"Биология (базовый уровень)", Сухорукова Л.Н., Кучменко В.С., Иванова Т.В.
Биогенез — представление о том, что живые организмы появляются от других живых организмов. Его проверяли в опытах с мясом и питательным бульоном: исследователи выясняли, откуда берутся личинки и микроорганизмы. Реди связал личинок с яйцами мух, а опыты Спалланцани и Пастера показали, что микроорганизмы попадают в бульон из окружающей среды. Эти эксперименты помогли отвергнуть самозарождение в проверенных условиях, но не объяснили, как возникла первая жизнь на Земле.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Биогенез — представление о том, что живые организмы возникают только от других живых организмов. Например, новые бактерии появляются в результате размножения бактерий, а не из питательного раствора сами по себе. Эта идея помогает объяснить наблюдаемое появление организмов и определить, откуда они могли попасть в исследуемую среду.
Самозарождение — историческое представление о возникновении живых организмов из неживой материи без участия других организмов. Оно казалось убедительным, потому что на мясе и других разлагающихся остатках появлялись личинки и мелкие организмы, а их происхождение оставалось незаметным. Проверка этой идеи потребовала опытов, в которых можно было контролировать доступ живых организмов к веществу.
Опыт Реди — эксперимент, в котором сравнивали мясо в открытых сосудах и сосудах, закрытых тканью. В открытые сосуды могли залетать мухи, а ткань не позволяла им сесть на мясо и отложить яйца. Такое сравнение помогло выяснить, связаны ли личинки с мясом или появляются благодаря мухам.
Колба Пастера — сосуд с длинным изогнутым горлышком, через которое воздух может поступать внутрь, а пыль и осевшие на ней микроорганизмы задерживаются в изгибе. Поэтому можно проверить, вызывают ли развитие микроорганизмов в бульоне сам воздух или частицы, принесённые из окружающей среды. Если бульон соприкасается с задержанной пылью, результат опыта меняется.
Идея самозарождения сохранялась долго, потому что люди наблюдали уже видимый результат, но не замечали предшествующих событий. На гниющем мясе появлялись личинки, а в жидкостях — микроорганизмы, тогда как яйца мух или крошечные клетки могли быть неразличимы. Наблюдение «появилось после разложения» принимали за объяснение «возникло из разлагающегося вещества». Чтобы разобраться в причине, следовало изменить доступ возможного источника организмов и сравнить результаты.
Реди проверил, могут ли мухи быть источником личинок. Он поместил мясо в сосуды, часть из которых оставил открытыми, а остальные закрыл тканью: воздух проходил, но мухи не могли добраться до мяса. Личинки появились на мясе в открытых сосудах, тогда как в закрытых тканью мухи оставались снаружи, а личинки на мясе не развивались. Значит, личинки связаны с мухами, откладывающими яйца, а не возникают непосредственно из мяса.
Спалланцани исследовал, появляются ли микроорганизмы в питательном бульоне самопроизвольно. Он кипятил бульон, чтобы уничтожить микроорганизмы, которые могли уже находиться в нём, а затем сравнивал открытые сосуды с герметично закрытыми. В закрытых сосудах признаки развития микроорганизмов не появлялись, а в открытых они обнаруживались. Это стало аргументом против самозарождения: микроорганизмы могли проникнуть в бульон извне. Однако критики указывали, что в запаянные сосуды не поступает воздух, и предполагали, что именно его отсутствие мешает развитию организмов.
Пастер усовершенствовал проверку, отделив поступление воздуха от попадания пыли. В колбе с изогнутым горлышком воздух проходил внутрь, а пыль с микроорганизмами оседала в изгибе и не достигала бульона. Бульон оставался без признаков развития микроорганизмов, пока не соприкасался с задержанной пылью; после контакта он мутнел. Так изменение условий показало, что причиной развития микроорганизмов было их попадание с пылью, а не сам воздух.
В совокупности эти опыты поддерживают биогенез в изученных условиях: личинки происходили от мух, а микроорганизмы попадали в бульон из окружающей среды. При этом выводы относятся к конкретным экспериментам, где были доступны уже существующие организмы и можно было проверить их перенос. Они не устанавливают, каким образом возникла самая первая жизнь на Земле, и не отвечают на вопрос о ранних этапах её происхождения.
| Исследователь | Что сравнивали или изменяли | Наблюдение | Вывод |
|---|---|---|---|
| Франческо Реди | Открытые сосуды с мясом и сосуды, закрытые тканью | Личинки появлялись на мясе, доступном мухам; ткань мешала им попасть на мясо | Личинки развиваются из яиц мух, а не возникают из мяса |
| Ладзаро Спалланцани | Прокипячённый бульон в открытых и герметично закрытых сосудах | В открытом бульоне появлялись микроорганизмы, в закрытом — нет | Микроорганизмы могли проникать в бульон из окружающей среды |
| Луи Пастер | Бульон в колбе с изогнутым горлышком; доступ воздуха и попадание пыли | Бульон оставался чистым, пока пыль оседала в изгибе; после контакта с ней мутнел | Воздух поступал в колбу, а микроорганизмы заносились с пылью |
| Общий вопрос опытов | Какой источник появления организмов выявлял каждый опыт | Мухи, частицы из окружающей среды или их отсутствие в защищённой среде | Проверяли, могли ли организмы попасть в опытную среду извне |
| Общий вывод | Какой вывод опыт позволял сделать | При ограничении доступа мух или пыли личинки либо микроорганизмы не появлялись | Опыты поддерживают биогенез в проверенных условиях, но не объясняют происхождение первой жизни |
Сравнивай в таблице не только наблюдение, но и то, какое условие изменяли: доступ мух, герметичность или попадание пыли. Так легче увидеть, какой возможный источник организмов проверял каждый исследователь. Общий вывод нельзя расширять за пределы условий опытов.
