Условия необходимые для появления жизни на земле. История развития представлений о происхождении жизни на земле. Зарождение жизни на Земле

История жизни и история Земли неотделимы друг от друга, так как именно в процессах развития нашей планеты как космического тела закладывались определенные физические и химические условия, необходимые для появления и развития жизни.

Прежде всего, следует отметить, что жизнь (во всяком случае в той форме, в которой она функционирует на Земле) может существовать в достаточно узком диапазоне температур, давлений и радиации. Также для появления жизни на Земле нужны вполне определенные материальные основы - химические элементы-органогены и в первую очередь углерод, так как именно он лежит в основе жизни. Этот элемент обладает рядом свойств, делающих его незаменимым для образования живых систем. Углерод способен образовывать разнообразные органические соединения, число которых достигает нескольких десятков миллионов. Среди них - насыщенные водой, подвижные, низкоэлектропроводные, скрученные в цепи структуры. Соединения углерода с водородом, кислородом, азотом, фосфором, серой и железом обладают хорошими каталитическими, строительными, энергетическими, информационными и иными свойствами.

Наряду с углеродом к «кирпичикам» живого относятся кислород, водород и азот. Ведь живая клетка состоит на 70% из кислорода, углерода в ней - 17%, водорода - 10%, азота - 3%. Элементы-органогены принадлежат к наиболее устойчивым и распространенным во Вселенной химическим элементам. Они легко соединяются между собой, вступают в реакции и обладают малым атомным весом. Их соединения легко растворяются в воде. Эти элементы, очевидно, поступили на Землю вместе с космической пылью, которая стала материалом для «строительства» планет Солнечной системы. Еще на стадии формирования планет возникли углеводороды, соединения азота, в первичных атмосферах планет было много метана, аммиака, водяного пара и водорода. Они, в свою очередь, стали сырьем для получения сложных органических веществ, входящих в состав белков и нуклеиновых кислот (аминокислот и нуклеотидов).

Огромную роль в появлении и функционировании живых организмов играет вода, ведь они на 90% состоят из воды. Поэтому вода является не только средой, но и обязательным участником всех биохимических процессов. Вода обеспечивает метаболизм клетки и

терморегуляцию организмов. Кроме того, водная среда как уникальная по своим упругим свойствам структура позволяет всем определяющим жизнь молекулам реализовать свою пространственную организацию. Поэтому жизнь зародилась в воде, но даже выйди из моря на сушу, она сохранила внутри живой клетки океаническую среду.

Наша планета богата водой и расположена на таком расстоянии от Солнца, что необходимая для жизни основная масса воды находится в жидком, а не в твердом или газообразном состоянии, как на других планетах. На Земле поддерживается оптимальная температура для существования жизни, основанной на углероде.

Какой была древнейшая жизнь?

Наши знания о ранее живших организмах невелики. Ведь миллиарды особей, представлявших самые разные виды, исчезли, не оставив после себя никаких следов. По оценкам некоторых палеонтологов, в ископаемом состоянии до нас дошли останки только 0,01% всех видов живых организмов, населявших Землю. Среди них - только те организмы, которые могли сохранить структуру своих форм путем замещения или в результате сохранности отпечатков. Все прочие виды до нас просто не дошли, и о них мы не сможем узнать ничего и никогда.

Долгое время считалось, что возраст древнейших отпечатков живых организмов, к которым относятся трилобиты и другие высокоорганизованные водные организмы, составляет 570 млн. лет. Позже были найдены следы намного более древних организмов - минерализовавшихся нитчатых и округлых микроорганизмов примерно десятка различных видов, напоминающих простейших бактерий и микроводорослей. Возраст этих останков, найденных в кремнистых пластах Западной Австралии, был оценен в 3,2-3,5 млрд. лет. Эти организмы, видимо, имели сложную внутреннюю структуру, в них присутствовали химические элементы, соединения которых были способны участвовать в процессе фотосинтеза. Данные организмы бесконечно сложны по сравнению с самым сложным из известных органических соединений абиогенного происхождения. Нет сомнений, что это не самые ранние формы жизни и что существовали их более древние предшественники.

Таким образом, истоки жизни на Земле уходят в тот «темный» первый миллиард лет существования нашей планеты, который не оставил следа в ее геологической летописи. Данную точку зрения подтверждает и тот факт, что известный биогеохимический цикл углерода, связанный с фотосинтезом, в биосфере стабилизировался более 3,8 млрд. лет назад. Это позволяет считать, что фотоавто-трофная биосфера существовала на нашей планете не менее 4 млрд.

лет назад. Однако по данным цитологии и молекулярной биологии, фотоавтотрофные организмы были вторичными в процессе эволюции живого вещества. Автотрофному способу питания живых организмов должен был предшествовать гетеротрофный способ как более простой. Автотрофные организмы, строящие свое тело за счет неорганических минеральных веществ, имеют более позднее происхождение. Об этом свидетельствуют следующие факты:

Все современные организмы обладают системами, приспособленными к использованию готовых органических веществ как исходного строительного материала для процессов биосинтеза;

Преобладающее число видов организмов в современной биосфере Земли может существовать только при постоянном снабжении готовыми органическими веществами;

У гетеротрофных организмов не встречается никаких признаков или рудиментарных остатков тех специфических ферментных комплексов и биохимических реакций, которые характерны для автотрофного способа питания.

Таким образом, можно сделать вывод о первичности гетеротрофного способа питания. Древнейшая жизнь, вероятно, существовала в качестве гетеротрофных бактерий, получавших пищу и энергию за счет органического материала абиогенного происхождения, образовавшегося еще раньше, на космической стадии эволюции Земли. Следовательно, начало жизни как таковой отодвигается еще дальше, за пределы каменной летописи земной коры, более чем на 4 млрд. лет назад.

Говоря о древнейших организмах на Земле, также следует отметить, что по типу своего строения они были прокариотами, возникшими вскоре после появления археклетки. В отличие от эука-риотов они не имели оформленного ядра, и ДНК располагалась в клетке свободно, не отделяясь от цитоплазмы ядерной мембраной. Различия между прокариотами и эукариотами гораздо глубже, чем между высшими растениями и высшими животными: и те и другие относятся к эукариотам. Представители прокариотов живут и сегодня. Это бактерии и сине-зеленые водоросли. Очевидно, первые организмы, жившие в очень жестких условиях первоначальной Земли, были похожи на них.

