"Биология. Общая биология. Профильный уровень", Захаров В.Б.
Происхождение жизни пытались объяснить задолго до появления современной биологии. Одни люди считали, что организмы самопроизвольно возникают из неживой материи, другие связывали их появление с творением или переносом жизни из космоса. Опыты Реди и Пастера проверили самозарождение в обычных условиях, а эксперимент Миллера и Юри показал, что из неорганических веществ могут образовываться органические соединения. Эти идеи помогают понять, какие вопросы наука уже проверила, а какие остаются открытыми.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Самозарождение — представление о том, что живые организмы могут непосредственно возникать из неживой материи. Оно казалось правдоподобным, когда личинок находили на мясе, а микроскопических организмов люди не могли увидеть. Это понятие нужно, чтобы понять, какое именно старое объяснение проверяли опыты учёных.
Креационизм — объяснение происхождения жизни актом сверхъестественного творения. Такое воззрение было распространено в разных культурах и отражало религиозные представления о мире. Оно важно для истории темы, поскольку показывает, что происхождение жизни объясняли не только наблюдаемыми природными процессами.
Панспермия — гипотеза о том, что жизнь или её зачатки попали на Землю из космоса. Она предлагает возможный путь переноса, но не объясняет, как жизнь возникла первоначально. Это различие помогает не принимать объяснение появления жизни на Земле за объяснение её происхождения вообще.
Биохимическая эволюция — гипотеза о постепенном образовании предшественников жизни из веществ неживой природы в условиях ранней Земли. Она рассматривает не мгновенное появление готового организма, а последовательность химических изменений. Это понятие связывает историю происхождения жизни с проверяемыми вопросами о свойствах древней среды и возможных реакциях.
В древности и в Средние века самозарождение казалось убедительным из-за ограниченности наблюдений. Люди видели, что на разлагающихся остатках появляются личинки или что в стоячей воде обнаруживаются мелкие организмы, но не знали о яйцах, спорах и микроорганизмах. Поэтому последовательность «не было заметно — появилось» принимали за доказательство возникновения из неживого. Для проверки требовалось проследить, могут ли организмы появиться, если исключить доступ их возможных источников.
Франческо Реди сравнил мясо в открытых и закрытых ёмкостях. На открытое мясо могли садиться мухи, а на закрытое — нет; личинки появлялись там, куда мухи откладывали яйца. Так опыт помог установить источник личинок и показал, почему прежнее наблюдение вводило в заблуждение. Позднее Луи Пастер прокипятил питательный бульон в колбах с изогнутыми горлышками: воздух проходил внутрь, а пыль с микроорганизмами задерживалась в изгибе, поэтому бульон оставался чистым.
Панспермия возникла как попытка предположить, что жизнь появилась не на Земле, а была занесена сюда из космоса. Такой перенос могли связывать с космической пылью или небесными телами, но сама возможность переноса не раскрывает первоначального источника жизни. Если жизнь попала на Землю из другого места, остаётся выяснить, как она возникла там. Поэтому панспермия предлагает сценарий доставки, а не полное объяснение происхождения жизни.
Гипотеза биохимической эволюции Опарина и Холдейна связывает начало жизни с условиями ранней Земли. Согласно этой гипотезе, из простых веществ неживой природы могли постепенно образовываться более сложные органические соединения, а затем — структуры, предшествовавшие первым клеткам. Причина такого подхода в том, что ранняя Земля отличалась от современной средой и составом атмосферы, поэтому химические процессы могли идти иначе. Гипотеза описывает предполагаемую последовательность изменений, а не уже полностью установленную историю появления жизни.
