Реферат: Теория происхождения жизни А. И. Опарина

РЕФЕРАТ

На тему: «Теорияпроисхождения

жизни А. И. Опарина»

Минск2008

Введение.

     Жизнь — одно из сложнейших явленийприроды. Со времен глубокой древности она казалась людямтаинственной и непознаваемой. Приверженцы религиозных идеалистических взглядовсчитали жизнь духовным, нематериальным началом, возникшим в результатебожественного творения. В средние века жизнь связывалась с присутствием ворганизмах некоей «жизненной силы», недоступной для познания средстваминауки и практики.

     Проблема возникновения жизни на Землеиздавна не дает покоя многим ученым. С тех пор, как человек начал задаватьсявопросом, откуда произошло все живое прошло много лет, и за все это времярассматривалось множество гипотез и предположений о зарождении жизни.Религиозная теория, теория самозарождения, теория панспермии, теория вечногосуществования жизни… Человечество до сих пор не может до конца разгадать этузагадку. Меня всегда интересовали вопросы, ответы на которые точно неизвестны исуществуют только в виде предположений, теорий. Одной из таких проблем являетсяпроисхождение жизни. С кратким содержанием этих теорий нас знакомили еще вшколе, сейчас у меня появилась возможность рассмотреть одну из них, наиболееблизкую мне, наиболее вероятную, подробнее и глубже, разобраться в ееположениях, приведенных доказательствах.

     В развитии учений о происхождении жизнисущественное место занимает теория, утверждающая, что все живое происходиттолько от живого — теория биогенеза. Эту теорию в середине ХIХ векапротивопоставляли ненаучным представлениям о самозарождении организмов (червей,мух и др.). Однако как теория происхождения жизни  — биогенез несостоятелен, посколькупринципиально противопоставляет живое неживому, утверждает отвергнутую наукойидею вечности жизни.

     Теория, предложенная А. И. Опаринымв первой половине ХХ века, основана на предположении о химической эволюции, котораяпостепенно переходит к биохимической, а затем к биологической эволюции.Образование клетки явилось сложнейшим явлением. Но оно и положило началоразвитию жизни и всему ее многообразию. Абиогенез — идея о происхождении живогоиз неживого — исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. Этопривело к возрождению теории самозарождения. Новая версия получила названиетеория химической эволюции.

    1894 — 1980

<img src="/cache/referats/28115/image001.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">     Александр Иванович Опарин родился 2марта 1894 года в городе Угличе. В 1912г. окончил Вторуюмосковскую гимназию.

1912–1917 гг.– студент естественного отделения физико-математического факультета Московскогоуниверситета.

1915г. – химикфармацевтического завода Всероссийского союза городов.

1917г. –окончил естественное отделение физико-математического факультета Московскогоуниверситета и был оставлен при кафедре физиологии растений для подготовки кпрофессорскому званию.

     Александр Иванович Опарин – создательвсемирно признанной теории происхождения жизни, положения которой блестящевыдержали более чем полувековую проверку временем; один из крупнейших советскихбиохимиков, заложивший фундамент исследований в области эволюционной исравнительной биохимии, энзимологии, биохимии растений и субклеточных структур,основатель советской технической биохимии; выдающийся педагог, организаторнауки, общественный деятель и блестящий популяризатор научных знаний.

     Труды А.И.  Опарина посвященыизучению биохимических основ переработки растительного сырья, вопросам действияферментов в живом организме и проблеме возникновения жизни на Земле. Его работызаложили основы технической биохимии СССР. Исследуя действия ферментов вразличных растениях, А.И.  Опарин пришел к выводу, что в основе технологииряда производств, имеющих дело с сырьем растительного  происхождения, лежитбиологический катализ.

     Разрабатывая теоретические основыбиологии, А.И. Опарин выдвинул теорию возникновения жизни на Земле. Наоснове фактических материалов из области астрономии, химии, геологии и биологииА.И. Опарин предложил гипотезу развития материи, объясняющую возникновениежизни на Земле. Проблему происхождения жизни он рассматривал сматериалистической позиции и объяснял возникновение жизни как определенный изакономерный качественный этап в историческом развитии материи.