Ученые также не сомневаются в том, что древнейшие организмы, населявшие Землю, были анаэробами, получавшими необходимую им энергию за счет дрожжевого брожения. Большая часть современных организмов являются аэробными и используют кислородное дыхание (окислительные процессы) как способ получения энергии.

Таким образом, прав был В. И. Вернадский, предположивший, что жизнь сразу возникла в виде примитивной биосферы. Только

разнообразие видов живых организмов могло обеспечить выполнение всех функций живого вещества в биосфере. Ведь жизнь является мощнейшей геологической силой, вполне сравнимой как по энергетическим затратам, так и по внешним эффектам с такими геологическими процессами, как горообразование, извержение вулканов, землетрясения и т.д. Жизнь не просто существует в окружающей ее среде, но активно эту среду формирует, преобразуя ее «под себя». Не следует забывать, что весь лик современной Земли, все ее ландшафты, осадочные и метаморфические породы (граниты, гнейсы, образовавшиеся из осадочных пород), запасы полезных ископаемых, современная атмосфера являются результатом действия живого вещества.

Эти данные позволили Вернадскому утверждать, что с самого начала существования биосферы входящая в нее жизнь должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, так как биогеохимические функции жизни в силу своего разнообразия и сложности не могут быть связаны только с какой-то одной формой жизни. Таким образом, первичная биосфера изначально была представлена богатым функциональным разнообразием. Поскольку организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте, то первое появление жизни должно было произойти не в виде какого-то одного вида организмов, а в их совокупности. Иными словами, сразу должны были появиться первичные биоценозы. Состояли они из простейших одноклеточных организмов, так как все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть выполнены ими.

И, наконец, следует сказать, что первичные организмы и биосфера могли существовать только в воде. Выше мы уже говорили, что все организмы нашей планеты теснейшим образом связаны с водой. Именно связанная вода, не теряющая своих основных свойств, является их важнейшим составным компонентом и составляет 60-99,7% веса.

Именно в водах первичного океана образовался «первичный бульон». Ведь морская вода сама по себе представляет естественный раствор, содержащий все известные химические элементы. В ней образовались вначале простые, а затем и сложные органические соединения, среди которых были аминокислоты и нуклеотиды. В этом «первичном бульоне» и произошел скачок, давший начало жизни на Земле. Немаловажное значение для появления и дальнейшего развития жизни имела радиоактивность воды, которая тогда была в 20-30 раз большей, чем сейчас. Хотя первичные организмы были намного устойчивее к радиации, чем современные, мутации в те времена происходили намного чаще, поэтому естественный отбор шел интенсивнее, чем в наши дни.

Кроме того, не следует забывать о том, что первичная атмосфера Земли не содержала свободного кислорода, поэтому в ней отсутствовал озоновый экран, защищающий нашу планету от ультрафиолетовой радиации Солнца и жесткого космического излучения. В силу этих причин на суше жизнь просто не могла возникнуть, жизнь возникла в первичном океане, воды которого служили достаточным препятствием для этих лучей.

Итак, подводя итоги, следует отметить, что первичные организмы, возникшие на Земле более 4 млрд. лет назад, обладали следующими свойствами:

Они были гетеротрофными организмами, т.е. питались готовыми органическими соединениями, накопленными на этапе космической эволюции Земли;

Они были прокариотами - организмами, лишенными оформленного ядра;

Они были анаэробными организмами, использующими в качестве источника энергии дрожжевое брожение;

Они появились в виде первичной биосферы, состоящей из биоценозов, включающих различные виды одноклеточных организмов;

Они появились и долгое время существовали только в водах первичного океана.

Предпосылки возникновения жизни. По научным данным, планета Солнечной системы Земля образовалась из газово-пылевого облака около 4,5-5 млрд. лет назад. Такая газово-пылевая материя встречается в межзвездном пространстве и в настоящее время.
Для возникновения жизни на Земле необходимы определенные космические и планетарные условия. Одним из таких условий являются размеры планеты. Масса планеты не должна быть слишком большой, так как энергия атомного распада природных радиоактивных веществ может привести к перегреванию планеты или радиоактивному загрязнению среды. Но если масса планеты будет маленькой, то она не способна удерживать около себя атмосферу. Также необходимо движение планеты вокруг звезды по круговой орбите, позволяющее постоянно и равномерно получать необходимое количество энергии. Для развития и возникновения жизни важно равномерное поступление потока энергии на планету, потому что существование живых организмов возможно в пределах определенных температурных условий. Таким образом, к основным условиям возникновения жизни на Земле относятся размеры планеты, энергия, определенные температурные условия. Научно доказано, что эти условия существуют только на планете Земля.
Вопрос о происхождении жизни уже давно волнует человечество, известно множество гипотез.
В древности из-за отсутствия научных данных о возникновении жизни существовали различные взгляды. Великий ученый своего времени Аристотель (IV в. до н. э.) придерживался такого мнения, что из мяса возникла вошь, из сока животного - клоп, из ила - червь.
В средние века, несмотря на расширение научных знаний, имели место различные представления о возникновении жизни. Позднее, с открытием микроскопа, уточнялись данные о строении организма. Соответственно появились опыты, которые поколебали идеи о зарождении жизни из неживой природы. Однако до середины XVII в. было еще много сторонников взгляда о самозарождении.
Для познания тайн жизни английский философ Ф. Бэкон (1561- 1626) предложил проведение исследований в виде наблюдений и экспериментов. Взгляды ученого оказали особое влияние на развитие естествознания.
В середине XVII в. итальянский врач Франческо Реди (1626-1698) нанес серьезный удар по теории самопроизвольного зарождения жизни, поставив следующий опыт (1668 г.). Он поместил в четыре сосуда мясо и оставил их открытыми, а другие четыре сосуда с мясом закрыл марлей. В открытых сосудах из яиц, отложенных мухами, вывелись личинки. В закрытом же сосуде, куда мухи не могли проникнуть, личинки не появились. На основании этого опыта Реди доказал, что мухи выводятся из яичек, отложенных мухами, т. е. мухи не самозарождаются.
В 1775 г. М. М. Тереховский провел следующий опыт. Он в два сосуда налил бульон. Первый сосуд с бульоном он вскипятил и плотно закрыл пробкой, где позже никаких изменений на наблюдал. Второй сосуд М. М. Тереховский оставил открытым. Через несколько суток в открытом сосуде он обнаружил прокисший бульон. Однако в то время еще не знали о существовании микроорганизмов. Согласно представлениям этих ученых, живое возникает из неживого под действием сверхъестественных "жизненных сил". В закрытый сосуд "жизненная сила" не может проникнуть, а при кипячении она погибает. Такие взгляды получили название виталистических (лат. vitalis - "живой, жизненный").
По вопросу возникновения жизни на Земле сформировались два противоположных взгляда.
Первый (теория абиогенеза) - живое возникает из неживой природы. Второй взгляд (теория биогенеза) - живое не может возникнуть самопроизвольно, оно происходит от живого. Непримиримая борьба между этими взглядами продолжается до сих пор.
Для доказательства невозможности самозарождения жизни французский ученый-микробиолог Л. Пастер (1822-1895) в I860 г. поставил такой опыт. Он видоизменил опыт М. Тереховского и использовал колбу с S-образным узким горлышком. Л. Пастер прокипятил питательную среду и поместил ее в колбу с длинным изогнутым горлышком, воздух проходил в колбу свободно. Но микробы в нее попасть не могли, так как они оседали в изогнутой части горлышка. В такой колбе жидкость сохранялась долго без появления микроорганизмов. С помощью такого простого опыта Л. Пастер доказал, что взгляды виталистов ошибочны. Он убедительно доказал правильность теории биогенеза - живое возникает только из живого.
Но сторонники теории абиогенеза не признали опыты JI. Пастера.

