Реферат на тему: Происхождение жизни на земле

У вас нет времени на реферат или вам не удаётся написать реферат? Напишите мне в whatsapp — согласуем сроки и я вам помогу!

В статье «Как научиться правильно писать реферат», я написала о правилах и советах написания лучших рефератов, прочитайте пожалуйста.

Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:

1. Реферат на тему: Деньги
2. Реферат на тему: Серебряный век русской литературы
3. Реферат на тему: Христианство
4. Реферат на тему: Глобальные проблемы современности

Введение

Одним из самых сложных и в то же время самых интересных вопросов современной естественной науки является вопрос о происхождении жизни. Это трудно, потому что, когда наука подходит к проблемам развития как к качественно новому творению, она находится на пределе своих возможностей как отрасль культуры, основываясь на фактах и экспериментальной проверке утверждений.

Ученые не в состоянии воспроизвести процесс зарождения жизни с той же точностью, с какой он произошел несколько миллиардов лет назад.

Даже самый тщательно разработанный опыт будет лишь образцовым экспериментом без ряда факторов, сопровождавших появление жизни на Земле.

Методологическая сложность заключается в невозможности проведения прямого эксперимента на происхождение жизни (уникальность этой процедуры препятствует применению основного научного метода).

Вопрос о происхождении жизни интересен не только сам по себе, но и в тесной связи с проблемой разграничения живого и неживого и с проблемой эволюции жизни.

Живой и неживой

Долгое время человек наблюдал за окружающим миром и видел, что он состоит из живых и неживых тел. Люди, животные и растения, несомненно, живы, но камни, песок и вода — нет. Жизнь, смерть, также становится неодушевленной. Накопив знания о природе, человек попытался определить, что такое жизнь, каковы ее характерные черты.

Считалось, что способность двигаться, дышать и размножаться присуща живому организму. Однако ни один из этих признаков не является достаточно полным признаком живых существ, чтобы отличать их от остального мира, и не может служить основой для определения жизни.

Подвижность, которую теряет живое тело после смерти, характерна не для всех живых организмов: почти все растения остаются живыми. С другой стороны, мобильные машины и механизмы, созданные человеком, ни в коем случае не живы.

Кроме того, способность живых существ дышать, при которой они потребляют кислород и выбрасывают углекислый газ, не является исчерпывающей. Наконец, мы наблюдаем неодушевленные системы, которые ежедневно потребляют кислород и выбрасывают углекислый газ: сжигание дров, бензиновый двигатель и каждую реакцию окисления органических веществ. В то же время, безусловно, существуют живые организмы (некоторые простейшие и микробы), которые вообще не потребляют кислорода.

Нельзя также считать абсолютно верной и постоянной такую характерную черту живого, как способность к воспроизведению. Есть живые организмы, которые не способны производить потомство: рабочие пчелы, мулы. И в то же время, искусственные машины могут производить следующие поколения подобных машин.

Живое тело — это типичная открытая система — оно существует до тех пор, пока из окружающей среды поступает энергия и пища, а продукты жизнедеятельности выбрасываются в окружающую среду. Поскольку живое тело — от самого простого до самого сложного — является открытой системой, эта характеристика, безусловно, должна быть введена в определение жизни.

Еще одним признаком живых организмов является их способность автоматически поддерживать и заботиться о постоянстве своего биохимического состава. Самая важная и постоянная часть всех без исключения живых организмов — это белки. Кроме того, нуклеиновые кислоты являются неотъемлемой и постоянной частью живых организмов. Важно отметить, что живое состояние характеризуется не наличием какого-либо белка, а белком, сохраняющим свою первичную, вторичную и тройную структуру с присущими ему свойствами. В мертвом теле белки теряют свою первоначальную структуру. Для поддержания белка в его естественной форме, характерной для живого состояния, необходимо его метаболизировать и способствовать созданию и поддержанию условий, при которых натуральный белок является стабильным.

Формы среды обитания необычайно разнообразны. Ученые в настоящее время предполагают, что на Земле насчитывается 1,5 миллиона видов животных, и 0,5 миллиона видов относятся к растительному царству, если в эту группу входят водоросли, грибы и бактерии. Около 10 000 новых видов, в основном насекомых, ежегодно описываются специалистами и присваиваются им строго научные названия. В то же время предполагается, что, по крайней мере, еще 1-2 млн. видов еще не изучены. Животный мир разнообразен и многогранен.

Крайне сложно дать точное, строгое и исчерпывающее определение жизни, а один из методов ее описания — перечислить основные характеристики и свойства, присущие живым организмам и отсутствующие в большинстве неживых систем, не пытаясь найти единого общего определения.

