Реферат Происхождение жизни 3
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Федеральное агентство по образованию
филиал
Государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования –
Всероссийский заочный финансово-экономический институт
в г. Туле
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Концепции современного естествознания»
на тему: «Происхождение жизни»
Выполнил: студент 1 курса
факультета финансово-кредитного
специальности финансы и кредит
группы дневной
Сложеникина Ю.С.
№ л.д. 09ФФБ02684
г. Тула, 2010
План работы
Введение…………………………………………………………………. 3
1. Определение сущности жизни……………………………………… 4
2. Концепции происхождения жизни…………………………………. 8
Заключение……………………………………………………………… 16
Список литературы…………………………………………………….. 17
Введение.
В своей работе я должна дать развернутое определение сущности жизни, затем последовательно раскрыть основную аргументацию каждой из обозначенных концепций происхождения жизни, оценив ее вклад в развитие биологии как науки.
Происхождение жизни, возникновение живых существ - одна из центральных проблем естествознания, которая представляет как познавательный, так и научный интерес.
С незапамятных времен человек задавал вопрос: откуда берутся живые существа? В античное время и в средние века уровень развития биологии был очень низким. В тот период были распространены взгляды о том, что живые организмы самопроизвольно возникают из неживого материала. С развитием биологии, с усовершенствованием методов исследований позиции ученых, утверждающих возможность самопроизвольного зарождения жизни, были поколеблены, но держались еще долго, особенно в области микробиологии.
Любой организм, от самого примитивного до высокоорганизованного, рождается от живых организмов. Этот закон был сформулирован в виде краткого афоризма: «Все живое из живого». Другими словами, зарождение живого из неживого невозможно принципиально, т.е. никогда и ни при каких условиях. Но встал вопрос: каким же образом первоначально возникла жизнь на Земле?
1.
Определение сущности жизни.
Согласно современным представлениям, жизнь - это одна из форм существования материи, закономерно возникающая при определённых условиях в процессе её развития. Однако такая концепция появилась в ожесточённой многовековой борьбе материализма с различными идеалистическими течениями.
Интуитивно мы все понимаем, что есть живое и что – мертвое. Однако при попытке определить сущность живого возникают трудности. Так, один из авторов предложил следующее определение: живой организм – это тело, слагаемое из живых объектов; неживое тело – слагаемое из неживых объектов. Но кроме подобных, явно бессодержательных определений, представляющих собой, по сути, тавтологию, имеются и другие, более содержательные. Одни из них настолько широки, что под них попадают такие неживые объекты, как огонь или кристаллы минералов. Другие - слишком узки, и в соответствии с ними мулы, не дающие потомства, не признаются живыми.
Одно из наиболее удачных определяет жизнь как самоподдерживающуюся химическую систему, способную вести себя в соответствии с законами дарвиновской эволюции. Это значит, что, во-первых, группа живых особей должна производить подобных себе потомков, которые наследуют признаки родителей. Во-вторых, в поколениях потомков должны проявляться последствия мутаций - генетических изменений, которые наследуются последующими поколениями и обуславливают популяционную изменчивость. И, в-третьих, необходимо, чтобы действовала система естественного отбора, в результате которого одни особи получают преимущество перед другими и выживают в изменившихся условиях, давая потомство.
Также широко известно определение, данное Ф.Энгельсом, что жизнь – это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. И все же живая мышь и горящая свеча с физико-химической точки зрения находятся в одинаковом состоянии обмена веществ с внешней средой, равно потребляя кислород и выделяя углекислый газ, но в одном случае – в результате дыхания, а в другом – в процессе горения. Этот простой пример показывает, что обмениваться веществами с окружающей средой могут и мертвые объекты. Таким образом, обмен веществ – хотя и необходимый, но недостаточный критерий определения жизни, впрочем как и наличие белков.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что дать точное определение жизни весьма непросто. И это люди поняли очень давно. Так французский философ-просветитель Д.Дидро писал: «Я могу понять, что такое агрегат, ткань, состоящая из крохотных чувствительных телец, но живой организм!.. Но целое, система, представляющая собой единый организм, индивидуум, сознающий себя как единое целое, выше моего понимания! Не понимаю, не могу понять, что это такое!»
Современная биология при описании живого идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность данных свойств может дать представление о специфике жизни. К числу свойств живого обычно относят следующие.
§ Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах.
§ Живые организмы получают энергию из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядоченности. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию.
§ Живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Способность реагировать на внешние раздражители – универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных.
§ Живые организмы не только изменяются, но и усложняются. Так у растения или животного появляются новые ветви или новые органы, отличающиеся по своему химическому составу от породивших их структур.
§ Все живое размножается. Эта способность к самовоспроизведению, пожалуй, самая поразительная способность живых организмов. Причем потомство и похоже, и в то же время чем-то отличается от родителей. В этом проявляется действие механизмов наследственности и изменчивости, определяющих эволюцию всех видов живой природы.
§ Сходство потомства с родителями обусловлено еще одной особенностью живых организмов – передавать потомкам заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размножения. Эта информация содержится в генах – единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах. Генетический материал определяет направление развития организма. Однако эта информация в процессе передачи несколько видоизменяется, искажается. В связи с этим не только похожи на родителей, но и отличаются от них.
§ Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни. Строение крота, рыбы, лягушки полностью соответствуют условиям, в которых они живут.
Обобщая и несколько упрощая сказанное о специфике живого, можно отметить, что все живые организмы питаются, дышат, размножаются и распространяются в природе, а неживые тела не питаются, не дышат, не растут и не размножаются.
Из совокупности этих признаков вытекает следующее обобщенное определение сущности живого: жизнь есть форма существования сложных, открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению. Важнейшим функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые кислоты.
И наконец, еще более краткое определение жизни предложил американский физик Ф.Типлер в своей сенсационной книге «Физика бессмертия». «Мы не хотим, - пишет он, - привязывать определение жизни к молекуле нуклеиновой кислоты, потому что можно вообразить себе существование жизни, которая к этому определению не подходит. Если к нам в космический корабль явится внеземное существо, химическую основу которого составляют не нуклеиновая кислота, то нам все равно захочется признать его живым». Жизнь, по мнению Типлера, представляет собой лишь информацию особого рода: «Я определяю жизнь как некую закодированную информацию, которая сохраняется естественным отбором». Но если это так, то жизнь-информация является вечной, бесконечной и бессмертной. И хотя с этим определением согласны далеко не все, его несомненная ценность состоит в попытке выделить из всех критериев жизни в качестве главного – способность живых организмов сохранять и передавать информацию.
Окончательного и строгого определения понятия «жизнь» нет до сих пор. Так, например, неясно, можно ли вирусы считать формой жизни, т. к. вне клеток хозяина они не проявляют никаких признаков жизни, например, они не могут размножаться.
2.
Концепции происхождения жизни.
а) креационистская концепция (креационизм), согласно которой жизнь была создана сверхъестественным существом (существами) в определенный момент (промежуток) времени. Креационизм мыслится как Божье Творение. Его можно рассматривать и как результат деятельности высокоразвитой цивилизации, создающей различные формы жизни и наблюдающей за их развитием.
Это концепция, представители которой считают, что жизнь возникла в результате деятельности некоего сверхъестественного события в прошлом. Например, в христианстве таким событием является Бог, создавший все, что мы называем Вселенной. В 1650 г. ирландский архиепископ Ашер из города Арма вычислил дату, когда Бог сотворил мир: 23 октября в 9 часов утра 4004 г. до нашей эры. Эту дату Ашер получил путем сложения возрастов всех людей, упоминающихся в Библии от Адама до Христа (библейская генеалогия). Археологические раскопки показывают, что уже до этой даты существовали высокоразвитые цивилизации. Среди креационистов в духе христианства бытует общее мнение о том, что Божественное творение мира было единожды, без всяких дополнений и коррекции, и в этом творении человек занимает исключительное место: «мир природы, твари созданы для владения им человеком, ходящим под Богом».
Кроме того, сам акт и процесс Божественного творения, как утверждают креационисты, недоступен рациональному научному объяснению, о чем свидетельствуют, по мнению креационистов, результаты самой науки. Аргументация современных представителей креационизма выглядит следующим образом:
1. В разумном устройстве мира ученые могут убедиться на основе экспериментов и наблюдений.
2. Естественный отбор — это ярлык общеизвестного факта, что одни существа жизнеспособнее других.
3. Естественный отбор — это механизм рекомбинации генов в пределах одного вида.
4. Генетический код видов, созданных Богом, является совершенным.
5. Мутации генов являются вредными и губительными для организма (некоторые креационисты считают, что случайные мутации могут быть и полезными для организмов).
