Теория стационарного состояния

Теорема Пригожина

Это одно из заключений термодинамики о неравновесных процессах. Согласно ему, в условиях стационарного состояния линейной неравновесной системы производство энтропии минимально. При полном отсутствии препятствий для достижения состояния равновесия значение энтропии опускается до нулевой отметки. Теорема доказана в 1947 году физиком И. Р. Пригожиным.

Смысл ее заключается в том, что равновесное стационарное состояние, к которому стремится термодинамическая система, имеет настолько низкое производство энтропии, насколько позволяют граничные условия, наложенные на систему.

Утверждение Пригожина исходило из теоремы Ларса Онзагера: при малых отклонениях от равновесия термодинамический поток можно представить в виде комбинации сумм линейных движущих сил.

Учение Чарльза Дарвина

Говоря о происхождении видов, невозможно не упомянуть такого поистине гениального человека, как Чарльз Дарвин. Работа его жизни – естественный отбор, положила начало массовым атеистическим движениям. С другой стороны, дала небывалый толчок науке, неисчерпаемую почву для исследований и экспериментов. Суть учения заключалась в выживании видов на протяжении всей истории, путём приспособления организмов к местным условиям, образование новых признаков, помогающих в условиях конкуренции.

Под эволюцией подразумевают некоторые процессы, направленные к изменению жизни организма и самого организма с течением времени. Под наследственными же чертами, подразумевают передачу поведенческой, генетической, или же другого рода информации (передачей от материнского к дочернему.)

Основными силами движения эволюции, по Дарвину является борьба за право на существование, путём отбора и изменчивости видов. Под влиянием Дарвиновских идей, в начале двадцатого века, активно проводились исследования по части экологии, а также генетики. В корне изменялось преподавание зоологии.

Взгляды последователей

В отличие от религиозных учений, адепты, поддерживающие теорию стационарных состояний всех объектов Вселенной, имеют вполне точные представления о собственных взглядах:

1. Земля существовала всегда, равно как и жизнь на ней. Начала Вселенной также не было (отрицание Большого Взрыва и подобных ему гипотез), она была всегда.
2. Видоизменение происходит в незначительной степени и не влияет в корне на жизнь организмов.
3. У любого вида есть только два пути развития: изменение численности или вымирание — виды не переходят в новые формы, не эволюционируют и даже существенно не меняются.

Одним из наиболее известных учёных, поддерживающих гипотезу стационарного состояния, был Владимир Иванович Вернадский. Он любил повторять фразу: «…начала жизни в том Космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было начала этого Космоса. Вселенная вечна, как и жизнь в ней».

Теория стационарного состояния Вселенной объясняет такие неразрешённые вопросы, как:

• возраст скоплений и звёзд,
• однородность и изотропность,
• реликтовое излучение,
• парадоксы красного смещения для отдалённых объектов, вокруг которых до сих пор не утихают научные споры.

Появление биологических мембран

Упорядоченные биологические структуры невозможны без биологических мембран. Поэтому следующим этапом в образовании жизни стало формирование именно этих структур, изолирующих и защищающих коацерваты от окружающей среды, превращающих их в автономные образования. Мембраны могли образоваться из липидных пленок, появлявшихся на поверхности водоемов. К молекулам липидов могли присоединяться пептиды, приносимые дождевыми потоками в водоемы или образовавшиеся в этих водоемах. При волнении водоемов или выпадении на их поверхность осадков могли возникать пузырьки, окруженные мембраноподобными соединениями. Для возникновения и эволюции жизни важны были те пузырьки, которые окружали коацерваты с белково-нуклеидными комплексами. Но и такие образования еще не были живыми организмами.

Сотворение сущего из обычной глины

Звучит как безумие, но в действительности эта тема имеет право на жизнь. Ведь не зря Шотландский учёный-исследовать А.ДЖ.Кернс-Смит, выдвинул белковую теорию о жизни. Крепко составляя основу из похожих исследований, он говорил о взаимодействии на молекулярном уровне между органическими составляющими и простой глиной… Оказываясь под её воздействием, компоненты образовывали устойчивые системы, в которых происходили изменения в структуре обоих составляющих, а затем и образованием состоятельной жизни. Вот таким уникальным и оригинальным образом, объяснял свою позицию Кернс-Смит. Кристаллы глины, с находящимся в ней биологическими включениями, зарождали жизнь вместе, после чего их “сотрудничество” кончалось.

