Возникновение жизни на Земле (стр. 1 из 3)

1. Модель большого взрыва и расширяющейся Вселенной

Если, любопытствуя, мы возьмем в руки справочник или какое-нибудь научно-популярное пособие, то непременно наткнемся в них на одну из версий теории происхождения Вселенной – так называемой теории «большого взрыва». В кратком виде эту теорию можно изложить так: первоначально вся материя была сжата в одну «точку», имевшую необычайно высокую температуру, а затем эта «точка» взорвалась с огромной силой. В результате взрыва из постепенно расширявшегося во все стороны супергорячего облака субатомных частиц постепенно образовывались атомы, вещества, планеты, звезды, галактики и, наконец, жизнь. При этом расширение Вселенной продолжается, и неизвестно, как долго будет продолжаться: возможно, когда-нибудь оно достигнет своих границ.

Одна из самых больших проблем, стоящих перед сторонниками теории «большого взрыва», как раз состоит в том, что ни один из предлагаемых ими сценариев возникновения Вселенной невозможно описать математически или физически. Согласно базовым теориям «большого взрыва», первоначальным состоянием Вселенной была точка бесконечно малых размеров с бесконечно большой плотностью и бесконечно высокой температурой. Однако такое состояние выходит за пределы математической логики и не поддается формальному описанию. Так что в действительности о первоначальном состоянии Вселенной ничего определенного сказать нельзя, и расчеты тут подводят. Поэтому это состояние получило в среде ученых название «феномена».

Так как этот барьер до сих пор не преодолен, то в научно-популярных изданиях для широкой публики тема «феномена» обычно опускается вообще, а в специализированных научных публикациях и изданиях, авторы которых пытаются как-то справиться с этой математической проблемой, о «феномене» говорят как о вещи, недопустимой с научной точки зрения, Стивен Хоукинг, профессор математики из Кембриджского университета, и Дж.Ф.Р. Эллис, профессор математики университета в Кейптауне, в своей книге «Длинная шкала структуры пространство-время» указывают: «Достигнутые нами результаты подтверждают концепцию, что Вселенная возникла конечное число лет назад. Однако отправной пункт теории возникновения Вселенной – так называемый «феномен» – находится за гранью известных законов физики». Тогда приходится признать, что во имя обоснования «феномена», этого краеугольного камня теории «большого взрыва», необходимо допустить возможность использования методов исследований, выходящих за рамки современной физики.

«Феномен», как и любой другой отправной пункт «начала Вселенной», включающий в себя что-то, что невозможно описать научными категориями, остается открытым вопросом. Однако возникает следующий вопрос: откуда появился сам «феномен», как он образовался? Ведь проблема «феномена» – это только часть гораздо большей проблемы, проблемы самого источника начального состояния Вселенной. Иными словами – если первоначально Вселенная была сжата в точку, то что привело ее в это состояние? И если мы даже откажемся от вызывающего теоретические трудности «феномена», то все равно останется вопрос: как образовалась Вселенная?

В попытках обойти эту трудность, некоторые ученые предлагают так называемую теорию «пульсирующей Вселенной». По их мнению, Вселенная бесконечно, раз за разом, то сжимается в точку, то расширяется до каких-то границ. Такая Вселенная не имеет ни начала, ни конца, существуют только цикл расширения и цикл сжатия. При этом авторы гипотезы утверждают, что Вселенная существовала всегда, тем самым вроде бы полностью снимая вопрос о «начале мира».

Но дело в том, что никто до сих пор не представил удовлетворительного объяснения механизма пульсации. Почему происходит пульсация Вселенной? Какими причинами она вызвана? Физик Стивен Вайнберг в своей книге «Первые три минуты» указывает, что при каждой очередной пульсации во Вселенной неизбежно должна возрастать величина соотношения количества фотонов к количеству нуклеонов, что ведет к угасанию новых пульсаций. Вайнберг делает вывод, что таким образом количество циклов пульсации Вселенной конечно, а значит, в какой-то момент они должны прекратиться. Следовательно, «пульсирующая Вселенная» имеет конец, а значит, имеет и начало.

2. История развития проблемы происхождения жизни

Жизнь является одним из удивительных и загадочных явлений природы, поэтому она издавна привлекала к себе внимание человечества, которое безуспешно на протяжении многих веков стремилось разгадать ее сущность и тайну происхождения. Отсутствие необходимых знаний не позволяло подойти к решению этой проблемы с научных позиций, поэтому все попытки оставались на уровне догадок.

Быстрое развитие науки в девятнадцатом и начале двадцатого столетия создало предпосылки для формирования научно обоснованных представлений о происхождении жизни на Земле.