6. Повеление Бога «плодитесь и размножайтесь» часто трактуется как реализация огромного генетического разнообразия, заложенного Богом в геномы организмов, в том числе и одного вида.
б) эволюционистская концепция. Согласно этой концепции, жизнь на Земле первоначально возникла на одном из этапов ее длительной эволюции из неорганической материи. Эта теория была выдвинута в 1924 г. советским ученым, академиком А.И.Опариным. Она привлекла всеобщее внимание и завоевала многочисленных сторонников. А.И.Опарин и ученые, разделяющие его точку зрения, основываются на том, что весь окружающий нас мир находится, как выражаются философы, в движении. Следовательно и возникновение клетки имеет длительную историю. Ей предшествовало создание более простых образований. Скорее всего вначале возникли вещества, из которых состоит клетка, - белки, нуклеиновые кислоты, АТФ и др. Эти вещества сложные, они могли возникнуть также в результате длительной эволюции. Иначе говоря, биологической эволюции предшествовала химическая эволюция. Но как это происходило и под влиянием каких факторов?
Земля вначале была холодная, но в дальнейшем благодаря распаду содержащихся в ней радиоактивных элементов она стала разогреваться (в недрах температура достигала 10000С и выше). Вещества Земли на этой стадии ее развития вступали между собой в химические реакции. Среди продуктов реакций было много газов. Под огромным давлением они вырывались на поверхность Земли, благодаря чему образовывалась ее первичная атмосфера. В ее составе, вероятно, содержалось много водяного пара – оксида углерода СО2, СО, сероводорода Н2S, аммиака NH3, метана СН4 и др. молекулярного кислорода почти не было: этот активный элемент окисляет различные вещества и не достигает поверхности Земли. Обращают на себя внимание содержащиеся в первичной атмосфере Земли соединения углерода – основного элемента органических веществ.
После того как температура на поверхности Земли стала ниже 1000С, начался период дождей, вследствие чего образовались моря и океаны. В горячей дождевой воде растворялись аммиак, углекислый газ, метан, а также соли и другие вещества, вымываемые из поверхностных слоев Земли. Благодаря отсутствию в первичной атмосфере кислорода и озона, обладающих способностью поглощать ультрафиолетовые лучи и ионизирующие излучения, эти богатые энергией виды излучений воздействовали на поверхность Земли с большой интенсивностью. Грозы были часты, необычны по силе. Под влиянием ультрафиолетовых лучей, проникающего излучения и электрических разрядов между веществами, растворенными в первобытном океане, должны были происходить химические реакции, в результате которых могли образовываться химические соединения.
Первым шагом на пути возникновения жизни на Земле стал небиологический (абиогенный) синтез органических молекул из неорганических. Американский ученый С.Миллер и советские ученые А.Г.Пасынский и Т.Е.Павловская экспериментально доказали образование сложных органических соединений из неорганических веществ, которые могли находиться в водах первобытного океана, под влиянием электрических разрядов и ультрафиолетового излучения. Американские химики С.Фокс и К.Дозе показали, что в условиях, существовавших на первобытной Земле, мог происходить абиогенный синтез даже таких веществ, как белки. Органические вещества накапливались в воде первобытного океана. Они находились там в начале в виде очень разбавленного раствора.
Вторым шагом на пути возникновения жизни на Земле был процесс концентрирования органических веществ. По предположению академика А.И.Опарина он происходил в силу присущей всем высокомолекулярным веществам способности самопроизвольно концентрироваться и образовывать так называемые коацерваты. Явление коацервации состоит в том, что при некоторых условиях (например, в присутствии электролитов) высокомолекулярные вещества отделяются от раствора, но не в форме осадка, а в виде более концентрированного раствора, который называется коацерватом. При встряхивании коацервата он разбивается на мелкие капельки.
Исследования А.И.Опарина показали, что капельки коацервата способны поглощать из окружающего раствора различные вещества. Это напоминает процесс питания. В результате поглощения веществ капельки коацервата увеличиваются в размерах. Внешне это сходно с процессом роста. Можно подобрать такие условия опыта, при которых вещества, поглощенные коацерватом, будут вступать между собой в реакцию, а продукты этой реакции выделяться из коацервата в окружающую среду. Это похоже на процесс выделения из клетки продуктов обмена веществ. По мнению А.И.Опарина, между капельками коацервата происходит даже нечто напоминающее борьбу за существование, в результате которой в целости остаются капельки более устойчивые, более приспособленные к окружающей среде.
