Evoluce a změny v hypotézách o původu života na planetě Zemi – historie studia a pochopení tajemství života

Na otázku o počátku života na Zemi stále neexistuje přesná odpověď. Tuto otázku si přitom vědci kladou již od starověku – v přírodní vědě je považována za nejobtížnější.

Ve vědě existuje několik teorií původu života na Zemi. Vytvářely se v průběhu lidských dějin. Zde jsou nejoblíbenější teorie vzniku života na Zemi:

• teorie spontánního nebo spontánního generování;
• teorie kreacionismu (božská teorie);
• teorie ustáleného stavu;
• teorie panspermie;
• teorie biochemické evoluce (teorie A.I. Oparina).

Jak se v biologii vyvíjely teorie o vzniku života na Zemi a co je jejich podstatou?

Zastavme se u některých teorií vzniku života podrobněji.

Začněme teorií spontánního generování. Pokud mluvíme o starověké vědě, otázka původu života tam nevznikla: vše bylo jasné a srozumitelné. Vědci přijali myšlenku původu života z neživých věcí, což tvořilo základ této teorie. Například Aristoteles věřil, že žáby vznikají spontánně. Platón, který žil ve 3. století před naším letopočtem. E. byl přesvědčen, že živé bytosti se vyznačují spontánní tvorbou v procesu rozkladu, stejně jako v půdě. To vše vypadalo tak přesvědčivě, že tato myšlenka o formování života na Zemi zůstala relevantní až do středověku.

Další teorií byla teorie o původu živých věcí z živých věcí. Začal se rozvíjet v 17. století. Vědci provedli mnoho experimentů, během kterých prokázali nekonzistentnost předchozí teorie o spontánním vzniku života.

Například vědec z Toskánska Francesco Redi při svých pokusech zjistil, že červi se na hnijícím mase netvoří sami – na tomto procesu se podílejí i mouchy. V roztocích vystavených varu by také nemohly vznikat mikroorganismy.

V 60. letech 19. století slavný vědec Louis Pasteur v rámci svých experimentů dokázal, že mikroorganismy existující v organických roztocích v nich zahajují proces nukleace až poté, co do nich vstoupí zárodek. Život nemůže existovat ve sterilních roztocích.

Další teorií je teorie kosmického původu života nebo teorie panspermie. Zdálo se to paralelní s Pasteurovými experimenty. Vyvinul jej německý vědec G. Richter. Podle jeho teorie mohl život na naši planetu přijít z vesmíru. Zárodky prvních forem života se mohly objevit na Zemi spolu s meteority nebo kosmickým prachem. Poté se začaly vyvíjet v příznivých podmínkách a vyvíjet. Tak dali vzniknout všem živým bytostem na naší planetě.

Tato teorie se stala velmi populární a široce diskutovanou ve vědeckých kruzích. K této teorii se připojili takoví vědci jako G. Hemholtz, W. Thompson. Ale tato teorie stále nebyla vědecky podložena. Vědci nedokázali vysvětlit, jak mikroorganismy neumírají ve vesmíru pod vlivem ultrafialového záření.

Další hypotéza byla A.I. V roce 1924 vydal knihu s názvem „Původ života“. Zde vědec zkontroloval a popsal experiment s důkazy vzniku organických látek z anorganických látek abiogenním způsobem. Organické látky se tvoří pod vlivem elektrických výbojů, tepelné energie, ultrafialových paprsků, směsí plynů s amoniakem, vodou a parami metanu v nich obsaženými. Autor předpokládal, že totéž se stalo v primární hydrosféře Země. Působení podobných faktorů přispělo k evoluci uhlíků, jejich akumulaci v primordiální půdě hydrosféry a podpoře tvorby koacervátových kapiček. Různě reagovali na své okolí.

Změny nastaly i v atmosféře: z prvotní redukce přešla v oxidační (stejná zůstala dodnes).

Studium biochemické evoluce života začalo Oparinovou teorií. Tato teorie vedla k dalším experimentům modelujícím tvorbu aminokyselin a uhlovodíků.

