Биогенез — определение, суть теории, примеры и сторонники

Определение биогенеза

Откуда берутся котята? А что насчет кур? Нет, это не философские вопросы. От кошек рождаются котята, а из птичьих яиц вылупляются птенцы. Точно так же микроорганизмы происходят от других микроорганизмов. Это кажется довольно очевидным, не так ли? Ну, так было не всегда.

Действительно, происхождение микроорганизмов стало предметом серьезных дискуссий с момента их открытия в 1670-х годах Антонисом ван Левенгуком. И только в 1850-х и 1860-х годах, почти 200 лет спустя, учёные пришли к выводу, что все живые организмы происходят от других живых организмов. Эта теория называется биогенезом (био означает «жизнь», а генезис означает «начало»).

Биогенез – это теория, согласно которой живой организм должен произойти от родительского организма, подобного ему самому. Термин биогенез может также относиться к биохимическим процессам, происходящим в живых организмах.

Термин биогенез был придуман Генри Чарльтоном Бастианом для обозначения возникновения жизни из неживой материи, но Томас Генри Хаксли выбрал термин абиогенез и переопределил биогенез, чтобы обозначить жизнь, возникшую из ранее существовавшей жизни. Возникновение жизни из неживой материи называется абиогенезом, и считается, что этот процесс происходил по крайней мере один раз в истории Земли, когда жизнь впервые возникла.

Ионная и хиральная асимметрии как физические факторы биогенеза и онтогенеза

В основе разработанного подхода лежит общий физический принцип формирования закономерностей эволюции Вселенной и жизни на Земле через серию возникновения и разрушения новых симметричных и асимметричных состояний сложных систем. Предлагается и обосновывается гипотеза, в которой филогенетический закон Геккеля («каждый биологический вид повторяет свою эволюционную историю в ходе своего онтологического развития») может быть распространен на два процесса, сравнимых с точки зрения биофизики, — процесс возникновения дискретные предшественники живых клеток в древнем море и на начальных стадиях эмбриогенеза.

Обосновано новое положение: первоначальные процессы, связанные с формированием двух фундаментальных асимметрий (клеточной ионной и молекулярной хиральной), подобны и представляют собой сопряженные бифуркации, дающие начало жизни на древней Земле и индивидуальной жизни многоклеточного организма.

Немного предыстории

Давайте вернемся немного назад. Во что верили люди в течение 200 лет после открытия Левенгука? Ответ: в так называемом спонтанном зарождении, когда живое просто появляется, обычно благодаря пище. На самом деле раньше люди думали, что дело не только в микроорганизмах. Например, если оставить еду в углу дома, появятся мыши. Их появление объясняли как спонтанное зарождение, то есть они буквально появились там.

Когда были открыты микроорганизмы, мало кто верил, что животные высшего порядка, такие как мыши, произошли от спонтанного зарождения. Однако почти 200 лет существовало мнение, что микробы образовались именно таким образом.

Эксперимент Реди

Этот учёный разработал эксперимент, чтобы продемонстрировать, что насекомые не размножаются спонтанно. Для этого он поместил восемь разных видов мяса в восемь стеклянных банок, оставив четыре из них совершенно открытыми, а другую половину накрыв марлей, которая пропускала воздух, но не насекомые.

Через несколько дней на открытой плоти были обнаружены личинки, но покрытые не выглядели живыми. Результат эксперимента показал, что для появления других видов мухи должны откладывать яйца в мясо. Это эксперимент, связанный с теорией биогенеза, и он был бы успешным, если бы не вытеснил самопроизвольное зарождение, если бы не открытия голландца Антона Ван Левенгука, отца микробиологии.

Левенгук через несколько лет после того, как итальянец провел свои исследования, повторил эксперимент Реди, но на этот раз исследовал мясо под микроскопом. Микроорганизмы можно было наблюдать как в обнаженной, так и в покрытой плоти, что делало возможной идею самопроизвольного зарождения, по крайней мере, для этих живых организмов.

Теория биогенеза и ее актуальность

Как было сказано, теория биогенеза не таит в себе много загадок, хотя в случае рождения животных это легко увидеть, в других областях, например, в гниении, разобраться было не так просто.