Луи Пастер (1822- 1895). Французский микробиолог. Изучил процессы брожения и гниения. Доказал невозможность самопроизвольного зарождения микроорганизмов. Разработал метод пастеризации продуктов питания. Доказал распространение инфекционных болезней через микробов.

Александр Иванович Опарин (1894-1980). Известный русский биохимик. Основатель гипотезы о возникновении органических веществ абиогенным путем. Разработал естественнонаучную теорию возникновении жизни на Земле. Основоположник эволюционной биохимии.

Джон Холдейн (1892-1964). Известный английский биохимик, генетик и физиолог. Автор гипотезы "первичного бульона", один из основоположников популяционной генетики. Имеет множество трудов в области определения частоты мутации человека, математической теории отбора.

Некоторые из них утверждали, что "существует некая жизненная сила, и жизнь на Земле вечна". Этот взгляд получил название креационизм (лат. creatio - "создатель"). Его сторонниками были К. Линней, Ж. Кювье и др. Они утверждали, что зародыши жизни занесены на Землю с других планет посредством метеоритов и космической пыли. Этот взгляд известен в науке под названием теория панспермии (греч. pan - "единство", sperma - "зародыш"). "Теорию панспермии" впервые в 1865 г. предложил немецкий ученый Г. Рихтер. По его мнению, жизнь на Земле появилась не из неорганических веществ, а занесена с других планет посредством микроорганизмов и их спор. Эту теорию поддержали известные в то время ученые Г. Гельмгольц, Г. Томсон, С. Аррениус, Т. Лазарев. Однако до настоящего времени нет научных доказательств занесения микроорганизмов в составе метеоритов из далеких космических пространств.
В 1880 г. немецкий ученый В. Прейер предложил теорию вечности жизни на Земле, которую поддержал известный русский ученый В. И. Вернадский. Данная теория отрицает разницу между живой и неживой природой.
Понятие о происхождении жизни тесно связано с расширением и углублением знаний о живых организмах. В этой области немецкий ученый Э. Пфлюгер (1875) исследовал белковые вещества. Он придавал особое значение белку как основной составной части цитоплазмы, пытаясь объяснить возникновение жизни с материалистической точки зрения.
Огромное научное значение имеет гипотеза русского ученого А. И. Опарина (1924), доказывающая появление жизни на Земле абиогенным путем из органических веществ. Его взгляды поддержали многие зарубежные ученые. В 1928 г. английский биолог Д. Холдейн пришел к выводу, что энергия, необходимая для образования органических соединений, - это ультрафиолетовые лучи Солнца.

Джон Бернал (1901-1971). Английский ученый, общественный деятель. Основатель теории возникновения современной жизни на Земле. Создал труды по исследованию состава белков рентгеном.

В настоящее время многие ученые придерживаются мнения о том, что жизнь появилась впервые в результате обособления аминокислот и других органических соединений в морской воде.
Витализм. Абиогенез. Биогенез. Креационизм. Панспермия.

1. Согласно теории абиогенеза жизнь появилась из неживой природы в результате усложнения химических соединений.
2. Опыт Ф. Реди убедительно доказал несостоятельность теории самозарождения.
3. Виталистическая теория означает, что жизнь возникла под действием "жизненной силы".
4. Согласно теории панспермии, жизнь на Землю занесена из другой планеты, а не создана из органических веществ.
5. Современное определение жизни: "Жизнь представляет собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот".
1. Как объяснил Аристотель появление жизни?
2. В чем смысл теории панспермии?
3. Что доказал опыт Ф. Реди?
1. Какие условия необходимы для возникновения жизни?
2. Как объясняет креационизм возникновение жизни?
3. Охарактеризуйте опыт Л. Пастера?
1. Какие взаимно противоположные точки зрения имеются для объяснения появления жизни?
2. Каково значение исследований Э. Пфлюгера?
3. Какие гипотезы были выдвинуты А. И. Опариным и Д. Холдейном?

Напишите реферат или сообщение, посвященные различным взглядам на возникновение жизни.

Отрывок из книги русского учёного Николая Левашова "Неоднородная Вселенная" Гл. 4

Этот материал непосредственно связан с вопросом " Природы образования планетарных систем ", поэтому для более полного понимания рекомендуется ознакомиться с указанным материалом .

Вопрос о возникновении жизни на нашей планете всегда был «камнем преткновения». С древних времён философы, учёные пытались разгадать тайну жизни. Создавались разные теории, гипотезы о природе живой материи. Все они базируются на постулатах (понятиях, принимаемых без доказательств). Чтобы сохранить эти теории жизнеспособными, позднее вводились новые и новые постулаты.

