Tema: „Gyvybės atsiradimo hipotezės“
Tegul mano protas būna atviras abejonėms
nei riboja įsitikinimas.
D. Spence'as
Tikslas: ištirti pagrindinius šiuolaikinės gyvybės atsiradimo Žemėje teorijos aspektus – A.I.Oparino-J.Haldane’o hipotezes.
Užduotys:
Suformuoti studentų žinių sistemą apie gyvybės atsiradimo Žemėje sąlygas ir etapus biografija cheminė evoliucija.
Tobulinti moksleivių gebėjimą lyginti ir analizuoti įvairias hipotezes, teisingai jas nustatyti pagal esmines jų savybes.
Sužadinti mokinių susidomėjimą ir teigiamą požiūrį į biologijos mokslą bei visapusiškos teorijos apie gyvybės atsiradimo Žemėje problemą paieškas.
Įtikinkite mokinius gyvenimo kaip būties būdo išskirtinumu.
Orientacinė-motyvacinė stadija:
Žinių atnaujinimo etapas.
Pabandykime suformuluoti „gyvybės“ sąvoką biologijos požiūriu. Tada ant kiekvieno stalo išdalinami ir analizuojami lapai su skirtingų epochų mąstytojų gyvenimo apibrėžimais.
Gyvenimas yra
„mityba, augimas ir nuosmukis“ (Aristotelis)
„nuolatinis procesų vienodumas su skirtumu išorinių poveikių” (G. Treviranas)
„funkcijų, kurios priešinasi mirčiai, rinkinys“ (M. Bisha)
“cheminė funkcija“ (A. Lavoisier)
„Sudėtingas cheminis procesas“ (I. P. Pavlovas)
„Ypatinga, labai sudėtinga materijos judėjimo forma“ (A.I. Oparin)
„baltymų kūnų, kurių pagrindinis atributas yra medžiagų apykaita, egzistavimo būdas“ (F. Engelsas)
Mokytojas: Šiandien pamokoje siūlau susipažinti su pagrindinėmis gyvybės atsiradimo Žemėje hipotezėmis.
Naujos medžiagos mokymasis:
Užduotis: Remiantis teksto analize, atskleisti požiūrių iš religinių ir mokslinių pozicijų skirtumus.
2. Priekinė apklausa:
Užduotis: 1. Kokios yra pagrindinės idėjos, paaiškinančios gyvybės atsiradimą Žemėje?
Atsakymas : Metafizinis (gyvenimas sukurtas Dievo).
Panspermijos (iš kosmoso atneštos gyvybės) teorija.
Spontaniškos kartos teorija.
Biocheminė hipotezė apie A.I. Oparina.
Geologinio gyvenimo amžinumo hipotezė
Užpildykite schemą ( pokalbio metu)
2. Visa hipotezių įvairovė sumažinama iki dviejų vienas kitą paneigiančių požiūrių. Ką? Pavadinkite juos. ( Atsakymas: Biogenezė yra „gyvenimas iš gyvenimo“. Abiogenezė – „gyvenimas iš negyvojo“.)
3. Kiek laiko egzistavo idėjos apie spontanišką organizmų generaciją. Koks Francesco Redi nuopelnas šiuo klausimu? Atsakymas: Reprezentacijos išliko iki XIX a. Tačiau XVII ir XVIII amžiuje mokslininkai eksperimentų pagalba bandė įrodyti, kad spontaniškai susikurti gyvybę neįmanoma. XVII amžiuje Francesco Redi atliko eksperimentus: (Pav. Nr. 1.)
Žalia mėsa uždarame puode.
Žalia mėsa buvo atidaryta keturiuose induose, keturiuose padengta muslinu. Kisei (pabrėžta raidė „I“) – lengvas permatomas medvilninis audinys. Rezultatas: pūslelinės lervos atsirado atviruose induose, tačiau spontaniškas jų susidarymas uždaruose induose neįvyko.
