Опарин холдейн егэ

Теория креационизма (лат. creatio — творение)

С самого раннего момента своего появления человечество наделяло природу особыми свойствами: существовал тотемизм — поклонение
какому-либо животному или растению как своему мифическому защитнику. С течением времени появились монотеистические религии,
в которых утверждалось, что настоящий мир создан творцом в результате акта сверхъестественного творения.

За всю историю существования человечества сторонниками этой теории не было приведено ни одного подтверждающего доказательства.
Справедливо отметить, что и опровергнуть эту теорию невозможно. Основополагающим моментом здесь являются не факты, а вера.

Теория стационарного состояния

Согласно данной теории, жизнь никто и ничто не создал(о) — жизнь, как и Вселенная, существует вечно, не имея точки начала и
конца. Отдельные тела в этой системе — галактики, звезды, небесные тела и живые организмы — рождаются и умирают.

Теория панспермии (греч. pan — всё и sperma — семя)

После формирования и остывания нашей планеты на ее поверхности сложились условия благоприятные для развития жизни.
Теория панспермии гласит о том, что жизнь на нашу планету была занесена извне, из космоса с падением метеороида или астероида.
На Землю попали зачатки живого — споры бактерий, вирусы.

Теория самозарождения

Сторонники этой теории считали (или считают, если такие еще остались)), что жизнь способна самозарождаться из неживого. Еще
Аристотель считал, что личинки, из которых появляются мухи, самозарождаются в гниющем мясе. Эти представления были довольно
долго распространены и популярны.

Особое внимание обратим на витализм (лат. vitalis — жизненный) — учение о существовании нематериальной сверхъестественной
жизненной силы, управляющей жизненными явлениями. Витализм и теория самозарождения тесно взаимосвязаны.

Особенно активно эти идеи обсуждались в конце XVI века, когда апогея достигла легенда о гомункулусе. Свой рецепт «приготовления»
гомункулуса Парацельс описывает так: «Возьмите сперму и заставьте ее гнить 7 суток в запечатанной тыкве, а затем в течение 40
недель в лошадином желудке, ежедневно добавляя кровь. В результате произойдет живой ребенок, как дитя, родившееся от женщины».

Кажется что-то таинственное и магическое скрыто за этими древними строками, однако это всего лишь остроумная шутка, на которую
попались многие, даже из числа наших современников. Первым аргументированно попытался опровергнуть теорию самозарождения
жизни Франческо Реди в 1668 году.

Опыт Франческо Реди состоял в доказательстве того факта, что в плотно закрытых банках, куда не могут попасть мухи, не развиваются и
черви — их личинки. В таких банках мясо гниет, но не «производит» червей. Ранее Уильям Гарвей, английский медик, постулировал: «Все
живое происходит из яйца».

Казалось бы, теория самозарождения опровергнута — точка. Но хитрые виталисты обвинили Франческо Реди в том, что закрыв
банки тканью, он предотвратил доступ в них жизненной силе, и, естественно, жизнь в них не зародилась. Так что теория
самозарождения пошатнулась, не более, но выстояла этот удар.

Лишь спустя почти 200 лет — в 1862 году — Луи Пастер нанес сокрушительный удар по виталистам, окончательно развенчав теорию
самозарождения. Пастер кипятил в S-образной колбе молоко, в котором находились микроорганизмы. После кипячения
колбы оставляли на открытом воздухе. За счет S-образной колбы бактерии оседали на стенках, не достигали молока: процессы брожения и гниения не начинались.

Это был сокрушительный удар по виталистам! Они не могли обвинить Пастера, как Франческо Реди, в том, что жизненная сила
не проникает в колбу, так как просвет S-образной колбы сообщался с внешней средой. Таким образом, Луи Пастер доказал, что
зарождение микроорганизмов в гниющих бульонах не является самозарождением жизни, а возникает только при непосредственном
сообщении бульона с воздухом.

