A questão da origem da vida é uma das questões mais difíceis da ciência natural moderna. No entanto, grande interesse foi rebitado a ele em todos os momentos. A dificuldade em obter uma resposta a essa pergunta está no fato de que é difícil reproduzir com precisão os processos e fenômenos que ocorreram no universo há bilhões de anos. Ao mesmo tempo, a atual diversidade de formas e manifestações de vida na Terra atrai a atenção mais próxima para esse problema. Hoje, distinguem-se as seguintes hipóteses principais para a origem da vida.

criacionismo

De acordo com essa hipótese, a vida e todas as espécies de criaturas vivas que habitam a Terra foram criadas por Deus. Além disso, a criação divina do mundo aconteceu imediatamente, de modo que o próprio processo de criação da vida não está disponível para observação no tempo. Além disso, o criacionismo não dá uma interpretação clara da origem do próprio Deus Criador e, portanto, tem caráter de postulado. O famoso naturalista sueco K. Linnaeus, bem como o notável químico russo M. V. Lomonosov, apoiaram esse dogma da origem da vida.

Hipótese de geração espontânea

Essa hipótese é um tipo abiogênese- a origem da vida a partir de matéria não viva. Essa hipótese foi uma alternativa ao criacionismo, quando o conhecimento acumulado das pessoas sobre a vida selvagem questionava a criação da vida por Deus. Os filósofos da Grécia antiga e os naturalistas da Europa medieval acreditavam no surgimento de organismos vivos da matéria inanimada. Eles acreditavam e tentavam provar que sapos e insetos começam em solo úmido, moscas em carne podre, etc. As opiniões sobre a geração espontânea de vida foram difundidas quase até o final do século XVIII. Somente em meados do século XIX. O cientista francês Louis Pasteur provou que as bactérias são onipresentes. Ao mesmo tempo, quaisquer objetos inanimados são “infectados” com eles se a esterilização não for realizada. Assim, Pasteur confirmou a teoria biogênese A vida só pode surgir de uma vida anterior. O cientista finalmente refutou o conceito de geração espontânea de vida.

Hipótese da panspermia

Em 1865, o cientista alemão G. Richter propôs uma hipótese panspermia, segundo a qual a vida poderia ser trazida para a Terra do espaço junto com meteoritos e poeira cósmica. Um defensor dessa hipótese foi o grande cientista russo, o criador da teoria moderna da biosfera, V. I. Vernadsky. Pesquisas modernas confirmam a alta resistência de alguns microrganismos e seus esporos à radiação e baixas temperaturas. Recentemente, houve relatos de que vestígios de matéria orgânica foram encontrados em meteoritos. Ao estudar o planeta mais próximo da Terra, Marte, foram encontradas estruturas semelhantes a bactérias e vestígios de água. No entanto, esses achados não respondem à questão da origem da vida.

Hipótese bioquímica da origem da vidaé o mais comum atualmente. Essa hipótese foi proposta na década de 1920. do século passado, o bioquímico russo A. I. Oparin e o biólogo inglês J. Haldane. Ele formou a base das idéias científicas sobre a origem da vida.

A essência dessa hipótese é que nos estágios iniciais do desenvolvimento da Terra houve um longo período de abiogênese. Os organismos vivos não participaram dela. Para a síntese de compostos orgânicos, a radiação ultravioleta do Sol serviu como fonte de energia. A radiação solar não foi retida pela camada de ozônio, porque não havia ozônio nem oxigênio na atmosfera da Terra antiga. Aminoácidos sintetizados, açúcares e outros compostos orgânicos foram armazenados no antigo oceano por dezenas de milhões de anos. Seu acúmulo acabou levando à formação de uma massa homogênea, que Oparin chamou de "caldo primário". Segundo Oparin, foi na "sopa primordial" que surgiu a vida.

Oparin acreditava que o papel decisivo na transformação do inanimado em vivo pertence às proteínas. São as proteínas que são capazes de formar complexos coloidais que atraem moléculas de água para si. Tais complexos, fundindo-se uns com os outros, formaram coacervados- estruturas isoladas do resto do corpo d'água.

Os coacervados possuíam algumas propriedades dos vivos. Eles poderiam absorver seletivamente a matéria da solução circundante e aumentar de tamanho - um certo aparência de nutrição e crescimento. Durante a trituração dos coacervados, novas gotas foram formadas que mantiveram as principais propriedades da formação original - aparência de reprodução. Mas para se transformar nos primeiros organismos vivos, os coacervados careciam de membranas biológicas e informações genéticas para garantir a reprodução.

O próximo passo na origem da vida foi o aparecimento das membranas. Eles podem ser formados a partir de filmes lipídicos que cobrem a superfície dos corpos d'água. Além disso, proteínas dissolvidas em água foram ligadas a essas formações lipídicas. Como resultado, a superfície dos coacervados adquiriu a estrutura e as propriedades de uma membrana biológica. Tal membrana já poderia passar algumas substâncias para dentro e não deixar outras passarem.

A associação adicional de coacervados com ácidos nucleicos levou à formação de primeiros organismos vivos autorregulados e autorreprodutores - protobiontes. Esses organismos primários primitivos eram anaeróbios e heterótrofos, alimentando-se das substâncias da "sopa primordial". Assim, após 1 bilhão de anos, segundo essa hipótese, a origem da vida na Terra estava completa.

Atualmente, destacam-se as seguintes hipóteses principais da origem da vida: criacionismo, geração espontânea, panspermia e hipóteses bioquímicas. Entre as visões modernas dos cientistas sobre a origem da vida, o lugar mais importante é ocupado pela hipótese bioquímica. Segundo ela, a vida na Terra surgiu durante um longo período de tempo na ausência de oxigênio na presença de produtos químicos e uma fonte constante de energia.

A questão da origem da vida na Terra é uma das questões mais difíceis da ciência natural moderna, para a qual não há uma resposta inequívoca até o momento.

Existem várias teorias sobre a origem da vida na Terra, sendo as mais famosas:

• teoria da geração espontânea (espontânea);
• a teoria do criacionismo (ou criação);
• teoria do estado estacionário;
• teoria da panspermia;
• teoria da evolução bioquímica (a teoria de A.I. Oparin).

Considere as principais disposições dessas teorias.

Teoria da geração espontânea (espontânea)

A teoria da geração espontânea da vida foi difundida no mundo antigo - Babilônia, China, Egito Antigo e Grécia Antiga (Aristóteles, em particular, aderiu a essa teoria).

Os cientistas do mundo antigo e da Europa medieval acreditavam que os seres vivos surgem constantemente da matéria inanimada: vermes da lama, sapos da lama, vaga-lumes do orvalho da manhã etc. Assim, o famoso cientista holandês do século XVII. Van Helmont descreveu muito seriamente em seu tratado científico uma experiência na qual ele colocou ratos em um armário escuro trancado diretamente de uma camisa suja e um punhado de trigo em 3 semanas. Pela primeira vez, o cientista italiano Francesco Redi (1688) decidiu submeter uma teoria amplamente aceita à verificação experimental. Ele colocou vários pedaços de carne em vasos e cobriu alguns deles com musselina. Em vasos abertos, vermes brancos apareceram na superfície da carne podre - larvas de mosca. Não havia larvas de moscas nos vasos cobertos com musselina. Assim, F. Redi conseguiu provar que as larvas de moscas não surgem de carne podre, mas de ovos postos por moscas em sua superfície.

Em 1765, o famoso cientista e médico italiano Lazzaro Spalanzani cozinhou caldos de carne e vegetais em frascos de vidro selados. Os caldos em frascos selados não se deterioraram. Ele concluiu que, sob a influência da alta temperatura, todas as criaturas vivas capazes de causar a deterioração do caldo morreram. No entanto, os experimentos de F. Redi e L. Spalanzani não convenceram a todos. Cientistas vitalistas (do lat. vita- life) acreditava que a geração espontânea de seres vivos não ocorre em um caldo fervido, pois nele é destruída uma “força vital” especial, que não pode penetrar em um recipiente selado, pois é transportada pelo ar.

As disputas sobre a possibilidade de geração espontânea de vida se intensificaram com a descoberta dos microrganismos. Se seres vivos complexos não podem se reproduzir espontaneamente, talvez os microorganismos possam?

A este respeito, em 1859, a Academia Francesa anunciou a atribuição de um prémio a quem decidisse finalmente a questão da possibilidade ou impossibilidade de geração espontânea de vida. Este prêmio foi recebido em 1862 pelo famoso químico e microbiologista francês Louis Pasteur. Assim como Spalanzani, ele fervia o caldo nutriente em um frasco de vidro, mas o frasco não era comum, mas com um gargalo em forma de tubo em formato de 5. O ar e, portanto, a "força vital", podia penetrar no frasco, mas o pó e, com ele, os microrganismos presentes no ar, pousavam no cotovelo inferior do tubo em forma de 5, e o caldo no frasco permanecia estéril. (Figura 1). No entanto, valeu a pena quebrar o gargalo do frasco ou enxaguar o joelho inferior do tubo em forma de 5 com caldo estéril, pois o caldo começou a ficar rapidamente turvo - microorganismos apareceram nele.

Assim, graças ao trabalho de Louis Pasteur, a teoria da geração espontânea foi reconhecida como insustentável e a teoria da biogênese foi estabelecida no mundo científico, cuja breve formulação é - "tudo que vive é de coisas vivas."

Arroz. 1. Frasco de Pasteur

No entanto, se todos os organismos vivos no período historicamente previsível do desenvolvimento humano se originam apenas de outros organismos vivos, surge naturalmente a pergunta: quando e como surgiram os primeiros organismos vivos na Terra?

Teoria da criação

Teoria da criação assume que todos os organismos vivos (ou apenas suas formas mais simples) foram criados (“projetados”) em um determinado período de tempo por algum ser sobrenatural (divindade, ideia absoluta, supermente, supercivilização, etc.). É óbvio que os seguidores da maioria das principais religiões do mundo, em particular a religião cristã, aderiram a esse ponto de vista desde os tempos antigos.

A teoria do criacionismo ainda é bastante difundida, não apenas no meio religioso, mas também no meio científico. Geralmente é usado para explicar as questões mais complexas e não resolvidas da evolução bioquímica e biológica associadas ao surgimento de proteínas e ácidos nucleicos, a formação do mecanismo de interação entre eles, o surgimento e a formação de organelas ou órgãos complexos individuais (como o ribossomo, olho ou cérebro). Atos de "criação" periódica também explicam a ausência de ligações transicionais claras de um tipo de animal
para outro, por exemplo, de vermes a artrópodes, de macacos a humanos, etc. Deve-se enfatizar que a disputa filosófica sobre a primazia da consciência (supermente, ideia absoluta, divindade) ou matéria é fundamentalmente insolúvel, no entanto, uma vez que uma tentativa de explicar quaisquer dificuldades da bioquímica moderna e da teoria evolucionária por atos sobrenaturais de criação fundamentalmente incompreensíveis leva essas questões além do escopo da pesquisa científica, a teoria do criacionismo não pode ser atribuída à categoria de teorias científicas da origem da vida na Terra.

Teorias do estado estacionário e da panspermia

Ambas as teorias são elementos complementares de uma única imagem do mundo, cuja essência é a seguinte: o universo existe para sempre e a vida existe nele para sempre (estado estacionário). A vida é transportada de planeta em planeta por "sementes de vida" viajando no espaço sideral, que podem fazer parte de cometas e meteoritos (panspermia). Opiniões semelhantes sobre a origem da vida foram sustentadas, em particular, pelo acadêmico V.I. Vernadsky.

No entanto, a teoria do estado estacionário, que pressupõe uma existência infinitamente longa do universo, não é consistente com os dados da astrofísica moderna, segundo os quais o universo surgiu relativamente recentemente (cerca de 16 bilhões de anos atrás) por meio de uma explosão primária .