Первые представления, определившие главные направления в решении этой проблемы, были высказаны А.И. Опариным в 1924 г. и Дж. Холдейном и Г. Мёллером в1929г.

Идея гипотезы А.И. Опарина, заключается в том, что жизнь на Земле возникла благодаря естественному развитию процессов последовательного химического усложнения углеродистых соединений, которые, попадая в первородный океан, образовывали коллоидные растворы в воде. Рано или поздно из коллоидного раствора выпадали кусочки геля, в результате чего бесструктурное вещество обрело структуру, совершился переход органического соединения в организованное тело. Эти кусочки геля и послужили затем предшественниками первичных организмов. Но прежде чем кусочки геля стали примитивными организмами, им понадобилось пройти сложный и длительный эволюционный путь, в результате которого у них должны были развиваться свойства, присущие живым организмам.

Опарин возникновение жизни связывал непосредственно с возникновением организмов, имеющих четкую границу раздела с окружающей средой. Основанием для такого подхода служило общепризнанное в биологии мнение, что минимальным уровнем живого, в котором проявляются все признаки жизни, является клетка.

В основу модели, происхождения жизни на Земле, выдвинутой М.Д. Нусиновым и К.Б. Серебровской, положена каталитическая функция реголитного зерна, которая в сочетании с капельножидкой водой может приводить к возникновению сначала «обращенной» мицеллы, а затем и структуры, окруженной двухслойной мембраной, – «липосомы», с включенной внутрь каталитически активной реголитной частицей.

К. Симионеску и Ф. Денет считают, что макромолекулярные предшественники живой материи появились путем аккумулирования и рекомбинации активных частиц, возникших под влиянием плазмы в газообразной фазе (первичной атмосфере) на холодных поверхностях суши или в атмосфере.

Л. Лозина-Лозинский считает, что жизнь возникла в наземных условиях, среди частиц грунта или в пещерах, в горных породах, где присутствовали минералы-катализаторы, ускорявшие синтез органических соединений.

Представления о происхождении жизни, высказанные Дж. Холдейном, существенно отличаются от представлений А.И. Опарина. Дж. Холдейн допускал существование жизни до возникновения первых живых клеток. Он считал, что первые живые или полуживые объекты представляли собой, вероятно, большие молекулы, синтезировавшиеся под действием солнечных лучей и способные размножаться лишь в той исключительно благоприятной среде, в которой они возникли. Дж. Холдейн так представлял возникновение первой клетки; «Клетка состоит из многочисленных полуживых химических молекул, взвешенных в воде и заключенных в маслянистую пленку. В те времена, когда весь океан представляя собой огромную химическую лабораторию, условия для образования таких пленок были относительно благоприятными, и тем не менее, жизнь, возможно, находилась на «вирусной» стадии на протяжении многих миллионов лет, прежде чем подходящий набор элементарных единиц оказался собранным в первой клетке.

Спустя почти 30 лет Дж. Холдейн несколько конкретизировал механизм добиологических процессов возникновения простейшего живого организма, однако взгляды его принципиально не изменились.

В 1929 г. Г. Мёллер выдвинул аналогичную гипотезу, в которой начало жизни связывал с особыми молекулами, способными к саморазмножению – генами, т.е. в основе появления жизни лежало возникновение «голого» гена.

Дж. Прингл также предполагал, что жизнь первоначально существовала как некая начальная химическая активность и не имела четких границ в морском «бульоне». Эта активность была сходна с процессами, происходящими в живых клетках. Затем постепенно жизнь локализовалась в ограниченных объемах и сформировалась в виде отдельных организмов.

А. Игнатов в своей работе развивает идеи о первоначальном зарождении жизни на доклеточном уровне: «Капельки, пленки и целые протоплазматические слои, существовавшие благодаря обмену веществ белковых тел, и явились первыми живыми телами, появившимися на Земле. Они обладали самой наипростейшей биологической организацией, какая только возможна при осуществлении жизненных процессов, живое тело развивалось, прежде всего, в направлении создания наиболее благоприятных условий для обмена веществ белковых тел.

Таким образом, выдвинутые Опариным и Холдейном представления послужили базой для формирования двух направлений в решении проблемы происхождения жизни. Свидетельством этого служат последующие работы, в которых основное внимание уделялось развитию конкретных механизмов происхождения жизни по той или иной схеме.

Необходимо отметить, что появление большого количества работ, посвященных происхождению жизни на Земле, привлекло внимание ученых различных специальностей, которые, с позиции накопленных в своей области знаний подвергли основные положения выдвигаемых гипотез критическому анализу. Это позволило выявить сильные и слабые стороны химической эволюции органических веществ, а также всесторонне оценитьеероль в решении проблемы происхождения жизни на Земле.