естественнонаучная картина мира. 3 Возникновение жизни на Земле
 Скачать 47.76 Kb.
|
|
Тема 3 Возникновение жизни на Земле. Первую научную теорию относительно происхождения живых организмов на Земле создал советский биохимик А. И. Опарин (г.р. 1894). В 1924 г. он опубликовал работы, в которых изложил представления о том, как могла возникнуть жизнь на Земле. Согласно этой теории, жизнь возникла в специфических условиях древней Земли и рассматривается Опариным как закономерный результат химической эволюции соединений углерода во Вселенной. По Опарину, процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделен на три этапа: 1. Возникновение органических веществ. 2. Образование из более простых органических веществ биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и др.). 3. Возникновение примитивных самовоспроизводящихся организмов. Теория биохимической эволюции имеет наибольшее количество сторонников среди современных учёных. Земля возникла около пяти миллиардов лет назад; первоначально температура её поверхности была очень высокой (4000 – 80000С). По мере её остывания образовались твёрдая поверхность (земная кора - литосфера). Атмосфера, первоначально состоявшая из лёгких газов (водород, гелий), не могла эффективно удерживаться недостаточно плотной Землёй, и эти газы заменялись более тяжёлыми: водяным паром, углекислым газом, аммиаком и метаном. Когда температура Земли опустилась ниже 1000C, водяной пар начал конденсироваться, образуя мировой океан. В это время, в соответствии с представлениями А. И. Опарина, состоялся абиогенный синтез, то есть в первоначальных земных океанах, насыщенных разными простыми химическими соединениями, «в первичном бульоне» под влиянием вулканического тепла, разрядов молний, интенсивной ультрафиолетовой радиации и других факторов среды начался синтез более сложных органических соединений, а затем и биополимеров. Образованию органических веществ способствовало отсутствие живых организмов – потребителей органики – и главного…окислителя…–…кислорода. Сложные молекулы аминокислот случайно объединялись в пептиды, которые, в свою очередь, создали первоначальные белки. Из этих белков синтезировались первичные живые существа микроскопических размеров. Наиболее сложной проблемой в современной теории эволюции является превращение сложных органических веществ в простые живые организмы. Опарин полагал, что решающая роль в превращении неживого в живое принадлежит белкам. По-видимому, белковые молекулы, притягивая молекулы воды, образовывали коллоидные гидрофильные комплексы. Дальнейшее слияние таких комплексов друг с другом приводило к отделению коллоидов от водной среды (коацервация). На границе между коацерватом (от лат. coacervus – сгусток, куча) и средой выстраивались молекулы липидов – примитивная клеточная мембрана. Предполагается, что коллоиды могли обмениваться молекулами с окружающей средой (прообраз гетеротрофного питания) и накапливать определённые вещества. Ещё один тип молекул обеспечивал способность к самовоспроизведению. Система взглядов А. И. Опарина получила название «коацерватная гипотеза». Теория была обоснована, кроме одной проблемы, на которую долго закрывали глаза почти все специалисты в области происхождения жизни. Если спонтанно, путем случайных безматричных синтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкции белковых молекул (например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимущество данному коацервату в росте и размножении), то как они могли копироваться для распространения внутри коацервата, а тем более для передачи коацерватам-потомкам? Теория оказалась неспособной предложить решение проблемы точного воспроизведения - внутри коацервата и в поколениях - единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Концепция самопроизвольного зарождения жизни Данная концепция также зародилась давно и долгое время была единственной альтернативной креационизму. Идея о самопроизвольном зарождении жизни появилась в результате повседневных наблюдений за тем, как в мусорных кучах, гниющих отбросах постоянно появляются личинки, черви, мухи. Поскольку о существовании микроорганизмов в те далекие времена не было ничего известно, то считалось, что все низшие организмы появляются путём самозарождения. Ученые Средневековья, например, допускали, что рыбы могли зародиться из ила, мыши — из грязи, мухи — из мяса и т.