É óbvio que ambas as teorias (panspermia e estado estacionário) não oferecem uma explicação do mecanismo da origem primária da vida, transferindo-o para outros planetas (panspermia) ou movendo-o para o infinito no tempo (a teoria de um estado estacionário). Estado).

Teoria da evolução bioquímica (teoria de A.I. Oparin)

De todas as teorias sobre a origem da vida, a mais comum e reconhecida no mundo científico é a teoria da evolução bioquímica, proposta em 1924 pelo bioquímico soviético A. I. Oparin (em 1936 ele descreveu em detalhes em seu livro The Emergence of Life).

A essência desta teoria é que a evolução biológica - i.e. o surgimento, desenvolvimento e complicação de várias formas de organismos vivos, foi precedido pela evolução química - um longo período na história da Terra, associado ao surgimento, complicação e melhoria da interação entre unidades elementares, "tijolos" que compõem todos os seres vivos - moléculas orgânicas.

Evolução pré-biológica (química)

De acordo com a maioria dos cientistas (principalmente astrônomos e geólogos), a Terra foi formada como um corpo celeste há cerca de 5 bilhões de anos. pela condensação de partículas de uma nuvem de gás e poeira girando em torno do Sol.

Sob a influência de forças compressivas, as partículas das quais a Terra é formada liberam uma enorme quantidade de calor. As reações termonucleares começam nas entranhas da Terra. Como resultado, a Terra fica muito quente. Assim, há 5 bilhões de anos A Terra era uma bola quente correndo pelo espaço sideral, cuja temperatura superficial atingia 4.000-8.000°C (risos. 2).

Gradualmente, devido à radiação de energia térmica para o espaço sideral, a Terra começa a esfriar. Cerca de 4 bilhões de anos atrás A terra esfria tanto que uma crosta dura se forma em sua superfície; ao mesmo tempo, substâncias gasosas leves escapam de suas entranhas, subindo e formando a atmosfera primária. A composição da atmosfera primária era significativamente diferente da moderna. Aparentemente, não havia oxigênio livre na atmosfera da Terra antiga, e sua composição incluía substâncias em estado reduzido, como hidrogênio (H 2), metano (CH 4), amônia (NH 3), vapor de água (H 2 O ), e possivelmente também nitrogênio (N 2), monóxido de carbono e dióxido de carbono (CO e CO 2).

A natureza redutora da atmosfera primária da Terra é extremamente importante para a origem da vida, pois as substâncias em estado reduzido são altamente reativas e, sob certas condições, são capazes de interagir umas com as outras, formando moléculas orgânicas. A ausência de oxigênio livre na atmosfera da Terra primária (praticamente todo o oxigênio da Terra estava ligado na forma de óxidos) também é um pré-requisito importante para o surgimento da vida, pois o oxigênio oxida facilmente e, assim, destrói os compostos orgânicos. Portanto, na presença de oxigênio livre na atmosfera, o acúmulo de uma quantidade significativa de matéria orgânica na Terra antiga teria sido impossível.

Cerca de 5 bilhões de anos atrás- o surgimento da Terra como corpo celeste; temperatura da superfície — 4000-8000°C

Cerca de 4 bilhões de anos atrás - formação da crosta terrestre e atmosfera primária

A 1000°C- na atmosfera primária, começa a síntese de moléculas orgânicas simples

A energia de síntese é dada por:

A temperatura da atmosfera primária está abaixo de 100 ° C - a formação do oceano primário -

Síntese de moléculas orgânicas complexas - biopolímeros a partir de moléculas orgânicas simples:

• moléculas orgânicas simples - monômeros
• moléculas orgânicas complexas - biopolímeros

Esquema. 2. Principais etapas da evolução química

Quando a temperatura da atmosfera primária atinge 1000°C, inicia-se nela a síntese de moléculas orgânicas simples, como aminoácidos, nucleotídeos, ácidos graxos, açúcares simples, álcoois poli-hídricos, ácidos orgânicos, etc. descargas de raios, atividade vulcânica, radiação do espaço duro e, finalmente, a radiação ultravioleta do Sol, da qual a Terra ainda não está protegida pela tela de ozônio, e é a radiação ultravioleta que os cientistas consideram a principal fonte de energia para os abiogênicos (que é, passando sem a participação de organismos vivos) síntese de substâncias orgânicas.

O reconhecimento e ampla divulgação da teoria da I.A. A oparina foi muito facilitada pelo fato de que os processos de síntese abiogênica de moléculas orgânicas são facilmente reproduzidos em experimentos modelo.

A possibilidade de sintetizar substâncias orgânicas a partir de substâncias inorgânicas é conhecida desde o início do século XIX. Já em 1828, o notável químico alemão F. Wöhler sintetizou uma substância orgânica - uréia a partir de inorgânico - cianato de amônio. No entanto, a possibilidade de síntese abiogênica de substâncias orgânicas em condições próximas às da Terra antiga foi demonstrada pela primeira vez no experimento de S. Miller.

Em 1953, um jovem pesquisador americano, estudante de pós-graduação na Universidade de Chicago, Stanley Miller, reproduziu em um frasco de vidro com eletrodos soldados nele a atmosfera primária da Terra, que, segundo os cientistas da época, consistia em hidrogênio, metano CH 4, amônia NH e vapor de água H 2 0 (Fig. 3). Através desta mistura de gases, S. Miller passou descargas elétricas simulando trovoadas durante uma semana. Ao final do experimento, foram encontrados no frasco α-aminoácidos (glicina, alanina, asparagina, glutamina), ácidos orgânicos (succínico, lático, acético, glicocólico), ácido γ-hidroxibutírico e uréia. Ao repetir o experimento, S. Miller conseguiu obter nucleotídeos individuais e cadeias polinucleotídicas curtas de cinco a seis elos.

Arroz. 3. Instalação por S. Miller

Em outros experimentos de síntese abiogênica realizados por vários pesquisadores, não apenas foram utilizadas descargas elétricas, mas também outros tipos de energia característicos da Terra antiga, como radiação cósmica, ultravioleta e radioativa, altas temperaturas inerentes à atividade vulcânica, além de diversos opções para misturas de gases, imitando a atmosfera original. Como resultado, quase todo o espectro de moléculas orgânicas características dos seres vivos foi obtido: aminoácidos, nucleotídeos, substâncias semelhantes a gorduras, açúcares simples, ácidos orgânicos.

Além disso, a síntese abiogênica de moléculas orgânicas também pode ocorrer na Terra atualmente (por exemplo, durante a atividade vulcânica). Ao mesmo tempo, não apenas o ácido cianídrico HCN, que é um precursor de aminoácidos e nucleotídeos, mas também aminoácidos individuais, nucleotídeos e até substâncias orgânicas complexas como as porfirinas podem ser encontrados nas emissões vulcânicas. A síntese abiogênica de substâncias orgânicas é possível não apenas na Terra, mas também no espaço sideral. Os aminoácidos mais simples são encontrados em meteoritos e cometas.

Quando a temperatura da atmosfera primária caiu abaixo de 100 ° C, chuvas quentes caíram sobre a Terra e o oceano primário apareceu. Com as correntes de chuva, substâncias orgânicas sintetizadas abiogenicamente entraram no oceano primário, o que o transformou, mas na expressão figurativa do bioquímico inglês John Haldane, em uma "sopa primária" diluída. Aparentemente, é no oceano primordial que se iniciam os processos de formação de moléculas orgânicas simples – monômeros de moléculas orgânicas complexas – biopolímeros (ver Fig. 2).

No entanto, os processos de polimerização de nucleosídeos, aminoácidos e açúcares individuais são reações de condensação, procedem com a eliminação de água, portanto, o meio aquoso não contribui para a polimerização, mas, pelo contrário, para a hidrólise de biopolímeros (ou seja, , sua destruição com a adição de água).

A formação de biopolímeros (em particular, proteínas a partir de aminoácidos) poderia ocorrer na atmosfera a uma temperatura de cerca de 180°C, de onde foram levados para o oceano primário com precipitação atmosférica. Além disso, é possível que na Terra antiga os aminoácidos estivessem concentrados em reservatórios secos e polimerizados de forma seca sob a influência da luz ultravioleta e do calor dos fluxos de lava.

Apesar da água promover a hidrólise de biopolímeros, a síntese de biopolímeros em uma célula viva ocorre justamente em meio aquoso. Este processo é catalisado por proteínas catalíticas especiais - enzimas, e a energia necessária para a síntese é liberada durante a quebra do trifosfato de adenosina - ATP. É possível que a síntese de biopolímeros no ambiente aquático do oceano primário tenha sido catalisada pela superfície de certos minerais. Foi demonstrado experimentalmente que uma solução do aminoácido alanina pode polimerizar em meio aquoso na presença de um tipo especial de alumina. Neste caso, o peptídeo polialanina é formado. A reação de polimerização da alanina é acompanhada pela quebra do ATP.

A polimerização de nucleotídeos é mais fácil do que a polimerização de aminoácidos. Foi demonstrado que em soluções com alta concentração de sal, nucleotídeos individuais polimerizam espontaneamente, transformando-se em ácidos nucleicos.

A vida de todos os seres vivos modernos é um processo de interação contínua entre os biopolímeros mais importantes de uma célula viva - proteínas e ácidos nucleicos.

As proteínas são as "moléculas de trabalho", "moléculas de engenharia" de uma célula viva. Descrevendo seu papel no metabolismo, os bioquímicos costumam usar expressões figurativas como "a proteína funciona", "a enzima lidera a reação". A função mais importante das proteínas é catalítica.. Como você sabe, os catalisadores são substâncias que aceleram as reações químicas, mas eles próprios não são incluídos nos produtos finais da reação. Tanques-catalisadores são chamados de enzimas. Enzimas em curva e milhares de vezes aceleram reações metabólicas. O metabolismo e, portanto, a vida sem eles, é impossível.

Ácidos nucleicos- são "computadores-moléculas", as moléculas são as guardiãs da informação hereditária. Os ácidos nucleicos não armazenam informações sobre todas as substâncias de uma célula viva, mas apenas sobre as proteínas. Basta reproduzir na célula-filha as proteínas características da célula-mãe para que recriem com precisão todas as características químicas e estruturais da célula-mãe, bem como a natureza e a taxa de metabolismo inerente a ela. Os próprios ácidos nucleicos também são reproduzidos devido à atividade catalítica das proteínas.

Assim, o mistério da origem da vida é o mistério do surgimento do mecanismo de interação entre proteínas e ácidos nucléicos. Que informações a ciência moderna tem sobre esse processo? Quais moléculas eram a base primária da vida - proteínas ou ácidos nucléicos?

Os cientistas acreditam que, apesar do papel fundamental das proteínas no metabolismo dos organismos vivos modernos, as primeiras moléculas "vivas" não eram proteínas, mas ácidos nucleicos, ou seja, ácidos ribonucleicos (RNA).

Em 1982, o bioquímico americano Thomas Check descobriu as propriedades autocatalíticas do RNA. Ele mostrou experimentalmente que em um meio contendo uma alta concentração de sais minerais, os ribonucleotídeos polimerizam espontaneamente (espontaneamente), formando polinucleotídeos - moléculas de RNA. Nas cadeias polinucleotídicas originais de RNA, como em uma matriz, as cópias de RNA são formadas pelo pareamento de bases nitrogenadas complementares. A reação de cópia do molde de RNA é catalisada pela molécula de RNA original e não requer a participação de enzimas ou outras proteínas.