В настоящее время все существующие научные теории имеют в своём фундаменте десятки, а порой и сотни постулатов. К их числу относится и современная физика. Информация, которую человечество накопило к концу двадцатого века, полностью делает эти теории несостоятельными. Явления, которые учёные наблюдают, посредством приборов или визуально, есть проявления реальных законов природы. Но, реальные законы природы формируются на уровнях макрокосмоса и микрокосмоса.

Всё, с чем человек соприкасается в своей жизни, находится между макрокосмосом и микрокосмосом. Именно поэтому, когда человек с помощью приборов смог заглянуть в микромир, он впервые столкнулся с законами природы, а не с их проявлениями. Материя не появилась из неоткуда. Всё гораздо проще и сложнее одновременно: то, что человек знает о материи и думает, как о завершённом, абсолютном понятии, на самом деле, является лишь маленькой частью этого понятия. Материя действительно никуда не исчезает и ниоткуда не появляется; действительно существует Закон Сохранения Материи, только он не такой, каким его представляют люди. Таким образом, существующие научные теории, основанные на постулатах, оказались мёртворождёнными. Они не смогли дать какого-либо стройного и логического объяснения. Невозможность существующих теорий объяснить условия и причины зарождения жизни не извиняют это незнание. Жизнь на нашей планете появилась более четырёх миллиардов лет назад и её развитие привело к появлению разумности, но существующая цивилизация до сих пор, не может ответить на простой вопрос: что такое жизнь, как она возникла из так называемой неживой материи? Каким образом и почему, неживая материя, вдруг, преобразуется в живую? Без понимания этого вопроса, человечество не может называть себя разумной расой, а только неразумным малышом, для которого пришла пора набираться ума-разума. Итак, какие условия должны были возникнуть на планете, при которых возможно зарождение жизни?

Условия зарождения жизни на планетах

Прежде, чем объяснить природу зарождения жизни, в первую очередь необходимо определить, какие условия должны существовать, чтобы на планете могла зародиться, по крайней мере, белковая жизнь. Девять планет солнечной системы - наглядный пример этому. В данный момент, только на планете Земля существуют необходимые и достаточные условия для жизни или, по крайней мере, сложноорганизованной живой материи. И первоочередной задачей является определение этих условий. Исходя из понимания вышеупомянутых процессов, происходящих на макро- и микроуровнях пространства, можно выделить следующие условия, необходимые для зарождения жизни:

1. Наличие постоянного перепада мерности ς . Величина постоянного перепада мерности и коэффициент квантования пространстваγ i (определяющий количество форм материй данного типа, которые могут слиться в пределах этого перепада) определяют эволюционный потенциал возможной жизни. Кратность этих величин - критерий, дающий представление о количестве качественных барьеров (уровней), возникающих внутри этого перепада мерности. Количество барьеров характеризует качественное многообразие возможной жизни. В том числе, возможность появления разума и его развития. Мерность макропространства, после завершения формирования планеты, возвращается к исходному уровню, который был до взрыва сверхновой звезды. После завершения процесса образования возникает постоянный перепад мерности между уровнем мерности физически плотного вещества (2.89915 ) и уровнем мерности окружающего макрокосмоса (3.00017 ). Таким образом, постоянный перепад мерности является необходимым условием возникновения жизни. Важное значение имеет величина этого перепада. Именно величина перепада определяет эволюционный потенциал живой материи, жизни. Минимальный перепад мерности, при котором возможно зарождение жизни, должен быть равен:

ς = 1γ i (ΔL) (4.2.1)

Появление элементов разума и зарождение памяти, без которой невозможно развития разума, возможно при перепаде мерности, равном:

ς = 2γ i (ΔL) (4.2.2)

Необходимым условием для возникновения разума и его эволюции является перепад мерности:

ς = 3γ i (ΔL) (4.2.3)

Таким образом, используя перепад мерности, как критерий, можно говорить о требовании к качественной структуре пространства-вселенной (для нашего пространства-вселенной (γ i (ΔL) = 0.020203236... ). Только пространства-вселенные, образованные тремя и большим количеством форм материй имеют необходимые условия для зарождения жизни и разума

2. Наличие воды . Вода является основой органической жизни на нашей планете. Конечно же, существуют формы жизни не только на белковой основе. Но для начала, необходимо проследить закономерности возникновения белковой жизни. Необходимо понять, что происходит в нашем собственном доме перед тем, как заглядывать в чужие.

3. Наличие атмосферы . Атмосфера является наиболее динамичной, активной частью планеты. Она быстро и резко реагирует на изменения состояния внешней среды, что очень важно для возникновения жизни. Наличие в атмосфере кислорода и углекислого газов - знак наличия на планете белковой жизни. Атмосфера не должна быть очень плотной и чрезмерно разрежённой. При очень плотной атмосфере излучения звезды не достигают поверхности планеты и не нагревают её. При этом нижние слои атмосферы не поглощают излучения звезды и тепловые излучения поверхностных слоёв планеты. В результате, перепад мерности между освещённой и ночной частями поверхности планеты не возникает. И, как следствие, не возникает движение атмосферных масс в нижних слоях атмосферы. При отсутствии градиента (перепада) мерности вдоль поверхности планеты, не возникают атмосферные электрические разряды. В чрезмерно разрежённой атмосфере нижние слои имеют возможность поглощать излучения звезды и тепловые излучения поверхности. Но, при этом, не возникает движение атмосферных масс, как результат её чрезмерной разрежённости. Как известно, величина и плотность атмосферы определяется размером и массой планеты. Поэтому, только планеты, соизмеримые по размерам и массе с нашей планетой Землёй имеют максимально благоприятные условия для возникновения белковой жизни. Атмосфера не должна быть ни чрезмерно «тяжёлой», ни чрезмерно «лёгкой».