Однако, в коацерватах еще отсутствует главный признак живого организма – способность к самовоспроизведению молекул, входящих в их состав.
Важнейшей ступенью к жизни явилось возникновение молекул, способных к самовоспроизведению. Это, вероятно, простейшие полинуклеотиды. Сборка на молекуле такой же по составу и структуре другой молекулы означала возникновение нового принципа химического синтеза – матричного синтеза, столь характерного для живых систем.
В процессе самовоспроизведения полинуклеотидных молекул в некоторых случаях возникали мутации, т.е. новая молекула полинуклеотида не вполне точно копировала исходную. В дальнейшем происходило уже этой новой, измененной молекулы. Частота мутаций резко повышалась при воздействии излучений, особенно ионизирующих.
Первобытными организмы по способу питания были настоящими гетеротрофами, так как они использовали уже готовые органические вещества. По мере размножения организмов запасы органических веществ в первичном океане иссякали. Началась борьба за пищу, в которой выживали более активные. Случайно приобретенные в результате наследственных изменений полезные в данных условиях признаки закреплялись отбором. По-видимому именно так в процессе исторического развития произошло превращение первичных организмов в современную клетку
Крупным шагом на пути эволюции жизни было возникновение автотрофного питания. В условиях все уменьшающихся запасов органических соединений у некоторых организмов возникла способность к самостоятельному синтезу органических веществ из простых неорганических окружающей среды. Возник хемосинтез.
Особенно крупным прогрессивным изменением типа ароморфоза было возникновение фотосинтеза, которое оказало громадное влияние на дальнейшую эволюцию жизни. С развитием фотосинтеза и появлением в атмосфере и воде свободного кислорода возник новый путь освобождения энергии – кислородный путь расщепления.
Земля в период возникновения на ней жизни подвергалась интенсивному воздействию излучения Солнца, которое было губительно для всего живого. Поэтому жизнь первоначально была возможна только в океане. Постепенно происходило накопление кислорода в атмосфере, часть его превращалась в озон, обладающий способностью интенсивно поглощать ультрафиолетовое и ионизирующее излучение. В результате стала возможна жизнь на суше. Жизнь «вышла» из воды и распространилась по всей поверхности Земли.
г) концепция панспермии. Согласно ей, жизнь на Землю была занесена из космоса, поскольку в нем зародыши жизни и белковые элементы непрерывно переносятся с планеты на планету.
Панспермия (внеземное происхождение жизни), как концепция возникла в XIX-XX веках из-за окончательного краха версии многократного самозарождения и нежелания научной общественности возвращаться к религиозным идеям Творца. Главное положение данной теории состоит в том, что некие «зародыши жизни» блуждают в космическом пространстве до тех пор, пока не попадают на подходящую по своим условиям планету – там они и дают начало биологической эволюции.
Первое детальное рассмотрение данного процесса согласно Герману Ван Гельмгольцу (1821-1894) предполагает, что во Вселенной существует много миров, несущих жизнь. Они время от времени разрушаются от столкновений с другими космическими телами и их обломки, содержащие некоторое количество живых существ, рассеиваются в космическом пространстве.
Далее данная концепция была тщательно разработана в 1908 г. шведским химиком Сванте Аррениусом (1859-1927). Он предполагал, что бактериальные споры или вирусы могли быть унесены с планет под воздействием электростатического электричества и далее могли перемещаться в пространстве под давлением света звезд. Потом данные споры оседали на частичках пыли и захватывались планетами уже другой звездной системы. Таким образом, жизнь могла перемещаться с одной планеты (звездной системы) на другую.
Косвенным подтверждением данной теории на данный момент являются исследования химического состава небесных тел, ежегодно падающих на Землю. В состав некоторых метеоритов входили простейшие аминокислоты.
Еще одну версию предлагает наука об изучении неопознанных летающих объектов – уфология. Если на данный момент человеческая цивилизация развивается эволюционным путем, то есть вероятность, что цивилизации неких разумных существ существовали (существуют) и до нас в других звездных системах. И при этом прогресс науки и техники у них мог уйти намного дальше, чем у нас. Соответственно и жизнь на нашей планете могла быть занесена извне некой внеземной цивилизацией. Несмотря на всю фантастичность данных положений, нельзя их отбрасывать на том основании, что это все плод воспаленного воображения законченных романтиков и ученые еще не получили ни одного подтверждения существования внеземного разума. Да и рассекреченные документы Пентагона, подтверждающие факт крушения некого иноземного аппарата в штате Невада и описывающие процесс изучения тел неких существ, найденных внутри корабля, фактически опровергают мнение об одиночестве человека во Вселенной.
