"Биология (углублённый уровень)", Бородин П.М., Саблина О.В. и др./Под ред. Шумного В.К., Дымшица Г.М.
Жизнь — особая форма существования материи, которую нельзя определить по одному признаку: её характеризует взаимосвязанная работа целой системы. Чтобы понять, как могли появиться первые организмы, учёные изучают происхождение органических веществ и возможные этапы их объединения в самовоспроизводящиеся структуры. В теме сопоставляются разные объяснения происхождения жизни, а также рассматривается, что именно показывают эксперименты и чего они пока не доказывают.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Жизнь — особая форма существования материи, отличающаяся упорядоченной организацией и характерными процессами. Её нельзя определить через единственное свойство: например, рост встречается и у кристаллов, а движение — у неживых объектов. Поэтому для распознавания живого рассматривают совокупность признаков и то, как они действуют вместе. Такой подход помогает не принимать отдельное сходство за доказательство жизни.
Живая система — организованное целое, в котором части связаны и совместно поддерживают существование системы. В отличие от неживых систем, организм использует обмен веществ и энергии для саморегуляции, роста и развития, а также сохраняет и передаёт наследственную информацию. Живые системы обычно имеют клеточную организацию, хотя вирусы представляют особый пограничный случай. Понятие системы подчёркивает важность не только частей, но и связей между ними.
Абиогенез — происхождение первых живых систем из неживого вещества. Речь идёт о возможном процессе в условиях ранней Земли, а не о возникновении организмов из грязи или воды в наши дни. Это различие нужно, чтобы не смешивать научную проблему появления первых форм жизни с опровергнутым представлением о повседневном самозарождении. Абиогенез задаёт вопрос о переходе от неживой материи к живым системам.
Биохимическая эволюция — гипотеза о постепенном образовании предшественников жизни из неживых веществ. Она предполагает, что сначала возникали органические молекулы, затем более сложные структуры и, возможно, системы, способные к самовоспроизведению. Гипотеза важна тем, что описывает возможную последовательность переходов, а не внезапное появление готового организма. Её отдельные этапы проверяют с помощью химических экспериментов и анализа научных данных.
Живое распознают по обмену веществ и энергии, саморегуляции, росту и развитию, размножению, наследственности и изменчивости. Эти признаки связаны: обмен веществ обеспечивает организм материалом и энергией, а саморегуляция помогает согласовать процессы и поддерживать внутреннее состояние. Развитие меняет организм в течение жизни, тогда как размножение создаёт новые организмы. Наследственность сохраняет особенности, а изменчивость создаёт различия, на которых может действовать эволюция.
Клеточная организация обеспечивает пространственное разделение процессов и их координацию. Обмен веществ позволяет получать и преобразовывать вещества и энергию, поэтому без него клетка не может долго поддерживать свою организацию. Наследственная информация хранится и передаётся при делении клеток, задавая производство молекул и развитие организма. Отдельный признак может встречаться и у неживого объекта, но согласованная работа этих процессов характерна для целостной живой системы.
Представления о происхождении жизни отвечают на разные вопросы и имеют разный научный статус. Самозарождение предполагало регулярное появление организмов из неживой материи в нынешних условиях и было опровергнуто наблюдениями и опытами. Постоянное существование жизни утверждает, что она не возникала, а существовала всегда, но не объясняет её происхождение. Панспермия допускает перенос жизни из космоса, тогда как биохимическая эволюция рассматривается как научная гипотеза о возможном возникновении предшественников жизни на Земле.
В сценарии биохимической эволюции сначала из простых веществ могли возникать небольшие органические молекулы. Затем из них могли образоваться более крупные соединения и объединения молекул, способные взаимодействовать с окружающей средой. Следующий предполагаемый переход — формирование систем, которые отделены от среды и могут копировать часть своей организации. Если такая система способна к самовоспроизведению и изменению, появляется основа для эволюции; подробности этого перехода остаются предметом исследований.
Лабораторные опыты проверяют отдельные звенья сценария: исследователи моделируют возможные условия ранней Земли и выясняют, могут ли в них образоваться органические соединения. Результаты сопоставляют с данными геологии, химии и астрономии, оценивая правдоподобие предложенных условий. Синтез молекулы подтверждает возможность реакции, но не показывает, что возникла клетка или система с обменом веществ и наследственной информацией. Поэтому экспериментальные данные поддерживают отдельные этапы гипотезы, а не доказывают целиком происхождение жизни.
| Представление | Основная идея | Предполагаемый источник жизни | Научный статус и ограничения |
|---|---|---|---|
| Самозарождение | Организмы регулярно возникают из неживой материи в современных условиях. | Неживые вещества окружающей среды. | Опровергнуто; не объясняет происхождение первых живых систем научно обоснованным механизмом. |
| Постоянное существование жизни | Жизнь не возникала, а существовала всегда. | Источник не предполагается: жизнь считается вечной. | Не является проверяемым объяснением происхождения жизни и не раскрывает механизм её появления. |
| Панспермия | Жизнь или её зародыши могли перемещаться между космическими телами. | Космос; перенос на Землю метеоритами или иными путями. | Предлагает возможность переноса, но не объясняет первичное возникновение жизни. |
| Биохимическая эволюция | Предшественники жизни постепенно образовались из неживых веществ. | Вещества и условия ранней Земли. | Научная гипотеза; отдельные этапы исследуются, полный путь к жизни не установлен. |
Сравнивайте идеи по тому, какой именно вопрос они решают: появление жизни вообще или её возможное перемещение на Землю. Затем проверяйте, можно ли представить проверяемый механизм и какие ограничения остаются. Так становится ясно, почему перенос жизни и её первоначальное возникновение — не одно и то же.