д. Подобных взглядов придерживались многие известные ученые (Аристотель, Парацельс, Коперник, Галилей, Декарт и др.), благодаря авторитету которых концепция самопроизвольного зарождения жизни смогла существовать так долго. Однако начиная с XVII в. стали накапливаться данные, противоречащие такому пониманию происхождения жизни. В 1668 г. итальянский естествоиспытатель и врач Ф. Реди провел серию опытов, которыми доказал, что белые черви в гниющем мясе есть не что иное, как личинки мух. Его опыты были простыми и убедительными. В несколько сосудов он положил кусочки мяса. Часть этих сосудов он оставил открытыми, а часть прикрыл материей, пропускающей воздух. Вскоре в первых сосудах появились личинки мух, а в прикрытых сосудах их не было. Тем самым он доказал невозможность самозарождения червей из гниющего мяса в отсутствие мух. В результате проведенных опытов Реди сформулировал свой знаменитый принцип: «Все живое — от живого». Поэтому Реди стал основоположником концепции биогенеза, утверждавшей, что жизнь возникает только из предшествующей жизни. Несмотря на убедительность опытов Реди, споры вокруг этой теории продолжались вплоть до середины XIX в., когда знаменитый французский ученый Луи Пастер своими простыми и оригинальными опытами окончательно доказал невозможность самозарождения простых организмов. Опыты Пастера продемонстрировали, что микроорганизмы появляются в органических растворах в силу того, что туда были ранее занесены их зародыши. Если же сосуд с питательной средой оградить от занесения в него микробов, проведя стерилизацию (пастеризацию), то никакого самозарождения не произойдет. Опыты Пастера подтвердили принцип Реди и показали научную несостоятельность концепции спонтанного самозарождения организмов. Но, опровергнув эту концепцию, Пастер, к сожалению, не предложил никакой другой идеи. Поэтому в середине XIX в. наука не могла ничего сказать о том, как возникла жизнь на Земле. Концепция самозарождения жизни, несмотря на свою ошибочность, сыграла позитивную роль в развитии естествознания, поскольку опыты, призванные подтвердить ее, помогли получить богатый эмпирический материал для развивающейся биологической науки. Концепция панспермии Практически одновременно с опытами Пастера немецким ученым Г. Рихтером была высказана гипотеза о занесении живых существ на Землю из космоса, получившая позднее название концепции панспермии (от греч. pan — весь,sperma — семя). Согласно этой гипотезе жизнь в виде «семян» широко распространена в космосе, откуда зародыши простых организмов могли попасть в земные условия вместе с метеоритами и космической пылью и дать начало эволюции всего живого, породив таким образом все многообразие земной жизни. То есть данная теория допускала возможность возникновения жизни в разное время в разных частях Галактики и перенесения ее на Землю тем или иным способом. Основную идею концепции панспермии разделяли крупнейшие ученые конца XIX в. У. Томсон (барон Кельвин), Г. Гельмгольц, В.И. Вернадский и др. В 1908 г. шведский химик С. Аррениус выдвинул схожую гипотезу происхождения жизни из космоса. Он высказал мысль, что зародыши жизни вечно существуют во Вселенной, движутся в космическом пространстве под влиянием световых лучей и, оседая на поверхности планет, дают начало жизни на них. Жизнь на нашей Земле начала свое развитие тогда, когда на нее из Космоса попали зародыши жизни. Концепция панспермии была поддержана многими известными учеными, что способствовало ее широкому распространению. Довольно большое число сторонников имеет эта концепция и в наши дни. Так, американские астрономы, изучая газовую туманность, отстоящую от Земли на 25 тысяч световых лет, нашли в ее спектре следы аминокислот и других органических веществ. В начале 1980-х гг. американские исследователи обнаружили в Антарктиде осколок породы, выбитой когда-то с поверхности Марса крупным метеоритом. При помощи электронного микроскопа в этом камне были обнаружены окаменевшие останки микроорганизмов, похожие на земные бактерии. Это говорит о том, что в прошлом на Марсе существовала примитивная жизнь, может быть, она есть там и сейчас. Тем не менее, серьезных аргументов в пользу концепции панспермии нет. При этом существуют серьезные доводы против нее. Дело в том, что, хотя спектр возможных условий для существования живых организмов