Atsakymas: Apdovanojimas buvo įsteigtas už bandymą naujai nušviesti gyvybės atsiradimo Žemėje klausimą. 1862 m. premija buvo įteikta Louisui Pasteurui. Pastero eksperimentas: inde su S formos kakleliu sultinys buvo laikomas ilgam laikui ir liko sterilūs, nes mikroorganizmai nusėdo ant lenkto vamzdelio sienelių ir nepateko į sultinį. Tačiau vos tik vamzdelio vingį nuplovus sultiniu, prasidėjo mikroorganizmų sukeltas puvimas. L. Pasteuras įrodė spontaniškos gyvybės generavimo neįmanomumą.
Atsakymas: XX amžiaus 20-aisiais. Rusų mokslininkas A.I.Oparinas ir anglas J.Haldane'as iškėlė hipotezę apie gyvybės atsiradimą biocheminės anglies junginių evoliucijos procese, kuri ir sudarė pagrindą šiuolaikinės idėjos. Ši hipotezė sulaukė daugybės šalininkų, nes. gavo eksperimentinį patvirtinimą. Stanley Milleris imitavo sąlygas, kurios tariamai egzistavo pirminėje Žemės atmosferoje, ir savo sukurtoje instaliacijoje gavo aminorūgščių ir kt.
S. Millerio montavimas
Žemė gyvybės gimimo metu.
Mokytojas: Millerio reakcija rodo tik galimas principas gyvųjų organizavimas iš negyvųjų. „Gyvenimo chemija“ tik iš pirmo žvilgsnio monotoniška.
Pirminio žinių įsisavinimo etapas.
Pamokos santrauka(studentinių darbų vertinimas)
Mokytojas: Atkreipkite dėmesį į žodžius, kurie parašyti lentoje?
„Gyvenimas yra amžinas žinojimas. Pasiimk savo darbuotojus ir eik“.
Kaip jūs suprantate šio posakio prasmę?
Studentas: Tikriausiai todėl, kad kiekvienas iš mūsų turi savo gyvenimo kelią.
Mokytojas: Taip. tikrai! Kiekvienas iš jūsų turi savo gyvenimo kelią. Visi jie bus skirtingi. Ir galbūt vienas iš jūsų taps mokslininku – biologu ir išspręs problemą, kurią bandėme išspręsti šioje pamokoje. Norėčiau pasakyti jums atsisveikinimo žodžius ir išreikšti save Motinos Teresės žodžiais. Motina Teresė (Agnes Gonja Boyadzhiu, gim. Skopjėje, šiuolaikinėje Jugoslavijoje, 1910–1997 m. gyvenimo metai) – moteris, nenuilstamai užsiimanti labdara. Katalikų vienuolė, visame pasaulyje žinoma dėl savo misionieriškos veiklos, buvo apdovanota 1979 m. Nobelio premija. Šis vardas jau tapo buitiniu vardu. Tačiau pasaulis ją prisimena.
Gyvenimas yra galimybė, pasinaudokite ja
Gyvenimas yra grožis, žavėkitės juo
Gyvenimas yra svajonė, įgyvendink ją
Gyvenimas yra žaidimas, žaisk jį“.
Namų darbai: studijuoti § 89-90, sukurti ir pateikti planetos transformacijų schemą abiogeninės gyvybės atsiradimo metu.
BIOLOGIJA 11 KLASĖ
Tema: „Pagrindiniai gyvybės vystymosi Žemėje etapai“
Sausas įkvepiamas oras, vandens
Raskite naujus namus sausoje žemėje.
E. Darvinas
Tikslas: formuoti idėjas apie gyvybės Žemėje vystymosi etapus.
Užduotys: 1. Pateikti hipotezes apie eukariotų kilmę.
2. Toliau ugdykite modeliavimo įgūdžius, grandinių analizės įgūdžius ir aktyviai diskutuokite apie problemą.
3. Prisidėti prie mokslinio pasaulio vaizdo formavimosi mokinių galvose.
Užsiėmimų metu:
Žinių patikrinimas.
Pokalbis apie:
Kodėl abiogeninės gyvybės kilmės biocheminės evoliucijos procese hipotezę mokslininkai laiko priimtiniausia? ( Atsakymas: taigi ji mokslinis taškas regėjimas yra labiausiai išvystytas)
Kokia yra sunkiausia abiogeninės gyvybės kilmės hipotezės problema? ( Atsakymas: hipotezė neatsako į klausimą – kaip įvyko kokybinis šuolis iš negyvojo į gyvą?)