В честь Луи Пастера процесс тепловой обработки пищевых продуктов называется пастеризацией. Она представляет собой нагревание
жидких продуктов до 60-70 °C в течение 60 минут, в результате чего болезнетворные микроорганизмы погибают. Это позволяет сохранить продукты свежими на долгое время.

Гипотеза А.И. Опарина абиогенного происхождения жизни

Одним из первых в 1924 году научно пытался обосновать появление жизни на земле советский ученый Опарин, а через 5 лет в — 1929
году — Дж. Холдейн. Согласно теории Опарина, жизнь
представляет собой закономерный этап эволюции химических соединений — молекулярных преобразований, их полимеризации,
возникновение более сложных по строению веществ. Процессы возникновения жизни по Опарину делятся на 3 этапа:

• Возникновение органических веществ из неорганических. Образование первичного бульона
• Усложнение строения веществ (появление белков, нуклеиновых кислот). Формирование коацерватов — капель с большой
  концентрацией коллоида
• Возникновение самовоспроизводящихся организмов, появление в них матричного синтеза на основе РНК, затем и ДНК

В результате таких преобразований из первичного бульона возникли первые прокариотические клетки.

Теорию Опарина и Холдейна подверглась проверке на практике. Первые эксперименты провел С. Миллер, пытавшийся синтезировать
органические вещества из неорганических. Миллер использовал колбу, в которой непрерывно циркулировали метан, аммиак, водород
и угарный газ (CO) — когда-то составлявшие атмосферу Земли (кислород в ее составе отсутствовал).

По итогам эксперимента в системе появились аминокислоты, сахара, жиры и даже предшественники нуклеиновых кислот.

С точки зрения вероятности возникновение жизни весьма маловероятно, однако учитывая очень долгое время (1 млрд. лет от
появления Земли) вероятность такого события значительно возрастает.

Основные положения

Теория Опарина о происхождении жизни на Земле базируется на ряде важнейших принципов. Жизнь на планете, согласно взглядам отечественного ученого, зарождалась в три этапа. Сначала возникли органические соединения как таковые. Далее произошло образование белков, полисахаридов и липидов, то есть полимерных соединений. Наконец, процесс завершился появлением примитивных, но уже способных к воспроизводству, живых организмов.

Вторая особенность гипотезы — согласно ей, биологической (биогенной) эволюции предшествовала химическая, которая стала основной причиной появления сложных веществ. Сущность процесса:

1. На формирование сложных соединений оказала влияние атмосфера Земли, лишенная кислорода, а также разряды молний и УФ-лучи солнца.
2. Органические вещества стали основой появления биополимеров, которые, в свою очередь, использовались для образования примитивных форм жизни (пробионтов).
3. Когда в пробионтах появились нуклеиновые кислоты, они получили возможность передавать наследственную информацию и усложняться в следующих поколениях.
4. Результат естественного отбора — выжить смогли лишь те организмы, которые оказались способными к воспроизводству.

Положения теории вполне логичны и вытекают одно из другого. Однако важно понимать то, какая проблема не была решена гипотезой Опарина. Дело в том, что пробионты (или проклетки, прообраз современных клеток) по сей день не изучены досконально. Поэтому непонятно, что именно побудило скопление полимеров перейти от нежилого состояния к дыханию, питанию и воспроизводству.

История и эксперименты

Как и любая другая теория происхождения жизни, гипотеза Опарина подвергалась критике оппонентов и формулировалась в течение продолжительного времени. Прежде всего, основные положения академик опубликовал в труде «Происхождение жизни», в котором предположил, что растворенные в жидкости биополимеры под воздействием внешних условий оказываются способными к образованию коацерватов или коацерватных капель.

Они представляют собой средоточие органического вещества, отделенного от внешней среды посредством мембраны и способное поддерживать обмен с нею. Данный процесс представляет собой предшествующую стадию коагуляции — соединения мельчайших частиц воедино.

Именно эти два процесса являются причиной образования из «первичного бульона» (термин введен в научный обиход академиком) аминокислот. А они, в свою очередь, стали основой всего живого.