Живые организмы сложны и высокоорганизованы.Как внутреннее строение живых организмов, так и состав и структура химических веществ, из которых они состоят, отличаются своей сложностью.

Все живые организмы способны обмениваться материей и энергией.

Универсальной характеристикой жизни является способность реагировать на изменения окружающей среды.

Живые организмы хорошо приспособлены к своему образу жизни, хорошо адаптированы к окружающей среде.

Способность к размножению — самая удивительная особенность живых организмов. Его наследственность и изменчивость подчиняются нескольким основным законам, которые являются общими для всех живых организмов.

Все органы, микроскопические структуры и молекулы тела выполняют строго определенные функции. Все многообразие живых организмов, приспособленных к определенным условиям существования, возникло в результате эволюции в процессе естественного отбора. Эволюция — процесс исторического развития, перехода от простого к сложному — была присуща всем живым существам.

Представления о происхождении жизни

Есть пять понятий о происхождении жизни:

1. Креационизм — это божественное творение живых;
2. Понятие многократного спонтанного появления жизни из неживой материи (за ним последовал Аристотель, который считал, что жизнь может появиться и в результате разложения почвы);
3. понятие стационарного состояния, согласно которому жизнь всегда существовала
4. концепция панспермии — внеземного происхождения жизни
5. Концепция зарождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиненных физико-химическим законам.

Первая концепция является религиозной и не имеет прямого отношения к науке. Второе опровергнуто Луи Пастером, французским микробиологом 19 века, изучавшим бактерии. У третьего всегда было мало сторонников из-за его оригинальности и спекуляций.

В начале 20 века в науке доминировали последние два понятия. Понятие панспермии, после того как жизнь была принесена на Землю извне, было основано на открытии метеоритов и комет как «предвестников жизни» — органических соединений, которые могли играть роль «семян».

Концепция жизни на земле в историческом прошлом имеет два варианта. Согласно одному из них, зарождение жизни является результатом случайного образования одной «живой молекулы», в структуре которой был заложен весь план дальнейшего развития живого. Французский биолог Ж. Моко пишет: «Жизнь не следует законам физики, но совместима с ними. Жизнь — это событие, исключительность которого должна быть понята». Согласно другой точке зрения, происхождение жизни является результатом естественной эволюции материи.

Материальная база жизни

Двадцатый век привел к первым научным моделям зарождения жизни. В 1924 году в книге Александра Ивановича Опарина «Происхождение жизни» впервые была сформулирована научная концепция, согласно которой происхождение жизни — результат длительной эволюции на Земле — сначала химическое, затем биохимическое. Эта концепция получила наибольшее признание в научном сообществе.

Можно выделить следующие этапы живых систем, начиная с самых простых, а затем следуя по пути постепенного усложнения. С материальной точки зрения жизнь нуждается в углероде в первую очередь для его образования. Жизнь на Земле основана на этом элементе, хотя в принципе можно предположить существование жизни на основе кремния. Возможно, что где-то во Вселенной есть еще и «кремниевая цивилизация», но на Земле основой жизни является углерод.

Атомы углерода образуются в глубинах больших звезд в количествах, необходимых для жизни. Углерод способен создавать разнообразные (несколько десятков миллионов), мобильные, малоэлектрические, желатиновые, водонасыщенные, длинные витые цепные структуры. Углеродные соединения с водородом, кислородом, азотом, фосфором, серой, железом обладают замечательными каталитическими, конструктивными, энергетическими, информационными и другими свойствами.

Кислород, водород и азот вместе с углеродом можно назвать «строительными блоками» живых организмов. Клетка состоит на 70% из кислорода, на 17% из углерода, на 10% из водорода и на 3% из азота. Все строительные элементы живых организмов являются одними из самых стабильных и распространенных химических элементов во Вселенной. Они легко комбинируются, реагируют и имеют малый атомный вес. Их соединения легко растворяются в воде. По радиоастрономическим данным, органическая материя появилась не только до появления жизни, но и до формирования нашей планеты. Следовательно, органические вещества абиогенного происхождения уже присутствовали на Земле, когда они образовались.

Если земля образуется из космической пыли (частицы железа и силикатов — вещества, содержащие кремний) и газа, то весьма вероятно, что газы могут конденсироваться во внешних частях Солнечной системы. Органические соединения также могут быть синтезированы на поверхности пыли. Химические и палеонтологические исследования древнейших докембрийских отложений и, прежде всего, многочисленные модельные эксперименты, воспроизводящие условия, преобладавшие на поверхности первозданной Земли, позволяют понять, как в этих условиях происходило образование все более сложных органических веществ.