Moderní teorie vzniku života na Zemi v biologii

Pro esej o původu života na Zemi jsou moderní teorie nutností. Zároveň se touto problematikou zabývá celá řada věd. Vzniklé teorie se obvykle dělí do 3 skupin – na základě studia té či oné vlastnosti živých tvorů. Jedná se o tyto skupiny:

• koncept substrátového původu života. Tuto teorii vede A.I. Oparin a mnoho dalších biochemiků;
• koncept energetického původu. Vyvíjejí ji vědci v oboru synergetiky I. Prigogine a M. Eigen;
• koncepce původu informací. Její následovníci A. N. Kolmogorov, A. A. Ljapunov, D. S. Černavskij.

Jedním z prvních, kdo hovořil o nemožnosti náhlého vzniku života, byl Friedrich Engels. On a jiní věřili, že formování života probíhalo po dlouhou dobu, prostřednictvím dlouhého vývoje a mnohonásobných přeměn hmoty. Evoluce je základem života na planetě. Díky ní se mrtvá hmota začala vyvíjet dávno před vznikem života na Zemi.

Při přípravě jakékoli eseje o původu života na Zemi je důležité poznamenat, že v moderní biologii neexistuje koncept univerzální formy života.

Moderní koncepce vzniku života jsou založeny na studiu historie Země a také na neustále se měnících teoriích původu všeho živého.

Historie života na Zemi

V historii Země bylo velké časové období ovládáno mikroorganismy. Kvalitativní skok v evoluci způsobil vznik vysoce organizovaných bytostí, včetně lidí. Od této chvíle se v dějinách Země objevila nová kapitola.

Takto si můžete schematicky představit historii života na Zemi:

• Před 1,2 miliardami let došlo ke skoku ve vývoji. Bylo to kvůli vzniku sexuální reprodukce. Pak se objevily složité formy života – rostliny a zvířata. S pohlavním rozmnožováním si nové živé organismy vyvinuly určité výhody, které přispěly k jejich biodiverzitě;
• První komplexně organizované buňky s jádrem se objevují před 2 miliardami let. K tomuto vzhledu došlo v době, kdy jednobuněčné organismy bez jader komplikovaly svou strukturu – díky absorpci menších forem života. V důsledku toho se v nových eukaryotických buňkách objevují organely buněčného původu: mitochondrie, chloroplasty a další. Buňky s takovými organelami byly vítězi v evoluční rase. Staly se základem mnohobuněčných organismů;
• Před 3,9 miliardami let – v době objevení se prvních jednobuněčných živých tvorů: připomínali moderní bakterie. Neměly vytvořené jádro a organely a molekuly DNA byly v cytoplazmě volné. Takové buňky již měly ribozomy. K syntéze proteinů došlo na cytoplazmatické membráně;
• Před 4 miliardami let se náhodně objevila první genetická struktura, RNA.

Dějiny života, jak je vidět, jsou uvedeny v obráceném pořadí.

Na naší planetě je mnoho druhů rostlin, zvířat, hmyzu. Zajímala mě otázka: „Odkud se vzal život na Zemi?“

Relevantnost tématu spočívá v tom, že otázka „Co je život, jaký je jeho původ?“ byl vždy jednou ze záhad vzniku života, která znepokojovala lidstvo od pradávna.

Předmětem zkoumání je vznik života na Zemi, předmětem zkoumání jsou různé teorie vzniku života na Zemi.

Cíl: prozkoumat možné důvody vzniku života na naší Zemi.

K dosažení tohoto cíle byly stanoveny následující úkoly:

1. Seznamte se s hypotézami vědců z celého světa o vzniku života na Zemi.

2. Vypracujte a proveďte experiment sami.

3. Analyzujte a formalizujte přijatá data

Hypotéza: Voda je látka nezbytná pro vznik života.

Během studie byly použity následující metody:

Empirické: pozorování, srovnávání, experiment.

Teoretické: analýza a syntéza.