Kodėl mokslininkai mano, kad atradimai, padaryti tiriant RNR, gali padėti išspręsti gyvybės kilmės problemą? ( Atsakymas: Kai kurios RNR turi ryškų katalizinį aktyvumą ir gali savarankiškai daugintis, kai nėra baltymų fermentų. Tai. senovės RNR galėjo sujungti katalizines ir informacines-genetines funkcijas, kurios suteikė makromolekulinei sistemai galimybę savarankiškai daugintis. Jei ši prielaida teisinga, akivaizdu, kad tolesnė evoliucija vyko RNR-baltymo-DNR kryptimi).
Naujos medžiagos mokymasis.
Cheminės evoliucijos etapas (paskutinės pamokos turinys);
Scenos išankstinis biologinė evoliucija;
biologinis evoliucijos etapas.
Įvadas į koncepciją: Biopoezė – tai perėjimas iš negyvojo į gyvąjį.
Biopoezės hipotezę 1947 m. suformulavo anglų mokslininkas Johnas Bernalis.
Pagrindiniai biopoezės etapai:(rašyk į sąsiuvinį)
membranų susidarymas koacervatuose,
gebėjimo savarankiškai daugintis atsiradimas,
metabolizmo atsiradimas
fotosintezės atsiradimas
deguonies kvėpavimo atsiradimas.
Pratimas: mokiniai dirba poromis. Mokytojas pateikia klausimų sąrašą kiekvienai lentelei. Kiekviena mini grupė atsako į klausimus. Atsakymą reikia rasti vadovėlio tekste.
Kaip koacervatuose susidaro ląstelių membranos? Kas čia teigiamo? (Koacervatų paviršiuje išrikiuojant lipidų molekules. Tai užtikrino jų formos stabilumą)
Kodėl atsirado galimybė savarankiškai daugintis koacervatuose? (Dėl nukleorūgščių molekulių įtraukimo į koacervatus)
Kokį maistą turėjo pirmieji padarai? Kodėl? ( Mitybos būdas yra heterotrofinis, nes pirminio vandenyno vandenyse buvo daug paruoštų organinės medžiagos )
Kokia buvo autotrofinių organizmų atsiradimo priežastis? ( Padaugėjo gyvų organizmų, sustiprėjo konkurencija. Kai kurie organizmai išsiugdė gebėjimą sintetinti organines medžiagas iš neorganinių. Naudojant saulės energiją (fotosintezę) arba cheminės reakcijos (chemosintezės) energiją, atsirado autotrofų.
Kodėl pirmieji gyvi organizmai buvo anaerobiniai? ( Tikriausiai į vandens aplinka dar nėra deguonies)
Kodėl atsirado aerobinis kvėpavimas? ( Aerobinis kvėpavimas atsirado dėl to, kad dėl fotosintezės atmosferoje susikaupė deguonis)
Kodėl organizmams tapo įmanoma iš vandens patekti į žemę? (Iš pradžių vandenyno vandenyse vystėsi gyvybė, nes ultravioletinė spinduliuotė jiems darė neigiamą poveikį. O ozono sluoksnio atsiradimas dėl deguonies susikaupimo atmosferoje sukūrė prielaidas patekti į krantą).
Atlikite užduotį:(atskiri lapai, abipusis patikrinimas)
Jų atsiradimas evoliucijos eigoje:
a) fotosintezė;
b) prokariotai;
c) kvėpavimas;
d) chemosintezė;
e) abiogeninė monomerų sintezė;
e) eukariotai;
g) išorinės membranos susidarymas;
h) savaiminis molekulių dauginimasis;
i) fermentacija.
Ištirkite eukariotų kilmės hipotezes. Pateikite atsakymą į klausimą:
Pradinis mokymasis.
Grupinis darbas. Naudodami dalomąją medžiagą, modeliuokite eukariotų ląsteles formavimosi stadijose:
1 grupė – pagal simbiotinį ląstelių susidarymą? (žr. 144 pav. vadovėlio 354 puslapyje).
