"Биология. Общая биология. Профильный уровень", Захаров В.Б.
Материалистические теории объясняют происхождение жизни естественными процессами, происходившими на ранней Земле. Согласно гипотезе биохимической эволюции, простые вещества могли постепенно превращаться в органические молекулы, а затем — в более сложные обособленные системы, предшествовавшие клеткам. Коацерваты рассматривают как возможные модели таких систем, но не считают живыми организмами. Опыты Миллера—Юри подтвердили, что некоторые органические соединения могут возникать без участия живых организмов, однако не показали, как появилась жизнь.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Абиогенез — представление о возникновении жизни из неживого вещества. Для темы происхождения жизни это возможные естественные процессы, происходившие на ранней Земле. Это не то же самое, что самозарождение организмов в современных условиях: его сторонники предполагали, что живые существа постоянно возникают из неживого материала вокруг нас.
Биохимическая эволюция — постепенное образование и усложнение органических веществ и предшественников живых систем на ранней Земле. Сначала речь идёт о химических превращениях, а не об изменении видов. Этот термин помогает обозначить возможный переход от неживых веществ к системам, из которых могли возникнуть первые клетки.
Коацерваты — обособленные капли растворов органических веществ. Они могли концентрировать молекулы и обмениваться веществом со средой, но не являлись живыми клетками. Коацерваты важны как модель того, как органические вещества могли объединяться в обособленные системы.
Пробионты — предполагаемые предшественники первых клеток, сочетавшие отдельные свойства живого, например обособленность и простейший обмен веществ. Само название указывает на предполагаемое промежуточное положение таких систем. Оно не означает, что их существование и строение точно установлены.
Материалистические теории ищут причины происхождения жизни в природных процессах, потому что научное объяснение должно связывать наблюдаемый результат с условиями и механизмами, которые можно изучать. Для ранней Земли такими причинами могли быть химические реакции под действием доступных источников энергии. Это позволяет формулировать гипотезы и проверять отдельные их следствия опытами, не обращаясь к сверхъестественному вмешательству.
Развитие молодой Земли постепенно создавало разнообразные условия для химических реакций: формировались атмосфера, поверхность и водоёмы. Вода могла служить средой, в которой вещества растворялись, перемещались и взаимодействовали. Точный состав древней атмосферы неизвестен напрямую: его реконструируют по геологическим данным и проверяют с помощью моделей, поэтому возможные сценарии могут различаться.
Простые неорганические вещества могли превращаться в органические молекулы, если получали энергию, например от электрических разрядов, излучения или вулканической активности. Затем органические соединения могли вступать в новые реакции и давать более сложные молекулы. Такой сценарий объясняет возможное начало химической эволюции, но сам по себе ещё не объясняет появления живой клетки.
Гипотеза Опарина—Холдейна связывает дальнейшие этапы с накоплением органических веществ в первичном океане. По этой версии, часть молекул объединялась в коацерваты, которые могли концентрировать вещества и поддерживать простейшие химические процессы. Системы с отдельными свойствами живого называют пробионтами; предполагалось, что их развитие могло привести к первым клеткам. Эта последовательность гипотетическая: наука не восстановила все её звенья и не доказала, что события шли именно так.
Миллер и Юри провели эксперимент, в котором создали установку для моделирования некоторых предполагаемых условий ранней Земли. В ней простые вещества подвергались воздействию электрических разрядов, после чего исследователи обнаружили органические соединения, включая аминокислоты. Результат показал, что абиотический синтез некоторых органических веществ возможен при заданных условиях. Он не означал получения клетки или доказательства того, что в природе процесс шёл точно таким же образом.
| Этап | Предполагаемый процесс | Результат | Что важно учитывать |
|---|---|---|---|
| Образование органических веществ | Синтез молекул из простых веществ под действием источников энергии | Появление органических соединений | Их абиотическое образование подтверждается отдельными экспериментами, но условия опыта не полностью воспроизводят раннюю Землю |
| Накопление и усложнение органических молекул | Сохранение, взаимодействие и дальнейшие химические превращения соединений | Более сложные органические вещества | Конкретные пути и условия этого этапа остаются предметом исследования |
| Обособление химических систем | Объединение веществ в капли и системы, отделённые от окружающей среды | Коацерваты и предполагаемые пробионты | Обособленность и обмен веществ ещё не означают, что система живая |
| Возникновение первых клеток | Формирование систем с комплексом клеточных свойств | Первые живые клетки и начало биологической эволюции | Переход к первым клеткам не восстановлен во всех деталях и не доказан как точная последовательность |
Читайте таблицу сверху вниз: она показывает предполагаемый переход от химических реакций к живым системам. В последнем столбце отмечены ограничения, поэтому этапы не следует воспринимать как окончательно доказанную летопись событий. Различайте появление органических веществ и появление жизни: это не один и тот же результат.