KAPITOLA I. Vznik života na Zemi

1.1. Jak se objevil život na Zemi? Obecné informace.

Moderní představy o původu života na Zemi se od sebe značně liší. Existuje však jedna široce přijímaná teorie. Naše planeta podle ní vznikla z kosmického prachu. Prachová mračna z Galaxie obsahovala všechny chemické prvky a postupně se stlačovala a vytvořila kouli. Bylo rozžhavené, zahalené v oblacích vodní páry. V oblacích se pára stoupající z mladé Země postupně ochlazovala a měnila se ve vodu. Atmosférická kapalina se znovu vrátila na povrch planety v prudkých, neustávajících deštích. Dopadající na horký zemský povrch se vlhkost změnila na páru a stoupala do atmosféry. Tento proces pokračoval po miliony let. Planeta Země za dlouhou dobu ztratila velké množství vlastní tepelné energie. V důsledku toho jeho zkapalněný povrch začal při chladnutí tvrdnout a vytvořil zemskou kůru. Po několika milionech let se povrch planety ochladil ještě více. Voda přicházející na Zemi z atmosféry (deště, lijáky) se přestala vypařovat. Na hladině se vytvořily obrovské louže. Dostatek vody velmi ovlivnil další vývoj mladé Země. Na pozadí pokračujícího poklesu teplot a vydatných srážek došlo k povodni. Voda, která vytryskla na Zemi v neustálém proudu, se stala nedílnou součástí mladé planety. Ta se hromadila v hlubokých prohlubních a nestihla se úplně vypařit. Objevil se prehistorický oceán. V té době ještě život na planetě neexistoval, ale dešťová voda postupně začala ohlodávat hory a skály. Stékal do údolí a roklí v bouřlivých proudech a vytvářel koryta řek a potoků. Trvalo několik dalších milionů let, než se na planetě objevila údolí. Rovnováha vody v atmosféře a na Zemi se velmi změnila. Planeta jím byla nasycena a v oblacích bylo stále méně a méně vlhkosti. Hustá mračna nad planetou se postupně rozplynula a otevřela cestu na Zemi slunečním paprskům. Neustálé deště ustaly a Země byla téměř celá pokryta vodami prehistorického oceánu. Kapalina vyplavila spoustu solí a rozpustných minerálů z horních vrstev planety a odnesla je do moře. Voda z hladiny nádrže se neustále odpařovala a pára se měnila v atmosférické mraky. Moře se postupně stávaly slanými. Naše planeta v té době existovala za zvláštních podmínek a zřejmě na ní vznikaly krystalické látky. Zvětšovaly se, vytvářely nové krystaly a připojovaly k sobě komponenty jiné struktury. Sluneční paprsky spolu se silnými elektrickými náboji z blesků z atmosféry dodávaly krystalům energii. Možná se tyto prvky staly předky prvních živých bytostí
Země jsou prokaryota. Různé teorie o tom, jak se na Zemi objevil život, popisují prokaryota jako prototyp moderních bakterií. Neměli jádro a typ výživy prvních obyvatel Země byl anaerobní. Dýchali bez účasti kyslíku (v té době ještě chyběl v atmosféře). Prokaryota se živila organickými sloučeninami, které se zase objevily v důsledku kombinace několika příznivých faktorů (teplo ze sopečných erupcí, ultrafialové sluneční záření a bouřky). Životaschopné organismy se vyvíjely ve vlhkých oblastech planety a na dně nádrží. Prokaryota byla chráněna tenkým bakteriálním filmem. Z těchto bakterií pravděpodobně vznikly jednobuněčné prvokové mikroorganismy starověkého pozemského světa. Existují ale i teorie o původu života na Zemi, které tvrdí, že nejstarší jednobuněční živočichové se tvořili a vyvíjeli nezávisle na bakteriích.

1.2. Hypotézy pro vznik života na planetě Zemi

Otázky týkající se původu života na Zemi a hypotéz, které jsou na toto téma předloženy, lze rozdělit do 10 kategorií. Jednou z populárních verzí je, že životaschopné organismy byly na mladou planetu přivezeny z vesmíru. Tato teorie nemá žádné důkazy, stejně jako jiné možnosti původu živých pozemských tvorů. Vezmeme-li ale za základ verzi kosmického původu obyvatel Země, ukáže se, že ve Vesmíru jsou další planety, na kterých je život. Vždyť ty formy života, které známe, jsou úžasně přizpůsobené životu v pozemských podmínkách (kde je kyslík a voda). A pokud přišly na povrch Země z vesmíru, pak se pravděpodobně vyvíjely na jiné planetě za podobných podmínek dříve.
Jiní vědci se domnívají, že první živé organismy vznikly v hlubinách zemských moří. Všechny moderní myšlenky o původu života na Zemi si zaslouží pozornost. Možná jsou některé z nich skutečně pravdivé.