2 grupė – įsiveržus į ląstelės membraną? (žr. 143 pav. vadovėlio 354 puslapyje)
Yra nuomonė: Perėjimas iš negyvo į gyvą yra biopoezė. Nors gyvasis nenaudoja visų esamų elementų, tačiau su tais, kurie „eina į veiksmą“, moka itin gudriai jais atsikratyti. Šis tinkamumas ir ryšys tarp gyvybės ir jo negyvo substrato yra ryškus. Matyt, toks rafinuotumas buvo sukurtas ir patobulintas per milijardus metų trukusią cheminę ir organinę evoliuciją. Anglų chemikas Peary tai atspindėjo vaizdine diagrama, kurioje gyvų būtybių evoliucija pateikiama dviejų kūgių, primenančių smėlio laikrodis. Apatinis kūgis yra prieš gyvybę su chemine elementų įvairove, kurie dalyvauja neorganinėje priešgyvybės sintezėje su savo struktūriniu paprastumu. Viršutinė - išsivysčiusi gyvybė su savo morfologine įvairove ir nedideliu biologijos rinkiniu cheminės reakcijos. Nepaisant šios schemos supaprastinimo, ji atspindi vieną iš pagrindinių biosferos formavimo būdų gebėjimų.
Atkreipkime dėmesį į esminį skirtumą tarp gyvo ir negyvojo.Šie skirtumai siejami su simetrija. 1848 metais Louis Pasteur išvedė chiralinio grynumo dėsnį: gyva materija susideda iš chirališkai grynų struktūrų. Chiralinis grynumas – su veidrodiniu atvaizdu nesuderinamų objektų buvimas (pavyzdžiui, dešinė ir kairė ranka, todėl terminas kilęs iš graikų kalbos – „hiros“ – ranka). Gyvi baltymai yra sudaryti tik iš "kairiųjų" (poliarizuojančių šviesą į kairę) aminorūgščių, nukleino rūgštys - tik iš cukrų, poliarizuojančių šviesą į dešinę. Nebiogeninės kilmės medžiagos yra chirališkai simetriškos – jose vienodai pasiskirsto „kairės ir dešinės“ molekulės. Chiralinis grynumas nulemia unikalią gyvojo specifiškumą, jo neredukuojamumą į negyvą. Chirališkai grynų medžiagų sintezė laboratorijoje vis dar yra neišspręsta technologinė problema.
Kaip gali būti gyvojo ir negyvojo atskyrimas? Evoliucinis požiūris, teigdamas apie sklandų ir laipsnišką pasikeitimą, neduoda atsakymo. Labiau tikėtina prielaida, kad šis unikalus procesas yra spazminis („katastrofiškas“), kai priešbiologinėje cheminės evoliucijos stadijoje buvo pažeista tendencija nustatyti veidrodinę simetriją tarp „dešinės ir kairės“ – gyvybė atsirado dėl savo ypatingos kokybės. chiralinis grynumas. Tuo pačiu metu, kaip rodo platus geografinis „pirmojo gyvenimo“ radimo vietų paplitimas, toks įvykis buvo toks globalus, visur paplitęs, kad „šuoliam laikui“ jis pasirodė toks pat. dažnas“ reiškinys, kaip lietaus lašų, snaigių, rūdžių susidarymas. Tokio masto įvykis tikriausiai įvyko veikiant kosminiam veiksniui. Teoriniai skaičiavimai tai parodė minimalus laikas toks perėjimas nuo vienodo pasiskirstymo (chiralinės simetrijos) ir savęs sustiprinimo (saviorganizacijos) iki chiralinio grynumo įgijimo yra vertinamas nuo vienerių iki 10-15 milijonų metų, tai yra pagal (geologinius laikrodžius) tai galima pavadinti akimirksniu. .
Pamokos santrauka: į kokią gyvybės atsiradimo hipotezę esate linkęs? Kodėl?
Išvada:Šiuolaikinis mokslas įtikinamai įrodo esminę pagrindinių biologinių molekulių sintezės galimybę sąlygomis, atitinkančiomis Žemės istorijos pradžią. Tačiau tam, kad negyvai virsta gyva, reikia radikaliai pakeisti materijos savybes, būtent, pakeisti simetriją. Chiralinio grynumo atsiradimo gyvuose organizmuose mechanizmai net ikibiologinėje stadijoje nėra aiškūs ir paslaptingi. Svarbu pabrėžti, kad net Pradinis etapas gyvybės molekulių atsiradimo procesas savaime organizuojasi. Žinios apie gyvybės pradžią suteikia raktą suprasti tolesnius gyvųjų vystymosi etapus.