Жизнь возможна только при определенных физических и химических условиях (температура, наличие воды, солей и т.д.). Прекращение жизненных процессов, например, высушивание семян или замораживание небольших организмов, не приводит к потере жизненной силы. Если структура останется неповрежденной, она обеспечит восстановление жизненных процессов при возвращении к нормальному состоянию.

Кроме того, происхождение жизни требует определенных диапазонов температуры, влажности, давления, уровня радиации, определенного направления вселенной и времени. Взаимное расстояние между галактиками означает, что их электромагнитное излучение приходит к нам в сильно ослабленном состоянии. Если бы галактики приблизились друг к другу, плотность излучения во Вселенной была бы настолько высока, что не могло бы быть жизни. Углерод был синтезирован несколько миллиардов лет назад в гигантских звездах. Если бы возраст вселенной был меньше, жизнь тоже не могла бы существовать. Планеты должны иметь определенную массу для поддержания атмосферы.

Земля во время жизни

Наша планета является «золотой серединой» Солнечной системы, которая лучше всего подходит для рождения жизни. Возраст Земли около 5 миллиардов лет. В первые дни температура поверхности составляла 4000-8000 C, и по мере охлаждения Земли углерод и другие тугоплавкие металлы конденсировались и образовывали земную кору. Атмосфера была совершенно другой. Легкие газы — водород, гелий, азот, кислород — покинули атмосферу, потому что гравитационное поле нашей плотной планеты еще не могло их удержать. Но простые соединения, содержащие эти элементы, сдерживались.

Первичная атмосфера содержит водород и соединения углерода (метан) и азота (аммиак). Нехватка кислорода в атмосфере, вероятно, была предпосылкой жизни: Лабораторные эксперименты показывают, что органическое вещество гораздо легче получить в восстановительной атмосфере, чем в атмосфере, богатой кислородом. Тот факт, что атмосфера была именно такой, подтверждается самыми древними породами на Земле.

Существуют различные точки зрения на проблему жизни на земле. По словам Вернадского, жизнь появилась одновременно с сотворением Земли. A. И. Опарин считал, что периоду развития жизни предшествовал длительный период химической эволюции Земли, в течение которого (3-5 миллиардов лет назад) формировались сложные органические вещества и протоколы. Появление последнего ознаменовало начало биохимической эволюции.

Известны три метода синтеза природных органических веществ. Вещества, содержащие углерод и азот, могут образовываться в расплавленных глубинах Земли и выводиться на поверхность во время вулканической деятельности и далее в океан. A. И. Опарин считал, что органические вещества в океане могут также образовываться из более простых соединений. Энергия для этих реакций синтеза, вероятно, обеспечивалась интенсивным солнечным излучением (в основном ультрафиолетовым), которое упало на Землю до образования озонового слоя и которое начало удерживать большую его часть. Разнообразие простых соединений в океанах, поверхность Земли, наличие энергии и протяженность времени позволяют предположить, что органическая материя постепенно накапливалась в океанах и формировался «первичный бульон», в котором могла развиваться жизнь.

Органические соединения могли образоваться во Вселенной из неорганического космического «сырья».

Для создания любого сложного органического соединения, являющегося частью живого организма, необходимо небольшое количество блочных мономеров (низкомолекулярных соединений): 29 мономеров (20 аминокислот, 5 азотных оснований) описывают биохимическую структуру любого живого организма. Он состоит из аминокислот (из которых строятся все белки), азотных соединений (компоненты нуклеиновых кислот), глюкозы — источника энергии, жира — структурного материала, который способствует построению клеточных мембран и накапливает энергию.

После образования углеродных соединений в виде «первичного бульона» уже могли быть организованы биополимеры — белки и нуклеиновые кислоты, обладающие свойством саморазмножаться подобными белками и нуклеиновыми кислотами.

Концентрация веществ, необходимых для образования биополимеров, может возникать в результате осаждения органических соединений на минеральные частицы, такие как глина или гидроксид железа, которые образуют ил из мелкой воды, нагретой солнцем.

Кроме того, органическая материя могла образовывать на поверхности океана тонкую пленку, которую ветер и волны загоняли на берег, где она накапливалась толстыми слоями. В химии также известен процесс объединения родственных молекул в разбавленные растворы.

В первые дни формирования Земли пропитывающие землю воды непрерывно перемещали растворенные в них вещества из мест их образования в места скопления.

Там образовались пробионты — системы органических веществ, способных взаимодействовать с окружающей средой, т.е. расти и развиваться, поглощая из окружающей среды разнообразные вещества, богатые энергией.

Здесь уже возможен примитивный «отбор», что приводит к постепенному усложнению и упорядочению, как преимуществу выживания. Механизм селекции работал на самых ранних стадиях зарождения органического вещества — многие из полученных веществ оставались устойчивыми к дальнейшим осложнениям.