Однако если жизнь на нашу планету была занесена с другой планеты, то как она появилась там? Эта теория не дает ответа.
в) теория самозарождения (самоорганизация). Согласно этой концепции, жизнь произошла естественным путем в результате саморазвития химических и физических процессов.
В античное время и в Средние века были распространены взгляды о том, что живые организмы возникают из неживого материала. Вполне серьезно ученые считали, что лягушки в прудах возникают из ила, мухи – из грязи. Видный ученый средневековья Ван Гельмонт (1575 - 1640) в своей книге указывал на возможность зарождения мышей из грязного белья. Другой крупный ученый той же эпохи врач Парацельс (1485 - 1540) опубликовал способ искусственного изготовления человека («гомункулюса»).
С развитием биологии, с усовершенствованием методов исследований позиции ученых, утверждающих возможность самопроизвольного зарождения жизни, были поколеблены. В 1661 г. итальянский врач Франческо Реди опубликовал результаты своих опытов. В каждый из восьми стеклянных сосудов он вложил свежее мясо. Четыре сосуда оставил открытыми, а четыре плотно накрыл марлей. Через несколько дней в мясе, лежащем в открытых сосудах, появились черви (личинки мух). На мясе в сосудах, обвязанных марлей, червей не было. Следовательно, они зарождаются не из самого мяса (как было принято считать), а из яиц, отложенных мухами. Это был неотразимый удар по представлению о самопроизвольном зарождении. Взгляды о самопроизвольном зарождении, однако, держались еще долго, особенно в области микробиологии.
Исключительный интерес к проблемам самозарождения жизни побудил Парижскую Академию в 1860 г. назначить премию за ее решение. Премия была присуждена выдающемуся французскому ученому-химику и бактериологу Луи Пастеру (1822 – 1895). Пастер поместил бульон в колбу с длинным горлышком S-образной формы. Воздух в колбу проходил свободно, но микробы проникнуть в нее не могли, так как они оседали в S-образном колене горлышка. Затем Пастер прокипятил бульон, чтобы убить находящихся там микробов. Проходили месяцы, а содержимое колбы оставалось стерильным. Стоило, однако, колбу повернуть так, чтобы содержащийся в ней бульон обмыл S-образное колено горлышка и стек обратно в колбу, в ней вскоре начиналось гниение. Это происходило потому, что в бульон попадали микробы, находившиеся в S-образной части горлышка. Таким образом, невозможность самопроизвольного зарождения микроорганизмов была убедительно доказана.
Работы Пастера получили широкую известность и всеобщее признание. Во многом этому способствовало их огромное практическое значение. На их основе были разработаны методы стерилизации в области хирургии, а также консервной промышленности.
Заключение.
Одним из наиболее трудных и в тоже время интересных в современном естествознании являетсявопрос о происхождении жизни на планете Земля. С тех пор, как человечество начало задаваться вопросом, откуда произошло все живое, прошло много лет, и за все это время рассматривалось множество предположений о зарождении жизни.
Сложившиеся к настоящему времени представления о происхождении жизни на Земле не позволяют выделить одну определенную гипотезу возникновения жизни как наиболее предпочтительную. Однако фундаментальный антропный принцип дает возможность исключить из рассмотрения широкий круг представлений, исходящих из предположения о случайном характере этого процесса. За последние десять лет понимание происхождения жизни сделало огромные успехи. Остается надеяться, что следующее десятилетие привнесет еще больше понимания в эту проблему.
Список литературы
1. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов/ В.Н.Лавриненко, В.П.Ратников, Г.В.Баранов и др.; Под ред. Проф. В.Н.Лавриненко, В.П.Ратникова. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002.
2. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие для ВУЗов. М: ООО «Издательство Астрель», 2003
3. Лихин А. Ф. Концепции современного естествознания : учеб. — ТК Велби, Изд-во Проспект, 2006.
4. Общая биология: Учеб. для 9-10 кл. сред. шк./Ю.И.Полянский, А.Д.Браун, Н.М.Верзилин и др.; Под ред. Ю.И.Полянского. – М.: Просвещение, 1987.
5. Прохоров А. Л., "Возникновение жизни на Земле" по материалам статьи Ричарда Монастерски в журнале National Geographic, 1998 г.
