Конспект уроку: Гіпотези виникнення життя на Землі

1. Які таксономічні категорії вам відомі?

2. Що таке гіпотеза, аксіома, теорія?

3. Які організми належать до продуцентів, а також консументів й редуцентів?

Проблеми виникнення життя і пізнання його суті ще здавна хвилювала не тільки учених, а і всі інші верстви освіченого суспільства, в тому ж числі служителів різних релігійних культів. Однією із найголовніших догм (догма - це положення, що не доведено, але потребує віри) всіх релігій є утворення Всесвіту, згодом й життя божественною силою. Ці погляди детально викладені у Біблії й Корані.

Переважна кількість вчених визнає виникнення й подальші зміни Всесвіту, й живої матерії в тому числі, в часі й просторі. Дані погляди відносяться до двох напрямів: гіпотези абіогенезу (тобто живі істоти з'явилися із неживої матерії) і біогенезу (організми здатні виникати тільки від живих істот). Будь-який з даних поглядів має власні коріння ще у поглядах стародавнього світу та розвивається ще донині.

Абіогенні гіпотези

Абіогенні гіпотези (зокрема, гіпотези самочинного, чи спонтанного, зародження) існували ще учені прадавніх цивілізацій Вавилону, Китаю і Греції 3000 - 4000 років назад. В тому числі, Арістотель (роки життя 384-322 до н. е.), котрого нерідко звуть засновником біології, припускав, що усі живі істоти постійно з'являються із мулу, гною т.п., частинки котрих містять «активний зародок», який за відповідних умов здатний дати початок іншому живому організму. Схожих поглядів дотримувались інші видатні учені епохи Відродження, зокрема, Ф. Парацельс, Ф. Бекон, Р. Декарт. Знаменитий дослідник голландець ван Гельмонт (1577 р. -1644 р.) описав дослід із виникнення («мимовільного зародження») мишей із пропотілої сорочки у темній шафі з жменею пшениці.

Рис. 1. Прихильники ідей абіогенного походження життя на нашій планеті:
1 - Арістотель; 2 - Парацельс (справжнє ім 'я Філіпп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм); 3 - Френсіс Бекон; 4-Ян Баптиста ван Гельмонт

Впродовж ХVІІ-ХVІІІ сторіч дані погляди являлись спростовані. Так, Лінней у основу біологічної систематики запоклав принцип «всякий схожий організм походить від подібного собі». Остаточно учені відмовилися від підтримання абіотичних гіпотез в другій половині XIX ст. одразу після установлення Робертом Вірховим того факту, що кожна клітина формується лиш у результаті поділу материнської клітини. У 1860 році знаменитий французький учений біолог Луї Пастер своїми експериментами із дріжджами і бактеріями довів неможливість існування самозародження мікроорганізмів.

Із розвитком знань про історичний розвиток Землі і молекулярної біології застаріла гіпотеза абіогенезу одержала нове існування у XX сторіччі. Особливість трактування її полягає у саме тому, що, виключаючи змогу самозародження існування у наш час, вчені припускають його виникнення із хімічних сполук в минулому. Уперше даної думки припустився Ж.-Б. Ламарк в 1820 році; згодом її розвивали Е. Геккель й К. А. Тимірязєп. Вони вважали, що у первісному океані у результаті хімічних процесів з'явилися спочатку органічні речовини, згодом із них - доклітинні форми існування, що поступово перетворилися у клітинні організми. Дана гіпотеза являється наслідком поглядів Ламарка щодо еволюції як процесу поступового переходу від нижчої ланки організації до вищої.

У 20-х рр. минулого сторіччя видатний російський вчений О.І. Опарін й англійський Д. Холдейн вивели біохімічну гіпотезу виникнення життя, котра, по суті, являється розвитком ідей Ламарка. На думку даних вчених, біологічній еволюції передувала так звана хімічна еволюція органічних речовин, що тривала декілька сотень мільйонів років до часу виникнення найперших живих істот.