Затем микросферы — сферические тела, образующиеся в результате растворения и конденсации абиогенно-производимых белковоподобных веществ.

Для подтверждения возможности абиогенного синтеза были проведены следующие эксперименты. Подвергая газовую смесь воздействию электрических зарядов, имитирующих молнию и ультрафиолетовое излучение, ученые получили сложные органические вещества, входящие в состав живых белков. Органические соединения, игравшие важную роль в обмене веществ, искусственно создавались путем облучения водных растворов углекислого газа.

В 1953 году американский ученый С. Миллер синтезировал серию аминокислот, пропустив электрический заряд через газовую смесь, которая, как говорят, формирует первичную атмосферу Земли. Также были синтезированы простые нуклеиновые кислоты.

Эти эксперименты доказали, что абиогенное образование органических соединений во Вселенной может происходить в результате тепловой энергии, ионизирующего и ультрафиолетового излучения и электрических разрядов. Первичным источником этих форм энергии были термоядерные процессы, происходящие в недрах Земли.

Синергетика показывает, что энергия была так же важна, как и вещество, для возникновения жизни.

Разумно предположить, что некоторые ранние этапы эволюции к жизни были связаны с появлением механизмов, способных поглощать и преобразовывать химическую энергию так, как будто они заставляют систему переходить в сильно дисбалансные состояния.

Неравновесные структуры — это переход к живым, но воспроизводства пока нет.

Таким образом, не только вещество космоса, но и энергия звезд сыграли большую роль в образовании органических соединений.

Начало жизни на земле

Началом жизни на земле является создание нуклеиновых кислот, способных воспроизводить белки. Переход от сложных органических веществ к простым живым организмам пока не ясен. Теория биохимической эволюции предлагает лишь общую схему.

В соответствии с этим на границе между коацервантами — сгустками органических веществ — могли накапливаться молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, придающей коацервантам стабильность. В результате включения молекулы, способной воспроизводиться в коацервате, может образоваться примитивная клетка, способная к росту.

Самое трудное для этой гипотезы — объяснить способность живых систем воспроизводить себя, т.е. переход от сложных неживых систем к простым живым организмам.

Нет сомнений в том, что новые открытия будут включены в модели происхождения жизни, и они будут становиться все более обоснованными. Чем качественно новые знания отличаются от старых, тем труднее будет объяснить их происхождение. Поэтому они говорят о моделях и гипотезах, а не о теориях.

Следующим шагом в организации живых существ было образование мембран, которые должны были отделять органические смеси веществ от окружающей среды. Их внешний вид сохранил клетку — «единство жизни», важнейшее структурное различие между живым и неживым.

Все важные процессы, определяющие поведение живого организма, происходят в клетках.

Тысячи химических реакций происходят одновременно, так что клетка может получать необходимые питательные вещества, синтезировать специальные биомолекулы и удалять отходы. Ферменты имеют большое значение для биологических процессов в клетке. Часто они являются узкоспециализированными и могут влиять только на одну реакцию.

Принцип их действия заключается в том, что молекулы других веществ пытаются соединиться с активными центрами молекулы фермента. Это увеличивает вероятность их столкновения и, следовательно, скорость химической реакции.

Синтез белка осуществляется в цитоплазме клетки. Почти в каждой клетке человека синтезируется более 10000 различных белков. Размеры клеток варьируются от одного микрометра до более чем одного метра (для нервных клеток с бегунками). Клетки могут быть дифференцированы (нервные клетки, мышечные клетки и т.д.). Большинство из них обладают способностью к регенерации, но некоторые, такие как нервные клетки, — нет или почти нет.

Заключение

Эволюция — это бесконечная цепь событий без начала и конца.

Ученые, работающие над проблемой зарождения жизни на Земле, не позволили ни одному элементу жизни прийти на Землю с других планет или из космоса. Они признали происхождение жизни на самой Земле.

Абиогенез происходил в условиях, отличных от преобладающих сегодня на Земле, а именно в атмосфере, преимущественно свободной от кислорода.

В настоящее время вопрос о появлении жизни на Земле сводится к выяснению времени и биогеохимических условий той древней эпохи, когда существовали благоприятные условия для превращения органических соединений в биогенные.

Список литературы

1. П. Н. Белкин Концепции современного естествознания, Хёре Шуле, 2004 .
2. А. А. Горелов концепция современной естественной науки. Центр» Издательский дом, 2002.
3. Л.А. Михайлова — коллектив авторов. Учебник «Концепции современной науки» для университетов под редакцией Питера. 2004.
4. М. И. Потеев Концепция современной естественной науки, Издательство «Петр», 1994.