"Биология. Общие биологические закономерности", Т. М. Ефимова, А. О. Шубин, Л. Н. Сухорукова
Биогенез — принцип, согласно которому живые организмы появляются от других живых организмов. Его подтверждают наблюдения и опыты: личинки на мясе развиваются из яиц мух, а микроорганизмы в бульоне возникают, если туда попадают частицы из среды. Но этот принцип описывает появление жизни в современных условиях, а не происхождение первых живых систем. Для ранней Земли рассматривают гипотезу химической эволюции: постепенного образования органических веществ и предшественников жизни из неживых веществ.
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. Иными словами, для появления нового организма необходим источник живого: родительский организм, клетка или микроорганизмы. Этот принцип помогает объяснить размножение и появление организмов в условиях, которые можно наблюдать сейчас.
Абиогенез — возникновение живого из неживого. Термин используют в двух разных смыслах: для старых представлений о регулярном самозарождении и для гипотез о появлении первых живых систем на ранней Земле. Различать эти смыслы нужно, чтобы не переносить опровержение одного объяснения на другое.
Самозарождение — историческое представление, будто организмы регулярно возникают из неживого вещества в современных условиях. Например, личинок считали появляющимися прямо из мяса, если оно начинало портиться. Опыты опровергли это объяснение: организмам требовался источник, откуда они попадали в мясо или настой.
Химическая эволюция — предполагаемое постепенное образование органических соединений и предшественников жизни из неорганических веществ на ранней Земле. Это не появление готовых организмов из мяса или бульона, а гипотеза о длительных изменениях в особых древних условиях. Она нужна для обсуждения того, как могли возникнуть первые живые системы.
В прошлом наблюдателю было трудно проследить, откуда берутся незаметные яйца и микроскопические организмы. Если мясо оставляли на воздухе, через некоторое время на нём появлялись личинки, а в настоях мутнела жидкость. Источник организмов оставался скрытым, поэтому возникало простое, но ошибочное объяснение: неживое вещество само превращается в живое.
Франческо Реди проверил, связаны ли личинки на мясе с мухами. В одних сосудах мясо оставили открытым, а другие закрыли марлей: воздух проходил через ткань, но мухи не могли добраться до мяса. Личинки развивались там, куда мухи могли отложить яйца, а на мясе под марлей их не было. Сравнение условий показало, что причиной были мухи, а не само мясо; сосуды с разными условиями служили контролем друг для друга.
Чтобы проверить появление микроорганизмов, Луи Пастер прокипятил питательный бульон в колбах с длинными изогнутыми горлышками. Кипячение уничтожало микроорганизмы, уже находившиеся в жидкости, а изгиб горлышка задерживал пыль с частицами из воздуха. Сам воздух при этом мог попадать в колбу, поэтому отсутствие роста нельзя объяснить тем, что бульон был герметично закрыт. Когда горлышко ломали, микроорганизмы попадали в бульон и начинали размножаться.
Биогенез объясняет, откуда берутся организмы в условиях, доступных наблюдению: новые клетки происходят от существующих клеток, а потомство — от родителей. Реди и Пастер изучали процессы, которые можно повторить сейчас, и показали, что наблюдавшееся появление организмов имеет источник. Но их опыты не воспроизводили раннюю Землю и не отвечали на вопрос, как возникла первая живая система. Для этого вопроса нужны гипотезы о древних условиях и последовательных химических изменениях.
Гипотеза химической эволюции связывает абиогенез с ранней Землёй: неорганические вещества могли постепенно давать более сложные органические соединения и предшественников жизни. Она отличается от самозарождения тем, что не утверждает постоянное появление готовых организмов из неживого вещества в обычных современных условиях. Поэтому опыты Реди и Пастера опровергают историческое самозарождение, но сами по себе не исключают исследование возможного происхождения первых систем в далёком прошлом.
Сравнивай эти объяснения прежде всего по условиям, к которым они относятся. Таблица помогает увидеть, что биогенез и самозарождение конкурируют при объяснении наблюдаемых процессов, а химическая эволюция касается другой задачи — возможного возникновения предшественников жизни. Отдельно проверяй, что именно подтверждает опыт и где заканчиваются его выводы.
| Критерий | Биогенез | Самозарождение | Химическая эволюция |
|---|---|---|---|
| Откуда возникают организмы или предшественники жизни | От уже существующих организмов | Из неживого вещества, согласно историческому представлению | Предшественники жизни постепенно образуются из неорганических веществ |
| Условия, к которым относится объяснение | Наблюдаемые ныне условия | Современные условия, в которых ожидали самопроизвольного появления организмов | Условия ранней Земли |
| Историческое или современное значение | Принцип, подтверждённый наблюдениями | Опровергнутое историческое представление | Гипотеза о возможном происхождении первых живых систем |
| Наблюдения или опыты, связанные с представлением | Опыты Реди и Пастера, наблюдения за размножением | Старые наблюдения за мясом и питательными настоями | Исследования возможных путей химических изменений ранней Земли |
| Что объясняет и чего не объясняет | Объясняет появление организмов сейчас, но не происхождение первых систем | Предлагало объяснение появления организмов, но не подтвердилось опытами | Предполагает путь к предшественникам жизни, но не описывает размножение современных организмов |
Задача 1. В двух сосудах с мясом один оставили открытым, а второй закрыли марлей. Нужно определить, какой вывод позволяет сделать опыт Реди. Учитывай, что марля пропускает воздух, но не допускает мух к мясу: именно это различие помогает оценить результат.