Komety a meteority

Zajímavou teorii o vzhledu živých tvorů na Zemi předložil výzkumník z Texaské technické univerzity, kurátor paleontologického muzea této vzdělávací instituce a profesor geověd – Sankar Chatterjee. Vědec vystoupil na 125. výročním zasedání Americké geologické společnosti se zprávou o svém výzkumu. Chatterjee analyzoval velké množství informací o raném geologickém životě planety Země a poté porovnal známá data s existujícími teoriemi evoluce pozemského života. Vykonaná práce mu umožnila vyvodit závěry o tom, jak se na Zemi objevil život. Stalo se tak za účasti meteoritů a komet, které dopadly na povrch planety. Podle informací většiny geologů došlo k nejintenzivnějšímu „bombardování“ Země kometami a meteority asi před 4 miliardami let. Výzkumník Chatterjee věří, že rané formy života se vytvořily v hlubokých kráterech, které za sebou zanechaly pevná vesmírná tělesa. Ve své zprávě, prezentované 31. října v Denveru (Colorado), badatel poznamenává, že je nejpravděpodobnější, že první živí tvorové na naší planetě se zformovali během období takzvaného pozdního bombardování meteority, ke kterému došlo před 3,8-4,1 miliardami let. před. Během tohoto období dopadlo na povrch mladé Země několik tisíc komet. Teorie navržená Chatterjeem se v mnoha ohledech shoduje s modelem Nice. Ten tvrdí, že počet komet a meteoritů, které spadly na Zemi před několika miliardami let, je srovnatelný s počtem kráterů na Měsíci. V té době se družice Země stala pro naši planetu jakýmsi štítem, který brání vesmírným horninám ji zcela zničit.

Podle některých vědců, včetně Sankara Chatterjeeho, přispělo nekonečné padání kamenů na Zemi z vesmíru ke vzniku primárních forem života v prehistorickém oceánu a mořích. Na toto téma bylo provedeno mnoho výzkumů. Jejich výsledky naznačují, že zásoby vody na Zemi jsou mnohem větší, než by měly být. To vše vědci spojují se stejným pádem meteoritů, které k planetě přiletěly z Oortova oblaku. Komety pokryté ledem, které vytvořily v zemi krátery, v nich zůstaly a rozmrzly, čímž se staly dalším zdrojem vody.

Po mnoho staletí se lidé pokoušeli rozluštit tajemství vzhledu Země, její skutečný životopis. Teorie panspermie vysvětluje, proč na Zemi existuje život, tím, že se na planetě vytvořily ideální podmínky pro vývoj nejjednodušších bakterií/mikroorganismů. Mikrobi dorazili na povrch planety spolu s malými vesmírnými tělesy (meteoroidy, asteroidy). Podle hypotézy panspermie existují ve vesmíru zvláštní formy života, které zůstávají životaschopné v prostorách bez vzduchu, při nízkých teplotách, v podmínkách vakua nebo radiace. Takové mikroorganismy se nazývají extremofily. Po zničení malých těles Sluneční soustavy zůstávají extrémofilové v kosmickém prachu a kamenných troskách a mohou „cestovat“ po Galaxii po dlouhou dobu, než skončí na jiné planetě. Pokud se na novém místě vytvoří optimální podmínky, začnou se vesmírné organismy vyvíjet.

Výzkumníci získávají další informace o vzniku různých forem života na Zemi pomocí vesmírných sond. Tyto přístroje zkoumají vnitřní složení komet a poskytují data, která pouze podporují teorii panspermie. Je totiž vysoká pravděpodobnost, že život byl na Zemi přivezen z vesmíru.

Biogeneze je hypotéza, která tvrdí, že život na naší planetě vzešel z nejjednodušších živých bytostí („živí ze života“). Tato teorie o vzniku života na Zemi má však velké množství odpůrců. Drží se přesně opačné hypotézy abiogeneze. Předpokládá, že první živé bytosti se na planetě objevily v důsledku přírodních procesů. Anorganická hmota byla vystavena přirozeným chemickým reakcím, v důsledku čehož získala schopnost se vyvíjet.

