"Биология. Введение в общую биологию и экологию", Каменский А.А., Крискунов Е.А., Пасечник В.В.
Происхождение жизни объясняют несколькими гипотезами: одни связывают его с сотворением или переносом жизни из космоса, другие — с превращениями неживого вещества на ранней Земле. Опыты Реди и Пастера опровергли самозарождение организмов в современных условиях, но не исключили древнюю химическую эволюцию. Эксперимент Миллера и Юри показал, что некоторые органические вещества могут возникать абиогенно. Он не создал живую клетку, поэтому вопрос о первых этапах жизни остаётся предметом научных исследований.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Самозарождение — представление о возникновении живых организмов из неживого вещества в современных условиях. Его проверяли, чтобы выяснить, могут ли новые организмы появляться без участия уже существующих. Опыты показали, что при исключении такого участия организмы в среде не возникают.
Панспермия — гипотеза о занесении жизни или её зачатков на Землю из космоса. Она предлагает возможный путь переноса организмов или их предшественников. Однако сама по себе не объясняет, где и как жизнь появилась впервые.
Биохимическая эволюция — гипотеза, согласно которой жизнь возникла на Земле в результате длительных превращений неживого вещества. Она нужна, чтобы объяснить постепенный переход от простых соединений к сложным системам, способным к жизни. Речь идёт о процессах ранней Земли, а не о появлении организмов в обычных современных условиях.
Коацерват — обособленная от окружающей среды капля из молекул органических веществ. В гипотезе происхождения жизни такие капли рассматривают как возможный этап на пути к клеточной организации. Но коацерват не равен живой клетке: он сам по себе не обладает всеми признаками живого.
Гипотезы происхождения жизни предлагают разные ответы на вопрос о её появлении. Креационизм связывает жизнь с актом творения, самозарождение — с регулярным появлением организмов из неживого вещества, а панспермия — с космическим переносом. Биохимическая эволюция рассматривает возможные естественные превращения веществ на Земле. Эти объяснения различаются тем, какие события они описывают и можно ли проверить их опытом.
Опыты Ф. Реди и Л. Пастера проверяли, могут ли организмы появиться в среде без попадания туда живых организмов. Если исключить доступ мух или микроорганизмов, появление новых организмов не наблюдается. Значит, в обычных условиях жизнь возникает от уже существующей жизни, а не путём самозарождения. Результат относится к современным условиям и не описывает среду ранней Земли.
Гипотеза биохимической эволюции предполагает, что ранняя Земля отличалась от нынешней составом среды и условиями. Поэтому простые вещества могли вступать в реакции и образовывать органические соединения — вещества, характерные для живых систем. При дальнейшем усложнении молекул могли появиться соединения, из которых строятся клеточные структуры. Это объясняет, почему гипотеза рассматривает не мгновенное появление организма, а последовательность длительных изменений.
Предполагаемая последовательность начинается с накопления органических веществ. Затем молекулы могли объединяться в обособленные комплексы, например коацерваты, отделённые от окружающей среды. Следующим возможным этапом стало самовоспроизведение — образование новых копий или подобных молекулярных систем. После появления устойчивых процессов обмена веществ и наследственной информации могли сформироваться первые клетки.
С. Миллер и Г. Юри пропускали электрические разряды через смесь газов, моделировавшую некоторые условия ранней Земли. В результате в установке образовались отдельные органические вещества. Это подтвердило, что некоторые органические молекулы способны возникнуть абиогенно, то есть без участия организмов. Но в опыте не появились самовоспроизводящиеся системы или живые клетки, поэтому он не доказал происхождение жизни целиком.
| Гипотеза | Как объясняет появление жизни | Что объясняет или подтверждает | Ограничение |
|---|---|---|---|
| Креационизм | Жизнь создана сверхъестественной силой. | Выражает религиозное представление о происхождении живого. | Не проверяется научным экспериментом. |
| Самозарождение | Организмы возникают из неживого вещества в современных условиях. | Исторически объясняло кажущееся внезапным появление организмов. | Опыты Реди и Пастера не подтвердили его как постоянно действующий процесс. |
| Панспермия | Жизнь или её зачатки были перенесены на Землю из космоса. | Предлагает возможный путь распространения жизни. | Не объясняет, где жизнь возникла первоначально. |
| Биохимическая эволюция | Жизнь постепенно возникла из неживого вещества на ранней Земле. | Опыты Миллера и Юри подтвердили возможность образования некоторых органических веществ. | Переход от молекул к первым клеткам полностью не объяснён. |
Сравнивайте гипотезы по тому, какой этап происхождения жизни они объясняют и на какие наблюдения опираются. Отдельно проверяйте ограничения: подтверждение одного этапа не означает доказательства всей гипотезы. Например, образование органических молекул ещё не равно появлению живой клетки.