достаточно широк, все же считается, что они должны погибнуть в космосе под действием ультрафиолетовых и космических лучей. Были попытки опровергнуть это положение. Так, голландский ученый М. Гринберг считал, что на нашу планету жизнь была занесена кометами. По его мнению, живые клетки зародились в газовых хвостах комет. Поэтому он попытался воспроизвести в лабораторных условиях кометную среду. Для этого Гринберг охладил смесь метана, окиси углерода и воды до температуры —269°С и подверг ультрафиолетовому облучению. В результате он получил сложные органические соединения. Однако опыты Гринберга не изменили мнения большинства ученых. Космическая гипотеза возникновения жизни получила продолжение в настоящее время в исследованиях Ф. Хойла, предположившего, что микроорганизмы образуются в космическом пространстве, захватываются кометами и рассеиваются в пространстве планет, мимо которых они пролетают. Но предопределенность такого возникновения жизни чрезвычайно мала, а одна только возможность — это не самое главное условие для зарождения живого в Космосе или на Земле. Некоторая часть ученых склоняется к версии о «направленной» панспермии. Она довольно неплохо изложена в произведениях некоторых писателей-фантастов. Суть ее — в признании существования некой галактической сверхцивилизации сеятелей, которые создают и распространяют семена жизни по разным планетам. Среди ее сторонников — английский профессор Ф. Крик, один из первооткрывателей структуры гена, предложивший свою гипотезу еще в 1971 г. К сожалению, при всей своей привлекательности эта версия не выдерживает строгой научной критики, у нас нет ни одного довода в ее пользу. Кроме того, все существующие варианты концепции панспермии в конечном счете не решают проблемы происхождения жизни. Они лишь выносят ее за пределы Земли, однако оставляют открытым вопрос: если жизнь была занесена на Землю из космоса, то где и как она возникла там? Концепция стационарного состояния Сторонники теории вечного существования жизни считают, что Земля никогда не возникала, а существовала вечно, и вместе с ней всегда существовали различные виды живого. При этом какие-то из видов при изменении условий окружающей среды вымерли, какие-то переместились в новые биологические ниши, а какие-то резко поменяли численность. Большая часть аргументов в пользу этой теории основана на исследованиях палеонтологов, выявивших исчезновение некоторых видов животных в процессе эволюции, отсутствие следов переходных звеньев между разными видами живого и все более высокими оценками возраста Земли. Именно поэтому сторонники теории стационарного состояния заявляют, что жизнь на Земле никогда не возникала, а существовала всегда. В разные геологические эпохи менялись лишь формы жизни. Также они считают, что и виды животных никогда не возникали, а также существовали всегда, что у каждого вида есть лишь две возможности существования: изменение численности или вымирание. Строго говоря, данную теорию нельзя относить к концепциям происхождения жизни, поскольку вопрос о происхождении жизни в ней принципиально не стоит: жизнь рассматривается как вечно существующая. Концепция креационизма Концепция креационизма имеет самую длинную историю, так как практически во всех религиях возникновение жизни рассматривается как акт Божественного творения, свидетельством чего является наличие в живых организмах особой силы, которая управляет всеми биологическими процессами. Процесс божественного сотворения мира и живого недоступен для наблюдения, и божественный замысел недоступен человеческому пониманию. Интересно в креационизме был решен вопрос о продолжительности акта творения мира. В Библии сказано, что Бог сотворил мир в шесть дней. Некоторые христианские теологи верят, что это были обычные дни по 24 часа. Другие богословы относились к библейским текстам как к аллегориям и считали, что каждый день творения занимал тысячу лет. Но во всех случаях рассуждения о происхождении жизни базируются лишь на вере в библейские откровения, сомневаться в которых нельзя. Научные же истины в соответствии с принципом фальсификации всегда подвергаются сомнению. Таким образом, концепция креационизма, по существу, научной не является, ведь она возникла в рамках религиозного мировоззрения. Она утверждает, что жизнь такова, какова она есть, потому что такой ее сотворил Бог. Тем