Интересно, что независимо от Опарина данным вопросом начал заниматься британский биолог Джон Холдейн, также интересовавшийся зарождением жизни на Земле. Однако во взглядах двух исследователей можно отметить разницу: Холдейн полагал, что в «первичном бульоне» образовывались не коацерваты, а макромолекулярные вещества, также способные к воспроизводству. Таким образом, первичными веществами были нуклеиновые кислоты, а не белки.

Последующая разработка

Следующий этап развития теории — опыты и исследования американского химика Стэнли Миллера, который заинтересовался данным вопросом еще в студенческие годы. Ему удалось воссоздать искусственную среду и получить из неживой материи аминокислоты. Суть эксперимента:

1. В колбах, связанных между собой, были имитированы условия планеты.
2. Колбы заполнили аммиаком, водородом и монооксидом углерода — смесью газов, которые составляли атмосферу Земли раннего периода.
3. Часть системы составляла кипящая вода, пары при этом подвергались воздействию имитирующих молнию разрядов электричества.
4. После охлаждения пар накапливался в нижней трубке в виде конденсата.
5. Через неделю непрерывного процесса в колбе удалось обнаружить сахара, липиды и аминокислоты.

Однако эксперимент Миллера до сих пор критикуется представителями научного мира и не признается доказательством достоверности гипотезы Опарина и Холдейна.

Еще один виток в развитии теории — книга «Эгоистичный ген», изданная Ричардом Докинзом, британским исследователем-биологом, в 1979 году. Здесь ученый предположил, что изначально в первичном бульоне самообразовались способные к воспроизводству молекулы, которые постепенно заполнили океан.

Отличия взглядов и вклад в науку

Рассмотрев основные положения теории Опарина, можно отметить, что они с Холдейном дошли до сходных идей вне зависимости друг от друга. Однако в гипотезах двух ученых имеются и некоторые различия. Основное из них — разное представление о том, какие именно изначальные элементы стали источниками зарождения жизни. Согласно взглядам Опарина, это были белки, Холдейн же полагал, что основную роль сыграли нуклеиновые кислоты.

Другое различие:

1. Русский исследователь — создатель теории — был убежден, что самозарождение жизни из неживой материи, то есть аборигенное, было возможным исключительно в условиях древнейшей атмосферы.
2. Холдейн считал, что первичной была макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству, а не коацерватная система.

Вклад Опарина в биологию считается весомым, кратко можно отметить следующие положения. Прежде всего — это серьезная и обоснованная концепция зарождения жизни из «первичного бульона». Кроме того, ученый, действуя в непростых условиях российской действительности 20−30 годов прошлого века, изучал развитие жизни.

Суть теории

Кратко можно сформулировать основные постулаты гипотезы двух авторов: живые организмы появились на планете из неживой материи, однако для этого процесса необходимы были условия, царившие на Земле миллиарды лет назад. Сейчас представляется невозможным полностью воссоздать эту картину, ведь то, что творилось в атмосфере столь глубокой древности, может быть высказано лишь на уровне предположений.

Особенности атмосферы тех лет:

1. Отсутствие кислорода (сейчас его образуют зеленые растения, которые в тот период, конечно, не существовали).
2. Определенный температурный режим — очень жарко.
3. Наличие источников энергии.
4. Обязательное наличие воды.

Кроме того, гипотеза подразумевает и нахождение в атмосфере неорганических веществ, которые стали предшественниками органических соединений.

Согласно теории, можно выделить 5 этапов становления и развития жизни на планете, которые в наглядной форме представлены в таблице.

Этап	Основные события
Первый — 6,5−3,5 млрд лет назад	Образовалась первичная атмосфера, включающая аммиак, метан, водород, пары воды, углекислый газ и окись углерода.
Второй	Поверхность планеты охлаждается до температуры +100°C, происходит образование первичного океана за счет конденсации водяного пара. В воде растворяются газы и минеральные вещества. Все это сопровождается сильнейшими грозами. Удары молний и ультрафиолетовые радиации становятся причиной синтеза аминокислот, сахаров, азотистых соединений — простых органических образований.
Третий	Формирование белков простейшей структуры. Коацерватов, жиров.
Четвертый — 3,5−3 миллиарда лет назад	Появление протобионтов, способных к обмену веществ и самовоспроизведению.
Пятый — 3 миллиарда лет назад	Появление организмов с клеточным строением (прокариот-бактерий)

Идея о составе первичной атмосферы планеты основана на данных других наук, а также анализе оболочек иных планет Солнечной системы. Кроме того, доказательства второй и третьей стадии удалось получить в ходе многочисленных экспериментов по синтезированию жизни.

