Добавлено 05.21.2011 23:26:30:
РОЗДІЛ II. ОСНОВНІ ЕТАПИ ЕВОЛЮЦІЇ ОРГАНІЧНОГО СВІТУ. ПРОБЛЕМА ПОХОДЖЕННЯ ЖИТТЯ
2.1 Еволюція життя на землі: від простого до складного
Початок серії робіт з абіогенного синтезу було покладено американським ученим С. Міллером (1953). Радянські вчені А.Г. Пасинскій і Т.Є. Павловська (1956) показали можливість утворення амінокислот при ультрафіолетовому опроміненні газової суміші формальдегіду і солей амонію. Іспанська учений Х. Оро (196О) здійснив синтез компонентів нуклеїнових кислот. У 197О р. американський учений С. Поннамперума синтезував аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ) - основну форму накопичення енергії в живих організмах, а також амінокислоти, поліпептиди і білково-подібні речовини. Цим було доведено, що абіогенне походження життя у Всесвіті могло статися в результаті впливу теплової енергії, іонізуючого випромінювання, електричних розрядів [4].
В даний час, та, напевно, і в майбутньому, наука не зможе дати відповідь на питання, як виглядав найперший організм, що з'явився на Землі, - предок, від якого беруть початок три основні гілки древа життя. Одна з гілок - еукаріоти, клітини яких мають оформлене ядро, що містить генетичний матеріал, і спеціалізовані органели: мітохондрії, що виробляють енергію, вакуолі та ін. До еукаріот належать водорості, гриби, рослини, тварини і людина [9].
Друга гілка - це бактерії - прокаріотні одноклітинні організми, що не мають вираженого ядра та органел. І нарешті, третя гілка - одноклітинні організми, іменовані археями, або архебактерії, клітини яких мають таку ж будову, як і у прокаріотів, але зовсім іншу хімічну структуру ліпідів.
Багато архебактерии здатні виживати у вкрай несприятливих екологічних умовах. Деякі з них є Термофіли і мешкають тільки в гарячих джерелах з температурою 90 °С і навіть вище, де інші організми просто загинули б. Чудово відчуваючи себе в таких умовах, ці одноклітинні організми споживають залізо і сірковмісні речовини, а також ряд хімічних сполук, токсичних для інших форм життя. На думку вчених, знайдені термофільні архебактерии є вкрай примітивними організмами і в еволюційному відношенні - близькими родичами найдавніших форм життя на Землі.
Цікаво, що сучасні представники всіх трьох гілок життя, найбільш схожі на своїх прабатьків, і сьогодні живуть в місцях з високою температурою. Виходячи з цього, деякі вчені схильні вважати, що, найімовірніше, життя виникло близько 4 млрд років тому на дні океану поблизу гарячих джерел, вивергають потоки, багаті металами і високоенергетичними речовинами. Взаємодіючи один з одним і з водою стерильного тоді океану, вступаючи в найрізноманітніші хімічні реакції, ці сполуки дали початок принципово новим молекулам. Так, протягом десятків мільйонів років у цій "хімічної кухні"готувалося найбільше блюдо - життя. І ось близько 4,5 млрд років тому на Землі з'явилися одноклітинні організми, самотнє існування яких тривало весь докембрійський період.
У древніх викопних залишках, знайдених в Австралії, вік яких обчислюється 3460 млн. років, були виявлені структури, які вважають останками ціанобактерій - перше фотосинтезуючих мікроорганізмів. Про колишню пануванні анаеробних мікроорганізмів і ціанобактерій свідчать строматоліти, що зустрічаються в мілководних прибережних акваторіях не забруднених солоних водойм. За формою вони нагадують великі валуни і представляють цікаве співтовариство мікроорганізмів, що живе у вапнякових або доломітових породах, що утворилися в результаті їх життєдіяльності. На глибину декількох сантиметрів від поверхні строматоліти насичені мікроорганізмами: у самому верхньому шарі мешкають фотосинтезуючі ціанобактерії, що виробляють кисень; глибше виявляються бактерії, які до певної міри терпимі до кисню і не потребують світлі; в нижньому шарі присутні бактерії, які можуть жити лише у відсутність кисню. Розташовані в різних шарах, ці мікроорганізми становлять систему, об'єднану складними взаємовідносинами між ними, в тому числі харчовими. За мікробної плівкою виявляється порода, що утворюється в результаті взаємодії залишків відмерлих мікроорганізмів з розчиненим у воді карбонатом кальцію. Вчені вважають, що коли на первісній Землі ще не було континентів і лише архіпелаги вулканів височіли над поверхнею океану, мілководдя буяло строматолітами [10].
