§ 35. Взгляды, гипотезы и теории о происхождении жизни

Определения и обозначения

Гипотеза происхождения жизни — предположение о том, как возникла жизнь, которое требует научной проверки. Такая формулировка позволяет отличить возможное объяснение от установленного факта. Гипотезу сопоставляют с наблюдениями и результатами опытов, чтобы выяснить, подтверждается ли она.

Теория происхождения жизни — обоснованная система научных представлений, объясняющая возникновение жизни и опирающаяся на факты и доказательства. Теория не является просто догадкой: она связывает результаты исследований в целостное объяснение. Это понятие помогает оценивать, насколько надёжно обоснована научная идея.

Абиогенез — происхождение живых организмов из неживого вещества; в истории науки термин также связан с представлением о самозарождении. Самозарождением называли будто бы внезапное появление организмов без родителей, например личинок из гниющего мяса. Различение этих значений нужно, чтобы не смешивать старые представления с современными гипотезами о химических этапах возникновения жизни.

Биогенез — возникновение живого только от живого, то есть образование новых организмов от уже существующих. Этот принцип описывает происхождение организмов в наблюдаемых условиях, например размножение микроорганизмов. Он помогает объяснить результаты опытов, но сам по себе не отвечает на вопрос о самом первом появлении жизни.

Как это устроено

Происхождение жизни стало предметом разных объяснений, потому что люди во все времена наблюдали появление и исчезновение организмов, но не всегда знали причины этих процессов. Если личинки появлялись на мясе, а микроорганизмы — в оставленной жидкости, это казалось самопроизвольным возникновением. По мере развития приборов и экспериментов стало возможно проверять, не попадают ли организмы в такую среду извне.

Креационизм утверждает, что жизнь создана сверхъестественной силой. Такое представление объясняет происхождение жизни через веру и мировоззрение, а не через проверяемые природные причины. Поэтому его нельзя считать биологической теорией: научная теория должна допускать проверку наблюдениями или опытом.

Представления о самозарождении возникали из-за того, что источник организмов оставался незаметным. Мухи откладывают яйца на мясе, а микроорганизмы могут попасть в питательную среду с воздухом или предметами. Если наблюдатель не учитывал эти пути, появление живых существ в неживом материале выглядело подтверждением самозарождения.

Франческо Реди сравнивал мясо в открытых и закрытых сосудах: личинки появлялись там, куда могли попасть мухи. Луи Пастер прокипятил питательный бульон и использовал колбу, в которую воздух поступал, но пыль с микроорганизмами задерживалась. Эти опыты показали, что в проверенных условиях организмы происходят от других организмов, а не возникают сами собой.

Гипотеза панспермии предполагает, что жизнь или её зачатки могли попасть на Землю из космоса, например с небесными телами. Она предлагает возможный источник земной жизни, но перенос не равен первоначальному возникновению. Поэтому даже если такая доставка была возможна, остаётся вопрос, как жизнь появилась там, откуда она была перенесена.

Гипотеза биохимической эволюции предполагает, что на ранней Земле из неорганических веществ могли образоваться органические соединения. Затем такие вещества могли объединяться и постепенно формировать более сложные системы — предшественники живых организмов. Эта гипотеза рассматривает возможную последовательность естественных этапов, а не внезапное появление готовой клетки.

Стенли Миллер и Гарольд Юри провели опыт, моделируя некоторые условия ранней Земли: смесь газов подвергалась электрическим разрядам. В результате образовались некоторые органические вещества, что подтвердило возможность их абиотического синтеза, то есть получения из неживых веществ. Однако в установке не возник живой организм, поэтому опыт проверял только один возможный этап химической эволюции.

Основные взгляды и гипотезы о происхождении жизни

Сравнивайте строки по двум последним столбцам: так видно, какие вопросы объясняет каждый взгляд и где остаются пробелы. Отдельно отмечайте разницу между мировоззренческим представлением и гипотезой, которую можно проверять опытом. Таблица также показывает, почему опыты против самозарождения не дают полного ответа о самом первом появлении жизни.

Разбор задач

Задача 1

В закрытую колбу с прокипячённым бульоном микроорганизмы не попали, и бульон остался прозрачным. Нужно определить, какой взгляд на происхождение микроорганизмов поддерживает результат. Важно учесть, что кипячение уничтожило микроорганизмы в бульоне, а закрытая колба ограничила их поступление извне.