Развитие и доказательства

Теории происхождения жизни на планете принято подразделять на две большие группы: биогенез — все живое произошло от живого и абиогенез — живая материя образовалась из неживой. Гипотеза Опарина-Холдейна относится ко второму классу. В настоящее время современные исследования позволили несколько видоизменить и дополнить ее.

Сейчас большая часть исследователей полагает, что сначала у организмов возникла способность к самовоспроизведению, а лишь потом — к обмену веществ. Именно самовоспроизведение является основой передачи полезных качеств представителям нового поколения, то есть важнейшим составляющим эволюции в целом и естественного отбора в частности.

Выделяют также и дополнительные источники энергии, под воздействием которого сформировались первые живые организмы. Кроме разрядов молний и УФ-лучей, к ним относят:

• естественную радиоактивность;
• вулканические извержения;
• солнечный ветер.

Все это помогло образованию химических связей. Изменились и представления ученых о составе атмосферы раннего периода, поскольку появились новые объективные данные. В частности, удалось установить, что концентрация углекислого газа была гораздо меньшей, чем полагали авторы гипотезы. Атмосфера планеты очень напоминала ту, которая сейчас наблюдается у Марса и Венеры: состояла в основном из углекислого газа и азота, другие же газы содержались в ней в весьма малой концентрации. Новые данные заставили повторить эксперимент Миллера, однако в его системе указанные вещества не повлекли за собой появления органики.

Сейчас теория о первоисточнике жизни, который автор решил назвать «первичным бульоном», считается устаревшей. На смену ей пришли гипотеза «первичной пиццы» (в соответствии с которой живые организмы появились на минеральных подложках при периодическом высыхании последних) и «первичного майонеза» (выдвинуть ее решил Гарольд Моровиц, суть: клеточные мембраны, а точнее, их примитивные аналоги, существовали до того, как появилась способность к самовоспроизводству).

Кроме того, удалось выявить определенные свойства «первичного бульона», которые делают его неподходящей средой для зарождения жизни:

1. В водной среде белки обладают неустойчивостью, поэтому велик риск их распада. На безжизненной планете для образования соединений аминокислот требовалось избавление от воды, с этой целью можно было использовать лагуны, заливы, а также вулканические районы.
2. «Первичный бульон» лишен границ, вот почему, несмотря на наличие мембран, первичные аминокислоты «растекались», передавая свои клетки соседним, что делало процесс самовоспроизводства невозможным.

Несмотря на выявленные современными исследователями недостатки, гипотеза Опарина и Холдейна стала важнейшим шагом в изучении особенностей появления первых живых организмов на планете. Ученым удалось создать четкую концепцию, которая в дальнейшем стала основой для множества теорий аборигенного зарождения жизни, их отправной точкой.

Абиогенез, или возникновение жизни, – в широком смысле это процесс, в ходе которого неживая материя каким-то образом превращается в живую. Если сузить понятие «абиогенез», то речь пойдет о спонтанном создании в природе органических соединений из неорганических. И противоположным процессом здесь будет панспермия
– «прибытие» на Землю (или на другую молодую, безжизненную планету) органических соединений и даже живых организмов из коcмического пространства, из других миров. Панспермия соответствует биогенезу
(живое появилось из другого живого).

Конечно, человека издавна интересовало – как появляется живое, жизнь? Если не по воле божества, то каким образом? Можно выделить следующие основные гипотезы происхождения жизни:

1.      Креационизм.

2.      Гипотеза стационарного состояния жизни.

3.      Гипотеза самозарождения жизни.