O que aconteceu a seguir é bastante bem explicado pelo que pode ser chamado de "seleção natural" no nível molecular. Durante a auto-cópia (auto-montagem) de moléculas de RNA, inevitavelmente surgem imprecisões e erros. As cópias de RNA erradas são copiadas novamente. Ao copiar novamente, podem ocorrer erros novamente. Como resultado, a população de moléculas de RNA em uma certa parte do oceano primário será heterogênea.

Como os processos de decaimento do RNA também estão ocorrendo em paralelo com os processos de síntese, moléculas com maior estabilidade ou melhores propriedades autocatalíticas se acumularão no meio de reação (ou seja, moléculas que se copiam mais rapidamente, “multiplicam-se” mais rapidamente).

Em algumas moléculas de RNA, como em uma matriz, pode ocorrer a automontagem de pequenos fragmentos de proteínas - peptídeos. Uma "bainha" de proteína é formada em torno da molécula de RNA.

Juntamente com as funções autocatalíticas, Thomas Check descobriu o fenômeno de auto-splicing em moléculas de RNA. Como resultado do auto-splicing, as regiões de RNA que não são protegidas por peptídeos são removidas espontaneamente do RNA (elas são, por assim dizer, “cortadas” e “ejetadas”), e as regiões de RNA restantes que codificam fragmentos de proteínas “crescem juntas ”, ou seja se combinam espontaneamente em uma única molécula. Essa nova molécula de RNA já codificará uma grande proteína complexa (Figura 4).

Aparentemente, inicialmente as bainhas de proteínas desempenhavam principalmente uma função protetora, protegendo o RNA da destruição e, assim, aumentando sua estabilidade em solução (essa é a função das bainhas de proteínas nos vírus modernos mais simples).

Obviamente, em um certo estágio da evolução bioquímica, as moléculas de RNA, que codificam não apenas proteínas protetoras, mas também proteínas catalíticas (enzimas), acelerando acentuadamente a taxa de cópia de RNA, ganharam uma vantagem. Aparentemente, foi assim que surgiu o processo de interação entre proteínas e ácidos nucléicos, que agora chamamos de vida.

No processo de desenvolvimento posterior, devido ao aparecimento de uma proteína com as funções de uma enzima, transcriptase reversa, em moléculas de RNA de fita simples, moléculas de ácido desoxirribonucleico (DNA) compostas por duas fitas começaram a ser sintetizadas. A ausência de um grupo OH na posição 2" da desoxirribose torna as moléculas de DNA mais estáveis ​​em relação à clivagem hidrolítica em soluções levemente alcalinas, ou seja, a reação do meio nos reservatórios primários foi levemente alcalina (essa reação do meio também foi preservada no citoplasma das células modernas).

Onde ocorreu o desenvolvimento de um processo complexo de interação entre proteínas e ácidos nucléicos? De acordo com a teoria de I.A. Oparin, as chamadas gotas coacervadas tornaram-se o berço da vida.

Arroz. 4. Hipótese do surgimento de interação entre proteínas e ácidos nucléicos: a) no processo de auto-cópia do RNA, acumulam-se erros (1 - nucleotídeos correspondentes ao RNA original; 2 - nucleotídeos que não correspondem ao RNA original - erros na cópia); b) devido às suas propriedades físico-químicas, os aminoácidos “grudam” a uma parte da molécula de RNA (3 - molécula de RNA; 4 - aminoácidos), que, interagindo entre si, se transformam em pequenas moléculas de proteína - peptídeos. Como resultado do auto-splicing inerente às moléculas de RNA, as partes da molécula de RNA que não são protegidas por peptídeos são destruídas e as restantes "crescem" em uma única molécula que codifica uma grande proteína. O resultado é uma molécula de RNA coberta por uma bainha de proteína (os vírus modernos mais primitivos, por exemplo, o vírus do mosaico do tabaco, têm uma estrutura semelhante)

O fenômeno da coacervação consiste no fato de que, sob certas condições (por exemplo, na presença de eletrólitos), as substâncias macromoleculares são separadas da solução, mas não na forma de um precipitado, mas na forma de uma solução mais concentrada - coacervato . Quando agitado, o coacervado se divide em pequenas gotículas separadas. Na água, essas gotas são cobertas com uma concha de hidratação (uma concha de moléculas de água) que as estabiliza - fig. cinco.

As gotas de coacervado têm alguma aparência de metabolismo: sob a influência de forças puramente físicas e químicas, elas podem absorver seletivamente certas substâncias da solução e liberar seus produtos de decomposição no meio ambiente. Devido à concentração seletiva de substâncias do ambiente, eles podem crescer, mas quando atingem um determinado tamanho, começam a se "multiplicar", brotando pequenas gotículas, que, por sua vez, podem crescer e "brotar".

As gotículas coacervadas resultantes da concentração de soluções protéicas em processo de mistura sob a ação das ondas e do vento podem ser recobertas com uma concha lipídica: uma única membrana semelhante a micelas de sabão (com um único desprendimento de uma gota da superfície da água coberta com uma camada lipídica), ou uma membrana dupla semelhante a uma membrana celular (quando uma gota coberta com uma membrana lipídica de camada única cai novamente sobre o filme lipídico que cobre a superfície do reservatório - Fig. 5).

Os processos de surgimento de gotículas de coacervado, seu crescimento e "brotamento", bem como "revesti-las" com uma membrana de uma dupla camada lipídica, são facilmente modelados em laboratório.

Para gotículas coacervadas, há também um processo de "seleção natural" em que as gotículas mais estáveis ​​permanecem em solução.

Apesar da semelhança externa das gotas de coacervado com células vivas, as gotas de coacervado não têm o principal sinal de um ser vivo - a capacidade de se reproduzir com precisão, auto-copiar. Obviamente, os precursores das células vivas foram essas gotas coacervadas, que incluíam complexos de moléculas replicadoras (RNA ou DNA) e as proteínas que codificam. É possível que os complexos RNA-proteína tenham existido por muito tempo fora das gotículas de coacervados na forma do chamado “gene de vida livre”, ou é possível que sua formação tenha ocorrido diretamente dentro de algumas gotículas de coacervados.

Possível caminho de transição de gotas coacervadas para erupções primitivas:

a) a formação de um coacervado; 6) estabilização de gotas de coacervato em solução aquosa; c) - formação de uma dupla camada lipídica ao redor da gota, semelhante a uma membrana celular: 1 - gota coacervada; 2 - camada monomolecular de lipídio na superfície do reservatório; 3 — formação de uma única camada lipídica ao redor da gota; 4 — formação de uma camada lipídica dupla ao redor da gota, semelhante a uma membrana celular; d) - uma gota de coacervado circundada por uma dupla camada lipídica, com um complexo proteína-nucleotídeo incluído em sua composição - protótipo da primeira célula viva

Do ponto de vista histórico, o processo extremamente complexo da origem da vida na Terra, que não é totalmente compreendido pela ciência moderna, passou de forma extremamente rápida. Por 3,5 bilhões de anos, o chamado. a evolução química terminou com o aparecimento das primeiras células vivas e a evolução biológica começou.

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO DA FEDERAÇÃO RUSSA

INSTITUTO ESTADUAL DE SERVIÇO E ECONOMIA DE SÃO PETERSBURGO

Departamento de Física Aplicada

TESTE

no curso: "Conceitos da ciência natural moderna"

sobre o tema: "Hipóteses da origem da vida"

Completo por: Aluno do 1º ano

138 grupos

Bykova I.B.

Palestrante: Naydenova S.N.

Vyborg

2003

CONTENTE :

1. Introdução …………………………………………………………. Página 1

2. Conceitos da origem da vida ……………………………… página 2

3. A hipótese da origem da vida A.I. Oparina ……………….. página 5

4. Idéias das ciências naturais sobre a vida e sua evolução... p. 8

5. Eras geológicas e evolução da vida ………………………… p. 10

6. Literatura utilizada ………………………………………….. página 12

INTRODUÇÃO

Uma das mais difíceis e ao mesmo tempo interessantes da ciência natural moderna é a questão da origem da vida. É difícil porque quando a ciência aborda os problemas do desenvolvimento como a criação de algo novo, ela se encontra no limite de suas capacidades como um ramo da cultura baseado na prova e verificação experimental de afirmações.

Os cientistas de hoje não são capazes de reproduzir o processo de origem da vida com a mesma precisão de vários bilhões de anos atrás. Mesmo o experimento mais cuidadosamente encenado será apenas um experimento modelo, desprovido de vários fatores que acompanharam o surgimento da vida na Terra. A dificuldade metodológica reside na impossibilidade de realizar um experimento direto sobre o surgimento da vida (a singularidade desse processo impede o uso do principal método científico).

A vida na Terra é representada por uma enorme variedade de formas, caracterizadas por uma crescente complexidade de estrutura e funções. Todos os organismos vivos são caracterizados por duas características: integridade e auto-reprodução. No curso da mudança individual (ontogenia), os organismos se adaptam às condições externas, e a mudança de gerações adquire um caráter histórico-evolutivo (filogênese). Os organismos desenvolveram a capacidade de independência relativa do ambiente externo (autonomia). Uma das principais propriedades de qualquer organismo vivo é o metabolismo. Junto com ela, as características essenciais da vida são irritabilidade, crescimento, reprodução, variabilidade e hereditariedade. Todo organismo vivo, por assim dizer, luta pelo principal - a reprodução de sua própria espécie.

2. Conceitos de origem da vida.

Existem cinco teorias para a origem da vida:

1. A vida foi criada pelo Criador em um determinado momento - criacionismo.

2. A vida surgiu espontaneamente da matéria inanimada (ainda era adotada por Aristóteles, que acreditava que os seres vivos também poderiam surgir como resultado da decomposição do solo).

3. O conceito de estado estacionário, segundo o qual a vida sempre existiu.

4. O conceito de panspermia - uma origem extraterrestre da vida;

5. O conceito da origem da vida na Terra no passado histórico como resultado de processos sujeitos a leis físicas e químicas.

De acordo com o criacionismo, a origem da vida refere-se a um evento específico no passado que pode ser calculado. Em 1650, o arcebispo Asher da Irlanda calculou que Deus criou o mundo em outubro de 4004 aC, e às 9 horas da manhã de 23 de outubro, o homem. Ele obteve este número de uma análise das idades e laços familiares de todas as pessoas mencionadas na Bíblia. No entanto, naquela época já havia uma civilização desenvolvida no Oriente Médio, o que é comprovado por pesquisas arqueológicas. No entanto, a questão da criação do mundo e do homem não está encerrada, pois os textos da Bíblia podem ser interpretados de diferentes maneiras.

Com base nas informações sobre animais que vieram dos soldados de Alexandre, o Grande e viajantes mercantes, Aristóteles formulou a ideia de um desenvolvimento gradual e contínuo dos vivos a partir do inanimado e criou uma ideia da "escada da natureza" relação ao mundo animal. Ele não duvidou da geração espontânea de sapos, camundongos e outros pequenos animais. Platão falou da geração espontânea de seres vivos da terra em processo de decadência.

Com a difusão do cristianismo, as ideias de geração espontânea foram declaradas heréticas, e por muito tempo não foram lembradas. Helmont veio com uma receita para obter ratos de trigo e roupa suja. Bacon também acreditava que a decadência é o germe de um novo nascimento. As ideias de geração espontânea foram apoiadas por Galileu, Descartes, Harvey, Hegel, Lamarck.

Em 1688, o biólogo italiano Francesco Redi, por meio de uma série de experimentos com vasos abertos e fechados, provou que os pequenos vermes brancos que aparecem na carne podre são larvas de moscas e formulou seu princípio: todas as coisas vivas são de viver. Em 1860, Pasteur mostrou que as bactérias podem estar em toda parte e infectar substâncias inanimadas; para se livrar delas, é necessária a esterilização, que foi chamada de pasteurização .