4. Наличие периодической смены дня и ночи. Планетарные сутки не должны быть очень короткими или очень длинными. Планеты с продолжительностью планетарных суток в пределах диапазона 18-48 земных часов имеют максимально благоприятные условия для возникновения жизни. При массовом поглощении фотонов света атомами поверхностного слоя больших площадей, происходит увеличение уровня мерности этого слоя на некоторую величину ΔL. Эта величина соответствует амплитуде волн, которые поглощаются поверхностным слоем планеты (инфракрасное, оптическое, ультрафиолетовое излучения Солнца). В результате этого, перепад между уровнями мерности атмосферы и поверхности планеты в зоне поглощения уменьшается на величину ΔL, в то время, как неосвещённая или ночная часть поверхности сохраняет прежний перепад уровней мерности между атмосферой и поверхностью. Таким образом, возникает перепад мерности между освещённой и неосвещённой зонами поверхности планеты. Возникает параллельный поверхности планеты перепад (градиент) мерности. Определяющее значение имеет величина этого перепада. Дело в том, что молекулы атмосферы находятся под воздействием гравитационного поля планеты, существующего постоянно, как следствие формирования в зоне неоднородности макропространства постоянного перепада мерности, направленного от внешних границ к центру зоны неоднородности.

Гравитационное поле планеты компенсируется тем, что каждый атом или молекула атмосферы имеют уровни собственной мерности, очень близкие к верхней границе диапазона устойчивости физически плотного вещества. Вступает в силу, так называемый, «эффект поплавка», когда каждая молекула или атом стремятся к положению максимально устойчивого состояния равновесия. Именно, благодаря этому, молекулы и атомы атмосферы не падают на поверхность планеты, как молекулы и атомы более тяжёлых элементов. Перепад (градиент) мерности между дневной и ночной зонами направлен вдоль поверхности планеты, что приводит в движение свободные материи параллельно её поверхности от зоны с большим уровнем мерности (освещённая поверхность) к зоне с меньшим уровнем мерности (неосвещённая поверхность). В результате появления второго направления движения свободных материй параллельно поверхности, возникает перепад атмосферного давления Рис. 4.2.1) и уменьшается сила тяжести.

Так как молекулы атмосферы не связаны между собой в жёсткие (твёрдое состояние вещества) или полужёсткие системы (жидкое состояние вещества), то перепад мерности пространства вдоль поверхности приводит к тому, что поток свободных материй увлекает за собой молекулы, образующие атмосферу. Воздушные массы приходят в движение, возникает ветер. При этом, «разогретые» молекулы (молекулы, поглотившие солнечные излучения) перемещаются на неосвещённую территорию, где происходит спонтанное (самопроизвольное) излучение ими волн. Другими словами, вследствие того, что собственный уровень мерности этих молекул выше собственного уровня атмосферы неосвещённой поверхности, этот перепад, между мерностью среды и собственной мерностью разогретых молекул, вызывает неустойчивое состояние последних и провоцирует спонтанное излучение молекулами волн. «Холодные» молекулы, в свою очередь, имеют уровень собственный мерности ниже собственного уровня мерности освещённой территории, что провоцирует массовое поглощение излучений Солнца и тепловых излучений освещённой поверхности. Постепенно происходит выравнивание между собственным уровнем мерности освещенной поверхности и собственным уровнем мерности молекул. При этом, если собственный уровень мерности «холодных» молекул значительно отличается от собственного уровня мерности освещённой территории, происходит снижение последнего. Когда собственный уровень мерности освещённой территории опускается до уровня, так называемой, точки «росы», молекулы воды из газообразного состояния переходят в жидкое. Выпадает роса. Если это происходит на уровне облачности, процесс каплеобразования приобретает цепной характер, и выпадает дождь. При этом, состояние качественного барьера между вторым и физическим уровнями возвращается к норме. В случае, когда этот процесс происходит быстро и резко, скопившиеся на уровне качественного барьера свободные материи стекают лавинообразно. И, как следствие, возникают атмосферные электрические разряды - молнии. Аналогией этому процессу может послужить плотина на реке, у которой открыли все шлюзы, и вся вода, накопленная плотиной, освобождается одновременно. Периодическая смена дня и ночи делает закономерным и естественными описанное выше.

Оптимальными для возникновения жизни являются планеты с продолжительностью планетарных суток в интервале значений 18-48 земных часов. При меньшей продолжительности планетарных суток, описанные выше процессы не достигают уровня, при котором происходит активное движение атмосферных масс и разряды атмосферного электричества, без чего, возникновение органической жизни невозможно. Более длительные планетарные сутки (больше, чем 48 земных часов) приводят к постоянному штормовому состоянию атмосферы планеты, что создаёт тяжёлые условия для возникновения и развития жизни. На таких планетах жизнь может возникнуть только, когда интенсивность излучений звезды, достигающих поверхности планеты, уменьшится до определённого уровня. Только при уровне излучений звезды, когда освещённая поверхность планеты не перегревается, возникают условия для зарождения жизни. Обычно такие условия появляются на последней стадии эволюции звёзд и даже, если на них и возникает жизнь, то она не успевает развиться до сложных форм перед тем, как звезда погибает. Кроме этого, если продолжительность планетарных суток небольшая, перепад мерности не достигает уровня, при котором возникают какие-либо существенные движения масс нижних слоёв атмосферы планеты. Если же продолжительность планетарных суток большая, перепад мерности становится настолько существенным, что приводит к мощным и продолжительным атмосферным бурям и штормам, в результате которых, уничтожается верхний слой планетарного грунта, что создаёт невозможность развития флоры планеты, без которой развитие экологической системы просто невозможно. Штормовое состояние атмосферы вызывает также мощное движение поверхностных слоёв океанов планеты, что, в свою очередь, делает невозможным зарождение жизни в воде.

5. Наличие разрядов атмосферного электричества. Во время разрядов атмосферного электричества, в мрской воде происходит синтез органических молекул. В зоне разряда создаётся дополнительное искривление пространства (изменение уровня мерности), при котором молекулы неорганических соединений, растворённых в воде, соединяются между собой в качественно новом порядке, образуя органические соединения, которые представляют собой цепочки однотипных атомов. Только мощные разряды атмосферного электричества способны создать необходимые условия, при которых уровень мерности достигает критической величины. Две свободные электронные связи каждого из этих атомов в состоянии присоединить к себе, как свободные ионы, так и другие цепочки-молекулы. Атмосферные электрические разряды возникают, как следствие перепада толщины качественного барьера между физическим и вторым уровнями планеты. Когда ночь своим покровом обнимает землю, поверхностный слой планеты начинает охлаждаться и излучать тепловые волны. И, как при всяком излучении, уровень мерности излучающего атома или молекулы уменьшается. Когда это происходит одновременно с триллионами триллионов атомов и молекул на ограниченной территории (площадь, освещённая звездой в дневное время), уровень мерности уменьшается на всей этой территории. Если за день атмосфера и поверхность планеты сильно разогрелись, а ночью произошло резкое охлаждение, возникает скачок уровня мерности. При этом, скопившиеся на уровне качественного барьера свободные материи лавиной обрушиваются вниз. Происходит электрический разряд между атмосферой и поверхностью планеты.