Žymaus rusų biochemiko akademiko A. I. Oparino (1894-1980) ir anglų biochemiko J. Haldane'o (1892-1964) pasiūlyta hipotezė apie gyvybės atsiradimą Žemėje sulaukė didžiausio pripažinimo ir paplitimo XX a. Jų hipotezės esmė, suformuluota jų nepriklausomai vienas nuo kito 1924-1928 m. ir išsivystęs vėlesniu laiku, yra sumažintas iki ilgo abiogeninio formavimosi Žemėje egzistavimo didelis skaičius organiniai junginiai. Šios organinės medžiagos prisotindavo senovės vandenynų vandenis, suformuodamos (pagal J. Haldane) vadinamąją „pirminę sriubą“. Vėliau dėl daugybės vietinio seklumo ir vandenynų džiūvimo procesų „pirminės sriubos“ koncentracija galėjo padidėti dešimtis ir šimtus kartų. Šie procesai vyko intensyvios vulkaninės veiklos, dažnų žaibo iškrovų atmosferoje ir galingos kosminės spinduliuotės fone. Tokiomis sąlygomis gali palaipsniui komplikuotis organinių medžiagų molekulės, atsirasti paprastų baltymų, polisacharidų, lipidų, nukleino rūgščių. Per daugelį šimtų ir tūkstančius metų jie galėjo sudaryti organinių medžiagų krešulius (koacervatus). Redukuojančiomis sąlygomis koacervatai nesugriuvo, vyko laipsniškas jų komplikavimasis ir tam tikru vystymosi momentu iš jų galėjo susidaryti pirmieji koacervatai. primityvūs organizmai(probiontai). Šią hipotezę priėmė ir toliau plėtojo daugelis mokslininkų. skirtingos salys, o 1947 metais anglų mokslininkas Johnas Bernalis suformulavo biopoezės hipotezę. Jis nustatė tris pagrindinius gyvybės formavimosi etapus: 1) organinių monomerų abiogeninį atsiradimą; 2) biologinių polimerų susidarymas; 3) membraninių struktūrų ir pirmųjų organizmų raida.
Trumpai panagrinėkime biopoezės procesus ir etapus.
Pirmasis biopoezės etapas buvo procesų, vadinamų chemine evoliucija, serija, dėl kurios atsirado probiontai – pirmosios gyvos būtybės. Įvairių mokslininkų vertinimu, jo trukmė yra nuo 100 iki 1000 milijonų metų. Tai gyvybės mūsų planetoje priešistorė.
Abiogeninė organinių junginių biosintezė
Žemė kaip planeta atsirado maždaug prieš 4,5 milijardo metų (kitų šaltinių duomenimis – maždaug prieš 13 milijardų metų, tačiau jie dar neturi svarių įrodymų). Žemės atvėsimas prasidėjo maždaug prieš 4 milijardus metų, o amžius Žemės pluta apskaičiuota apie 3,9 milijardo metų. Iki to laiko taip pat susiformuoja vandenynas ir pirminė Žemės atmosfera. Žemė tuo metu buvo gana šilta dėl šilumos išsiskyrimo kietėjant ir kristalizuojantis plutos komponentams bei aktyviam vulkaniniam aktyvumui. ilgą laiką buvo garų pavidalo, garavo nuo Žemės paviršiaus, kondensavosi į viršutiniai sluoksniai atmosferą ir vėl nukrenta ant karšto paviršiaus. Visa tai lydėjo beveik nuolatinės perkūnijos su galingomis elektros iškrovomis. Vėliau pradeda formuotis rezervuarai ir pirminiai vandenynai. Senovės Žemės atmosferoje nebuvo laisvo deguonies ir ji buvo prisotinta vulkaninių dujų, tarp kurių buvo sieros oksidai, azotas, amoniakas, oksidai ir anglies dioksidas, vandens garai ir daugybė kitų komponentų. Galinga kosminė ir saulės spinduliuotė (atmosferoje dar nebuvo ozono sluoksnio), dažnos ir stiprios elektros iškrovos, aktyvi vulkaninė veikla, lydima emisijų didelės masės dėl radioaktyvių komponentų susidarė organiniai junginiai, tokie kaip formaldehidas, skruzdžių rūgštis, karbamidas, pieno rūgštis, glicerolis, glicinas, kai kurios paprastos aminorūgštys ir kt. Kadangi atmosferoje nebuvo laisvo deguonies, šie junginiai nebuvo oksiduojami ir galėjo kaupiasi šiltuose ir net verdančiame vandens telkiniuose ir palaipsniui tampa sudėtingesnės struktūros, sudarydami vadinamąjį „pirminį sultinį“. Šių procesų trukmė buvo daug milijonų ir dešimtys milijonų metų. Taip buvo realizuotas pirmasis biopoezės etapas – organinių monomerų susidarymas ir kaupimasis.