Teoria panspermia(a hipótese da possibilidade de transferência da Vida no Universo de um corpo cósmico para outros) não oferece nenhum mecanismo para explicar a origem primária da vida e transfere o problema para outro lugar no Universo. Liebig acreditava que "as atmosferas dos corpos celestes, assim como as nebulosas cósmicas rotativas, podem ser consideradas como repositórios eternos de uma forma animada, como eternas plantações de germes orgânicos", de onde a vida se dispersa na forma desses germes em o universo.

Kelvin, Helmholtz e outros pensaram de maneira semelhante.No início do nosso século, Arrhenius surgiu com a ideia da radiopanspermia. Ele descreveu como partículas de matéria, partículas de poeira e esporos vivos de microorganismos deixam os planetas habitados por outras criaturas no espaço do mundo. Eles mantêm sua viabilidade voando no espaço do Universo devido à leve pressão. Uma vez em um planeta com condições adequadas para a vida, eles começam uma nova vida neste planeta.

Esta hipótese foi apoiada por muitos, incluindo acadêmicos russos Sergei Pavlovich Kostychev (1877-1931), Lev Semyonovich Berg (1876-1950) e Pyotr Petrovich Lazarev (1878-1942).

Para justificar a panspermia, geralmente são usadas pinturas rupestres que retratam objetos que parecem foguetes ou astronautas, ou a aparência de OVNIs. Voos de naves espaciais destruíram a crença na existência de vida inteligente nos planetas do sistema solar, que surgiu após a descoberta de canais em Marte por Schiaparelli (1877). Mas até agora nenhum vestígio de vida foi encontrado em Marte.

No final dos anos 60, o interesse pelas hipóteses da panspermia voltou a aumentar. Assim, o geólogo B.I. Chuvashov (Problems of Philosophy, 1966) escreveu que a vida no Universo, em sua opinião, existe para sempre.

Ao estudar a substância de meteoritos e cometas, muitos "precursores dos vivos" foram descobertos - compostos orgânicos, ácido cianídrico, água, formaldeído, cianogênios. O formaldeído, em especial, foi encontrado em 60% dos casos em 22 áreas estudadas, suas nuvens com concentração de aproximadamente 1 mil moléculas por cm cúbico preenchem vastos espaços. Em 1975, precursores de aminoácidos foram encontrados em solo lunar e meteoritos. Os defensores da hipótese de trazer a vida do espaço os consideram "sementes" plantadas na Terra.

Nas ideias sobre a origem da vida como resultado de processos físicos e químicos, a evolução de um planeta vivo desempenha um papel importante. Segundo muitos biólogos, geólogos e físicos, o estado da Terra mudou o tempo todo durante sua existência. Em tempos muito antigos, a Terra era um planeta quente, sua temperatura atingiu 5-8 mil graus. À medida que o planeta esfriava, metais refratários e carbono se condensavam e formavam a crosta terrestre, que não era lisa devido à atividade vulcânica ativa e a todos os tipos de movimentos do solo emergente. A atmosfera da Terra primitiva era muito diferente da moderna. Gases leves - hidrogênio, hélio, nitrogênio, oxigênio, argônio e outros - ainda não foram retidos por um planeta insuficientemente denso, enquanto seus compostos mais pesados ​​permaneceram (água, amônia, dióxido de carbono, metano). A água permaneceu em estado gasoso até a temperatura cair abaixo de 100°C.

A composição química do nosso planeta foi formada como resultado da evolução cósmica da matéria do sistema solar, durante a qual surgiram certas proporções das proporções quantitativas dos átomos. Portanto, os dados modernos sobre a proporção de átomos de elementos químicos são importantes. A abundância cósmica de oxigênio e hidrogênio foi expressa na abundância de água e seus numerosos óxidos. A abundância relativamente maior de carbono foi uma das razões que determinaram a maior probabilidade do surgimento da vida. A abundância de silício, magnésio e ferro contribuiu para a formação de silicatos na crosta terrestre e meteoritos. As fontes de informação sobre a abundância de elementos são dados sobre a composição do Sol, meteoritos, superfícies da Lua e planetas. Idade dos meteoritos

corresponde aproximadamente à idade das rochas da Terra, de modo que sua composição ajuda a restaurar a composição química da Terra no passado e destacar as mudanças causadas pelo surgimento da vida na Terra.

A formulação científica do problema da origem da vida pertence a Engels, que acreditava que a vida não surgiu de repente, mas foi formada no curso da evolução da matéria. KA Timiryazev falou na mesma linha: “Somos forçados a admitir que a matéria viva foi realizada da mesma forma que todos os outros processos, através da evolução ... Este processo provavelmente também ocorreu durante a transição do mundo inorgânico para o orgânico um” (1912).

3. A hipótese da origem da vida A.I. Oparina

Até mesmo Charles Darwin entendeu que a vida só pode surgir na ausência de vida. Em 1871, ele escreveu: “Mas agora... em algum reservatório quente contendo todos os sais de amônio e fósforo necessários e acessível à luz, calor, eletricidade, etc., uma proteína capaz de transformações ainda mais complexas, então esta substância seria imediatamente destruído ou absorvido, o que era impossível no período anterior ao surgimento dos seres vivos. Os organismos heterotróficos agora comuns na Terra usariam a matéria orgânica recém-emergente. Portanto, o surgimento da vida em nossas condições terrestres habituais é impossível.

A segunda condição sob a qual a vida pode surgir é a ausência de oxigênio livre na atmosfera. Esta importante descoberta foi feita pelo cientista russo A.I. Oparin em 1924 (o cientista inglês J.B.S. Haldane chegou à mesma conclusão em 1929). A.I. Oparin sugeriu que com poderosas descargas elétricas na atmosfera terrestre, que 4-4,5 bilhões de anos atrás consistiam em nitrogênio, hidrogênio, dióxido de carbono, vapor de água e amônia, possivelmente com a adição de ácido cianídrico (foi descoberto nas caudas de cometas ), os compostos orgânicos mais simples necessários para o surgimento da vida poderiam ter surgido. Portanto, as substâncias orgânicas que surgem na superfície da Terra podem se acumular sem serem oxidadas. E agora em nosso planeta eles se acumulam apenas em condições livres de oxigênio, então aparecem turfa, carvão e petróleo. O criador da hipótese materialista da origem da vida na Terra, bioquímico russo, acadêmico Alexander Ivanovich Oparin (1894-1980) dedicou toda a sua vida ao problema da origem da vida.

Em 1912, o biólogo americano J. Loeb foi o primeiro a obter de uma mistura de gases sob a influência de uma descarga elétrica o componente mais simples das proteínas - o aminoácido glicina.

Talvez, além da glicina, ele recebesse outros aminoácidos, mas naquela época não havia métodos para determinar suas pequenas quantidades.

A descoberta de Loeb passou despercebida, então a primeira síntese abiogênica de substâncias orgânicas (ou seja, sem a participação de organismos vivos) a partir de uma mistura aleatória de gases é atribuída aos cientistas americanos S. Miller e G. Urey. Em 1953, eles montaram um experimento de acordo com o programa de Oparin, e sob a influência de descargas elétricas com tensão de até 60 mil V, simulando raios, de hidrogênio, metano, amônia e vapor d'água sob pressão de vários Pascals em t = 80 ° C, uma mistura complexa de muitas dezenas de substâncias orgânicas. Entre eles, orgânicos

ácidos (carboxílicos) - fórmico, acético e málico, seus aldeídos, bem como aminoácidos (incluindo glicina e alanina). Os experimentos de Miller e Urey foram repetidamente testados em misturas de diferentes gases e com diferentes fontes de energia (luz solar, radiação ultravioleta e radioativa e simplesmente calor). A matéria orgânica surgiu em todos os casos. Os resultados obtidos por Miller e Urey levaram cientistas de vários países a estudarem possíveis formas de evolução pré-biológica. Em 1957, o primeiro Simpósio Internacional sobre o Problema da Origem da Vida foi realizado em Moscou.

De acordo com dados recentes obtidos por nossos cientistas, as substâncias orgânicas mais simples também podem surgir no espaço sideral a uma temperatura próxima do zero absoluto. Em princípio, a Terra poderia receber substâncias orgânicas abiogênicas como dote quando surgisse.

Como resultado, o oceano se transformou em uma solução complexa de substâncias orgânicas (o chamado oceano primário), que, em princípio, bactérias anaeróbicas poderiam se alimentar

(organismos capazes de viver e se desenvolver na ausência de oxigênio livre e receber energia para a vida devido à quebra de substâncias orgânicas ou inorgânicas). Além de aminoácidos, também continha precursores de ácidos nucleicos - bases purínicas, açúcares, fosfatos, etc.

No entanto, substâncias orgânicas de baixo peso molecular ainda não são vida. A base da vida são os biopolímeros - longas moléculas de proteínas e ácidos nucleicos, compostas por unidades - aminoácidos e nucleotídeos. A reação de polimerização de unidades primárias em solução aquosa não ocorre, pois quando dois aminoácidos ou dois nucleotídeos são conectados entre si, uma molécula de água é separada. A reação na água irá na direção oposta. A taxa de divisão (hidrólise) dos biopolímeros será maior que a taxa de sua síntese. No citoplasma de nossas células, a síntese de biopolímeros é um processo complexo que requer a energia do ATP. Para que isso aconteça, são necessários DNA, RNA e proteínas, que são o resultado desse processo. É claro que os biopolímeros não poderiam ter surgido sozinhos no oceano primordial.

É possível que a síntese primária de biopolímeros tenha ocorrido quando o oceano primário foi congelado ou quando seu resíduo seco foi aquecido. O pesquisador americano S.U. Fox, aquecendo uma mistura seca de aminoácidos a 130C, mostrou que nesse caso a reação de polimerização prossegue (a água liberada evapora) e são obtidos proteinóides artificiais, semelhantes às proteínas, com até 200 ou mais aminoácidos na cadeia. Dissolvidos em água, eles tinham propriedades de proteínas, forneciam um terreno fértil para bactérias e até catalisavam (aceleravam) algumas reações químicas, como enzimas reais. Talvez tenham surgido na era pré-biológica nas encostas quentes dos vulcões, e depois as chuvas os levaram para o oceano primário. Existe também o ponto de vista de que a síntese de biopolímeros ocorreu diretamente na atmosfera primária e os compostos resultantes caíram no oceano primário na forma de partículas de poeira.

O próximo estágio suposto na origem da vida são as protocélulas. IA Oparin mostrou que os coacervados são formados em soluções permanentes de substâncias orgânicas - "gotículas" microscópicas limitadas por uma concha semipermeável - a membrana primária. Substâncias orgânicas podem se concentrar em coacervados, reagem mais rapidamente, trocam substâncias com o ambiente e podem até se dividir como bactérias. Fox observou um processo semelhante ao dissolver proteinóides artificiais; ele chamou essas bolas de microesferas.

Em protocélulas como coacervados ou microesferas, as reações de polimerização de nucleotídeos ocorriam até que delas se formasse um protogênio - um gene primário capaz de catalisar o surgimento de uma determinada sequência de aminoácidos - a primeira proteína. Provavelmente, a primeira dessas proteínas foi o precursor de uma enzima que catalisa a síntese de DNA ou RNA. Essas protocélulas, nas quais surgiu um mecanismo primitivo de hereditariedade e síntese de proteínas, dividiram-se mais rapidamente e tomaram em si todas as substâncias orgânicas do oceano primário. Nesta fase, já havia seleção natural para a velocidade de reprodução; qualquer melhoria na biossíntese foi percebida, e novas protocélulas substituíram todas as anteriores.

As etapas finais no surgimento da vida - a origem dos ribossomos e RNAs de transferência, o código genético e a maquinaria de energia da célula alimentada por ATP - ainda precisam ser replicadas em laboratório. Todas essas estruturas e processos já estão presentes nos microrganismos mais primitivos, e o princípio de sua estrutura e funcionamento não mudou ao longo da história da Terra. Portanto, podemos reconstruir o estágio final da origem da vida apenas hipoteticamente, até que possa ser recriado em experimentos.