Живое из неживого

Факт существования синтетических и органических веществ в наши дни неоспорим. Более того, ещё в далёком девятнадцатом веке, немецкий учёный Фридрих Вёлер, синтезировал органическое вещество (мочевину) из неорганического (цианат аммония). Затем были синтезированы углеводороды. Таким образом, жизнь на планете Земля вполне вероятно зародилась путём синтеза из неорганического материала. Посредством абиогенеза выдвигаются теории происхождения жизни.

Так как основную роль в строении любого органического организма составляют аминокислоты. Логично было бы предположить об их причастности к заселению Земли жизнь. На данных, полученных от эксперимента Стэнли Миллера и Гарольда Юри (образование аминокислот, пропуском электрического заряда через газы), можно говорить о возможности образования аминокислот. Ведь аминокислоты – это кирпичики, с помощью которых строятся сложные системы организма и любой жизни соответственно.

Что такое квантовая термодинамика?

Первый значительный рывок в квантовой термодинамике совершил Нильс Бор, опубликовав три главных постулата, на которых зиждется подавляющее количество вычислений и утверждений нынешних физиков и химиков. Три постулата были восприняты скептически, однако не признать их верными на тот момент было невозможно. Но что есть квантовая термодинамика?

Термодинамическая форма как в классической физике, так и квантовой, представляет собой систему тел, которые обмениваются внутренней энергией друг с другом и с окружающими телами. Состоять может из одного тела или нескольких и при этом находится в состояниях, различных по давлению, объёму, температуре и т. д.

В равновесной системе все параметры имеют строго фиксированное значение, поэтому ей соответствует равновесное состояние. Представляет обратимые процессы.

В неравновесной форме хотя бы один параметр не имеет фиксированного значения. Такие системы находятся вне термодинамического равновесия, чаще всего представляют необратимые процессы, например химические.

Если попытаться отобразить равновесное состояние в виде графика, то получим точку. В случае неравновесного состояния график всегда будет разным, но не в виде точки, из-за одного или нескольких неточных значений.

Релаксация — это процесс перехода из неравновесного состояния (необратимого) в равновесное (обратимое). Понятия обратимых и необратимых процессов играют важную роль в термодинамике.

Доказательства

Общее доказательство стационарного состояния базируется на идее, что исчезновение отложений (костей и продуктов жизнедеятельности) в породах можно объяснить увеличением численности вида или популяции либо переселением представителей в среду с более благоприятным климатом. До этого момента отложения не сохранялись в пластах по причине полного их разложения. Нельзя отрицать, что в некоторых видах почв останки действительно сохраняются лучше, а в некоторых хуже или не сохраняются вообще.

По мнению последователей, только изучение ныне живущих видов поможет сделать выводы о вымирании.

Наиболее распространённым доказательством того, что существуют стационарные состояния, являются латимерии (целаканты). В научном обществе они приводились как пример переходного вида между рыбами и земноводными. До недавнего времени считались вымершими примерно в конце мелового периода — 60-70 млн лет назад. Но в 1939 году у побережья о. Мадагаскар был выловлен живой представитель целакантов. Таким образом, сейчас латимерий уже не считают переходной формой.

Второе доказательство — археоптерикс. В учебниках биологии данное существо преподносится как переходная форма между рептилиями и птицами. Оно имело оперение и могло перепрыгивать с ветки на ветку на большие расстояния. Но эта теория рухнула, когда в 1977 году в Колорадо были найдены останки птиц несомненно более древние, нежели кости археоптерикса. Отсюда справедливо предположение, что археоптерикс не был ни переходной формой, ни первоптицей. На этом моменте гипотеза стационарного состояния стала теорией.

Помимо таких ярких примеров есть и другие. Например, теория стационарного состояния подтверждается «вымершими» и найденными в живой природе лингулами (морскими плеченогими), гаттерией, или туатарой (крупной ящерицей), солендонами (землеройками). За миллионы лет эти виды не претерпели изменений в сравнении с их ископаемыми предками.

Подобных палеонтологических «ошибок» достаточно. Даже сейчас учёные не могут с точностью сказать, какой вымерший вид мог бы быть предшественником ныне живущего. Именно такие бреши в палеонтологическом учении и привели адептов к идее существования стационарного состояния.