4.      Гипотеза панспермии.

5.      Гипотеза биохимической эволюции или «первичного бульона».

Креационизм
– гипотеза религиозная, философская, но никак не научная (несмотря на то, что в некоторых школах США, например, предпринимаются решительные попытки заменить преподавание теории Дарвина «научным» креационизмом). Сторонники креационизма верят в то, что Земля и всё живое на Земле были созданы одномоментно Творцом. Они даже согласны признать эволюцию – но уже для «готовых» существ, как стадии их развития.

Гипотеза стационарного состояния жизни, или же этернизм, столь же далека от научности. Ее выдвинул немецкий физиолог Тьерри Уильям Прейер в 1880 году. Адепты этернизма верили в то, что Вселенная, планета Земля и живые организмы в том виде, в котором мы их наблюдаем, существовали всегда. Ни первая, ни вторая теория никак не соотносятся с данными археологии, геологии, генетики и прочих наук – но их защитникам это никогда не мешало.

Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни

Гипотеза эта предполагала, что внезапно где-то могли зародиться уже готовые живые существа, сложные организмы: рыбы из ила, черви из почвы, мыши из старых тряпок, мухи из гнилого мяса, птицы и животные из плодов. Эта гипотеза была очень распространена в древнем мире от Китая до Греции, ее разделял Аристотель, основатель биологии. Он считал, что есть некое «активное начало», которое способно из ничего создать живой организм. Оно может действовать и в оплодотворенном яйце, и в тине, и в гниющем мясе. Например, Аристотель выяснил, что угри не имеют икры или молок и сделал вывод, что угри образуются из ила, который возникает от трения взрослой рыбы о дно. Конечно, ученый ошибался – в реальности угорь несколько лет проводит в реке (без икры и созревших молок), а потом, во время нереста, мигрирует в море, на дне откладывает свою икру и погибает.

Гипотеза «продержалась» до середины XVII века, до начала эпохи скептиков-естествоиспытателей. Зашаталась она под грузом открытия голландца Антони ван Левенгука, который с помощью линз обнаружил крошечных «животных» (микроорганизмы) в дождевой воде. Задумавшись, откуда они там берутся, Левенгук провел опыт – набрал в чистую посуду дождевую воду, в которой не увидел никаких «животных», дал ей какое-то время постоять… И обнаружил, что вода кишит организмами. Получается, они не упали с неба, но откуда они взялись, было непонятно. А наука между тем все еще верила Аристотелю.

Итальянский врач Франческо Реди был старшим современником Левенгука. Его опыт (в 1668 году) нанес первый удар по гипотезе самозарождения жизни. Он затянул сосуд с сырым мясом кисеей и дал мясу испортиться, сгнить. Мухи там не самозародились – как мы понимаем, потому что насекомые не могли проникнуть к мясу и отложить личинки. Во второй, открытый сосуд, мухи залетели и отложили яйца, из которых вышли личинки. По сути, опыт Реди подтвердил концепцию биогенеза. Но сторонники гипотезы самозарождения считали такой опыт неубедительным – ведь в сосуд, защищенный тканью, не может пробраться «жизненная сила», нужная для самозарождения жизни!

Следующим на «бой» вышел итальянский ученый Ладзаро Спалланцани. Во второй половине XVIII века он взялся доказать, что в тщательно прокипяченной и помещенной в накрепко закрытый сосуд, микробы зародиться не могут. Спалланцани поместил в чистые сосуды различные семена, залил их водой, запаял горлышки сосудов, прокипятил содержимое в течение часа и оставил в покое на несколько дней. Кстати, Спалланцани подготовил и другую партию сосудов, недолго прокипяченных, горлышки которых были просто заткнуты пробками. В результате, в первой партии он не обнаружил никаких микроорганизмов, а во второй они кишели, – попав из воздуха через плохо притертые пробки. Похожие опыты примерно в то же время проводил русский ученый, врач Мартын Матвеевич Тереховский, работавший над стерилизацией.