Até agora, só se pode argumentar que o surgimento da vida na versão terrestre levou um tempo relativamente curto - menos de um bilhão de anos. Já há 3,8 bilhões de anos existiam os primeiros microrganismos, dos quais se originou toda a diversidade de formas de vida terrestre.

A vida se originou na Terra de forma abiogênica. Atualmente, o vivo vem apenas do vivo (origem biogênica). A possibilidade do ressurgimento da vida na terra está excluída.

4. Ideias de ciências naturais sobre a vida e sua evolução

Darwin revelou as forças motrizes por trás da evolução da natureza viva. Ele tentou entender e explicar a real natureza das contradições internas do mundo orgânico. Sua teoria não apenas explica a natureza dessas contradições, mas também indica as maneiras pelas quais elas são resolvidas no mundo dos animais e das plantas.

Um lugar significativo em todas as obras de Darwin, e em particular na Origem das Espécies, é ocupado pela evidência do próprio fato da evolução orgânica.

Agora é geralmente aceito que todos os seres vivos são baseados em compostos químicos semelhantes de um grupo de proteínas, entre as quais as nucleoproteínas têm uma posição especial. Estes são compostos de corpos proteicos e ácidos nucleicos. As nucleoproteínas são o principal componente do núcleo celular de plantas e animais. Pesquisas no campo da biologia molecular mostraram que os ácidos nucléicos são responsáveis ​​por muitos processos importantes na vida dos organismos. Neste caso, macromoléculas de ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico desempenham um papel especial. (ARN). A molécula de DNA, em interação com outras substâncias da célula, determina a síntese de proteínas e enzimas que regulam o metabolismo no organismo. Proteínas e nucleoproteínas (especialmente DNA e RNA) são uma parte essencial de todos os organismos biológicos. Consequentemente, do ponto de vista da evolução química, eles são a base da vida de todas as formas biológicas conhecidas na Terra.

Além disso, existe uma conexão eterna e contínua entre a natureza inanimada e a natureza viva. “Existe uma conexão contínua e interminável entre matéria inerte e viva, que pode ser expressa como um fluxo biogênico contínuo de átomos da matéria viva para a substância inerte da biosfera e vice-versa. Essa corrente biogênica de átomos é causada pela matéria viva. Expressa-se na respiração sem fim, nutrição, reprodução, etc.”

A unidade da natureza viva também é indicada pela diferenciação do corpo de animais e plantas. Assim, a unidade do mundo dos organismos se manifesta tanto em sua composição química quanto em sua estrutura e funcionamento. Este fato não poderia escapar à atenção dos cientistas naturais. A ideia da semelhança dos organismos vivos levou J. Cuvier à doutrina dos tipos do reino animal. Mais tarde, foi desenvolvido nas obras de K. Baer, ​​​​E. Haeckel, A. O. Kovalevsky, I. I. Mechnikov, que provaram que a semelhança dos animais não pode ser explicada senão pela semelhança de sua origem.

A unidade do mundo orgânico também é indicada pela existência das chamadas formas intermediárias, que incluem animais e plantas que ocupam uma posição intermediária de transição entre grandes táxons.

No mundo orgânico não há fronteiras rígidas entre suas subdivisões. Ao mesmo tempo, as fronteiras entre as espécies são sempre reais. Darwin dedica muito espaço ao problema das espécies e especiação. Não é por acaso que as palavras "Origem das Espécies" estão incluídas no título de sua obra. Como unidade de sistematização mais importante, a espécie ocupa um lugar central na teoria evolutiva. A tarefa da teoria evolutiva é explicar o mecanismo da origem da vida e as mudanças em espécies reais de animais e plantas que habitam a Terra.

A semelhança dos órgãos animais, expressa em sua posição, correlação no plano geral de estrutura e no desenvolvimento de um rudimento embrionário semelhante, também serve como prova de evolução. Órgãos semelhantes são chamados de órgãos homólogos. A teoria evolucionista explica a semelhança dos órgãos pela origem comum das formas comparadas, enquanto os defensores dos conceitos criacionistas interpretavam essa semelhança como a vontade do criador,

criando grupos de animais de acordo com um determinado plano.

A confirmação da ideia de evolução é o reflexo da história do desenvolvimento dos organismos em sua estrutura e nos processos de desenvolvimento embrionário, bem como na distribuição geográfica dos organismos.

A genética ocupa um lugar especial no desenvolvimento e aprofundamento das ideias evolutivas. As idéias sobre a imutabilidade dos genes começam a ser superadas nos anos 20-30 do século XX. em conexão com o surgimento da população, genética evolutiva. A elucidação da estrutura das populações possibilitou um novo olhar sobre os processos evolutivos que ocorrem no nível populacional. A genética possibilitou traçar as principais etapas do processo evolutivo desde o surgimento de uma nova característica em uma população até o surgimento de uma nova espécie. Ela trouxe métodos experimentais de precisão para a pesquisa no nível intraespécie, microevolutivo.

unidade elementar hereditariedade - um gene, que é uma seção de uma molécula de DNA que determina o desenvolvimento de características elementares de um indivíduo. Unidade evolutiva elementar deve atender aos seguintes requisitos: divisão finita;

a capacidade de mudança hereditária na mudança de gerações biológicas; realidade e concretude da existência em condições naturais. A unidade de evolução é a população. unidade elementar do processo evolutivo, e a mudança hereditária na população é fenômeno evolutivo elementar. Reflete a mudança na estrutura genotípica da população. O gene está sujeito a mutações - alterações hereditárias em indivíduos individuais. Mutação - discreto

alteração no código da informação hereditária de um indivíduo. Existem tipos de mutações genéticas, cromossômicas, genômicas e extranucleares.

O processo de ocorrência de mutações mantém um grau muito alto de heterogeneidade genética em populações naturais. Mas, atuando como "fornecedor" de material elementar, o próprio processo de mutação não direciona o curso das mudanças evolutivas, tem caráter probabilístico, estatístico.

As leis da evolução encontram sua expressão na vida do indivíduo, mas as forças motrizes da evolução estão contidas no sistema de indivíduos, neste caso a população. A resolução das contradições da população serve de base para toda evolução e, ao mesmo tempo, determina a transformação do organismo como parte integrante da população. As relações entre os organismos em uma população são complexas. Seu estudo é dificultado pelo fato de que, além das interações intrapopulacionais, os organismos são influenciados por outras populações, outras espécies e, ainda mais amplamente, condições ambientais.

5. Eras geológicas e evolução da vida

Sob a influência da teoria evolutiva, os geólogos também tiveram que reconsiderar suas ideias sobre a história do nosso planeta. O mundo orgânico evoluiu ao longo de bilhões de anos junto com o ambiente em que teve que existir, ou seja, junto com a terra. Portanto, a evolução da vida não pode ser compreendida sem a evolução da Terra, e vice-versa. Irmão A. O. Kovalevsky Vladimir Kovalevsky (1842-1883) lançou as bases para a teoria evolutiva paleontologia- Ciência dos organismos fósseis.

Os primeiros vestígios de restos orgânicos são encontrados por geólogos já nos depósitos mais antigos pertencentes a Era Geológica Proterozóica cobrindo um enorme período de tempo - 700 milhões de anos. A terra naquela época estava quase inteiramente coberta pelo oceano. Era habitada por bactérias, algas protozoárias, animais marinhos primitivos. A evolução então prosseguiu tão lentamente que dezenas de milhões de anos se passaram antes que o mundo orgânico mudasse visivelmente.

DENTRO era paleozóica(durando cerca de 365 milhões de anos), a evolução de todos os seres vivos já estava em ritmo mais acelerado. Grandes extensões de terra se formaram, nas quais surgiram plantas terrestres. As samambaias se desenvolveram especialmente rapidamente: formaram florestas densas gigantes. Os animais marinhos também melhoraram, o que levou à formação de enormes peixes blindados. No período Carbonífero (Carbonífero), durante o qual o florescimento da fauna e flora paleozóica cai, os anfíbios apareceram. E no período Permiano, que encerrou a era Paleozóica e iniciou a Mesozóica (está a 185 milhões de anos de nós), os répteis apareceram.

A flora e a fauna da Terra começaram a se desenvolver ainda mais rápido em era mesozóica. Já no seu início, os répteis começaram a dominar em terra. Os primeiros mamíferos apareceram - marsupiais. As árvores coníferas se espalharam, uma variedade de pássaros e mamíferos surgiu.

Há cerca de 70 milhões de anos, o era cenozóica. Espécies de mamíferos e aves continuaram a melhorar. No mundo das plantas, o papel dominante passou para as floridas. Espécies formadas de animais e plantas que vivem na Terra hoje.

Com o surgimento do homem há cerca de 2 milhões de anos, inicia-se o atual período da era cenozóica - o Quaternário ou antrópico. O homem, em uma escala de tempo geológico, é um bebê perfeito. Afinal, 2 milhões de anos para a natureza é um período extremamente curto. O evento mais significativo da era cenozóica foi o surgimento de um grande número de plantas cultivadas e animais domésticos. Todos eles são o resultado da atividade criativa de uma pessoa, um ser racional capaz de atividade proposital.

Se Darwin, desenvolvendo a teoria da evolução, estudou a experiência dos criadores, os criadores armados com a teoria científica aprenderam a criar novas variedades com muito mais rapidez e propósito. Aqui um papel especial pertence ao cientista russo N.I. Vavilov (1887-1943), que desenvolveu a doutrina da origem das plantas cultivadas. A evolução dos vivos continua, mas já sob a influência do homem.

Sabemos agora que a conveniência das formas orgânicas não é algo dado de antemão, mas o resultado de um longo e complexo processo de desenvolvimento da matéria e, consequentemente, a conveniência das formas orgânicas é relativa. O homem está agora mudando ativamente a natureza viva. A crescente interferência do homem nos processos naturais dá origem a novos problemas sérios que só podem ser resolvidos se o próprio homem cuidar do meio ambiente, da preservação das

proporções em biosfera que se desenvolveram nele ao longo de milhões de anos de evolução da vida na Terra.

A doutrina da biosfera foi criada pelo notável cientista V.I. Vernadsky (1863-1945). Sob a biosfera, o cientista entendeu aquela fina casca da Terra, na qual os processos ocorrem sob a influência direta dos organismos vivos.

A biosfera está localizada na junção de todas as outras conchas da Terra - a litosfera, hidrosfera e atmosfera, e desempenha um papel crucial na troca de substâncias entre elas. Enormes quantidades de oxigênio, carbono, nitrogênio, hidrogênio e outros elementos passam constantemente pelos organismos vivos da Terra. V.I.Vernadsky mostrou que praticamente não há um único elemento na tabela periódica que não seja incluído na matéria viva do planeta e não se destaque durante sua decadência. Portanto, a face da Terra como corpo celeste é, na verdade, formada pela vida. Vernadsky foi o primeiro a mostrar o papel geológico decisivo desempenhado pela matéria viva em nosso planeta.

Vernadsky também se concentrou no enorme papel geológico do homem. Mostrou que o futuro da biosfera está noosfera, ou seja reino da mente. O cientista acreditava no poder da mente humana, acreditava que, intervindo cada vez mais ativamente nos processos evolutivos naturais, uma pessoa será capaz de direcionar a evolução dos seres vivos de forma a tornar nosso planeta ainda mais bonito e rico .

