 3. В чём состоит значение опыта Л. Пастера?

Ответ. Окончательно гипотеза самопроизвольного зарождения жизни была опровергнута французским микробиологом Луи Пастером (1822—1895), который победил в конкурсе, объявленном Парижской академией наук по поводу доказательств биогенеза. В 1860 г. он доказал, что бактерии распространяются по воздуху и что если воздух, попадающий в колбу с прокипячённым питательным бульоном, свободен от них, то бактерии в бульоне не появляются. «Ловушкой» для бактерий служило S-образное горлышко колбы, через которое свободно проникал воздух и, следовательно, «жизненная сила»

Вопрос 4. На чём основывается гипотеза панспермии?

Ответ. Согласно гипотезе панспермии (от греч. pan – всё и sperma – семена) зародыши простых организмов, так называемые «семена жизни», могли попасть на Землю вместе с метеоритами и космической пылью и дать начало живому (рис. 81). Жизнь могла возникнуть в разное время и в разных частях Вселенной. Это предположение основывается на устойчивости спор некоторых микроорганизмов к солнечной радиации, глубокому вакууму и низким температурам, характерным для космического пространства. Перенос «семян жизни», по утверждению сторонников панспермии, осуществляется со скоростью света за счёт его давления – солнечного ветра. Попадая на подходящие для жизни планеты, «семена жизни» прорастают и дают начало организмам.

Вопрос 5. Какие стадии в возникновении жизни на Земле выделяет теория биопоэза?

Ответ. Биопоэз (от греч. bios – жизнь и poiesis – становление) – это процесс возникновения живого из неживого в эволюции Земли. В настоящее время в науке биопоэз является общепринятой теорией возникновения жизни. Её сформулировал в 1947 г. английский учёный Джон Бернал (1901 —1971).

Согласно теории биопоэза возникновение жизни на любой планете неизбежно, если создаются и достаточно долго существуют благоприятные условия – определённые неорганические химические соединения и источники энергии. В широком смысле биопоэз можно рассматривать как абиогенез, осуществившийся на Земле в прошлом и невозможный сейчас. Согласно этой теории в возникновении жизни на Земле было три этапа: 1) абиогенный синтез органических соединений из неорганических; 2) образование из органических мономеров биологических полимеров; 3) формирование из биологических полимеров мембран и первых одноклеточных организмов – пробионтов.

Вопрос 6. Сравните между собой основные гипотезы и теории возникновения жизни на Земле. Перечертите в тетрадь и заполните таблицу.

Ответ. Согласно этой теории в возникновении жизни на Земле было три этапа: 1) абиогенный синтез органических соединений из неорганических; 2) образование из органических мономеров биологических полимеров; 3) формирование из биологических полимеров мембран и первых одноклеточных организмов – пробионтов.