Однако верные сторонники гипотезы самозарождения вновь были не согласны – дескать, герметичное закупоривание сосудов мешает проникновению в них «жизненной силы», а кипячение даже может ее уничтожить. Гипотеза просуществовала до середины XIX века, до открытия Луи Пастера, который дал возможность «жизненной силе» проникнуть в сосуд и все-таки окончательно опроверг идею самозарождения!

В начале 1860-х годов Пастер проделал красивый опыт. Он поместил прокипяченную, стерильную питательную среду в сосуды с очень узким и сложно изогнутым (но все-таки открытым вовне) горлышком. Никакие микроорганизмы в этой среде не «зарождались», потому что бактерии, имеющиеся в окружающем воздухе, не могли преодолеть изгиб горлышка, так как оседали в нем. Если же горлышко удаляли, внутри очень быстро появлялись микробы. Наконец на примере колбы с изогнутым горлышком было доказано, что никакого самозарождения нет, и Луи Пастер получил высокую академическую премию.

Впрочем, решение этой проблемы (и пришедшее понимание необходимости стерилизации) не отменяло другого вопроса – не было ли первичного самозарождения жизни на планете? Если для новой жизни уже требуется живое (Пастер, как и Реди был сторонником биогенеза), и каждая клетка происходит от другой клетки (клеточная теория, 1838 год), как тогда появилась эта исходная клетка?

Гипотеза панспермии

Главная ее идея – жизнь на планету была как-то занесена из космоса: из других планетарных систем, вместе с космической пылью и метеоритами. Эта гипотеза была выдвинута в начале XX века шведским физиком Сванте Августом Аррениусом, ее сторонником также был Владимир Вернадский (который, впрочем, склонялся и к гипотезе стационарного состояния, поскольку верил, что жизнь как базовое свойство существовала всегда). Доказательств возможности панспермии немало, например, в 1996 году было опубликовано исследование о метеорите, прилетевшем к нам с Марса. В нем найдены структуры, похожие на колонии бактерий и следы жизнедеятельности этих бактерий. Да, гипотеза эта может объяснить, как жизнь пришла на Землю, но не способна ответить на вопрос, как вообще она возникла.

Гипотеза биохимической эволюции

Эта гипотеза разрабатывается и корректируется уже практически столетие. Ее основоположниками независимо друг от друга стали биохимик Александр Иванович Опарин (СССР) и биолог Джон Холдейн (Великобритания).

Согласно гипотезе, на ранних этапах существования нашей планеты (и очень долго, бесконечные миллионы лет) имел место абиогенез – процесс создания органических веществ из неорганических.

В тогдашней атмосфере было много газов, ультрафиолетовое излучение и радиация буквально обжигали Землю, не защищенную озоновым слоем, били страшнейшие молнии. В океане под воздействием этих факторов образовались органические вещества – так называемый «первичный бульон».

Опарин отдавал первенство белкам, входящих в состав коацерватов. Коацерваты – это сгустки, образованные в растворах органических веществ из белков, нуклеиновых кислот, липидов. Они не разрушались, наоборот, к ним «приклеивались» новые соединения, они росли и усложнялись. Холдейн же считал, что первична макромолекулярная система, способная к воспроизводству – нуклеиновые кислоты.

Пробионты
– белковые коацерваты, предшественники живых организмов, ставшие первыми клетками. На каком-то этапе белковые пробионты «вобрали» нуклеиновые кислоты. Это создало базовые свойства живого: способность к самовоспроизведению, сохранению и передаче наследственной информации. Поэтому пробионты теперь стали примитивными протоклетками.

Стэнли Миллер, американский химик, экспериментально подтвердил гипотезу Опарина-Холдейна. Он получил аминокислоты в смоделированных условиях. Далее во многих лабораториях абиогенно были синтезированы полипептиды, полнуклеотиды, полисахариды, липиды.

Впрочем, гипотеза Опарина-Холдейна все-таки не совершенна в глобальном отношении – пока непонятно, как в целом произошел качественный скачок от неживой материи к живой. Когда и почему во Вселенной началась химическая эволюция?