У результаті життєдіяльності фотосинтезуючих ціанобактерій в океані з'явився кисень, а приблизно через 1 млрд років після цього він почав накопичуватися в атмосфері. Спочатку утворився кисень взаємодіяв з розчиненим у воді залізом, що призвело до появи оксидів заліза, які поступово осідали на дні. Так протягом мільйонів років за участю мікроорганізмів виникли величезні поклади залізної руди, з якої сьогодні виплавляється сталь. Потім, коли основна кількість заліза в океанах піддалося окислювання і вже не могло пов'язувати кисень, він у газоподібному вигляді пішов в атмосферу.
Після того як фотосинтезуючі ціанобактерії створили з вуглекислого газу певний запас багатого енергією органічної речовини і збагатили земну атмосферу киснем, виникли нові бактерії - аероби, які можуть існувати тільки у присутності кисню. Кисень їм необхідний для окислення (спалювання) органічних сполук, а значна частина одержуваної при цьому енергії перетворюється в біологічно доступну форму - аденозинтрифосфат (АТФ). Цей процес енергетично дуже вигідний: анаеробні бактерії при розкладанні однієї молекули глюкози отримують тільки 2 молекули АТФ, а аеробні бактерії, що використовують кисень, - 36 молекул АТФ.
Дослідження копалин останків організмів в породах різного геологічного віку показали, що протягом сотень мільйонів років після виникнення еукаріотні форми життя були представлені мікроскопічними кулястими одноклітинними організмами, такими як дріжджі, а їх еволюційний розвиток протікало дуже повільними темпами. Але не набагато більше 1 млрд років тому виникло безліч нових видів еукаріотів, що позначило різкий стрибок в еволюції життя.
Три чверті усього часу існування життя на Землі вона була представлена виключно мікроорганізмами, поки не відбувся якісний стрибок еволюції, що призвів до появи високоорганізованих організмів, включаючи людину [17].
Хронологічно основні етапи еволюції можна відобразити таким чином:
• 4 млрд. років тому загадковим чином виникла РНК. Можливо, що вона утворилася з що з'явилися на первісній землі більш простих органічних молекул. Вважають, що стародавні молекули РНК мали функції носіїв генетичної інформації і білків-каталізаторів, вони були здатні до реплікації (самоудвоение), мутували і піддавалися природному відбору. У сучасних клітинах РНК не мають або не виявляють цих властивостей, але грають дуже важливу роль посередника у передачі генетичної інформації з ДНК на рибосоми, в яких відбувається синтез білків;
• 3,9 млрд років тому з'явилися одноклітинні організми, які, ймовірно, виглядали, як сучасні бактерії, і архебактерии. Як древні, так і сучасні прокаріотні клітини влаштовані відносно просто: вони не мають оформленого ядра і спеціалізованих органел, в їх желеподобним цитоплазмі розташовуються макромолекули ДНК - носії генетичної інформації, і рибосоми, на яких відбувається синтез білка, а енергія виробляється на цитоплазматичній мембрані, навколишнього клітку;
• 2 млрд років тому з'явилися складноорганізовані еукаріотні клітини, коли одноклітинні організми ускладнили свою будівлю за рахунок поглинання інших прокаріотних клітин. Одні з них - аеробні бактерії - перетворилися на мітохондрії - енергетичні станції кисневого дихання. Інші - фотосинтетичні бактерії - почали здійснювати фотосинтез всередині клітини-господаря і стали хлоропластами в клітинах водоростей і рослин. Еукаріотні клітини, що мають ці органели і чітко відокремлений ядро, що включає генетичний матеріал, складають всі сучасні складні форми життя - від цвілевих грибів до людини;
• 1200 млн років тому стався вибух еволюції, обумовлений появою статевого розмноження і ознаменувався появою високоорганізованих форм життя - рослин і тварин. Утворення нових варіацій в змішаному генотипі, що виникає при статевому розмноженні, проявилося у вигляді біорізноманіття нових форм життя.