LIVROS USADOS

1. T.Ya.Dubnishcheva livro "O conceito de ciência natural moderna"., M., 2000

2. S.Kh. Karpenkov "Conceitos da ciência natural moderna". M., "Escola Superior" 2000

3. A.A. Gorelov "Conceitos da ciência natural moderna". M. "Centro" 1998

4. A.I. Oparin "Vida, sua natureza, origem e desenvolvimento" M. 1960

5. Ponnamperuma S. "A Origem da Vida", M., "Mir", 1977

6. Josip Klechek Universo e Terra - M. Artia 1985

7. Kesarev V.V. A evolução da matéria no universo - M. Atomizdat 1976

A vida é o maior milagre que só existe no nosso planeta. Os problemas de seu estudo são atualmente ocupados não apenas por biólogos, mas também por físicos, matemáticos, filósofos e outros cientistas. Claro, o mistério mais difícil é a própria origem da vida na Terra.

Até agora, os pesquisadores estão discutindo sobre como isso aconteceu. Curiosamente, a filosofia contribuiu significativamente para o estudo desse fenômeno: essa ciência permite que você tire as conclusões corretas resumindo grandes quantidades de informações. Que versões são guiadas por cientistas de todo o mundo hoje? Aqui estão as teorias atuais sobre a origem da vida na Terra:

• O conceito de geração espontânea.
• Criacionismo, ou a teoria da criação divina.
• Princípio do estado estacionário.
• Panspermia, cujos proponentes reivindicam a "produtividade" natural de qualquer planeta onde existam as condições certas. Em particular, essa ideia já foi desenvolvida pelo notório acadêmico Vernadsky.
• Evolução bioquímica de acordo com A. I. Oparin.

Vamos considerar todas essas teorias sobre a origem da vida na Terra com um pouco mais de detalhes.

materialismo e idealismo

Na Idade Média e antes, no mundo árabe, alguns cientistas, mesmo com risco de vida, sugeriram que o mundo poderia ser criado como resultado de alguns processos naturais, sem a participação de uma essência divina. Estes foram os primeiros materialistas. Assim, todos os outros pontos de vista, que previam a intervenção divina na criação de todas as coisas, eram idealistas. Assim, é bem possível considerar a origem da vida na Terra a partir dessas duas posições.

Os criacionistas argumentam que a vida só poderia ter sido criada por Deus, enquanto os materialistas promovem a teoria dos primeiros compostos orgânicos e a vida a partir de substâncias inorgânicas. Sua versão se baseia na complexidade ou impossibilidade de compreensão dos processos que resultaram na vida em sua forma moderna. Curiosamente, a Igreja moderna apoia apenas parcialmente essa hipótese. Do ponto de vista das figuras mais amigáveis ​​aos cientistas, é realmente impossível entender a principal intenção do Criador, mas podemos determinar os fenômenos e processos pelos quais a vida surgiu. No entanto, isso ainda está muito longe de uma abordagem verdadeiramente científica.

Atualmente, prevalece o ponto de vista dos materialistas. No entanto, eles nem sempre apresentaram teorias modernas sobre a origem da vida. Assim, a hipótese de que a origem e evolução da vida na Terra ocorreu de forma espontânea foi inicialmente popular, e os defensores desse fenômeno se reuniram já no início do século XIX.

Os proponentes desse conceito argumentaram que existem certas leis da natureza natural que determinam a possibilidade de uma transição arbitrária de compostos inorgânicos para orgânicos, seguida pela formação arbitrária de vida. Isso também inclui a teoria da criação de um "homúnculo", uma pessoa artificial. Em geral, a origem espontânea da vida na Terra ainda é considerada por alguns "especialistas" com seriedade... É bom pelo menos o que dizem sobre bactérias e vírus.

É claro que a falácia dessa abordagem foi posteriormente provada, mas desempenhou um papel importante, fornecendo uma enorme quantidade de material empírico valioso. Note-se que a rejeição final da versão da origem independente da vida ocorreu apenas em meados do século XIX. Em princípio, a impossibilidade de tal processo foi provada por Louis Pasteur. Por isso, o cientista recebeu até um prêmio considerável da Academia Francesa de Ciências. Em breve, vêm à tona as principais teorias sobre a origem da vida na Terra, que descreveremos a seguir.

A teoria do acadêmico Oparin

As ideias modernas sobre a origem da vida na Terra são baseadas em uma teoria que foi apresentada por um pesquisador russo, o acadêmico Oparin, em 1924. Ele refutou o princípio de Redi, que falava da possibilidade de apenas síntese biogênica de substâncias orgânicas, ressaltando que esse conceito é válido apenas para o estado atual das coisas. O cientista apontou que, no início de sua existência, nosso planeta era uma gigantesca bola rochosa, na qual, em princípio, não havia matéria orgânica.

A hipótese de Oparin era que a origem da vida no planeta Terra é um longo processo bioquímico, cujas matérias-primas são compostos comuns que podem ser encontrados em qualquer planeta. O acadêmico sugeriu que a transição dessas substâncias para outras mais complexas era possível sob a influência de fatores físicos e químicos extremamente fortes. Oparin foi o primeiro a apresentar uma hipótese sobre a contínua transformação e interação de compostos orgânicos e inorgânicos. Ele chamou isso de "evolução bioquímica". Abaixo estão as principais etapas da origem da vida na Terra de acordo com Oparin.

Estágio da evolução química

Cerca de quatro bilhões de anos atrás, quando nosso planeta era uma pedra enorme e sem vida nas profundezas do espaço, o processo de síntese não biológica de compostos de carbono já estava acontecendo em sua superfície. Durante este período, os vulcões expeliram uma quantidade titânica de lava e gases quentes. Esfriando na atmosfera primária, os gases se transformaram em nuvens, das quais chovia incessantemente. Todos esses processos ocorreram ao longo de milhões de anos. Mas, desculpe-me, quando começou a origem da vida na Terra?

Ao mesmo tempo, as chuvas deram origem a enormes oceanos primordiais, cujas águas estavam extremamente saturadas de sais. Lá também chegaram os primeiros compostos orgânicos, cuja formação ocorreu na atmosfera sob a influência das mais fortes descargas elétricas e radiação UV. Aos poucos, sua concentração aumentou até que os mares se transformaram em uma espécie de "caldo" saturado de peptídeos. Mas o que aconteceu em seguida e como as primeiras células surgiram dessa “sopa”?

Formação de proteínas, gorduras e carboidratos

E somente no segundo estágio, as verdadeiras proteínas e outros compostos a partir dos quais a vida é construída aparecem no “caldo”. As condições na Terra abrandaram, apareceram carboidratos, proteínas e gorduras, os primeiros biopolímeros, nucleotídeos. Foi assim que se deu a formação das gotas coacervadas, que eram o protótipo das células reais. Grosso modo, esse era o nome de gotas de proteínas, gorduras, carboidratos (como na sopa). Essas formações poderiam absorver, absorver aquelas substâncias que se dissolveram nas águas dos oceanos primários. Ao mesmo tempo, estava acontecendo uma espécie de evolução, cujo resultado foram gotas com maior resistência e estabilidade às influências ambientais.

O aparecimento das primeiras células

Na verdade, no terceiro estágio, essa formação amorfa se transformou em algo mais “significativo”. Ou seja, em uma célula viva capaz do processo de auto-reprodução. A seleção natural das gotas, que já mencionamos acima, tornou-se cada vez mais rígida. Os primeiros coacervados "avançados" já tinham um metabolismo primitivo, mas. Os cientistas sugerem que a gota, tendo atingido um certo tamanho, se dividiu em formações menores que tinham todas as características da "célula" da mãe.

Gradualmente, uma camada de lipídios apareceu ao redor do núcleo do coacervado, dando origem a uma membrana celular completa. Assim, células primárias, arquecélulas, foram formadas. É este momento que pode ser legitimamente considerado como o nascimento da vida na Terra.

A síntese não biológica da matéria orgânica é real?

Quanto à hipótese da origem da vida na Terra a partir de Oparin ... Muitas pessoas imediatamente têm uma pergunta: “Quão realista é a formação de matéria orgânica a partir de matéria inorgânica em condições naturais?” Tais pensamentos visitaram muitos pesquisadores!

Em 1953, o cientista americano Miller modelou a atmosfera primordial da Terra, com suas incríveis temperaturas e descargas elétricas. Compostos inorgânicos simples foram colocados neste meio. Como resultado, os ácidos acético e fórmico e outros compostos orgânicos foram formados lá. Foi assim que a vida se originou na Terra. Resumidamente, esse processo pode caracterizar a lei filosófica da "Transição da quantidade em qualidade". Simplificando, com o acúmulo de uma certa quantidade de proteínas e outras substâncias no oceano primário, esses compostos adquirem outras propriedades e a capacidade de se auto-organizar.

Pontos fortes e fracos da teoria de Oparin

O conceito que consideramos não tem apenas pontos fortes, mas também pontos fracos. A força da teoria é sua lógica e confirmação experimental da síntese abiótica de compostos orgânicos. Em princípio, esta poderia ser a origem e o desenvolvimento da vida na Terra. Uma grande fraqueza é o fato de que até agora ninguém pode explicar como os coacervados podem renascer em uma estrutura biológica complexa. Mesmo os defensores da teoria admitem que a transição de uma queda de proteína-gordura para uma célula completa é muito duvidosa. Provavelmente estamos perdendo algo por não levar em consideração fatores desconhecidos para nós. Atualmente, todos os cientistas admitem que houve algum tipo de salto acentuado, como resultado do qual a auto-organização da matéria se tornou possível. Como isso pode acontecer? Ainda não está claro... Que outras teorias principais sobre a origem da vida na Terra existem?

A teoria da panspermia e do estado estacionário

Como já dissemos, uma vez esta versão foi ardentemente apoiada e "promovida" pelo famoso acadêmico Vernadsky. Em geral, a teoria da panspermia não pode ser discutida isoladamente do conceito de estado estacionário, uma vez que considera o princípio da origem da vida do mesmo ponto de vista. Você deve saber que pela primeira vez esse conceito foi proposto pelo alemão Richter no final do século XIX. Em 1907 foi apoiado pelo explorador sueco Arrhenius.

Os cientistas que aderem a esse conceito acreditam que a vida simplesmente existiu no Universo e sempre existirá. Ele é transferido de planeta para planeta com a ajuda de cometas e meteoritos, que desempenham o papel de uma espécie de “sementes”. A desvantagem dessa teoria é que se acredita que o próprio universo se formou cerca de 15 a 25 bilhões de anos atrás. Não parece a Eternidade. Dado que os planetas potencialmente adequados para a formação da vida são muitas vezes menores que os planetóides pedregosos comuns, a pergunta pode ser considerada bastante natural: “Quando e onde a vida se formou e como ela se espalhou pelo Universo com tanta velocidade, dada a distâncias irreais?”

Deve-se lembrar que a idade do nosso planeta não é superior a 5 bilhões de anos. Cometas e asteróides viajam muito mais devagar que a velocidade da luz, então eles podem não ter tempo suficiente para trazer as "sementes" da vida para a Terra. Os defensores da panspermia sugerem que certas sementes (esporos de microorganismos, por exemplo) são transportadas “em raios de luz” a uma velocidade apropriada ... . A probabilidade de tal método de distribuição de organismos vivos é muito pequena.

Alguns pesquisadores hoje sugerem que qualquer planeta que seja adequado para a vida pode eventualmente formar corpos proteicos, mas o mecanismo desse processo é desconhecido para nós. Outros cientistas dizem que no Universo, talvez, existam alguns tipos de "berços", planetas nos quais a vida pode se formar. Soa, é claro, como algum tipo de ficção científica... No entanto, quem sabe. Nos últimos anos, em nosso país e no exterior, uma teoria começou gradualmente a tomar forma, cujas disposições dizem sobre as informações inicialmente codificadas nos átomos das substâncias ...