Organinių monomerų polimerizacijos etapas
Didelė dalis susidariusių monomerų buvo sunaikinta veikiant aukšta temperatūra ir daugybė cheminių reakcijų, įvykusių „pirminėje sriuboje“. Lakieji junginiai pateko į atmosferą ir praktiškai išnyko iš vandens telkinių. Periodiškas vandens telkinių džiovinimas lėmė daugkartinį ištirpusių organinių junginių koncentracijos padidėjimą. Esant dideliam cheminiam terpės aktyvumui, vyko šių junginių komplikacijos procesai, jie galėjo tarpusavyje susijungti (kondensacijos, polimerizacijos ir kt. reakcijos). Riebalų rūgštis, jungdamiesi su alkoholiais, vandens telkinių paviršiuje gali susidaryti lipidai ir riebalinės plėvelės. Aminorūgštys gali jungtis viena su kita, sudarydamos vis sudėtingesnius peptidus. Taip pat galėjo susidaryti ir kitų tipų junginiai – nukleino rūgštys, polisacharidai ir kt. Pirmosios nukleorūgštys, kaip mano šiuolaikiniai biochemikai, buvo mažos RNR grandinės, nes jos, kaip ir oligopeptidai, galėjo būti susintetinti aplinkoje didelis kiekis mineraliniai komponentai spontaniškai, nedalyvaujant fermentams. Polimerizacijos reakcijos gali būti pastebimai suaktyvintos žymiai padidinus tirpalo koncentraciją (rezervuaro džiovinimas) ir net šlapiame smėlyje arba visiškai išdžiūvus rezervuarams (tokių reakcijų galimybę įvykti sausoje būsenoje parodė amerikietis biochemikas S. Foksas). Vėlesnės liūtys ištirpdė sausumoje susintetintas molekules ir su vandens srovėmis perkėlė jas į vandens telkinius. Tokie procesai gali būti cikliški, todėl organiniai polimerai gali dar labiau komplikuotis.
Koacervatų susidarymas
Kitas gyvybės atsiradimo etapas buvo koacervatų susidarymas, tai yra didelių grupių sudėtingi organiniai polimerai. Šio reiškinio priežastys ir mechanizmai iš esmės neaiškūs. Šio laikotarpio koacervatai dar buvo mechaninis organinių junginių mišinys, neturintis jokių gyvybės ženklų. Per tam tikrą laiką tarp RNR molekulių ir peptidų atsirado ryšiai, primenantys matricos baltymų sintezės reakcijas. Tačiau vis dar neaišku, kaip RNR atėjo koduoti peptidų sintezę. Vėliau atsirado DNR molekulės, kurios dėl dviejų spiralių buvimo ir tikslesnės (lyginant su RNR) savikopijos (replikacijos) galimybės tapo pagrindiniais informacijos apie peptidų sintezę nešėjais, perduodančiais šią informaciją į RNR. Tokios sistemos (koacervatai) jau buvo panašios, bet dar nebuvo tokios, nes neturėjo tvarkingos vidinės struktūros, būdingos gyviems organizmams, ir negalėjo daugintis. Juk tam tikros peptidų sintezės reakcijos gali vykti ir neląsteliniuose homogenatuose.