самым практически снимается вопрос о научном решении проблемы происхождения жизни, так как все религии требует принимать это положение на веру, без доказательств. Тем не менее, концепция креационизма продолжала и продолжает пользоваться довольно большой популярностью. Отличие живого от неживогозаключается в нескольких фундаментальных направлениях: вещественном, структурном и функциональном планах его изучения. В вещественномплане в состав живого обязательно входят высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, — белки, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). В структурномплане живое отличается от неживого клеточным строением. В функциональномплане для живых тел характерно воспроизводство самих себя, вернее самовоспроизводство. Живые тела отличаются от неживых также наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, активной регуляцией своего состава и функций, способностью к движению, раздражимостью, приспособленностью к среде и т. д. Однако имеются переходные формы от нежизни к жизни Тема 4 Происхождение человека Проблема антропогенеза — возникновения человека — представляет большой научный интерес и вызывает жаркие споры среди ученых. Причина этому, с одной стороны, — огромное методологическое значение материалистического решения вопроса о происхождении человека, а с другой — возможность проследить, как закономерности органической эволюции, действующие на уровне биологической формы движения материи, уступают место иным, связанным с возникновением социальной формы движения материи. Социальные факторы антропогенеза (трудовая деятельность, общественный образ жизни, речь и мышление) приобрели важное значение в эволюции человека, что позволяет говорить об антропосоциогенезе. Это означает, что становление социальной формы движения не отменило действия биологических законов, а лишь изменило их проявление. Человек как предмет естественно-научного познания может рассматриваться в трех аспектах: 1) происхождение; 2) соотношение в нем естественного и гуманитарного; 3) изучение специфики человека методами естественно-научного познания. Первое направление, традиционно называемое антропологией, изучает, когда, от кого и как произошел человек и чем он отличается от животных; второе направление — социобиология — изучает генетическую основу человеческой деятельности и соотношение физиологического и психического в человеке; к третьему направлению относится изучение естественно-научным путем мозга человека, его сознания, души и т. п. Рассмотрим первое направление. Как и в вопросе происхождения Вселенной и жизни, существует представление о божественном творении человека. "И сказал Бог: сотворим человека по образу и подобию нашему... И сотворил Бог человека по образу своему". Во многих первобытных племенах были распространены представления о том, что их предки произошли от животных и даже растений (тотемы). В античности высказывались мысли о естественном происхождении людей из ила (Анаксимандр). Тогда же заговорили о сходстве человека и обезьяны (Ганнон из Карфагена). В настоящее время в связи с ажиотажем вокруг НЛО в моду вошли версии о происхождении человека от внеземных существ, посещавших Землю, или даже от скрещивания космических пришельцев с обезьянами. Но в науке с XIX в. господствует вытекающая из теории эволюции Дарвина концепция происхождения человека от единых высокоразвитых предков современных обезьян и человека. Она получила в XX в. генетическое подтверждение, поскольку из всех животных по генетическому аппарату ближе всего к человеку оказались шимпанзе. Проблема возникновения человека ныне рассматривается, во-первых, как проблема возникновения видовой специфичности человека. Под критериями человека понимается фундаментальное свойство, в котором отразилась бы специфичность человеческого общества. Сходства и отличия человека от животных Для рассмотрения проблемы антропогенеза необходимо уточнить, каково место человека в структуре живого. Отсюда вытекают основные сходства и отличия человека от животных. Они состоят в следующем. Сходство человека с животными определяется, во-первых, вещественным составом, строением и поведением организмов. Человек состоит из тех же белков и нуклеиновых кислот, что и животное, и многие структуры и функции нашего тела такие же, как и у животных. Чем выше на эволюционной шкале стоит