     Уже ранние исследования А.И.Опарина вобласти сравнительной биохимии окислительно-восстановительных процессов упростейших водорослей привели его к изучению эволюционного развития жизни иразработке основных положений проблемы происхождения жизни на Земле. В те годы(в начале XX века) среди естествоиспытателей проблема происхождения жизнисчиталась проблемой, не допускающей экспериментального подхода и не разрешимойметодами естественных наук. Крупнейшей научной за слугой А.И.Опарина являетсято, что он убедительно показа возможность научного экспериментального подхода кисследованию проблемы происхождения жизни. Он изложил свои идеи в книге  «Происхождениежизни»,опубликованной в Советском Союзе в 1924 году и переведенной на английский языкв 1938 году. Пик исследований А. И. Опарина и его соавторов при­ходился на50-60-е годы, хотя его книга «Происхожде­ние жизни» была опубликована раньше.

     Появление жизни А.И. Опарин рассматривалкак единый естественный процесс, который состоял из проте­кавшей в условияхранней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей постепенно накачественно новый уровень — биохимическую эво­люцию.

    1. Первобытная Земля имела разреженную (тоесть лишенную кислорода) атмосферу. Когда на эту атмосферу стали воздействоватьразличные естественные источники энергии — например, грозы и извержениявулканов — то при этом начали самопроизвольно формироваться основные химическиесоединения, необходимые для органической жизни.

     С самого начала этот процесс был связан сгеоло­гической эволюцией. В настоящее время принято счи­тать, что возраст нашейпланеты составляет примерно 4,3 млрд лет. В далеком прошлом Земля была оченьгоря­чей (4000-8000 °С). По мере остывания образовывалась земная кора, а изводы, аммиака, двуокиси углерода и метана — атмосфера. Такая атмосфераназывается «вос­становительной», поскольку не содержит свободного кислорода.При падении температуры на поверхности Земли ниже <st1:metricconverter ProductID=«1000C» w:st=«on»>1000C</st1:metricconverter> образовались первичные водоемы. Поддействием электрических разрядов, тепловой энер­гии, ультрафиолетовых лучей нагазовые смеси происходил синтез органических веществ-мономеров, кото­рыелокально накапливались и соединялись друг с дру­гом, образуя полимеры. Можнодопустить, что тогда же одновременно, с полимеризацией шло образование над­молекулярныхкомплексов-мембран.

     2. С течением времени молекулы органическихвеществ накапливались в океанах, пока не достигли консистенции горячегоразбавленного бульона. Однако в некоторых районах концентрация молекул,необходимых для зарождения жизни, была особо высокой, и там образовалисьнуклеиновые кислоты и протеины.

     По однотипным правилам синтезировались в«первичном бульоне» гидросферы Земли полимеры всех типов: аминокис­лоты,полисахариды, жирные кислоты, нуклеиновые кислоты, смолы, эфирные масла и др.Это предположение было провере­но экспериментально в 1953 году на установкеСтэнли Мил­лера.

     ЭкспериментМиллера, ставший поворотным пунктом в этой области, был предельно прост.Аппарат состоял из двух стеклянных колб, соединенных в замкнутую цепь. В однуиз колб помещено устройство, имитирующее грозовые эффекты — два электрода,между которыми происходит разряд при напряжении около 60 тысяч вольт; в другойколбе постоянно кипит вода. Затем аппарат заполняется атмосферой,предположительно существовавшей на древней Земле: метаном, водородом иаммиаком. Аппарат проработал неделю, после чего были исследованы продуктыреакции. В основном получилась вязкое месиво случайных соединений; в растворетакже было обнаружено некоторое количество органических веществ, в том числе ипростейшие аминокислоты — глицин и аланин.

     Первичные клетки предположительно возник­липри помощи молекул жиров (липидов). Молекулы воды, смачивая только гидрофильныекон­цы молекул жиров, ставили их как бы «на голову», гид­рофобными концамивверх. Таким способом создавал­ся комплекс упорядоченных молекул жиров, которыеза счет прибавления к ним новых молекул постепенно от­граничивали от всейокружающей среды некоторое про­странство, которое и стало первичной клеткой,или коацерватом — пространственно обособившейся цело­стной системой. Коацерватыоказались способными поглощать из внешней среды различные органическиевещества, что обеспечивало возможность первичного обмена веществ со средой.

     3. Первые клетки были гетеротрофами, они немогли воспроизводить свои компоненты самостоятельно и получали их из бульона.Но со временем многие соединения стали исчезать из бульона, и клетки быливынуждены воспроизводить их самостоятельно. Так клетки развивали собственныйобмен веществ для самостоятельного воспроизводства.