Biologinių membranų atsiradimas
Sutvarkytos biologinės struktūros neįmanomos be biologinių membranų. Štai kodėl Kitas žingsnis formuojantis gyvybei, būtent šių struktūrų formavimasis izoliuoja ir apsaugo koacervatus nuo aplinkos, paversdamas juos autonominiais dariniais. Membranos galėjo būti suformuotos iš lipidų plėvelių, atsiradusių vandens telkinių paviršiuje. Peptidai, kuriuos lietaus srautai atneša į vandens telkinius arba susiformavo šiuose vandens telkiniuose, galėtų būti prijungti prie lipidų molekulių. Vandens telkinius sutrikdžius arba ant jų paviršiaus iškritus krituliams, gali atsirasti burbuliukų, apsuptų į membraną panašių junginių. Gyvybės atsiradimui ir evoliucijai buvo svarbios tos pūslelės, kurios apsupo koacervatus baltymų-nukleidų kompleksais. Tačiau net ir tokie dariniai dar nebuvo gyvi organizmai.
Probiontų – pirmųjų savaime besidauginančių organizmų – atsiradimas
Gyvais organizmais galėjo virsti tik tie koacervatai, kurie gebėjo savireguliuotis ir savaime daugintis. Taip pat dar neaišku, kaip atsirado šie gebėjimai. biologinės membranos suteikė autonomiją ir apsaugą koacervatams, o tai prisidėjo prie reikšmingo šiuose kūnuose vykstančių biocheminių reakcijų tvarkingumo atsiradimo. Kitas žingsnis prasidėjo savireprodukcijos atsiradimas, kai nukleino rūgštys (DNR ir/ar RNR) pradėjo ne tik teikti peptidų sintezę, bet ir savo pagalba reguliuoti savaiminio dauginimosi bei medžiagų apykaitos procesus. Taip atsirado ląstelinė struktūra, kuri turi medžiagų apykaitą ir gebėjimą daugintis. Būtent šios formos sugebėjo išlikti procese natūrali atranka. Taigi koacervatai virto pirmaisiais gyvais organizmais – probiontais.
Baigėsi cheminės evoliucijos etapas, prasidėjo jau gyvos medžiagos biologinės evoliucijos etapas. Tai įvyko prieš 3,5–3,8 milijardo metų. Gyvos ląstelės atsiradimas yra pirmoji didelė aromorfozė organinio pasaulio evoliucijoje.
Pirmieji gyvi organizmai savo struktūra buvo panašūs į prokariotus, dar neturėjo stipraus ląstelių sienelės ir kai kurios tarpląstelinės struktūros (jos buvo padengtos biologine membrana, kurios vidiniai vingiai atliko ląstelinių struktūrų funkcijas). Galbūt pirmieji probiontai turėjo paveldimą medžiagą, kurią reprezentavo RNR, o genomai su DNR atsirado vėliau evoliucijos procese. Yra nuomonė, kad tolesnė gyvybės raida kilo iš bendro protėvio, iš kurio kilo pirmieji prokariotai. Būtent tai užtikrino didelį visų prokariotų, o vėliau ir eukariotų, struktūros panašumą.
Spontaniškos gyvybės kartos neįmanoma šiuolaikinėmis sąlygomis
Dažnai kyla klausimas: kodėl šiuo metu nėra spontaniškos gyvų būtybių kartos? Juk jei gyvų organizmų dabar neatsiranda, tai kuo remiantis galime kurti hipotezes apie gyvybės atsiradimą tolimoje praeityje? Kur yra šios hipotezės tikimybės kriterijus? Atsakymai į šiuos klausimus gali būti tokie: 1) aukščiau pateikta biopoezės hipotezė daugeliu atžvilgių yra tik loginė konstrukcija, ji dar neįrodyta, joje yra daug prieštaravimų ir neaiškių dalykų (nors duomenų yra daug, tiek paleontologinis ir eksperimentinis, o tai rodo būtent tokį biopoezės vystymąsi); 2) ši hipotezė, nepaisant jos neišsamumo, vis dėlto bando paaiškinti gyvybės atsiradimą, remdamasi konkrečiomis žemiškomis sąlygomis, ir tai yra jos vertė; 3) naujų gyvų būtybių saviugda dabartinis etapas gyvybės vystymasis neįmanomas dėl šių priežasčių: a) organiniai junginiai turi egzistuoti klasterių pavidalu ilgą laiką, palaipsniui vis sudėtingesni ir transformuotis; šiuolaikinės Žemės oksiduojančios atmosferos sąlygomis tai neįmanoma, jie bus greitai sunaikinami; b) c šiuolaikinėmis sąlygomis yra daug organizmų, kurie savo mitybai gali labai greitai panaudoti net ir nereikšmingas organinių medžiagų sankaupas.