Hlavním stavebním materiálem v buňkách živých bytostí jsou aminokyseliny. K jejich tvorbě dochází za účasti přirozených chemických procesů, které nemají se životem nic společného. Teorii abiogeneze potvrdil již v roce 1955 americký vědec Muller-Urey. Výzkumník provedl experiment, ve kterém procházel elektrickými výboji směsí páry a plynu. Díky tomu se mu podařilo získat několik aminokyselin a nejjednodušší mastné kyseliny (kyselina mravenčí, močovina, kyselina octová).

Dříve ruský biochemik A.I Oparin vyjádřil své domněnky o abiogenetickém původu všeho života na Zemi. V roce 1924 vyjádřil názor, že živé bytosti se na planetě objevily v důsledku vlivu silných elektrických výbojů na zemskou atmosféru (před 4-4,5 miliardami let se skládala ze směsi plynů a páry, metanu, čpavku, uhlíku). oxid a voda ve formě páry). Oparin navrhl, že takové podmínky by se mohly stát optimálními pro generování nejjednodušších organických sloučenin nezbytných pro vznik života. O 31 let později jeho teorii potvrdil Američan Miller-Urey.

Teorie speciálního stvoření podává úplně jiný popis toho, jak na Zemi vznikl život. Podle ní Bůh stvořil živé bytosti (duchovní, netělesnou bytost). První lidé na planetě se jmenovali Adam a Eva. Bůh stvořil člověka z prachu země a pak mu vzal jedno z jeho žeber, aby stvořil ženu. Zástupci 3 náboženství (křesťanství, islám, židé) věří, že Eva a Adam se jako první objevili na Zemi. Vesmír stvořil Všemohoucí během 7 dnů a první lidi stvořil 6. den. Bůh učinil sedmý den dnem odpočinku. Potom Vládce vesmíru naplnil stvořené lidi životem a poslal je pracovat do rajské zahrady. Adam a Eva se museli starat o rostliny a stromy. Uprostřed zahrady byly 2 stromy – strom poznání dobra a strom života. Bůh lidem zakázal jíst ovoce ze stromu poznání, ale oni ho neposlechli. Podle informací z Koránu byl Adam první, kdo se rozhodl vyzkoušet plody stromu poznání. Bůh byl štědrý a hříšníkům odpustil. V rajské zahradě však již zůstat nemohli. Stvořitel je poslal na Zemi a učinil z nich své zástupce.

Přívrženci materialistické teorie věří, že život na planetě Zemi se objevil v důsledku postupných chemických přeměn, které začaly asi před 3,8 miliardami let.
Molekulární evoluce ovlivnila oblast proteinových sloučenin, DNA a RNA. Začalo se rozvíjet jako vědecké hnutí v roce 1960. Tehdy vědci aktivně prováděli výzkum populační genetiky, evoluční a molekulární biologie. Tato oblast znalostí prošla aktivním rozvojem díky vývoji enzymatických funkcí a také používání nesrovnalostí nukleových kyselin jako „molekulárních hodin“.

Chemický vědec A. J. Kearns-Smith z University of Glasgow (Skotsko) v roce 1985 předložil svou teorii, že život na Zemi vznikl díky jílu. Při vytváření své hypotézy se opíral o stejné předpoklady jiných vědců. Výzkumník navrhl, že některé organické částice, spadající mezi dvě vrstvy jílu, začaly aktivně interagovat s přírodním materiálem. Přijali metodu růstu a ukládání informací z hlíny. Vědec ve svých zprávách označil gen jílu za primární. Kearns-Smith věřil, že hlína a první živé organismy původně existovaly společně a poté se oddělily v důsledku vývoje organických sloučenin.

Neméně zajímavá je hypotéza katastrofy. Uvádí, že k evoluci druhů na planetě došlo v důsledku silných, krátkodobých katastrofických událostí. Každá katastrofa zcela zničila stávající život a nové formy života již nebyly stejné jako ty předchozí.