Итак, необходимыми условиями для возникновения жизни на планетах являются:

наличие постоянного перепада мерности,

наличие воды,

наличие атмосферы,

наличие периодической смены дня и ночи,

наличие разрядов атмосферного электричества.

Жизнь зарождается автоматически на всех планетах, где существуют перечисленные выше условия. И таких планет во Вселенной - миллиарды. Наша планета Земля не является уникальным творением природы.

ВВЕДЕНИЕ

Происхождение жизни на Земле явилось третьим значительным этапом в ряду происхождения нашей вселенной и происхождения Земли.

Существовало масса теорий и гипотез о возникновении жизни на Земле. Среди них миф о «акте сотворения мира Богом», описанный в Библии, гипотезы Аристотеля, Эпикура и Демокрита.

Исследования Луи Пастера в 19-м веке окончательно подтвердили ошибочность представлений происхождения жизни как о спонтанном самозарождении. Правда, они не дали окончательных выводов о происхождении жизни.

И только 3 мая 1924 г. на собрании Русского ботанического общества ученый А.И. Опарин с новой точки зрения рассмотрел проблему возникновения жизни. Его доклад «О возникновении жизни» стал исходной точкой нового взгляда на вечную проблему нашего появления на Земле. Необходимо подчеркнуть, что независимо от Опарина к таким же выводам пришел английский ученый Дж. Холдейн.

Общим во взглядах Опарина и Холдейна было объяснение возникновения жизни в результате химической эволюции. Оба они подчеркивали огромную роль первичного океана как огромной химической лаборатории, в которой образовался «первичный бульон».

Александр Иванович Опарин

Джон Бёрдон Сандерсон Холдейн

УСЛОВИЯ ПОЯВЛЕНИЯ ЖИЗНИ

Зарождение жизни не произошло само по себе, а совершилось благодаря определенным внешним условиям, сложившимся к тому времени. Главное условие возникновения жизни связано с массой и размерами нашей планеты. Доказано, что если масса планеты больше чем 1/20 массы Солнца, на ней начинаются интенсивные ядерные реакции.

Следующим важным условием возникновения жизни являлось наличие воды (Рис.1 ). Значение воды для жизни исключительно. Это обусловлено ее специфическими термическими особенностями: огромной теплоемкостью, слабой теплопроводностью, расширением при замерзании, хорошими свойствами как растворителя и др.

Рисунок 1. Структура молекулы воды и ее вид в электронном микроскопе

Третьим элементом явился углерод, который присутствовал на Земле в виде графита и карбидов. Из карбидов при их взаимодействии с водой образовывались углеводороды (Рис.2 ).

Рисунок 2. Структура углеводорода

Четвертым необходимым условием являлась внешняя энергия. Такая энергия на земной поверхности имелась в нескольких формах: лучистая энергия Солнца, в частности ультрафиолетовый свет, электрические разряды в атмосфере и энергия атомного распада природных радиоактивных веществ (Рис.3 ).

Рисунок 3. Излучение Солнца и распад радиоактивного вещества на примере Урана-238

ПОЯВЛЕНИЕ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ

Земля после ее возникновения длительное время находилась в таком раскаленном состоянии, что никаких химических соединений на ней не могло быть. Первые соединения, которые появились после охлаждения земного шара, были углеводороды и аммиак. В результате химических превращений производных этих веществ и взаимодействия их между собой в водной среде образовались углеводы, аминокислоты, жироподобные вещества и другие сложные органические соединения. Дальнейшие взаимодействия между упомянутыми соединениями привели к возникновению и объединению больших молекул в каплевидные образования, отделенные от окружающего их водного раствора, из которого они могли поглощать разные вещества. В одних случаях поглощение каплями различных веществ могло приводить к распаду этих капель, в других -- к их увеличению. Оставались такие капли, в которых устанавливалось определенное соотношение между процессами синтеза и распада составляющих их веществ, на ход которых влияли различные катализаторы. Впоследствии появились наиболее совершенные каталитические вещества белковой природы -- ферменты, способствующие ускорению химических процессов и усилению их специфичности.

Такие системы, которые были прообразами очень простых живых существ, имели больше шансов сохраниться, чем те системы, в которых процессы шли медленнее и взаимодействие их с веществами водного раствора было менее активным. Таким образом, с известным правом можно утверждать, что в возникновении первых организмов сыграли роль процессы, напоминающие те, которые совершаются при естественном отборе.

Первые организмы были гетеротрофами и в основном питались органическими веществами, возникшими без участия организмов. Размах их синтетических процессов был еще незначителен; создавать из неорганических соединений органические вещества они не могли ввиду отсутствия у них необходимых для этого аппаратов. В атмосфере, окружавшей рассматриваемые организмы, свободного кислорода не было, так как он был поглощен при остывании Земли в процессе различных реакций. Следовательно, у первых организмов диссимиляция происходила по типу брожения с освобождением сравнительно небольшого количества энергии. Это ограничивало их активность и уменьшало возможности синтеза органических веществ, образующихся с поглощением энергии. Строение их было простое, специальных частей, выполняющих определенные функции, еще, вероятно, не было.

Когда на Земле возникли вещества подобные белкам, начался новый этап в развитии материи -- переход от органических соединений к живым существам. Первоначально, органические вещества находились в морях и океанах в виде растворов. В них не было какого-либо строения, какой-либо структуры. Но когда подобные органические соединения смешивались между собой, из растворов выделялись особые полужидкие, студенистые образования -- коацерваты (Рис.4 ). В них концентрировались все находящиеся в растворе белковые вещества.