животное, тем ближе его сходство с человеком. Во-вторых, человеческий зародыш в своем развитии проходит те же стадии, которые прошла эволюция животного. И, в-третьих, у человека имеются рудиментарные органы, которые выполняли важные функции у животных и сохранились у человека, хотя сейчас не нужны ему (например, аппендикс, копчик и др.). Появление в процессе эмбрионального развития человека хорды, жаберных щелей в полости глотки, дорсальной полой нервной трубки, двухсторонней симметрии в строении тела определяет принадлежность человека к типу хордовых. Развитие позвоночного столба, сердце на брюшной стороне тела, наличие двух пар конечностей — к типу позвоночных. Теплокровность, развитие молочных желез, наличие волос на поверхности тела свидетельствуют о принадлежности человека к классу млекопитающих. Развитие детеныша внутри тела матери и питание плода через плаценту определяют принадлежность человека к подклассу плацентарных. Множество более частных признаков четко определяют положение человека в системе отряда приматов. Итак, с биологической точки зрения, человек — один из видов млекопитающих, относящихся к отряду приматов, подотряду высших (табл. 16.1). Однако и отличия от животных фундаментальны. К ним прежде всего относится разум. Самые высшие животные не обладают способностью к понятийному мышлению, т. е. к формированию отвлеченных, абстрактных представлений о предметах, в которых обобщены основные свойства конкретных вещей. Мышление животных, если о таковом можно говорить, всегда конкретно; мышление человека может быть абстрактным, отвлеченным, обобщающим, понятийным, логичным. Благодаря способности к понятийному мышлению, человек сознает, что он делает, и понимает мир. Вторым главным отличием является то, что человек обладает речью. У животных может быть очень развитая система общения с помощью сигналов, но только у человека есть вторая сигнальная система — общение с помощью слов. В естествознании предполагается, что речь произошла из звуков, произносимых при работе, которые потом становились общими в процессе совместного труда. Таким же путем в процессе общественного труда постепенно мог возникнуть разум. Способность к труду — еще одно фундаментальное отличие человека от животных. Только человек способен изготовлять, творить орудия труда. С этим связаны утверждения, что животные приспосабливаются к окружающей среде, а человек преобразует ее, и что в конечном счете труд создал человека. Со способностью к труду соотносятся еще два отличительных признака человека: прямохождение, которое освободило его руки, и, как следствие, развитие руки,особенно большого пальца на ней. Наконец, еще два характерных признака человека, повлиявших на развитие культуры, — использование огня и захоронение трупов. Таким образом, главные отличия человека от животных: понятийное мышление, речь, труд — стали теми путями, по которым шло обособление человека от природы. Эволюция культуры человека. Одновременно с эволюцией человека как биологического вида происходила эволюция его культуры. Культура — это исторически определенный уровень развития общества и человека, его духовных, материальных и творческих способностей, а также его взаимоотношения с окружающей средой. Культура — это все, что создано человеком, в отличие от данного ему природой. Она может быть оценена, основываясь на материале орудий труда, созданных и применяемых человеком. Каменный век — эпоха применения каменных орудий, делится на палеолит (древнекаменный век), мезолит (среднека-менный век) и неолит (новокаменный век). В нижний палеолит (австралопитек и "Человек прямоходящий") было преобладание галечных орудий, ручных рубил; в средний палеолит (неандерталец) было преобладание орудий из отколотых частей камня; в верхний палеолит (от 38 тыс. лет) появилось пещерное искусство у "Человека разумного". В мезолите (среднекаменный век) преобладал охотничье-собирательный тип общественного устройства. В неолите (новокаменный век) — 9-6 тыс. лет тому назад, получившем название неолитической революции, произошло одомашнивание диких животных, переход к выращиванию растений и оседлому образу жизни. Из охотничье-собирательного хозяйство превратилось в производящее скотоводческо-землед ельческое. Виды домашних животных и культурных растений, выведенные с помощью искусственного отбора и гибридизации, гончарное производство, ткачество, металлургия и другие результаты неолитической революции широко используются и сейчас. Следующие стадии культуры сведены в так называемую систему "трех веков" — медный, бронзовый, железный.