Ответ. Опыт показал, что личинки развиваются из яиц, отложенных мухами на мясе. Он опроверг объяснение, будто личинки самопроизвольно возникают из мяса. Это вывод о появлении личинок в современных условиях, а не об истории первой жизни.
Задача 2. Бульон после кипячения в колбе с изогнутым горлышком долго оставался без микроорганизмов. После поломки горлышка микроорганизмы появились; нужно объяснить почему. Важно учесть, что воздух мог проникать в колбу и до поломки, а изгиб задерживал пыль.
Ответ. Бульон оставался чистым не потому, что колба не пропускала воздух, а потому, что изогнутое горлышко задерживало загрязняющие частицы. После поломки горлышка микроорганизмы попали в питательную среду. Опыт Пастера опроверг самозарождение микроорганизмов в обычных условиях.
Задача 3. Ученик утверждает: «Опыты Пастера доказали, что жизнь никогда и ни при каких условиях не могла возникнуть из неживого». Нужно оценить это утверждение. Раздели выводы опыта о современных условиях и гипотезы о ранней Земле.
Ответ. Утверждение слишком широкое и неверное. Опыт Пастера показал, что микроорганизмы в бульоне возникают из попавших извне микроорганизмов, а не самозарождаются в обычных условиях. Возможное происхождение первых живых систем на ранней Земле рассматривают отдельно, в рамках гипотезы химической эволюции.
Ошибка — считать биогенез и абиогенез равнозначными словами. Они предлагают разные объяснения: биогенез связывает появление организмов с уже существующей жизнью, а абиогенез — с неживым веществом. Путаница возникает из-за похожего окончания слов; проверь себя, уточнив, откуда, согласно каждому понятию, берётся живое.
Ошибка — называть химическую эволюцию опровергнутым самозарождением. Самозарождение относили к регулярному появлению организмов в современных условиях, а химическая эволюция рассматривает возможное образование предшественников жизни на ранней Земле. Эти идеи смешивают, потому что обе связывают живое с неживым; проверь, о каком времени и результате идёт речь.
Ошибка — утверждать, что опыты Реди и Пастера объяснили происхождение первой жизни. Они проверяли появление личинок и микроорганизмов в наблюдаемых условиях, а не события далёкого прошлого. Такое расширение вывода кажется убедительным, потому что опыты доказательны; проверка проста: спроси, изучали ли в них раннюю Землю.
Ошибка — считать, что бульон у Пастера оставался стерильным из-за отсутствия воздуха. Воздух попадал в колбу, но изгиб горлышка задерживал пыль и микроорганизмы. Иногда эти два обстоятельства путают; проверь себя: если горлышко сломать, частицы смогут попасть в бульон, хотя доступ воздуха был и прежде.
Перед изучением темы полезно вспомнить признаки живых организмов и понять, зачем в опыте сравнивают условия, меняя один важный фактор. Биогенез связан с клеточной теорией: новые клетки образуются при делении уже существующих клеток. Различие между самозарождением и химической эволюцией понадобится при изучении гипотез происхождения жизни и дальнейшего развития живых систем. Так становится яснее, какие вопросы относятся к размножению организмов, а какие — к истории жизни на Земле.
Чем биогенез отличается от абиогенеза?
Биогенез утверждает, что живые организмы возникают только от других живых организмов. Абиогенез означает возникновение живого из неживого; этим словом называют и старые представления о самозарождении, и гипотезы о происхождении жизни на ранней Земле.
Почему люди раньше верили в самозарождение?
Люди замечали личинок на мясе и микроорганизмы в настоях, но не видели, откуда они появляются. Поэтому им казалось, что организмы возникают непосредственно из неживого вещества.
Что именно доказал опыт Франческо Реди?
Реди показал, что личинки на мясе появляются, когда мухи могут добраться до него и отложить яйца. В закрытых марлей сосудах личинок на мясе не было, хотя воздух проходил внутрь.
Как опыт Пастера опроверг самозарождение микроорганизмов?
Пастер прокипятил бульон, уничтожив находившиеся в нём микроорганизмы. Воздух попадал в колбу с изогнутым горлышком, но пыль и микроорганизмы задерживались в изгибе; после его удаления или поломки бульон заселялся.
Почему опыты Реди и Пастера не объясняют происхождение первой жизни?
Эти опыты проверяли, появляются ли организмы самопроизвольно в условиях, существующих сейчас. Они показали, что наблюдаемые личинки и микроорганизмы происходят от уже существующих организмов, но не исследовали условия ранней Земли.
§ 51. Биогенез и абиогенез