2.2 Проблема походження життя в світі сучасних уявлень про еволюцію
Поняття "живий " - досить умовно, незважаючи на гадану очевидність. Неможливо провести чітку межу між неживим і живим. Цього не намагаються робити навіть більшість містиків, просто оголошуючи все суще живим. Якщо Бог створив світ, то все на рівних несе печатку цього творіння. Але що ж створило Бога?
Практично всі релігії так чи інакше просто ігнорують це питання, йдуть від нього. Правда, багато хто з них, все ж, так чи інакше, намагаються на нього відповісти, оголошуючи, що все відбулося з хаосу, або Бог стався від Істини або ще як-то, залучаючи якісь частково певні поняття (поняття, які, незважаючи на удаваний сенс, насправді не представимо).
Наука також принципово не може дати остаточну відповідь на даному етапі розвитку. Метод науки полягає в тому, щоб робити узагальнення емпірично достовірних фактів, хоча гіпотези, все ж таки будуються вченими, але це більшою мірою являє собою творчий процес вибору напрямки подальших досліджень [6].
Тоді яка ж може бути найбільш правдоподібна гіпотеза, яка виходить із відомого науці про першопричину всього? Звичайно ж, говорити, що це Великий вибух - нічим не більш вичерпна відповідь, ніж говорити, що це - Бог.
Великий вибух - гіпотетичний початок розширення Всесвіту, перед якими Всесвіт перебував в сингулярному стані. За уявленнями вчених, Всесвіт у її нинішньому вигляді виникла 13,7 млрд. років тому і продовжує розширюватися і охолоджуватися.
Доктор Джон К. Мазер (John C. Mather), головний астрофізик Центру космічних польотів в НАСА (NASA Goddard Space Flight Center), показав, що фонова реліктова мікрохвильова космічна радіація має спектр чорних тіл у діапазоні 50 мільйонних часток, що дозволило з надзвичайною точністю підтвердити теорію Великого Вибуху. За цю роботу доктор Мазер отримав у 2006 році Нобелівську премію з фізики, розділивши її з Джордж Смут (George Smoot) [5].
Одна з гіпотез, заснована на науковому підході це - флуктуація того Нічого, того нульового балансу взаємокомпенсованих енергій, який в гранично "в чистому вигляді" називається вакуумом. У такому разі передбачається, що вже поза Всесвітів є така властивість Нічого, в силу якого існує стан віртуального балансу "енергій" (говорити про енергії там, де не визначено час можливо, тільки маючи на увазі квантові невизначеності) і його властивості флуктуіровать (Тут слово "енергія "має на увазі якісь збурення, поляризацію нульового рівня Ніщо, періодичні осциляції обурення в усьому спектрі їх частот, суть чого наука досі ще не пізнала, те, що у разі нескомпенсірованності проявляється у вигляді, наприклад, електромагнітних хвиль.).
Ми ніяк не здатні собі уявити, що ж було до Великого вибуху тому, що не існувало нічого, з чим у нас є хоча б найменша асоціація, не існувало навіть таких властивостей світу як час і самого поняття "до того як ". Але було те велике Ніщо, що ми називаємо вакуумом, що представляє собою нескінченний спектр взаємно скомпенсованих енергій, щільність яких перевищує будь-яку мислиму щільність речовини. І не коректно задаватися питанням звідки взялися ці енергії тому, що їх насправді немає (раз вони скомпенсовані в ніщо), але якими б взаємно погашеними ці енергії не були, вони, володіючи хвильовим характером у всіх мислимих спектрах, зобов'язані час від часу виявлятися в реальності у вигляді віртуальних взаємно-протилежних пар віртуальних "часток", які тим самим з собою привносять з небуття властивості простору і часу - на зникаюче малий момент цього часу.