Однако теория биогенеза не объясняет происхождения жизни, поскольку не может указать, каким был первый живой организм. По этой причине существуют и другие теории происхождения, многие из которых являются абиогенезом, то есть зарождение жизни произошло из неорганической материи, но только в принципе. Существуют даже теории экзогенеза, согласно которым жизнь пришла из-за пределов планеты Земля. Несмотря на это, происхождение жизни остается загадкой.

Теория биогенеза

Некоторые ученые скептически относились к гипотезе самозарождения, особенно в более поздний период. В 1858 году учёный Рудольф Вирхов выдвинул контргипотезу, утверждая, что жизнь может возникнуть только из жизни. Однако у него не было экспериментов, подтверждающих это. В 1861 году Луи Пастер решил эту проблему, проведя собственные эксперименты по проверке гипотезы биогенеза. Его эксперименты оказались успешными, поэтому биогенез теперь является солидной теорией, а не просто гипотезой.

Эксперименты Пастера были призваны доказать, что микроорганизмы живут в воздухе и могут загрязнять пищу и жидкости, но сам воздух не является первоначальным источником этих микробов. Они не появляются просто так. Сначала он сварил говяжий бульон в нескольких разных емкостях. В то время люди уже знали, что тепло убивает микроскопические организмы, и опыты Пастера подтвердили это.

После того как бульон закипел, Пастер немедленно запечатал некоторые емкости, а другие оставил открытыми для охлаждения. В закрытых емкостях микробы не развивались, а появлялись в открытых. На другом этапе этого эксперимента Пастер разработал специальную колбу с S-образным отверстием, которое препятствовало проникновению бактерий, даже если она была открыта для воздуха. Горлышко фляги было резко изогнуто, очень похоже на шею лебедя. Эта извилистая конструкция удерживала бактерии в изгибе, поэтому они не могли добраться до говяжьего бульона, хотя воздух мог проникнуть внутрь.

В совокупности эти эксперименты опровергли спонтанное зарождение и подтвердили теорию биогенеза. Работа Луи Пастера стала значительным вкладом в научное сообщество, а биогенез стал видной теорией в микробиологии.

Эксперименты, подтверждающие теорию биогенеза

Эксперименты, подтверждающие самопроизвольное зарождение, не удосужились ни стерилизовать используемый материал, ни держать контейнер, в котором проводился эксперимент, закрытым..

По этой причине прилетали мухи или другие животные (например, мыши) и откладывали яйца, что ошибочно интерпретировалось как самопроизвольное зарождение жизни. Эти исследователи полагали, что стали свидетелями рождения живых органических существ из безжизненной материи.

К числу наиболее выдающихся экспериментов, в которых удалось дискредитировать абиогенез, относятся работы Франческо Реди и Луи Пастера..

Опыты Франческо Реди

Франческо Реди был врачом из Италии, который интересовался самопроизвольным зарождением жизни. Чтобы попытаться опровергнуть это убеждение, Реди разработал серию контролируемых экспериментов, чтобы продемонстрировать, что жизнь может возникнуть только из существующей жизни..

В конструкции эксперимента использовалась серия банок с кусочками мяса внутри, запечатанных марлей. Роль марли заключалась в том, чтобы пропускать воздух, исключая проникновение насекомых и откладывание яиц.

На самом деле в банках, закрытых марлей, следов животных обнаружено не было, а яйца мух оказывались на поверхности марли. Однако для сторонников самозарождения этих доказательств было недостаточно, чтобы исключить его — до прихода Пастера.

Эксперименты Луи Пастера

Один из самых известных экспериментов был разработан Луи Пастером в середине девятнадцатого века, когда ему удалось полностью исключить концепцию самозарождения. Эти доказательства смогли убедить ученых в том, что вся жизнь произошла от другого существовавшего существа, подтвердив теорию биогенеза..

В гениальном эксперименте использовались бутылки с гусиным горлышком. По мере продвижения вверх по горлышку S-образной колбы оно становится все уже.

В каждую из этих колб Пастера помещали равные количества питательного бульона. Содержимое кипятили, чтобы добиться уничтожения находившихся там микроорганизмов..

результаты: конец стихийного поколения

Со временем в колбах не было обнаружено никаких организмов. Пастер разрезал трубку в одной из колб и быстро начал процесс разложения, заражаясь микроорганизмами из окружающей среды.