Презентация на тему: » Гипотеза самозарождения жизни на Земле. Показать сущность теории самозарождения жизни на земле -абиогенеза и её опровержение. Показать сущность теории.» — Транскрипт:

1

Гипотеза самозарождения жизни на Земле

2

Показать сущность теории самозарождения жизни на земле -абиогенеза и её опровержение. Показать сущность теории самозарождения жизни на земле -абиогенеза и её опровержение. Цель презентации:

3

Абиогенез — теория возникновения живых существ из веществ неорганической природы. До середины 19 в. под А. понималось самопроизвольное зарождение, т. е. внезапное возникновение из неживых материалов сложноорганизованных живых существ. Так, ещё в 17 в. верили в самозарождение червей, рыб, лягушек и даже мышей из росы, ила, грязи. Однако итальянский учёный Ф. Реди в 1668 показал, что личинки мух в гниющем мясе появляются только из отложенных мухами яиц. В 18 в. итальянский учёный Л. Спалланцани установил, что в прокипяченных бульонах микроорганизмы не развиваются. Окончательно это доказал в 1861 французский учёный Л. Пастер, опыты которого не отрицают, однако, возможности А. в прежние геологические эпохи.

4

Биогенез – «живое из живого» Биогенез – «живое из живого» Абиогенез – «живое из неживого» Абиогенез – «живое из неживого» 2 взаимоисключающие точки зрения

5

Самопроизвольное зарождение жизни Аристотель ( гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биологии, считал, что определённые «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм.. Аристотель писал, что лягушки и насекомые заводятся в сырой почве.

6

Распространение гипотезы. Гипотеза самозарождения была распространена в Египте, Вавилоне, Китае, а также имела распространение в средние века. Гипотеза самозарождения была распространена в Египте, Вавилоне, Китае, а также имела распространение в средние века.

7

Сторонники данной гипотезы полагали, что живое может зародиться из неживого при помощи некой « живой силы».

8

Опровержение теории. Опыты Франческо Реди Франческо Реди подверг сомнению теорию спонтанного зарождения живого. В 1668 г. Реди проделал следующий опыт. Он поместил куски мяса в разные сосуды, причем одни сосуды накрыл кисеей, а другие оставил открытыми. Налетевшие мухи отложили яйца на мясе в открытых сосудах; вскоре из яиц вывелись личинки. В накрытых сосудах личинок не оказалось. Опровергнув концепцию самозарождения, Реди высказал мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).

9

Франческо Реди

10

Опыты Луи Пастера Ученый кипятил в воде различные субстраты в которых могли бы образоваться микроорганизмы.При дополнительном кипячении микроорганизмы и их споры погибали. Л. Пастер присоединил к реторте S- образную трубку, со свободным концом Воздух свободно проникал в S-образную трубку, но питательная среда оставалась прозрачной. Споры микроорганизмов оседали на изогнутой трубке и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипяченная питательная среда оставалась стерильной, в ней не обнаруживалось зарождения жизни, несмотря на то, что доступ воздуха был обеспечен.

11

Луи Пастер

12

Вывод. В настоящее время большинство учёных считает, что возникновение жизни длительный процесс, происходивший на Земле в отдалённые геологические эпохи, когда условия (температура, химический состав газовой, жидкой и твёрдой оболочек Земли, режим излучения и др.) сильно отличались от современных. Одна из распространённых теорий Абиогенеза принадлежит советскому учёному А. И. Опарину.

13

1. Сущность абиогенеза состоит в: а) происхождении живого из неживого; б) происхождении живого от живого; в) сотворении мира Богом; г) занесении жизни из Космоса.

14

2. Опыты Луи Пастера доказали возможность: а) самозарождения жизни; б) появления живого только из живого; в) занесения «семян жизни» из Космоса; г) биохимической эволюции.

15

3. Автором гипотезы самозарождения жизни является: а) Аристотель б) Ашер в) Франческо Реди г) А. И. Опарин

16

4. Гипотезу самозарождения жизни опроверг: а) Ашер б) А. И. Опарин в) Луи Пастер г) Д. Холдейн

17

5. Понятию «биогенез» соответствует гипотеза: а) Креационизма б) панспермии в) стационарного состояния г) биохимической эволюции

18

6. Опыт Франческо Реди доказал невозможность: а) самозарождения жизни; б) появления живого только из живого; в) занесения «семян жизни» из космоса; г) биохимической эволюции.

19

Спасибо за внимание !

Современные научные представления

Химическая эволюция или пребиотическая эволюция — первый этап эволюции жизни, в ходе которого органические, пребиотические вещества возникли из неорганических молекул под влиянием внешних энергетических и селекционных факторов и в силу развертывания процессов самоорганизации, свойственных всем относительно сложным системам, к которым относится большинство углеродсодержащих молекул.

Также этими терминами обозначается теория возникновения и развития тех молекул, которые имеют принципиальное значение для возникновения и развития живого вещества.

Генобиоз и голобиоз

В зависимости от того, что считается первичным, различают два методологических подхода к вопросу возникновения жизни:

Генобиоз — методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода.

Голобиоз — методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности структур, наделённых способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма.