Великий вибух або велике об'єднання всіх взаємодій, призвів до поділу взаємодій в результаті зменшується щільності енергії та появи матерії з властивостями простору і часу [12].
Результатом еволюції неживої і живої природи, якщо прослідкувати її з самого початку, є все більше ускладнення форм речовини. І часто це викликає подив: чому є така тенденція до ускладнення? Але варто розглянути процес послідовно, і все встає на свої місця.
Спочатку були утворені найпростіші атоми водню (в іонізованому стані - це всього лише одиночний протон). Потім, в результаті ядерних реакцій виникали все більш масивні атоми і при достатньо низькій температурі поєднувалися в молекули. Молекули в принципі не можуть існувати при зоряних температурах, а при досить низьких - атоми просто не можуть не утворювати зв'язки між собою (хімікам це гранично ясно).
У кожній специфіці умов залишаються ті форми, які найбільш стабільні для них. Так, живі організми вимагають дуже вузьких меж умов, поза якими вони виявляться нестабільними. Але всередині таких умов, при всіх многовидів змін цих умов, залишаються ті форми, які найбільш відповідають змін, що відбуваються. Це те, що стало звичним називати "природним відбором", і це діє на неживе і на живе в рівній мірі [15].
Кожна форма для всіх сусідніх форм так само представляє собою умови існування, які можуть стати несумісними для існування або цілком прийнятними. І таке ускладнення умов безпосередньо призводить до служіння пристосувалися до них форм. Менш складні - виявляються нестабільними [3].
Немає нічого дивного і абсолютно немає нічого неймовірного в тому, що протягом мільярдів років існування самих різних умов, хімічні перетворення речовин поступово привели до утворення дуже складних органічних молекул, здатних до реплікації. Просто тому, що молекули, що не здатні до реплікації, продовжували видозмінюватися, а здатні до реплікації почали відтворювати саме самі себе. Але, в той же час, еволюційні зміни торкнулися і їх теж, приводячи до все більш складним утворенням, найголовніша відмінна риса яких: здатність залишатися самим собою, не дивлячись на деякі зміни зовнішніх умов.
І чим більше ускладняться умови, тим складнішими повинні бути системи, які вміють переживати ці зміни. Так, віруси володіють механізмами мутацій, які забезпечують при їх дуже невеликий тривалості життя і дуже великій кількості вірусів, здатністю ефективно продукувати такі екземпляри, які виявляються життєздатними вже у досить сильно змінилися.
Немає нічого дивного і невідомого в тому, як з простих неорганічних речовин утворюються органічні. Це легко відтворено хіміками. Ще в 1828 році Велер показав, що неорганічне речовина - ціанокислий амоній - при нагріванні перетворюється в органічну речовину - сечовину. Подібне ж перетворення йде постійно в рослинах з допомогою фотосинтезу, коли складні органічні молекули утворюються з вуглекислого газу і води.
Органічні молекули чисто умовно виділені людьми від неорганічних за принципом певного поєднання з атомами вуглецю, але ніяких принципових відмінностей між ними немає.
ВИСНОВКИ
Світова наукова спільнота стурбована посиленням в останні роки пропагандою креаціонізму. Протистояти цій пропаганді може лише популяризація досягнень біології та інших природничих наук. Але в наші дні навіть професійному вченому буває нелегко орієнтуватися в потоці нових фактів, відкриттів і концепцій. А для того, щоб дохідливо, захоплююче і разом з тим грамотно розповісти про сучасну теорію еволюції, необхідні не тільки знання, але й талант популяризатора.
Креаціоністи нерідко намагаються переконати людей у тому, що в сучасній науці існують принципові розбіжності щодо біологічної еволюції. Певні розбіжності дійсно є. Вони є в будь-якій області науки, і для науки це нормально. Але сам факт еволюції вже давно перестав бути предметом наукових суперечок. Не викликає сумнівів і існування низки відомих механізмів еволюції, зокрема природного відбору, відкриття якого в середині XIX століття і поклало початок еволюційної теорії. Мало хто з грамотних біологів сумнівається в тому, що відомі на сьогодні механізми існують і грають в еволюції велику роль. Основи еволюційної біології зовсім не є об'єктом серйозних наукових розбіжностей.