Задача 1. В открытом сосуде с мясом появились личинки, а в сосуде, закрытом тканью, — нет. Объясните наблюдение и укажите, какое представление оно проверяет.
Ответ: личинки появились там, куда мухи могли отложить яйца. Опыт Реди проверяет представление о самозарождении и показывает, что мясо само не превращается в личинок.
Задача 2. В прокипячённом бульоне под герметичной пробкой микроорганизмы не обнаружены, а в открытом сосуде они появились. Назовите возможную причину различия и сформулируйте вывод опыта.
Ответ: различие объясняется попаданием микроорганизмов из окружающей среды в открытый сосуд. Опыт Спалланцани стал аргументом против их самозарождения в бульоне, но сам по себе не отделил влияние воздуха от влияния пыли.
Задача 3. В колбе Пастера бульон оставался прозрачным, пока горлышко было целым; после его наклона бульон соприкоснулся с пылью в изгибе и помутнел. Объясните ход опыта, назовите переменную и сформулируйте вывод, не распространяя его на вопрос о происхождении первой жизни.
Ответ: переменная — контакт бульона с пылью, содержащей микроорганизмы. Опыт показывает, что микроорганизмы заносятся в бульон с пылью, но не объясняет, как появилась первая жизнь на Земле.
Ошибка: считать, что опыты Пастера доказали невозможность возникновения первой жизни. Такое заключение делают, распространяя результат лабораторной проверки на события ранней истории Земли. Пастер изучал появление микроорганизмов в конкретных условиях, а не возникновение первых живых систем. Проверь себя вопросом: исследовали ли в опыте условия древней Земли и происхождение самой первой жизни?
Ошибка: утверждать, что в опытах Спалланцани микроорганизмам не хватало воздуха. Это предположение возникло потому, что сосуд был герметично закрыт. Но опыт Пастера показал: воздух может проходить в колбу, тогда как пыль с микроорганизмами задерживается. При оценке опыта разделяй наличие воздуха и попадание живых частиц.
Ошибка: считать, что мясо само превращалось в личинок. Такое объяснение кажется естественным, если не учитывать, что мухи могли отложить яйца на открытое мясо. В опыте Реди ткань не позволяла мухам добраться до мяса, и личинки там не появлялись. Для самопроверки выясни, могли ли взрослые организмы или их яйца попасть в сосуд.
Ошибка: приравнивать биогенез к самозарождению. Оба понятия описывают появление организмов, поэтому их легко перепутать, но источники в них противоположны. Биогенез связывает новый организм с другими живыми организмами, а самозарождение — с неживой материей. Проверь себя: назван ли в объяснении живой источник появления организма?
Чтобы понять опыты, нужно знать, что организмы состоят из клеток и способны размножаться: личинка или микроорганизм имеет предшествующий источник. Тема связана с представлением о клетке как единице живого и с вопросом о происхождении жизни на Земле, но эти вопросы не тождественны. Выводы опытов пригодятся при изучении микроорганизмов и размножения, а их сравнение показывает, как биологи используют эксперимент для проверки объяснений.
Почему люди раньше верили в самозарождение?
На разлагающихся остатках люди замечали личинок и микроорганизмы, но не видели, откуда они взялись. Поэтому казалось, что живое возникает непосредственно из неживой материи.
Что именно доказал опыт Реди?
Личинки появлялись на мясе в тех сосудах, куда могли попасть мухи, и не появлялись на мясе, закрытом тканью. Это показало, что личинки связаны с яйцами мух, а не возникают из самого мяса.
Почему в опыте Пастера было важно изогнутое горлышко?
Через горлышко воздух поступал в колбу, но пыль с микроорганизмами оседала в его изгибе. Когда бульон соприкасался с этой пылью, в нём начинали развиваться микроорганизмы.
Разве микроорганизмам не нужен воздух?
Некоторым микроорганизмам кислород нужен, а другим — нет, но опыт Пастера был устроен так, что воздух мог проникать в колбу. Горлышко задерживало не воздух, а пыль, которая могла занести микроорганизмы.
Доказывают ли опыты Пастера, что первая жизнь не могла возникнуть из неживой материи?
Нет. Пастер проверял появление микроорганизмов в конкретных условиях, а не процессы ранней истории Земли. Его опыты поддерживают биогенез для изученных ситуаций, но не объясняют происхождение первой жизни.
47. Живое только от живого — теория биогенеза