Мир РНК как предшественник современной жизни

К XXI веку теория Опарина—Холдейна, предполагающая изначальное возникновение белков, практически уступила место более современной. Толчком к её разработке послужило открытие рибозимов — молекул РНК, обладающих ферментативной активностью и поэтому способных соединять в себе функции, которые в настоящих клетках в основном выполняют по отдельности белки и ДНК, то есть катализирование биохимических реакций и хранение наследственной информации. Таким образом, предполагается, что первые живые существа были РНК-организмами без белков и ДНК, а прообразом их мог стать автокаталитический цикл, образованный теми самыми рибозимами, способными катализировать синтез своих собственных копий.

Мир полиароматических углеводородов как предшественник мира РНК

Гипотеза мира полиароматических углеводородов пытается ответить на вопрос, как возникли первые РНК, предлагая вариант химической эволюции от полициклических ароматических углеводородов до РНК-подобных цепочек.

Энергия перехода

При атоме, находящемся в стационарном состоянии, не происходит излучения, но электроны движутся с некоторым ускорением. Состояния электрона при этом определяются на каждой орбитали с энергией Et. Приближённо ее значение может быть оценено потенциалом ионизации этого электронного уровня.

Таким образом, после первого утверждения появилось новое. Второй постулат Бора гласит: если при движении отрицательно заряженной частицы (электрона) момент его импульса (L_n = m_evr_n) кратен постоянной планке, делённой на 2π, то атом пребывает в стационарном состоянии. То есть: m_evr_n = n(h/2π)

Из этого утверждения следует другое: энергия кванта (фотона) есть разность энергий стационарных состояний атомов, через которые проходит квант.

Данная величина, вычисленная Бором и доработанная для практических целей Шрёдингером, внесла значительный вклад в объяснение квантовой термодинамики.

Возникновение пробионтов — первых самовоспроизводящихся организмов

В живые организмы могли превратиться только те коацерваты, которые были способны к саморегуляции и самовоспроизводству. Каким образом эти способности возникли — также пока неясно. Биологические мембраны обеспечили автономность и защиту коацерватам, что способствовало появлению существенной упорядоченности биохимических реакций, протекающих в этих телах. Следующим шагом стало появление самовоспроизводства, когда нуклеиновые кислоты (ДНК и/или РНК) стали не только обеспечивать синтез пептидов, но и с его помощью регулировать процессы самовоспроизводства и обмена веществ. Так возникла клеточная структура, обладающая обменом веществ и способностью к самовоспроизводству. Именно эти формы и смогли сохраниться в процессе естественного отбора. Так коацерваты превратились в первые живые организмы — пробионты.

Закончился этап химической эволюции, и наступил этап биологической эволюции уже живой материи. Произошло это 3,5-3,8 млрд. лет назад. Появление живой клетки — это первый крупнейший ароморфоз в эволюции органического мира.

Первые живые организмы были близки по строению к прокариотам, не имели еще прочной клеточной стенки и каких-то внутриклеточных структур (были покрыты биологической мембраной, внутренние изгибы которой выполняли функции клеточных структур). Возможно, первые пробионты имели наследственный материал, представленный РНК, а геномы с ДНК появились позже в процессе эволюции. Существует мнение, что дальнейшая эволюция жизни пошла от общего предка, от которого произошли первые прокариоты. Именно это обеспечило большое сходство строения всех прокариот, а впоследствии и эукариот.

Невозможность самозарождения жизни в современных условиях

Часто задают вопрос: почему не происходит самозарождение живых существ в настоящее время? Ведь если живые организмы не появляются сейчас, то на каком основании мы можем создавать гипотезы о происхождении жизни в далеком прошлом? Где критерий вероятности этой гипотезы? Ответы на данные вопросы могут быть следующими: 1) приведенная выше гипотеза биопоэза является во многом лишь логическим построением, она еще не доказана, содержит много противоречий и неясных моментов (хотя имеется очень много данных и палеонтологических, и экспериментальных, позволяющих предположить именно такое развитие биопоэза); 2) данная гипотеза при всей своей незавершенности тем не менее пытается объяснить возникновение жизни, исходя из конкретных земных условий, именно в этом и состоит ее ценность; 3) самообразование новых живых существ на современном этапе развития жизни невозможно по следующим причинам: а) органические соединения долгое время должны существовать в виде скоплений, постепенно усложняясь и преобразуясь; в условиях окислительной атмосферы современной Земли это невозможно, они будут быстро разрушены; б) в современных условиях существует множество организмов, способных очень быстро использовать даже незначительные скопления органических веществ для своего питания.