На жаль, ставлення науки і релігії не так безхмарні, як багатьом з нас хотілося б. Мабуть, це пов'язано насамперед з тим, що наукові дані буває дуже непросто співвіднести зі священними текстами про історію створення світу, життя і людини. Як, наприклад, примирити релігійне уявлення про те, що смерть прийшла в світ в результаті гріхопадіння першої людини, з палеонтологічними свідоцтвами про організми, вимерлих задовго до появи людей? Але важливо пам'ятати, що Біблія і інші священні книги - це не праці з природознавства. На відміну від наукових статей, вони не завжди припускають буквальне прочитання.
Але йти проти науки в наші дні, коли її досягнення проникають в усі сфери життя, досить складно. Чи варто відкидати наукові знання на тій підставі, що вони здаються суперечать релігії? Історія знає чимало прикладів досягнень науки, які колись здавалися суперечать релігії, але сьогодні визнано майже всіма богословами. Колись вважалося, що рай знаходиться на хмарах, а пекло - глибоко під землею. Подання про обертання Землі навколо Сонця колись здавалося богохульством, що суперечить біблійному свідченням про те, що Сонце було створено пізніше Землі і що воно одного разу (під час битви, описаної в Книзі Ісуса Навина) зупинилося на небі. Завдяки досягненням науки, які стали загальним надбанням, в наші дні вже мало хто стверджує, що рай знаходиться на хмарах і що Сонце і планети обертаються навколо Землі. Але навряд чи ці приклади повинні давати віруючій людині привід для засмучень, адже наукові відкриття робляться за допомогою розуму, який, як вчить релігія, дарований людині Богом.
Ймовірно, коли-небудь суперечки креаціоністів з еволюціоністами підуть у минуле і уявлення про те, що вік Землі становить кілька тисяч років або що природний відбір не може бути причиною еволюційних змін, будуть сприйматися як історичні дивини як погляди, що Земля плоска і лежить на трьох китах. Але для цього потрібно домогтися набагато кращого знайомства всіх і кожного з досягненнями науки.
ЛІТЕРАТУРА
1. Бернал Д. Возникновение жизни - Москва: Мир - 1969. - 391 с.
2. Вернадский В.И. Начало и вечность жизни. – М.: Республика, 1989.
3. Войткевич Г.В. Древность жизни и космохимические предпосылки ее зарождения // Геохимия. 1987. Ns 8. С. 1053-1074.
4. Войткевич Г.В. Космохимические основы зарождения жизни // 3емля и Вселенная. 1986. № 5. С. 84-90.
5. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Мысль, 2000.
6. Дубнищева Г.Д. Концепции современного естествознания: Учеб. для студ. вузов / Под ред. М. Ф. Жукова. – Новосибирск: ЮКЭА, 1999.
7. Кальвин М. Химическая эволюция. М.: Мир, 1971. 320 с.
8. Концепции современного естествознания. Серия «Учебники и учебные пособия». – Ростов н/Д, 2000.
9. Мапйглис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки. М.: Мир, 1983. 320 с.
10. Николов Т. «Долгий путь жизни», М., Мир, 1999.
11. Поннамперума С. "Происхождение жизни", М., "Мир", 1977.
12. Происхождение жизни. Наука и вера CORPUS, Издательство «Астрель», 2010.
13. Прохоров А.Л. По материалам статьи Ричарда Монастерски в журнале National Geographic, 1998 г. С. 40-65.
14. Руденко А.П. Эволюционная химия-исторический подход к проблеме происхождения жизни // Журн. ВХО им. Менделеева. 1980. Т. 25. № 4. С. 390 - 411.
15. Селье Г. От мечты к открытию. - М., 2001.
16. Советский энциклопедический словарь. - М.: Сов. энциклопедия, 2002.
17. Хрисанова Е.Н., Мажуга П.М. Очерки эволюции человека. Киев: Наук. думка.1985. 150 с.
18. Шпинар З.В. История жизни на Земле / Шпинар З.В. - Артия, Прага - 1977. - 228 с.