В опыте Миллера и Юри исследователи смоделировали предполагаемую атмосферу ранней Земли и воздействовали на смесь газов электрическими разрядами. В установке образовались некоторые органические соединения, в том числе вещества, из которых строятся белки. Это показало, что органические молекулы могут возникать абиотически — без участия живых организмов — при определённых условиях. Однако опыт не создал клетку, способную поддерживать обмен веществ и размножаться, поэтому его результат подтверждает лишь возможность одного из этапов.
| Представление или гипотеза | Основная идея | Что объясняет | Ограничение или результат проверки |
|---|---|---|---|
| Самозарождение | Организмы возникают непосредственно из неживой материи в обычных условиях. | Видимое появление организмов там, где их прежде не замечали. | Опыты Реди и Пастера опровергли самозарождение в проверенных условиях. |
| Креационизм | Жизнь появилась в результате сверхъестественного творения. | Происхождение жизни в рамках религиозного мировоззрения. | Это историческое воззрение, а не экспериментально проверяемый механизм. |
| Панспермия | Жизнь или её зачатки были перенесены на Землю из космоса. | Возможный путь появления жизни на нашей планете. | Не объясняет, где и как жизнь возникла первоначально. |
| Биохимическая эволюция | Предшественники жизни постепенно формировались из неживого вещества. | Возможные этапы химических изменений на ранней Земле. | Полный путь от неживых веществ до первых клеток не воспроизведён. |
| Опыты Реди и Пастера | Источники организмов проверяли, ограничивая доступ мух или микроорганизмов. | Причину появления личинок и микробов в обычных условиях. | Проверки опровергли самозарождение в исследованных условиях, но не охватили раннюю Землю. |
| Опыт Миллера и Юри | В лаборатории моделировали предполагаемые условия ранней Земли. | Возможность образования некоторых органических веществ без живых организмов. | Были получены органические соединения, а не живой организм. |
Сопоставляйте в таблице не только основную идею, но и вопрос, на который она отвечает: перенос, творение или химические изменения — не одно и то же. Последний столбец помогает отличать результат конкретного опыта от общего объяснения происхождения жизни. Так проще увидеть, какие выводы подтверждены наблюдениями, а какие остаются гипотезами.
Условие. Личинки появляются на мясе, оставленном открытым. Сопоставьте объяснение сторонника самозарождения с современным объяснением. Важно не ограничиваться тем, что личинки действительно видны: нужно определить, откуда они берутся.
Сначала сформулируем старое объяснение: сторонник самозарождения предполагал, что личинки возникают непосредственно из мяса. Такое заключение казалось естественным, если не наблюдать за мясом постоянно и не видеть появления яиц.
Затем найдём причину, по которой личинки возникают именно на открытом мясе. К нему могут подлетать мухи и откладывать яйца, из которых развиваются личинки.
Сравним предсказания: если закрыть мясо так, чтобы мухи не имели к нему доступа, личинки на нём не должны появиться. Такой результат указывает на источник организмов, а не на их самопроизвольное образование из мяса.
Ответ. Сторонник самозарождения считал мясо непосредственным источником личинок. Современное объяснение связывает их появление с яйцами мух, поэтому наблюдение само по себе не доказывает самозарождение.
Условие. Нужно описать, как опыт с колбами Пастера проверяет самозарождение микроорганизмов. Укажите, что происходит с бульоном и какие условия сравниваются. Вывод должен касаться только того, что действительно проверили.
Питательный бульон кипятят, чтобы уничтожить микроорганизмы, которые уже могли находиться в нём. Затем его оставляют в колбе с изогнутым горлышком: воздух может проходить внутрь, но пыль и содержащиеся в ней микробы оседают в изгибе.
Пока микроорганизмы не попадают в бульон, он остаётся чистым. Если нарушить условия и дать пыли достичь жидкости, в ней могут развиться микроорганизмы.
Сопоставление показывает, что одного присутствия воздуха недостаточно для появления организмов. Результат поддерживает вывод, что микробы в бульоне происходят от других микробов, занесённых извне.
Ответ. Опыт опровергает самозарождение микроорганизмов в условиях, которые проверял Пастер. Он не устанавливает, как могла возникнуть жизнь на ранней Земле, где условия были другими.