Spontánní vznik života

Až do 19. století lidé odmítali teorie o náhlém vzniku života. Nevěřili, že živé bytosti mohou vzniknout z neživé hmoty. Moderní představy o původu života na Zemi jim byly cizí, ale obyvatelé planety věřili v heterogenitu (kdy z existujících v důsledku změny způsobu reprodukce vznikají nové formy života). Verze spontánní generace živých bytostí se scvrkla na skutečnost, že se na planetě objevily organismy složitější struktury v důsledku rozkladu organických sloučenin. Aristoteles ve svém učení také odvodil jednoduché pravdy, že mouchy se rodí ze zkažené potravy, mšice z kapek rosy usazujících se na listech rostlin a krokodýli z klád hnijících na dně sladkovodních ploch. Křesťanství odmítlo teorii spontánního vzniku života, ale přesto bylo schopno existovat několik století. Definitivní vyvrácení hypotézy o samovolném generování živých organismů nastalo v XNUMX. století. Vědec Louis Pasteur provedl experimenty související se studiem vzhledu mikrobů. Bylo zapotřebí provést výzkum, aby bylo možné vyvinout systém boje proti infekčním chorobám. Důkazy poskytnuté Louisem Pasteurem byly podpořeny vědeckými fakty a potvrdily neplatnost hypotézy o spontánním zjevení živých bytostí.

V roce 1905 ruský botanik Konstantin Merežkovskij zformuloval svou teorii o původu života na planetě Zemi. Věřil, že některé organely byly zpočátku volně žijící, ale pak se spojily s jinou buňkou jako endosymbionti. Tato informace naznačuje, že bakterie mnoha forem vstoupily do symbiózy a vytvořily eukaryotickou buňku (s jádrem). Symbiotické vztahy také pomáhají usnadnit horizontální přenos genetického materiálu mezi bakteriemi.

Přívrženci teorie kosmogonie tvrdí, že primární život vznikl ve vesmíru. Hypotéza má mnoho slabin. Četné vědecké studie v tomto směru například stále nebyly schopny vysvětlit, jak vznikl vesmír a sluneční soustava. Dodnes neexistuje žádný fyzikální model, který by nám řekl o raných fázích vývoje vesmíru. Obecně platí, že kosmogonické teorie vzniku života lidé používali k vysvětlení homogenity pohybu nebeských těles a jejich složek. V souladu s učením kosmogonie vyplnila vesmírná hmota celý prostor Země dlouho předtím, než se na ní objevil život, a poté se začala vyvíjet.

Podstata Oparinovy ​​hypotézy je následující: vznik života na Zemi je dlouhý evoluční proces utváření živé hmoty v hlubinách neživé hmoty. Stalo se tak chemickou evolucí, v jejímž důsledku vznikly ty nejjednodušší organické látky z anorganických pod vlivem silných fyzikálně-chemických procesů.

KAPITOLA II. Výzkumná činnost.

2.1. Moje zkušenost s výzkumem původu života na Zemi.

Poté, co jsem si doma přečetl o Oparinových experimentech, rozhodl jsem se provést Oparinův experiment sám. Abych to udělal, vzal jsem tavnou vodu a naplnil jí dvě nádoby. Jedna nádoba byla průhledná a otevřená světlu, teplu a vzduchu a druhá byla neprůhledná a těsně uzavřená víkem. První nádobu jsem umístil na parapet a druhou na místo nepřístupné světlu a teplu.

Výsledek byl vyhodnocen po 2 měsících. Živé organismy se zrodily v nádobě, která stála na parapetu. Odebíral jsem vzorky z různých nádob a zkoumal je pod mikroskopem. (Příloha 1)

Podívala jsem se na kapky z různých nádob pod mikroskopem. Tento Oparinův experiment ukázal, že život možná vznikl ve vodě starověkých oceánů naší planety pod vlivem slunečního světla a tepla.

Hypotéza: „Voda je látka nezbytná pro vznik života“ byla potvrzena. V této době nelze jednoznačně interpretovat vznik života. Protože existují důkazy pro jednu i druhou teorii. Aby bylo možné přesně určit, jak život vznikl, je zapotřebí další výzkum. Teprve po jejich provedení bude možné určit, která z těchto teorií je správná. Snad vznikne jednotná teorie vzniku života, která bude zahrnovat více teorií.

SEZNAM ZDROJŮ INFORMACÍ

1. Oparin A.I. Život, jeho podstata, vznik a vývoj. Biochemický ústav. – M.: Akademie věd SSSR, 1968.

2. Oparin A.I. Moderní názory na původ života. M.: Pravda, 1997.

4. Velká ilustrovaná encyklopedie. Vydavatel: Reader’s Digest, 2009.