Alegadamente, esses dados dão o próprio ímpeto que leva à transformação dos coacervados mais simples em arquecélulas. Se você pensar logicamente, então esta é a mesma teoria da geração espontânea de vida na Terra! Em geral, o conceito de panspermia dificilmente pode ser considerado uma tese científica completa. Seus defensores só podem dizer que a vida foi trazida para a Terra de outros planetas. Mas como foi parar lá? Não há resposta para isso.

"Presente" de Marte?

Hoje sabe-se com certeza que havia realmente água no Planeta Vermelho e que havia todas as condições propícias ao desenvolvimento da vida proteica. Os dados que confirmam isso foram obtidos devido ao trabalho na superfície de dois veículos de descida ao mesmo tempo: Spirit e Curiosity. Mas até agora, os cientistas estão discutindo com fervor: havia vida lá? O fato é que as informações recebidas dos mesmos rovers indicam uma existência de água a curto prazo (no aspecto geológico) neste planeta. Quão alta é a probabilidade de que, em princípio, organismos proteicos de pleno direito tenham conseguido se desenvolver lá? Novamente, não há resposta para essa pergunta. Novamente, mesmo que a vida tenha chegado ao nosso planeta de Marte, isso não explica o processo de seu desenvolvimento lá (sobre o qual já escrevemos).

Assim, consideramos os conceitos básicos da origem da vida na Terra. Quais deles são absolutamente verdadeiros, é desconhecido. O problema também é que até agora não há um único teste comprovado experimentalmente que possa confirmar ou refutar pelo menos o conceito de Oparin, sem falar em outras teses. Sim, podemos sintetizar proteínas sem problemas, mas não podemos obter vida protéica. Assim, o trabalho dos cientistas está reservado para muitas décadas vindouras.

Há outro problema. O fato é que estamos buscando intensamente a vida baseada no carbono e tentando entender exatamente como ela surgiu. Mas e se o conceito de vida for muito mais amplo? E se pudesse ser baseado em silício? Em princípio, este ponto de vista não contradiz as disposições da química e da biologia. Assim, no caminho para encontrar respostas, nos deparamos com mais e mais novas perguntas. Atualmente, os cientistas apresentaram várias teses fundamentais, guiadas pelas quais as pessoas estão procurando planetas potencialmente habitáveis. Aqui estão eles:

• O planeta deve orbitar na chamada "zona de conforto" ao redor da estrela: sua superfície não deve ser muito quente nem muito fria. Em princípio, pelo menos um ou dois planetas em cada sistema estelar atendem a esse requisito (Terra e Marte, em particular).
• A massa de tal corpo deve ser média (dentro de uma dimensão e meia da Terra). Planetas que são muito grandes têm gravidade irrealisticamente alta ou são gigantes gasosos.
• Vida mais ou menos altamente organizada pode existir apenas perto de estrelas suficientemente velhas (pelo menos três ou quatro bilhões de anos).
• A estrela não deve mudar seriamente seus parâmetros. É inútil procurar vida perto de anãs brancas ou gigantes vermelhas: se estava lá, morreu há muito tempo devido a condições ambientais extremamente desfavoráveis.
• É desejável que o sistema estelar seja único. Em princípio, os pesquisadores modernos se opõem a essa tese. É possível que um sistema binário com duas estrelas localizadas em extremidades opostas possa conter planetas ainda mais potencialmente habitáveis. Além disso, hoje mais e mais pessoas estão falando sobre o fato de que em algum lugar nos arredores do sistema solar há uma nuvem de poeira de gás, o precursor do segundo Sol ainda não nascido.

Conclusões finais

Então, o que pode ser dito em conclusão? Primeiro, carecemos urgentemente de dados sobre as condições ambientais exatas na Terra recém-formada. Para obter essas informações, idealmente, deve-se observar o desenvolvimento de um planeta semelhante ao nosso em outros aspectos. Além disso, os pesquisadores ainda acham difícil dizer quais fatores estimulam a transição de gotículas coacervadas em células completas. Talvez estudos mais aprofundados do genoma dos seres vivos forneçam algumas respostas.

Lições objetivas:

Ampliação e generalização do conhecimento dos alunos sobre diferentes visões sobre a origem da vida na Terra;

A criação de um ambiente de desenvolvimento orientado a problemas como condição para revelar o potencial intelectual de uma personalidade de graduado do ensino médio.

Equipamento:

Retratos de cientistas e filósofos proeminentes do passado;

Apresentações: "Criacionismo", "Desenvolvimento de ideias sobre a origem da vida";

Cartão para realização de trabalho laboratorial: "Análise e avaliação de várias hipóteses sobre a origem da vida";

Cartão “Breve glossário de termos”;

Computador, projetor, tela.

Durante as aulas

1. Atualização do conhecimento.

Diferenças entre vivos e não vivos e a definição do conceito de "vida". (breve conversa).

2. Discurso introdutório do professor.

A vida existe na Terra há 4,5 bilhões de anos. Ela preenche todos os cantos do nosso planeta. Lagos, rios, mares, oceanos, montanhas, planícies, desertos e até o ar são habitados por seres vivos. Supõe-se que em toda a história da vida na Terra existiram cerca de 4,5 bilhões de espécies de animais e plantas.

Como a vida se originou e se desenvolveu em nosso planeta? O problema da origem da vida prendeu o pensamento humano desde tempos imemoriais. Desde os tempos antigos até o nosso tempo, muitas hipóteses foram levantadas sobre a origem da vida na Terra. Mas até hoje não há uma resposta definitiva. Explorando a história do desenvolvimento das ideias sobre a origem da vida, podemos apenas conhecer as teorias científicas propostas pelos cientistas, com os resultados de suas pesquisas sobre o assunto.

Desde os tempos antigos até o nosso tempo, muitas hipóteses foram levantadas sobre a origem da vida na Terra. No entanto, toda a sua diversidade se resume a dois pontos de vista mutuamente exclusivos.

Os proponentes da teoria da biogênese (do grego. bio - vida e gênese - origem) acreditavam que todas as coisas vivas vêm apenas de coisas vivas. Seus oponentes defendiam a teoria da abiogênese, que considerava possível que os vivos se originassem do não-vivo, ou seja, de uma forma ou de outra eles permitiam a geração espontânea de vida.

Podemos observar elementos de visões materialistas e idealistas que permeiam toda a história da formação de visões sobre a origem da vida desde a antiguidade até os dias atuais.

Origem da Terra

Do ponto de vista da ciência moderna, o Sol e os planetas surgiram simultaneamente da matéria interestelar - partículas de poeira e gás. Essa substância fria gradualmente se condensou, comprimiu e depois se desfez em vários coágulos desiguais. Um deles, o maior, deu origem ao Sol. Sua substância, continuando a encolher, aqueceu, formando-se ao seu redor uma nuvem de gás e poeira rotativa, que tinha a forma de um disco. De aglomerados densos dessa nuvem, surgiram planetas. A Terra foi formada há cerca de 4,5 bilhões de anos. Os cientistas determinaram isso pela idade das rochas mais antigas.

Teoria de um estado estacionário (constante)

De acordo com a Teoria do Estado Estacionário, a Terra nunca surgiu, mas existiu para sempre; as condições ambientais sempre foram possíveis para sustentar a vida e, se mudassem, não muito. De acordo com essa versão, as espécies de seres vivos também nunca se formaram, sempre existiram, e cada espécie tem apenas duas realidades possíveis - ou uma mudança de número ou extinção. Mas a hipótese de um estado estacionário contradiz fundamentalmente os dados da ciência moderna, em particular da astronomia, esses dados indicam a existência finita do tempo de vida de quaisquer estrelas e, consequentemente, sistemas planetários em torno desses luminares. De acordo com estimativas modernas baseadas em taxas de decaimento radioativo, a idade da Terra, do Sol e do Sistema Solar é de ~4,6 bilhões de anos. Portanto, essa hipótese geralmente não é considerada pela ciência acadêmica.

Os proponentes desta teoria recusam-se a admitir que a presença ou ausência de certos restos fósseis (restos) possa chamar a atenção para o tempo de ocorrência ou extinção de espécies individuais, diferentes, e citam como exemplo um representante de peixes com nadadeiras lobadas - celacanto ( celacanto).

Teoria da geração espontânea da vida

A teoria da geração espontânea surgiu na China antiga, na Babilônia e na Grécia como alternativa ao criacionismo com o qual convivia. Aristóteles também era um adepto desta teoria. Seus seguidores acreditavam que certas substâncias contêm um "princípio ativo", que, nas condições certas, pode criar um organismo vivo.

Entre os navegadores, as opiniões sobre a aparência do ganso Bernakel eram conhecidas. Este ganso cresce nos fragmentos de um pinheiro, correndo pelas profundezas do mar. A princípio, parece uma gota de resina. Ele se prende a uma árvore com o bico e secreta uma casca dura para segurança, na qual vive calma e despreocupada. Depois de um tempo, o ganso cria penas e, em seguida, desce de um pedaço de casca na água e começa a nadar. E um dia bate as asas e voa para longe.

Por muitos séculos, acreditando firmemente no ato da criação divina, as pessoas, além disso, estavam firmemente convencidas de que a vida constantemente surge espontaneamente. Até mesmo o antigo filósofo grego Aristóteles escreveu que não apenas plantas, vermes, insetos, mas até peixes, sapos e camundongos podem nascer de solo úmido ou lodo podre. Cientista holandês Jan Van Helmont no século 17. descreveu sua experiência, alegando que os ratos vivos supostamente se originaram de roupas sujas e um punhado de trigo trancado em um armário. Outro naturalista, Grindel von Ach, falou da geração espontânea de um sapo vivo que teria observado: “Quero descrever o nascimento de um sapo, que consegui observar com um microscópio. Um dia peguei uma gota de orvalho de maio e, observando-a atentamente ao microscópio, notei que algum tipo de criatura estava se formando em mim. Observando diligentemente no segundo dia, notei que o torso já havia aparecido, mas a cabeça ainda não parecia claramente formada; continuando minhas observações no terceiro dia, convenci-me de que a criatura que observei não passava de um sapo com cabeça e pernas. O desenho anexo explica tudo.

“Estes são os fatos”, escreveu Aristóteles em sua obra, “os seres vivos podem surgir não apenas como resultado do acasalamento de organismos, mas também como resultado da decomposição do solo, autogerando-se sob a influência das forças da natureza da terra em decomposição”.

4. Comentário do professor sobre a avaliação dos estudos sobre o problema da origem da vida nos séculos 18-19.

Essa abordagem do problema da origem da vida foi contestada pelo naturalista italiano Francesco Redi. “A convicção seria vã”, escreveu ele, “se não pudesse ser confirmada pela experiência. Então peguei 2 vasos, coloquei uma enguia nele. Um vaso estava fechado, enquanto o outro permanecia aberto, podendo-se observar que as larvas de mosca apareciam apenas no vaso aberto. Isso significa que as larvas não surgem espontaneamente, mas sim dos ovos postos pelas moscas.”

Mas os opositores de Redi, os chamados vitalistas (do latim vitas - vida) - defensores da força vital penetrante - argumentavam que o ar não poderia entrar no pote fechado e, com ele, a "força vital", portanto, as larvas de moscas em um vaso fechado não apareceram.

Então Redi encenou um experimento que foi brilhante em sua simplicidade. Ele colocou as cobras mortas em 2 vasos, deixou um aberto e o outro coberto com musselina. Depois de algum tempo, as larvas de moscas apareceram apenas em um recipiente aberto. A experiência convenceu que plantas e animais surgem apenas de sementes ou ovos formados por indivíduos parentais, mas não podem surgir da natureza inanimada. Mas e os microrganismos? O debate entre os proponentes da biogênese e abiogênese continuou.