Задача 1. Назовите признаки живого, которые проявляются у клетки, и объясните, почему одного признака недостаточно для вывода о живой природе объекта.
Ответ: у клетки проявляется совокупность признаков живого, включая обмен веществ, саморегуляцию, рост, деление и передачу наследственной информации. Один признак не доказывает, что объект живой: оценивать нужно организацию целого и согласованность процессов.
Задача 2. Зародыши жизни могли попасть на Землю из космоса. Определите представление и укажите, объясняет ли оно первоначальное возникновение жизни.
Ответ: это панспермия. Она не объясняет первичное возникновение жизни, а лишь предполагает её перенос из космоса.
Задача 3. В опыте из простых веществ получили органические молекулы в условиях, моделирующих раннюю Землю. Какой этап гипотезы это поддерживает и почему опыт не доказывает получение живого организма?
Ответ: опыт подтверждает возможность первого этапа биохимической эволюции — образования органических веществ. Получение отдельных молекул не равно созданию живого организма, поскольку в опыте не доказано возникновение целостной самовоспроизводящейся системы.
Ошибка — считать живым любой объект, у которого обнаружен один признак, например движение или рост. Так рассуждают, потому что признаки живого часто запоминают как отдельный перечень, не учитывая их связи. Но некоторые свойства встречаются и у неживых объектов, а вирусы сочетают отдельные признаки с отсутствием самостоятельного обмена веществ. Проверьте себя: есть ли у объекта целостная организация и согласованная совокупность процессов?
Абиогенез иногда путают с самозарождением, потому что оба выражения связывают появление жизни с неживым веществом. Различие — во времени и смысле: абиогенез относится к возможному происхождению первых систем в условиях ранней Земли, а самозарождение утверждало регулярное появление организмов в современных условиях. Последнее представление не подтвердилось. Чтобы проверить себя, спросите, говорится ли о первых предшественниках жизни или о повторяющемся возникновении организмов сейчас.
Пансперсию ошибочно принимают за полное объяснение того, как появилась жизнь на Земле. Это кажется убедительным, потому что гипотеза предлагает возможный источник зародышей жизни — космос. Однако перенос отвечает на вопрос, откуда жизнь могла попасть на Землю, но не на вопрос, где и как она возникла впервые. Проверьте себя: если мысленно перенести жизнь на другую планету, объяснён ли её первичный источник?
Получение органических молекул в лаборатории иногда называют созданием жизни. Ошибка возникает из-за смешения составных частей с целой системой: органические соединения могут быть необходимы для жизни, но сами по себе не обладают всеми её свойствами. Для вывода о появлении жизни нужны данные о саморегуляции, обмене веществ и самовоспроизведении системы. Проверьте формулировку результата опыта: получены молекулы или действительно показано возникновение живого?
Перед изучением происхождения жизни полезно вспомнить клеточное строение организмов: оно помогает понять, что именно называют живой системой. Знания об обмене веществ показывают, как клетка получает и преобразует вещества и энергию, а наследственность и изменчивость объясняют передачу информации и появление различий. Позже эти понятия понадобятся при изучении эволюции, возникновения первых клеток и развития биосферы. Так тема связывает молекулярные процессы с историей жизни на Земле.
Можно ли дать одно универсальное определение жизни?
Единого короткого определения, которое без спорных случаев охватывало бы всё живое, нет. Обычно жизнь описывают через сочетание признаков: обмен веществ и энергии, саморегуляцию, развитие, размножение, наследственность и изменчивость.
Почему вирусы трудно однозначно отнести к живым или неживым системам?
У вирусов есть наследственный материал, который изменяется и передаётся при размножении. Но вне клетки они не осуществляют самостоятельный обмен веществ и могут воспроизводиться только с помощью клетки-хозяина, поэтому занимают пограничное положение.
Чем абиогенез отличается от самозарождения?
Абиогенез — происхождение первых живых систем из неживого вещества в условиях ранней Земли. Самозарождением обычно называют представление о регулярном появлении организмов из неживой материи в современных условиях; такое представление не подтвердилось.
Доказывает ли панспермия, что жизнь впервые возникла на Земле?
Нет. Панспермия предполагает, что зародыши жизни или простейшие формы могли попасть на Землю из космоса. Она предлагает возможный путь переноса, но не объясняет, где и как жизнь возникла впервые.
Что именно подтверждают опыты по моделированию условий ранней Земли?
Они показывают, что при определённых условиях из простых исходных веществ могут образовываться органические молекулы. Это поддерживает возможность отдельных этапов биохимической эволюции, но не доказывает, что в опыте возникла живая самовоспроизводящаяся система.
§ 22. Сущность жизни. Представления о возникновении жизни на Земле