Рисунок 4. Коацерватная капля под микроскопом

Хотя коацерватные капельки были жидкие, они обладали определенным внутренним строением. Частицы вещества в них были расположены не беспорядочно, как в растворе, а с определенной закономерностью. При образовании коацерватов возникали зачатки организации, однако, еще очень примитивной и неустойчивой (Рис.5 ). Для самой капельки эта организация имела большое значение. Любая коацерватная капелька была способна улавливать из раствора, в котором плавает, те или иные вещества. Они химически присоединялись к веществам самой капельки. Таким образом, в ней протекал процесс созидания и роста. Но в любой капельке наряду с созиданием существовал и распад. Тот или иной из этих процессов, в зависимости от состава и внутреннего строения капельки, начинал преобладать.

Рисунок 5. Организация коацерватной капли

В результате, в каком-нибудь месте первичного океана смешались растворы белковоподобных веществ и образовались коацерватные капельки. Они плавали не в чистой воде, а в растворе разнообразных веществ. Капельки улавливали эти вещества и росли за их счет. Скорость роста отдельных капелек была неодинакова. Она зависела от внутреннего строения каждой из них.

Если в капельке преобладали процессы разложения, то она распадалась. Вещества, ее составляющие, переходили в раствор и поглощались другими капельками. Более или менее длительно существовали лишь те капельки, в которых процессы созидания преобладали над процессами распада.

Таким образом, все случайно возникающие формы организации сами собой выпадали из процесса дальнейшей эволюции материи.

Каждая отдельная капелька не могла расти беспредельно как одна сплошная масса -- она распадалась на дочерние капельки. Но каждая капелька в то же время была чем-то отлична от других и, отделившись, росла и изменялась самостоятельно. В новом поколении все неудачно организованные капельки погибали, а наиболее совершенные участвовали в дальнейшей эволюции материи. Так в процессе возникновения жизни происходил естественный отбор коацерватных капелек. Рост коацерватов постепенно ускорялся. Причем научные данные подтверждают, что жизнь возникла не в открытом океане, а в шельфовой зоне моря или в лагунах, где были наиболее благоприятные условия для концентрации органических молекул и образования сложных макромолекулярных систем.

В конечном итоге усовершенствование коацерватов привело к новой форме существования материи -- к возникновению на Земле простейших живых существ (Рис.6 ). Вообще, исключительное разнообразие жизни осуществляется на единообразной биохимической основе: нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, жиры и несколько более редких соединений типа фосфатов.

Рисунок 6. Первые живые существа. Этим остаткам древнейших бактерий 3,5 млрд лет

Основные химические элементы, из которых построена жизнь, -- это углерод, водород, кислород, азот, сера и фосфор. Очевидно, организмы используют для своего строения простейшие и наиболее распространенные во Вселенной элементы, что обусловлено самой природой этих элементов. Например, атомы водорода, углерода, кислорода и азота имеют небольшие размеры и образовывают устойчивые соединения с двух и трехкратными связями, что повышает их реакционную способность. А образование сложных полимеров, без которых возникновение и развитие жизни вообще невозможны, связано со специфическими химическими особенностями углерода.

Сера и фосфор присутствуют в относительно малых количествах, но их роль для жизни особенно важна. Химические свойства этих элементов дают возможность образования кратных химических связей. Сера входит в состав белков, а фосфор -- составная часть нуклеиновых кислот.

Растения - это наши зеленые друзья. Они совершенно заслуженно получили такое название, ведь для людей и животных флора и ее компоненты - это источник питания, материалы для бытовых нужд, лекарственные средства, главный регулировщик чистоты атмосферного воздуха и так далее.

На сегодняшний день известно свыше 350 тысяч различных видов растений. Все они имеют своеобразные морфологические и генетические особенности, радуют нас пышностью и многоцветьем, доставляют настоящее эстетическое удовольствие. При этом их жизненные формы могут быть разными, но всегда важными, уникальными и прекрасными. И на их существование непосредственное влияние оказывают условия, необходимые для жизни растений.

Жизненные формы растений

Данную классификацию можно привести с точки зрения разных наук: систематики и экологии. Нас интересует больше именно систематическая, так как она основана на внешних признаках растений. С данной позиции все царство флоры можно разделить на группы, которые сформировались эволюционно, и на которые повлияли условия жизни растений.

1. Деревья - ярко выражен ствол, высота не менее двух метров.
2. Кустарники - от 50 см до 2 м высотой, несколько стволов, отходящих от самой земли.
3. Кустарнички - образованы от предыдущей формы, но размер до 50 см.
4. Полукустарники - сформировались от форм кустарничков, однако верхние части множественных стволов отмершие.
5. Травы - низкорослые растения, на зимний период замораживающие свои надземные побеги.
6. Лианы - характеризуются ветвящимися и ползучими стеблями, снабженными крючочками, усиками и другими цепляющимися устройствами.
7. Суккуленты - растения, способные запасать большое количество воды в стебле и листьях.

Какие условия необходимы для жизни растений каждой из перечисленных групп? Рассмотрим их подробнее.

Экологические факторы как условия жизни растений

К таковым относятся следующие.

1. Абиотические:

• солнечный свет;
• влага (вода);
• температурный режим;
• питание.

2. Биотические: все живые организмы, которые окружают данное растение (животные, микроорганизмы, грибы).

3. Антропогенные - влияние человека и его деятельности в разных отраслях быта и промышленности.

Какие условия необходимы для жизни растений больше всего? То есть которые из перечисленных факторов являются определяющими? На такой вопрос сложно ответить. Только их совокупное грамотное сочетание позволяет растениям чувствовать себя максимально комфортно, безопасно и быстро расти, развиваться и размножаться.

Влияние света

Самое главное отличие растительных организмов от всех остальных - это автотрофный способ питания. То есть способность преобразовывать энергию солнечных лучей в энергию химических связей, заключенную в образуемых органических соединениях. Весь этот сложнейший биохимический процесс, построенный из двух фаз, называется фотосинтезом. Продуктом таких преобразований становится крахмал как запасное питательное вещество растений и газ кислород - как источник жизни на нашей планете.

Становится очевидным, что без фотосинтеза не было бы и жизни. А без солнечного света не будет этого процесса. Значит, энергия естественного солнечного излучения и дополнительных источников освещения - условия, необходимые для роста и Роль этих факторов определяющая.