1. Прокипячённый бульон сначала не содержит живых микроорганизмов.
2. Если бы они возникали в такой среде сами собой, после опыта можно было бы ожидать их появления.
3. Но доступ микроорганизмов извне был закрыт, и бульон остался прозрачным; это согласуется с тем, что микроорганизмы приходят от уже существующих организмов.

Ответ: результат поддерживает принцип биогенеза и опровергает самозарождение микроорганизмов в данных условиях. Он не доказывает невозможность любого возникновения жизни из неживого вещества.

Задача 2

В опыте Миллера и Юри получили некоторые органические вещества из смеси газов под действием электрических разрядов. Требуется отделить вывод, который подтверждён опытом, от чрезмерного утверждения. Для этого нужно спросить, что именно исследователи получили и возникла ли в установке живая система.

1. В опыте моделировали некоторые условия ранней Земли, а не всю историю формирования жизни.
2. Получение органических веществ показало, что такие соединения могут образовываться абиотически, то есть без участия живых организмов.
3. Живой организм в установке не появился, поэтому переносить результат на создание жизни целиком нельзя.

Ответ: допустимый вывод — некоторые органические вещества могут синтезироваться из неживых веществ при подходящих условиях. Чрезмерный вывод — будто опыт создал жизнь или доказал все этапы её происхождения.

Задача 3

Ученик утверждает: «Панспермия объясняет, как жизнь впервые возникла во Вселенной». Нужно оценить, отвечает ли эта гипотеза на вопрос о первом возникновении жизни. Затем следует сравнить её идею с биохимической эволюцией, которая рассматривает возможные изменения веществ на ранней Земле.

1. Панспермия предполагает, что жизнь или её зачатки переместились в космосе и могли попасть на Землю.
2. Перенос объясняет возможное место доставки, но не происхождение жизни до переноса.
3. Биохимическая эволюция предполагает постепенное образование органических соединений и более сложных предшественников жизни из неживого вещества.

Ответ: утверждение ученика неверно: панспермия не объясняет, как жизнь впервые возникла во Вселенной. В отличие от неё, гипотеза биохимической эволюции рассматривает возможный путь постепенного возникновения предшественников жизни на ранней Земле.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что опыт Пастера доказал невозможность любого возникновения жизни из неживого вещества. Её допускают, потому что результат опыта кажется очень общим, хотя проверялись конкретные условия и появление микроорганизмов в бульоне. Проверь себя вопросом: исследовал ли Пастер происхождение самой первой жизни или самозарождение в колбе?

Ошибка — называть биогенез объяснением первоначального появления жизни. Так происходит, когда принцип «живое от живого» принимают за ответ на все вопросы о происхождении. Проверь себя: говорит ли биогенез о первой жизни или о появлении новых организмов от уже существующих?

Ошибка — считать панспермию полным ответом на вопрос о происхождении жизни. Вероятно, путают перенос жизни на Землю с её возникновением вообще. Проверь себя: объясняет ли гипотеза, как жизнь появилась там, откуда её могли перенести?

Ошибка — утверждать, что Миллер и Юри создали жизнь. Результат опыта легко преувеличить, если не различать органическое вещество и живой организм. Проверь себя: возникла ли в установке клетка или были получены лишь некоторые органические соединения?

Связь с другими темами

Чтобы понять опыты Реди и Пастера, нужно знать, что микроорганизмы размножаются и могут попадать в питательную среду из окружающей среды. Тема связана с клеточной теорией и общими признаками живого: это помогает отличать органические вещества от организмов. Она также подводит к изучению эволюции и химических процессов на ранней Земле. В экологии и микробиологии принцип биогенеза помогает объяснять появление организмов в природных и лабораторных условиях.

Что запомнить

• Разные взгляды на происхождение жизни отражают уровень знаний и способы объяснения природы.
• Опыты Реди и Пастера опровергли самозарождение организмов в проверенных условиях.
• Биогенез утверждает, что живое возникает от живого.
• Панспермия предполагает перенос жизни или её зачатков из космоса.
• Гипотеза биохимической эволюции рассматривает постепенное образование органических веществ на ранней Земле.
• Опыты Миллера и Юри подтвердили возможность абиотического синтеза некоторых органических веществ, но не происхождение жизни целиком.