     Таким образом, первичная клеточнаяструктура, по Опарину, представляла собой открытую химическую микроструктуру,которая была наделена способностью к первичному обмену веществ, но еще не имеласистемы для передачи генетической информации на основе нук­леиновых кислот.Такие системы, черпающие из окружа­ющей среды вещества и энергию, могутпротивостоять нарастанию энтропии и способствовать ее уменьшению в процессесвоего роста и развития, что является харак­терным признаком всех живых систем.Отдельная молекула, даже оченьсложная, не может быть живой. Это значит, что не разрозненные части определяютсобой организацию целого, а целое, продолжая эволюционировать, обусловливаетцелесо­образность строения частей.

     Естественный отбор сохранял те системы, вко­торых были более совершенными функция обме­на веществ и приспособленностьорганизма в це­лом к существованию в данных условиях внешней среды. Постепенноеусложнение протобионтов осуществлялось отбором таких коацерватных капель,которые обладали преимуществом в лучшем использовании вещества и энергии среды.Отбор как основная причина совершенствования коацерватов до первичных живыхсуществ — центральное положение в гипотезе Опарина.

     4. Некоторые из этих молекул оказалисьспособны к самовоспроизводству. Взаимодействие между возникшими нуклеиновымикислотами и протеинами, в конце концов, привело к возникновению генетическогокода.

     В ходе естественного отбора выжилисистемы, имевшие особое строение белковых полимеров, что обусловило появлениетретьего качества живо­го — наследственности (специфичной формы пе­редачи информации).

     Теорию А.И. Опаринагорячо поддержал кембриджский профессор Дж. Холдейн. Холдейн выдвинул гипотезуо том, что на первобытной Земле скопились огромные количества органическихсоединений, образовав то, что он назвал горячим разбавленным бульоном(впоследствии прижилось название первичный бульон или протобульон). Современноедвуединое понятие первобытного бульона и самозарождения жизни исходит из теорииОпарина-Холдейна о происхождениижизни, теория эта общепризнанна.

     Концепция А. И. Опарина в научном миревесьма попу­лярна. Сильной ее стороной является точное соответствие тео­риихимической эволюции, согласно которой зарождение жиз­ни — закономерныйрезультат. Аргументом в пользу этой кон­цепции служит возможностьэкспериментальной проверки ее основных положений в лабораторных условиях.

     Слабой стороной концепции А. И. Опаринаявляется до­пущение возможности самовоспроизведения коацерватных структур вотсутствие систем, обеспечивающих генетическое кодирование. Теория оказаласьнеспособной предложить решение проблемы точного воспроизведения — внутрикоацервата и в поколениях — единичных, случайно появившихся эффективныхбелковых структур. В рамках концепции Опарина не решена глав­ная проблема — одвижущих силах саморазвития химических систем и перехода от химической эволюциик биологической, о причине таинственного скачка от неживой материи к живой.

     Все было хорошо продумано и научнообосновано в теории, кроме одной проблемы, на которую долго закрывали глазапочти все специалисты в области происхождения жизни. Если спонтанно, путемслучайных безматричных синтезов в коацервате возникали единичные удачныеконструкции белковых молекул (например, эффективные катализаторы,обеспечивающие преимущество данному коацервату в росте и размножении), то какони могли копироваться для распространения внутри коацервата, а тем более дляпередачи коацерватам-потомкам?

     ГипотезаА.И. Опарина способствовала конкретному изуче­нию происхождения простейших формжизни. Она положила начало физико-химическому моделированию процессов обра­зованиямолекул аминокислот, нуклеиновых оснований, угле­водородов в условияхпредполагаемой первичной атмосферы Земли.

     А. И. Опарин, выдвинув ряд тезисов в 30годах, пытался доказать случайность и спонтанность возникновения живой клетки,но его труды не увенчаются успехом и он будет вынужден признаться: «Ксожалению происхождение клетки является самым туманным вопросом,охватывающим теорию эволюции в целом.»

     Работы А.И. Опарина по этому вопросупереведены на многие языки народов мира. В 1950 году А.И. Опарин совместно с другими был удостоен премии имени А.Н.Баха и имени И.И.Мечникова, ав 1974 году — Ленинской премии. За заслуги в области науки он также награжден 5орденами Ленина, двумя другими орденами, иностранными орденами и медалями.

Используемаялитература.

1. Горелов А. А. Концепции современного естествознания.— М.: Центр, 1997.

2. Мотылёва Л.С., Скоробогатов В.А.,Судариков А.М. Концепциисовременного естествознания: Учебник для вузов – СПб.: Издательство Союз, 2000.

3. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие. – М.:Гардарики, 2000.

4. Опарин А.И.Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. Ин-т биохимии. — М.: АН СССР,1968.