По отношению к свету можно выделить несколько групп организмов.

1. Теневые растения. Такие представители не переносят прямых солнечных лучей, им достаточно очень рассеянного слабого освещения. Например, значительная часть лесных трав, укрытых под тенью деревьев - кислица, майник, прострел, камнеломка, хохлатка, подснежник, горянка, пролеска, плющ, орляк, чистотел и другие.
2. Теневыносливые. Данные растения предпочитают умеренное освещение и достаточно терпимо относятся даже к длительным затемнениям. Однако солнечный свет все же любят и на короткие воздействия прямых солнечных лучей реагируют положительно. Это, к примеру, смородина, ландыш, черника, бузина, брусника, купена, манжетка и другие.
3. Светолюбивые - растения, которые больше всех нуждаются в ярких прямых солнечных лучах. Только при таких условиях процесс фотосинтеза происходит у них максимально быстро и полно. Примеры: мать-и-мачеха, клевер, лаванда, бессмертник, мелисса, лотосы, кувшинки, злаковые, кактусы, большая часть деревьев и другие.

   

   Итак, что необходимо растениям для жизни в первую очередь? Солнечный свет, который является источником главного растительного процесса - фотосинтеза.

   Значение воды

   Двуокись водорода является самым важным веществом в жизни не только растений, но и всех живых существ на планете. Известно, что жизнь на Земле стала возможна благодаря наличию жидкой воды. Поэтому переоценить ее значение сложно. Универсальный растворитель, в котором протекают все биохимические реакции живого организма, она является неотъемлемой структурной частью, компонентом каждой клетки.

   Значение воды для жизни растений не менее важно, чем солнечного света. Ведь вода создает тургорное давление на клеточные стенки, именно в ней осуществляется транспорт всех соединений, она - среда для химических реакций. Одним словом, для растений вода - источник жизненных сил.

   Не все представители флоры одинаково относятся к воде и ее количеству. Так, можно выделить три основные по отношению к оксиду водорода.

   1. Ксерофиты - обитатели самых засушливых районов, которые сумели адаптироваться к недостатку влаги. Примеры: пустынные и полупустынные растения, обитатели морских побережий. Эшшольция, кактусы, пырей, песколюб, бриофиллум, и так далее.
   2. Мезофиты - обитатели мест с умеренным содержанием воды. Это растения луга, лесные обитатели. Нормально относятся к увлажненной почве, но не переносят излишнюю влагу или засуху. Тимофеевка, ромашка, васильки, кровохлебка, любка, сирень, лещина, клевер, медуница, золотарник, все листопадные деревья и кустарники.
   3. Гидрофиты . Такие растения лучше всего чувствуют себя, когда находятся частично в воде (пресной, соленой) или полностью в нее погружены. Примеры: водоросли, водные лютики, роголистники, кувшинки, поседонии, рдесты, альтемии, наяды и другие.

      

      Итак, какие условия необходимы для жизни растений? Вода входит в их перечень.

      Роль температуры

      Теплые дни для всех живых существ в радость. Однако среди растений есть и такие, которые низкие температуры выносят достаточно легко. Всех представителей флоры по отношению к данному фактору можно разделить на три группы.

      1. Теплолюбивые . Условия, необходимые для жизни растений данной группы, - это температурный показатель не ниже +5 0 С. Оптимальным вариантом для них считается примерно +25-26 0 С. Такие растения не переносят резких колебаний температуры воздуха, не выдерживают даже легких заморозков. Примеры: рис, хлопчатник, какао, пальмовые, бананы, практически все тропические и субтропические обитатели.
      2. Холодостойкие растения. Предпочитают умеренные температуры, однако в состоянии переносить и довольно низкие, переживают заморозки без повреждений. Примеры: картофель, все корнеплоды, зелень, многие виды крестоцветных, злаковые культуры и прочие.
      3. Морозостойкие . Способны зимовать под снежным покрывалом, сохраняя жизнеспособность. Примерами могут служить такие садово-огородные растения, как ревень, многолетники лук, чеснок, щавель и другие.

      Вывод: температурный режим - важное условие для нормального роста и развития всех растений на Земле.

      Минеральное питание

      Данный фактор чрезвычайно важен именно для плодово-ягодных, фруктовых и овощных культур, возделываемых человеком. Ведь в естественных условиях растения заселяют такие места обитания, к которым способны адаптироваться. В том числе и к содержанию минеральных солей в почвах.

      А вот культурным представителям нужна помощь. Каждый хозяин знает, какой комплекс минеральных удобрений следует внести для определенного растения, чтобы получить необходимый урожай.

      

      В целом минеральные вещества - это важный элемент питания всех особей, который поглощается растениями из почвы путем всасывания вместе с водой. Но для растений губителен переизбыток удобрений, а их недостаток ведет к медленному росту и плохому урожаю.

      Состав воздуха

      Какие условия необходимы для жизни растений, помимо рассмотренных выше? Важным также является состав воздуха. Ведь ночью растения, так же, как и другие живые существа, дышат, потребляя кислород. Поэтому его в воздухе для их нормального развития должно быть достаточно. Это значит, что в условиях повышенной концентрации вредных газов, пыли, грибков и микроорганизмов растения будут чувствовать себя крайне плохо.

      Биотические факторы и их влияние

      Мы рассмотрели все абиотические факторы жизни растений. Тепло, свет, воздух, вода - главные и неотъемлемые условия для их нормального роста и развития.

      

      Биотические же факторы - это влияние на них окружающей биомассы, то есть других растений, животных, грибов, насекомых и так далее. Чтобы рассмотреть все аспекты воздействия этих условий, была создана наука экология. Следует лишь заметить, что биотические факторы не менее важны, чем абиотические.

      Главные условия для жизни комнатных растений

      Условия среды, необходимые для жизни комнатных растений, ничем не отличаются от тех, что мы рассмотрели для всех в общем. Они так же нуждаются в солнечном свете, тепле, воде, минеральном питании, защите от вредных насекомых.

      Чтобы горшечные цветы чувствовали себя хорошо и выглядели красиво, следует подходить к ним индивидуально, учитывая особенности конкретного рода и вида растения.