Рис. 2. Гіпотетичні умови для створення життя на Землі
II. Дослід Опаріна-Холдейна: 1 - електроди; 2 - суміш газів (СН₄, NH₃, Н₂, H₂O); З - конденсор; 4 - підігрів води; 5 - дрібні органічні молекули

Як свідчать геологічні данні, первинна атмосфера Землі сформувалася з вуглекислого газу, аміаку, оксидів Сульфуру, метану, сірководню й водяної пари. Атмосферний кисень у вільному стані і озоновий екран відсутні були, та на поверхню суходолу й Світового океану падав великий потік космічного і сонячного випромінювань, включно з ультрафіолетовими променями. Внаслідок високої вулканічної активності в океан й атмосферу із надр Землі постійно потрапляли різні хімічні сполуки. Схожі умови учені неодноразово відтворювали у лабораторіях. Під чай дослідів виявилось, що в водному розчині, який близький за складом до сучасної води океану, у умовах опромінення й пропускання крізь нього електричних розрядів (аналогічно блискавці) утворились окремі низькомолекулярні органічні сполуки: амінокислоти, нуклеотиди і малі ланцюжки амінокислот, моносахариди і т.п. Вони збирались в скупчення, які відокремлені від водного середовища поверхнею розділу, - так звані коацерватні краплини, що існували достатньо тривалий час. Нічого, що б нагадувало живих істот, вченим більш аніж за 70 р. експериментів добути так і не вдалось. Незважаючи на дану обставину, гіпотеза Опаріна-Холдейна говорить про те, що коацерватні краплини певним чином перетворились на певні гіпотетичні «доклітинні» біологічні системи, від котрих з'явилися прокаріоти. Таким чином, виникнення існування із неживої матерії у минулому й сучасному Землі доказати не вдалось.

Біогенні гіпотези

Біогенні гіпотези грунтуються на поглядах про життя як унікальну особливу форму життя матерії, яке існує стільки же часу, як й Всесвіт. Дані гіпотези не містять в собі ніяких ідей стосовно пояснення виникнення життя на Землі, а говорять тільки про неземне його походження.

Сучасні біогенні погляди отримали назву гіпотези панспермії (з грец. пан - все і сперматос - насіння). Вперше висловив думку про змогу занесення існування із космосу ще давньогрецький відомий філософ Анаксагор в п'ятому сторіччі ще до нашої ери. Остаточно гіпотезу панспермії сформував фізик із Швеції С. Арреніус на початку XX ст., а розвинув український вчений В. Вернадський. До прихильників цієї гіпотези відносяться видатні російські учені: зоолог Л. Берг, географ О. Шмідт, астроном Й. Шкловський, один з відкривачів молекулярної структури молекули ДНК англійський біохімік Ф. Крік і чимало інших.

Рис. 3. Прихильники біогенних гіпотез походження життя на Землі:
1 - Лев Семенович Берг (1876-1950); 2 - Френсіс Крік (1916-2004)

Суть гіпотези панспермії заключається у такому: спори прокаріотів здатні, не втрачаючи своєї здатності до життєдіяльності, витримувати перебування в вакуумі при температурах, які близькі до абсолютного нуля (близько -273 °С), жорстке радіаційне й ультрафіолетове опромінення, так звані умови космічного простору. Вони просто потрапляють в верхні шари атмосфери планети та дякуючи мізерній власній масі здатні звідти потрапляти в відкритий космос.

С. Арреніус підрахував те, що тиск світла спричиняє помітний механічний вплив на частки діаметром біля 0,015 мм, переміщуючи їхня. Саме даний діаметр отримали спори переважної більшості бактерій. Спора, набираючи швидкість під дією тиску сонячного випромінення, за 20 діб здатна подолати відстань між орбітами Землі й Марса, за 80 - досягти орбіти Юпітера. Досить нещодавно у метеоритах було знайдено спороподібні утвори. Таким чином, у космосі присутні спори деяких прокаріотів, котрі ніби дощем весь час потрапляють на планети. І за сприятливих комфортних умов із них виходять активні форми прокаріотів різноманітних видів, котрі створюють первинні біогеоценози. В подальшому еволюція подібних «первинних» видів здійснюється у різноманітних напрямах відповідно змінам умов довкілля на небесних тілах.

1. Що таке гіпотеза?

2. Які гіпотези виникнення життя на Землі зараз вважаються найбільш відомими?

3. Обгрунтуйте кожну з гіпотез указавши основні їх положення та вчених, які займалися вивченням її ідей.

- прочитати параграф,

- дати відповідь на запитання,

- інше.

За підручником Біологія 11 клас - Балан П.