Em 1859, a Academia Francesa de Ciências concedeu um prêmio a alguém que pôs fim ao debate sobre a geração espontânea da vida. Em 1862 Louis Pasteur recebeu o Prêmio. Ele conduziu um experimento que rivalizava com o de Redi em simplicidade. Em frascos, ele fervia caldo de carne no qual os microorganismos podiam se desenvolver. Quando fervidos, eles e seus esporos morreram. Pasteur prendeu um tubo curvo ao frasco, esporos microbianos se instalaram nele e não conseguiram penetrar no meio nutriente, e o acesso à notória “força vital” foi fornecido. O meio nutriente permaneceu estéril, mas assim que o tubo foi quebrado, o meio apodreceu. Posteriormente, com base na experiência de Pasteur, foram criados métodos: pasteurização, preservação, doutrina da assepsia e antissepsia. Tais foram os resultados práticos da disputa teórica.

5. Apresentações dos alunos sobre a análise de outras hipóteses sobre a origem da vida na Terra.

Hipóteses de eternidade da vida no Universo. Panspermia

A refutação de L. Pasteur da teoria da geração espontânea da vida desempenhou um duplo papel. Por um lado, os representantes da filosofia idealista viram em seus experimentos apenas evidência direta da impossibilidade fundamental da transição da matéria inorgânica para os seres vivos como resultado da ação apenas das forças naturais da natureza. Isso estava de acordo com a opinião deles de que o surgimento da vida requer a intervenção de um princípio intangível - o criador. Por outro lado, alguns cientistas naturais de pensamento materialista perderam agora a oportunidade de usar o fenômeno da geração espontânea de vida como a principal prova de seus pontos de vista. Surgiu a ideia da eternidade da vida no universo. Assim surgiu a hipótese da panspermia, proposta pelo químico alemão J. Liebig (1803 - 1873).

De acordo com a hipótese da panspermia, a vida existe para sempre e é transportada de planeta em planeta por meteoritos. Os organismos mais simples ou seus esporos (“sementes de vida”), chegando a um novo planeta e encontrando aqui condições favoráveis, multiplicam-se, dando origem à evolução das formas mais simples às mais complexas. Um defensor da hipótese da panspermia foi o notável naturalista russo V.I. Vernadsky (1863 - 1945)

O físico-químico sueco S. Arrhenius (1859-1927) foi especialmente ativo no desenvolvimento da teoria da panspermia. Nos experimentos do físico russo P.N. Lebedev (1866-1912), que descobriu a pressão do fluxo de luz, S. Arrhenius viu evidências da possibilidade de transferência de esporos de microorganismos de planeta para planeta. A vida é transportada, ele sugeriu, não na forma de microorganismos em meteoritos, aquecidos ao entrar nas densas camadas da atmosfera - os próprios esporos podem se mover no espaço do mundo, impulsionados pela pressão da luz solar!

Mais tarde, essa visão foi rejeitada. Sob as condições do espaço sideral, os primórdios da vida nas formas que conhecemos na Terra, aparentemente, não podem existir, e todas as tentativas de detectar quaisquer formas de vida no espaço ainda não produziram resultados positivos. No entanto, alguns cientistas modernos expressam hipóteses sobre a origem extraterrestre da vida. Assim, os cientistas americanos F. Crick e L. Orgel acreditam que a Terra foi “semeada” por algum tipo de seres inteligentes, os habitantes desses sistemas planetários, cujo desenvolvimento da vida ultrapassou nosso sistema solar em bilhões de anos. Tendo equipado um foguete e colocado um contêiner com os organismos mais simples, eles o lançaram em direção à Terra, tendo estabelecido previamente que nosso planeta possui as condições necessárias para a vida. Claro, é impossível provar isso e refutar categoricamente não é possível.

Uma das evidências a favor da hipótese de uma origem extraterrestre da vida foi a descoberta dentro de um meteorito, chamado ALH 84001, de formações em forma de bastonetes que lembram bactérias fossilizadas em forma. O meteorito em si era um pedaço da crosta marciana que foi ejetado no espaço há 16 milhões de anos como resultado de uma explosão neste planeta. E há 13 mil anos, caiu na Terra, na Antártida, onde foi descoberto recentemente. Por fim, responda à pergunta “Existe vida em Marte?” terá sucesso em um futuro próximo, quando os relatórios da NASA National Aeronautics and Space Administration dos EUA forem publicados. Esta organização lançou um satélite para Marte para coletar amostras do solo marciano e agora está processando o material. Se os estudos mostrarem que os microrganismos habitavam Marte, então será possível falar com maior grau de certeza sobre a introdução da vida a partir do espaço.

A teoria da panspermia nos afasta da questão da origem da vida na Terra: se a vida não se originou na Terra, então como ela se originou fora dela? Esta teoria não encontrou reconhecimento entre muitos cientistas (não explica a origem da vida)

Hipótese de criação

A hipótese criacionista é uma visão da origem da vida do ponto de vista dos crentes. De acordo com essa hipótese, a vida surgiu como resultado de algum evento sobrenatural no passado. É seguido por seguidores de todas as concessões religiosas do mundo - islamismo, cristianismo, budismo, judaísmo. Do ponto de vista dessas religiões, o Universo é composto por componentes materiais e espirituais. A matéria viva, ou seja, o mundo animal, vegetal e o homem, nasceu do componente espiritual, ou seja, Deus. Os defensores desta hipótese dão exemplos das características da matéria viva que não podem ser explicadas pela ciência moderna e, do ponto de vista da religião, demonstram a existência da Mente Suprema. Por exemplo: os vírus consistem em uma casca de proteína e DNA. Na célula hospedeira, o vírus precisa dobrar a molécula de DNA para se reproduzir, mas isso requer uma energia enorme, quem inicia esse processo? Dentro das ciências naturais, a questão ainda não foi respondida.

Isso significa que o ponto de vista estereotipado inerente a muitos de que ciência e religião são inerentemente contraditórias é verdade? Muitos pesquisadores acreditam que a ciência e a religião são formas de conhecer os dois lados de um único mundo – a realidade material e a espiritual. Na prática, eles não devem se opor, mas se complementar e se apoiar. É por isso que Albert Einstein disse: "Ciência sem religião é falha, religião sem ciência é cega". Apresentação 2

Hipótese da evolução bioquímica

A teoria da evolução bioquímica tem o maior número de adeptos entre os cientistas modernos. A Terra surgiu há cerca de cinco bilhões de anos; Inicialmente, sua temperatura de superfície era muito alta. À medida que esfriava, formou-se uma superfície sólida (litosfera). A atmosfera, que originalmente consistia em gases leves (hidrogênio, hélio), não pôde ser efetivamente retida pela Terra insuficientemente densa, e esses gases foram substituídos por gases mais pesados: vapor d'água, dióxido de carbono, amônia e metano. À medida que a temperatura da Terra caiu abaixo de 100°C, o vapor de água começou a se condensar para formar os oceanos do mundo. Nessa época, substâncias orgânicas complexas eram formadas a partir de compostos primários; a energia para as reações de fusão era fornecida por descargas de raios e intensa radiação ultravioleta. O acúmulo de substâncias foi facilitado pela ausência de organismos vivos - consumidores de matéria orgânica - e do principal agente oxidante - oxigênio.

Substâncias orgânicas primárias (proteínas) podem ser criadas a partir de substâncias inorgânicas sob as condições da natureza redutora da atmosfera devido à energia de poderosas descargas elétricas. Estruturas proteicas (protobiontes, segundo a terminologia de Oparin), devido à sua anfotericidade, formavam complexos coloidais hidrofílicos (moléculas de água atraídas para si mesmas) com uma concha de água comum. Esses complexos podem separar-se de toda a massa de água e fundir-se entre si, formando gotas de coacervato (coacervação é a separação espontânea de uma solução aquosa de polímeros em fases com diferentes concentrações). Nos coacervados, as substâncias entraram em outras reações químicas (houve uma absorção seletiva de íons metálicos e a formação de enzimas). A complicação dos protobiontes foi conseguida selecionando tais gotículas coacervadas que tinham a vantagem de melhor aproveitamento das substâncias e energia do ambiente. Na fronteira entre os coacervados e o ambiente externo, formou-se uma membrana primitiva a partir de lipídios, o que levou ao surgimento da primeira célula.

A ciência moderna considera a origem abiogênica da vida na Terra, sendo esta teoria a mais provável. A abiogênese consiste em três estágios principais no desenvolvimento da vida:

1. Ocorrência abiogênica de monômeros biológicos.

2. Formação de polímeros biológicos.

3. Formação de estruturas de membrana e organismos primários (probiontes).

Atualmente, o problema da origem da vida não foi resolvido. Os cientistas continuam procurando maneiras de resolvê-lo.

7. Realização de trabalho de laboratório

Trabalho de laboratório
“Análise e avaliação de várias hipóteses para a origem da vida”

Propósito do estudo Para caracterizar as idéias mitológicas dos cientistas antigos, as primeiras tentativas científicas de explicar a essência e o processo do surgimento da vida, para caracterizar a evidência experimental de hipóteses: os experimentos de F. Redi, os pontos de vista de V. Harvey, os experimentos de L. Pasteur, teorias da eternidade da vida, ideias materialistas sobre a origem da vida na Terra. Para se familiarizar com as declarações dos defensores da panspermia, a hipótese da eternidade da vida no Universo. Explique por que essas teorias não são aceitas por muitos cientistas.

As hipóteses apresentadas são baseadas em evidências? Eles permitem o desenvolvimento evolutivo da natureza? Essas hipóteses podem ser consideradas científicas? Especifique com o sinal (+) ou (-)

	Hipóteses da origem da vida	Evidência da hipótese	desenvolvimento evolutivo	Hipótese científica
1	criacionismo
2	Vitalismo - a teoria da geração espontânea da vida
3	Teoria da panspermia
4	Teoria do estado estacionário
5	Teoria da evolução bioquímica

Com base na análise feita, tire uma conclusão sobre qual das hipóteses para a origem da vida na Terra é mais provável.

Dicionário terminológico

A vida é uma das formas de existência da matéria, surgindo naturalmente sob certas condições no processo de seu desenvolvimento. Os organismos diferem dos objetos inanimados em seu metabolismo, irritabilidade, capacidade de se reproduzir, crescer, desenvolver, regular composição e funções, várias formas de movimento, adaptabilidade ao ambiente, etc.

Abiogênese é a teoria de que a vida pode surgir da não-vida.

Em um sentido amplo, a abiogênese é uma tentativa de imaginar o surgimento de coisas vivas a partir de coisas não vivas.

A biogênese é a teoria de que a vida só pode surgir da vida.

O vitalismo é uma teoria segundo a qual há uma “força vital” em toda parte, que é suficiente para “respirar” e o inanimado se torna vivo.

Criacionismo - a teoria de que a vida surgiu como resultado de algum evento sobrenatural no passado, que na maioria das vezes significa criação divina.

Panspermia é uma teoria segundo a qual as "sementes da vida" foram trazidas do espaço para a Terra junto com meteoritos ou poeira cósmica.

Coacervados são complexos proteicos isolados da massa de água, capazes de trocar substâncias com o meio e acumular seletivamente vários compostos.

Os probiontes são organismos heterotróficos primitivos que surgiram na “sopa primordial”.

8. Resumindo

A vida é apenas uma faísca na escuridão sem fim: ela aparecerá, piscará e desaparecerá para sempre.

Comparada com a infinidade do tempo, a duração de uma vida humana é apenas um momento muito curto, mas isso é tudo que nos é dado aqui.

Portanto, deve-se levar a vida à luz da eternidade e gastar tempo e talentos em obras de valor eterno.

Trabalho de casa. Faça apresentações para responder às seguintes perguntas:

1. Qual é o valor da vida?

2. Qual é o sentido da vida humana?

3. Por que é necessário salvar vidas?