Чтобы решить задачу, нужно восстановить переход от простых химических превращений к живым клеткам. Сначала должны появиться органические вещества, из которых могут образовываться более сложные соединения. Только после этого химические системы могли обособиться, а итогом предполагаемой последовательности становятся первые клетки.
Ответ: образование органических веществ → усложнение органических молекул → формирование обособленных систем → появление первых клеток. Это последовательность гипотезы, а не доказанный во всех деталях порядок исторических событий.
В условии важно разделить то, что учёные действительно наблюдали, и более широкое предположение о происхождении жизни. В установке имитировали некоторые условия ранней Земли и воздействовали на смесь простых веществ электрическими разрядами. Результат — появление органических соединений, а не организмов.
Ответ: опыт подтвердил возможность абиотического синтеза некоторых органических соединений в заданных условиях. Он не доказал, что жизнь была создана в лаборатории или что происхождение первых клеток происходило именно так.
Сравнение нужно вести по признакам, а не только по внешнему сходству. Коацерват представляет собой обособленную каплю органических веществ, поэтому у него есть граница и возможен обмен со средой. Однако отдельные сходные свойства не равны полному набору свойств живой клетки.
Ответ: сходство состоит в обособленности и возможном обмене веществами. Коацерват нельзя считать клеткой только на этом основании: для этого нужен комплекс свойств живого, включая клеточную организацию, наследственность и воспроизведение.
Ошибка: считать опыт Миллера—Юри доказательством создания жизни. Так думают, потому что в установке действительно появились вещества, характерные для живых организмов. Но эксперимент дал органические соединения, а не клетки. Проверьте себя вопросом: что именно получили исследователи — молекулы или живую систему?
Ошибка: называть коацерват живым организмом. Обособленность и обмен веществом могут напоминать свойства клетки, поэтому сходство легко принять за тождество. Однако для организма необходим комплекс свойств живого. Проверьте, есть ли свидетельства клеточной организации, наследственности и воспроизведения.
Ошибка: смешивать абиогенез с самозарождением организмов сегодня. Оба выражения связывают живое с неживым, поэтому их иногда считают синонимами. Абиогенез в этой теме относится к предполагаемому возникновению жизни на ранней Земле, а не к постоянному появлению организмов в современных условиях. Уточните, о каком времени и процессе идёт речь.
Ошибка: представлять гипотезу Опарина—Холдейна как окончательно доказанную. Чёткая последовательность этапов может показаться установленным сценарием. На деле подтверждаются отдельные возможности и проверяются отдельные звенья, а весь путь происхождения жизни не восстановлен. Проверяйте формулировки: слова предполагаемый и гипотеза здесь точнее, чем доказано.
Для понимания темы нужны знания о различиях между живой и неживой природой, о составе и свойствах органических и неорганических веществ. Также важно представлять, как условия среды и источники энергии влияют на химические реакции. Эти знания помогают отличить синтез молекул от возникновения живой системы. Позже они пригодятся при изучении первых организмов, появления клеточного строения и гипотез о ранних этапах развития жизни.
Что называют абиогенезом?
Абиогенез — представление о возникновении жизни из неживого вещества. В теориях происхождения жизни речь идёт о возможных естественных процессах на ранней Земле, а не о самозарождении организмов в современных условиях.
Чем биохимическая эволюция отличается от биологической?
Биохимическая эволюция — предполагаемое постепенное образование органических веществ и предшественников живых систем до появления первых клеток. Биологическая эволюция происходит уже с участием живых организмов и связана с изменением их наследственных признаков и разнообразия.
Что такое коацерваты и почему их не считают живыми клетками?
Коацерваты — обособленные капли растворов органических веществ, способные концентрировать молекулы и обмениваться веществом со средой. У них нет полного набора свойств клетки, в частности доказанной системы наследственности и воспроизведения, поэтому их рассматривают только как возможные модели предшественников клеток.
Что именно удалось получить в опыте Миллера—Юри?
В экспериментальной установке, моделировавшей некоторые условия ранней Земли, из простых веществ под действием электрических разрядов образовались органические соединения, в том числе аминокислоты. Живых клеток или организмов в опыте не получили.
Доказала ли гипотеза Опарина—Холдейна происхождение жизни?
Нет, это научная гипотеза, описывающая возможную последовательность перехода от химических веществ к системам, предшествовавшим клеткам. Её отдельные положения проверяют экспериментами, но весь путь возникновения жизни окончательно не установлен.
2.1.4. Материалистические теории происхождения жизни