Таким образом, благодаря Реди и, наконец, Пастеру, можно убедительно доказать, что жизнь происходит из жизни, и этот принцип суммирован знаменитой латинской фразой: Omne vivum ex vivo («Вся жизнь происходит из жизни»).

Но откуда появилось первое живое существо??

Давайте вернемся к нашему первоначальному вопросу. Сегодня общеизвестно, что живые организмы происходят только от других организмов — например, вы произошли от своей матери, а ваш питомец в равной степени родился от соответствующей матери.

Но давайте перенесем этот вопрос на первобытную среду, где произошло зарождение жизни. «Нечто» должно было породить первое или первое живое существо.

Биологи в настоящее время поддерживают гипотезу о том, что жизнь на Земле возникла из неживой материи, образовавшей молекулярные агрегаты. Эти агрегаты были способны адекватно размножаться и имели развитый обмен веществ – замечательные характеристики существ, которых мы считаем «живыми».

Однако мы уже собрали доказательства того, что живое не может возникнуть из неживой материи. Так как же нам разрешить этот очевидный парадокс?

Первобытная атмосфера Земли сильно отличалась от той, что есть сейчас. Концентрация кислорода была чрезвычайно низкой, были молнии, вулканическая активность, постоянные метеоритные бомбардировки, а ультрафиолетовое излучение было более интенсивным.

В этих условиях могло происходить химическое развитие, которое через значительный период привело к появлению первых форм жизни..

Биогенез: теория и особенности

Согласно теории биогенеза, жизнь возникла из других уже существовавших форм жизни.

Эту теорию поддержали несколько ученых, в том числе Франсиско Реди, Луи Пастер, Хаксли и Лаццаро ​​Спалланцани; все эти ученые выделяются своим огромным вкладом в биологические науки.

Однако теория биогенеза предполагает, что вся жизнь зарождается в жизни. Поэтому мы должны спросить себя, откуда взялась эта первая форма жизни или как она возникла??

Чтобы прийти к этому слабому и замкнутому аргументу, мы должны обратиться к теориям о том, как началась жизнь. На этот вопрос ответили несколько исследователей, в том числе А.И. Опарин и Дж.Б.С. Холдейн. Сначала мы обсудим эксперименты, которые смогли подтвердить биогенез, а затем вернемся к этому вопросу..

Эксперимент Пастера

Теория самопроизвольного зарождения просуществовала еще пару столетий, хотя и раньше предпринимались попытки опровергнуть ее, например, попытки священника Лаццаро ​​Спалланцани, который показал, что если контейнер с бульоном тщательно закрыть и нагреть, микроорганизмы не будут расти. ; но приверженцы ортодоксии того времени связывали это с тем, что он убивал все живое, нагревая его.

Лишь в 1861 году французский химик Луи Пастер однозначно продемонстрировал ложность этих убеждений и предоставил доказательства в пользу теории биогенеза. Предложенный им эксперимент заключался в наполнении колб с длинным горлом, имеющих длинную S-образную форму. Этот силуэт пропускает воздух, но не микроорганизмы, поскольку они остаются в корзине. После заполнения колбу нагревали для уничтожения любых микроорганизмов, уже присутствующих в растворе.

Полученный раствор оставался неизменным в течение нескольких недель, но если он сломал горлышко колбы, образец загрязнился в течение нескольких дней. Это показало, что микроорганизмы, растущие в инертном материале, на самом деле притягиваются к воздуху, а не возникают спонтанно.

Импеданс биологической ткани

Общее электрическое сопротивление биологической ткани переменному току. На низких частотах импеданс тканей определяется главным образом их резистивными свойствами. В эту область входят ткани с высокой электропроводностью (нервная ткань). В диапазоне промежуточных частот основной вклад в импеданс вносят ткани, электрические свойства которых определяются как резистивными, так и емкостными свойствами (паренхиматозные органы).

В области высоких частот электрические свойства тканей носят емкостный характер (мембраны, липиды). Медленные механизмы поляризации в этом диапазоне частот могут привести к значительным диэлектрическим потерям в тканях (нагреву).

Читайте также: Братья Лаптевы — краткая биография, что открыли и карты с маршрутами экспедиций — Природа Мира