Условие. В смоделированной газовой смеси обнаружены органические соединения. Нужно оценить, подтверждает ли это полное возникновение жизни из неживого вещества. Для ответа важно различать химические молекулы и живую систему.
Сначала точно назовём результат: при лабораторном моделировании получены некоторые органические вещества. Они могли образоваться из исходных неорганических веществ без участия живых организмов.
Затем проверим, обладает ли полученное свойствами живого. Отдельные органические молекулы не образуют автоматически клетку с обменом веществ, наследственной информацией и способностью к размножению.
Сопоставим вывод с границами опыта. Он проверил возможность одного вида химического образования в заданных условиях, но не воспроизвёл весь путь возникновения жизни.
Ответ. Результаты подтверждают возможность абиотического образования некоторых органических соединений, но не доказывают полного возникновения жизни и не означают, что в опыте был создан живой организм.
Неверно считать, что опыт Пастера опроверг любую возможность появления жизни из неживого вещества. Так думают, потому что вывод опыта часто пересказывают слишком широко; в действительности проверяли самозарождение микробов в определённых условиях, а не события ранней Земли. Проверьте себя вопросом: совпадали ли условия эксперимента с условиями возникновения первых живых систем?
Неверно приписывать панспермии объяснение первоначального происхождения жизни. Ошибка возникает из-за смешения двух вопросов: как жизнь могла попасть на Землю и где она возникла впервые. Для самопроверки уточните, отвечает ли гипотеза о переносе на вопрос о происхождении переносимых организмов.
Неверно утверждать, что Миллер и Юри создали жизнь. Органические соединения принимают за живые, потому что они входят в состав организмов, однако сами по себе они не образуют живую систему. Проверьте формулировку результата: в опыте обнаружили химические вещества, а не организм, способный жить и размножаться.
Неверно считать любую историческую идею или отдельный эксперимент доказательством всей гипотезы. Эту ошибку допускают, когда не различают предположение, результат проверки и установленный факт. Самопроверка проста: сформулируйте, что именно наблюдали в опыте и какой более широкий вывод из этого ещё нельзя сделать.
Для понимания темы нужно различать живую и неживую природу: это помогает не путать органическое вещество с организмом. Также полезно знать, что научные выводы строятся на наблюдениях и экспериментах, а опыт проверяет конкретное предположение в заданных условиях. Далее эта тема подготавливает к изучению химической эволюции, происхождения первых клеток и развития эволюционных представлений. Так исторические объяснения переходят к вопросу о возможных этапах появления жизни.
Почему люди верили в самозарождение?
Организмы появлялись там, где прежде их не замечали: например, личинки обнаруживали на мясе. Люди не знали о микроскопических формах жизни и не видели, откуда берутся яйца или споры, поэтому наблюдение казалось подтверждением самозарождения.
Что именно доказал опыт Пастера?
В условиях опыта микроорганизмы не появлялись в прокипячённом бульоне, если пыль с микробами не попадала в колбу. Это опровергло самозарождение микроорганизмов в проверенных условиях, но не объяснило, как жизнь могла возникнуть на ранней Земле.
Чем панспермия отличается от гипотезы биохимической эволюции?
Панспермия предполагает, что жизнь или её зачатки были занесены на Землю из космоса. Биохимическая эволюция объясняет возможное постепенное образование предшественников жизни из неживого вещества в условиях ранней Земли.
Создал ли Миллер живой организм в своём опыте?
Нет, живого организма в опыте не получили. При моделировании предполагаемых условий ранней Земли образовались некоторые органические соединения, но они не были клетками и не составляли живую систему.
Можно ли считать происхождение жизни окончательно объяснённым?
Нет, единого окончательно подтверждённого объяснения происхождения жизни пока нет. Эксперименты проверяют отдельные этапы и показывают, какие процессы могли происходить, но не воспроизводят весь путь от неживого вещества до первых клеток.
2.1. История представлений о возникновении жизни