Они имели каждый свою датировку, но потом выяснилось, что это скорее стадии развития отдельной культуры, и их время зависит от времени развития данной культуры. Последовательность смены "веков" не везде соблюдается, и в целом данная схема ныне признается неудовлетворительной, хотя ничего лучшего пока не предложено. В частности, считается, что развитие цивилизации идет через подражание. В традиционных обществах подражают старикам, и такое общество консервативно и мало способно к развитию. В прогрессивных обществах подражают талантливым, и такое общество способно к более быстрому развитию. Для нормального развития необходимы кризисы, которые требуют напряжения сил общества для соответствующего ответа на вызов ситуации. Человек достигает цивилизованного состояния не вследствие биологических дарований (наследственности) или легких условий географического окружения, а в процессе удачного реагирования на вызов ситуации особой трудности, воодушевляющей на беспрецедентное усилие. Прогресс общества определяется ответом на вызов объективных условий существования. Способность хранить и перерабатывать информацию принадлежит к числу наиболее важных свойств живых систем. В ходе биологической эволюции эта способность необычайно усилилась, качественно и количественно. В живых системах используются главным образом три формы информации:
Эти три формы информации образовались последовательно, одна за другой, в ходе эволюции. Хранение генетической информации началось с возникновением жизни на Земле 3-4 млрд лет назад и быстро развивалось, пока примерно через 10 миллионов лет после возникновения земноводных, пресмыкающихся и млекопитающих не вышло на плато на уровне около 1010 битов генетической информации. Человечество также существует как биологический вид и как социальный феномен благодаря трем каналам информации. Первый — генетический — присущ всей живой природе. Материальным его носителем является ДНК. Совокупность генов в организме (геном) и в популяции (генофонд) нестабильны. Мутационный процесс меняет признаки организма случайно, не интересуясь их судьбой. Второй источник изменчивости генов — генетическая перекомбинация при скрещивании. В каждом новом поколении появляются новые комбинации, порождающие новые фенотипы. Не выдержавшие испытания носители неудачных признаков относительно редко оставляют потомство и уступают место более устойчивым организмам. Следующее поколение будет немного иным, чем прежнее. Так идет биологическая эволюция — за счет контролируемых средой изменений в генетическом канале передачи информации. Второй канал информации у человека сохраняется в нервной системе и в головном мозге. Количество информации, хранящейся в нервной системе и в головном мозге, прежде было на много порядков меньше. Лишь с появлением земноводных количество этой информации становится сравнимым с количеством генетической информации, а с появлением млекопитающих и особенно человека количество информации, хранящейся в нервной системе и в головном мозге, превосходит количество генетической информации на много порядков. Человек располагает около 1010 битами генетической информации и более 1013 битами информации в головном мозге и нервной системе, причем обладает еще доступом к еще большему количеству экстрасоматической информации в библиотеках и других хранилищах. История эволюции хранения информации в живых существах наглядно представлена на рис. 16.2. Третий канал информации, существующий у человечества и в развитом виде только ему присущий, — лингвистический. В устной речи информация кодируется звуками (фонемами), которые объединяются в слова, а слова — в предложения. С незапамятных времен по этому каналу передавались сведения о простейших способах выжить, потом обряды и обычаи, 412  технологии и религии, философские учения, производственные отношения и политические системы. Во втором канале, как и в первом, от поколения к поколению накапливаются изменения. Есть в этом канале и аналог генетической рекомбинации — новые идеи рождаются на стыке информации языков, культур. Внешней средой для второго канала являются условия среды — отношения людей между собой. |