Задача 1. В закрытую колбу с прокипячённым бульоном микроорганизмы не попали, и бульон остался стерильным. Нужно определить, какую гипотезу проверяет этот опыт и какой вывод из него следует. Разберём, что именно исключили условия опыта.
Ответ: опыт проверяет самозарождение и показывает, что в данных условиях микроорганизмы не появляются из стерильного бульона сами. Вывод относится к современным условиям и не решает вопрос о происхождении жизни на ранней Земле.
Задача 2. В опыте Миллера и Юри через смесь газов пропускали электрические разряды и обнаружили органические вещества. Нужно объяснить, что подтверждает результат и чего он не доказывает. Для этого важно отличить химические соединения от живых систем.
Ответ: опыт подтвердил возможность абиогенного образования некоторых органических веществ при смоделированных условиях. Он не доказал, что таким способом была создана жизнь или полноценная клетка.
Задача 3. Расположите этапы в правильной последовательности: образование органических веществ, появление первых клеток, объединение молекул в предшественники клеток, возникновение самовоспроизведения. Нужно выстроить путь от простых веществ к более сложным системам. Каждый следующий этап предполагает наличие результата предыдущего.
Ответ: образование органических веществ → объединение молекул в предшественники клеток → возникновение самовоспроизведения → появление первых клеток. Это предполагаемая схема усложнения, а не полностью восстановленная последовательность событий.
Неверно считать, что опровержение самозарождения исключает любое возникновение жизни из неживого вещества. Так думают, потому что смешивают современные условия с условиями ранней Земли. Проверьте себя: опыты Реди и Пастера изучали появление организмов сейчас, а биохимическая эволюция относится к далёкому прошлому планеты.
Панспермия не объясняет первичное возникновение жизни, а только предполагает её перенос из космоса. Ошибка возникает, когда место переноса принимают за объяснение источника. Спросите себя: если жизнь прилетела на Землю, где она возникла до этого? Этот вопрос остаётся открытым для панспермии.
Результат Миллера и Юри иногда называют доказательством получения жизни. Такое впечатление создаёт обнаружение органических веществ, но молекулы сами по себе не являются клеткой. Проверьте вывод: в опыте не получили ни живых организмов, ни полностью самовоспроизводящейся системы.
Коацерват нельзя принимать за организм только потому, что он отделён от среды. Обособленная капля может напоминать простейшую клеточную структуру, но сходство внешнего устройства не означает наличия всех свойств живого. Для проверки перечислите признаки живого и выясните, обладает ли коацерват ими всеми; сам по себе он такого набора не имеет.
Для понимания гипотез происхождения жизни нужно знать признаки живого и уметь отличать живую природу от неживой. Тема связана с условиями ранней Земли, химической эволюцией и возникновением клеточной организации. Позже эти знания помогут изучать эволюцию организмов и строение клетки. Они также пригодятся при обсуждении того, возможна ли жизнь за пределами Земли и как её искать.
Чем самозарождение отличается от биохимической эволюции?
Самозарождение — это якобы постоянное появление организмов из неживого вещества в нынешних условиях. Биохимическая эволюция описывает предполагаемое постепенное возникновение жизни на ранней Земле, когда условия сильно отличались от современных.
Почему опыты Пастера не опровергают гипотезу биохимической эволюции?
Пастер показал, что в стерильной среде микроорганизмы не появляются сами, если в неё не попадают другие микроорганизмы. Его опыт проверял самозарождение в современных условиях, а не химические процессы на древней Земле.
Что именно доказал опыт Миллера и Юри?
Опыт показал, что некоторые органические вещества могут образовываться из простых веществ при воздействии электрических разрядов в смеси газов, моделирующей условия ранней Земли. Живых клеток исследователи не получили, поэтому опыт не доказал возникновение жизни.
Почему панспермия не отвечает на вопрос о первичном возникновении жизни?
Панспермия предполагает, что жизнь или её зачатки попали на Землю из космоса. Она объясняет возможный перенос, но оставляет открытым вопрос, где и каким образом жизнь возникла впервые.
Можно ли считать коацерват живым организмом?
Нет. Коацерват — это обособленная капля органических веществ, но у него нет полного набора признаков живой клетки. Его рассматривают лишь как возможную модель предшественника клеток.
Гипотезы возникновения жизни