Gyvybės kilmės hipotezės
Gyvybės žemėje kilmė yra viena iš kritiniais klausimais gamtos mokslai. Per dešimtis šimtmečių keitėsi požiūriai į gyvenimo problemą, buvo reiškiamos įvairios idėjos, hipotezės, koncepcijos. Kai kurie iš jų yra plačiai naudojami skirtingi laikotarpiai gamtos mokslo raidos istorija. Šiuo metu yra penkios gyvybės kilmės hipotezės:
1. Kreacionizmas yra hipotezė, teigianti, kad gyvybę sukūrė antgamtinė būtybė kaip kūrimo akto rezultatas. Turi ilgiausią istoriją. Jis pagrįstas ypatingos galios, „sielos“, kuri valdo visus gyvybės procesus, buvimu gyvuose organizmuose.
2. Hipotezė pastovi būsena, pagal kurią gyvybė niekada neatsirado, bet visada egzistavo. Keičiantis gamtinėms sąlygoms, keitėsi ir rūšys: vienos išnyko, kitos atsirado. Remiantis paleontologų tyrimais.
3. Spontaniškos gyvybės atsiradimo hipotezė, kuri remiasi idėja apie pasikartojantį gyvybės atsiradimą iš negyva materija, buvo pateiktas senovės Kinija ir Indija kaip alternatyva kreacionizmui. Šią hipotezę palaikė Platonas, Aristotelis, Galilėjus, Dekartas, Lamarkas. Hipotezės esmė: žemesni gyvieji organizmai atsirado iš dumblo, drėgnos dirvos, pūvančios mėsos. Paneigdamas šią hipotezę, F. Redi suformulavo principą: „Visa gyva yra iš gyvų būtybių“, suradęs priežastį, kodėl ant pūvančios mėsos atsirado kirminų. L. Pasteuras savo eksperimentais su virusais pagaliau įrodė spontaniškos gyvybės atsiradimo idėjos nenuoseklumą.
4. Panspermijos hipotezė, pagal kurią gyvybė į Žemę buvo atnešta iš kosmosas. Ją pirmasis išreiškė G. Richteris XIX amžiaus pabaigoje. Ši koncepcija suteikia galimybę gyvybei atsirasti skirtingais laikotarpiais skirtingos dalys Visata ir jos perkėlimas į Žemę įvairiais būdais (meteoritais, asteroidais, kosminėmis dulkėmis).
5. Istorinės gyvybės atsiradimo per biocheminę evoliuciją hipotezė. Autoriai – A. Oparin ir S. Haldane. A. Oparino hipotezės požiūriu, taip pat ir pozicijų šiuolaikinis mokslas gyvybės atsiradimas iš negyvos materijos įvyko dėl to natūralių procesų Visatoje per ilgą materijos evoliuciją. A. Oparinas išskyrė kelis biocheminės evoliucijos etapus, kurių galutinis tikslas buvo primityvus gyva ląstelė. Evoliucija vyko pagal schemą:
A) Žemės planetos geocheminė evoliucija, paprasčiausių junginių, tokių kaip CO2, NH3, H2O ir kt., sintezė, vandens perėjimas iš garų į skystą būseną dėl laipsniško Žemės aušinimo. Atmosferos ir hidrosferos evoliucija.
B) organinių medžiagų susidarymas iš neorganinių junginių – amino rūgščių – ir jų kaupimasis pirminiame vandenyne dėl Saulės elektromagnetinės įtakos, kosminės spinduliuotės ir elektros iškrovų.
C) laipsniškas organinių junginių komplikacijos ir baltymų struktūrų susidarymas.
D) baltymų struktūrų išskyrimas iš aplinkos, vandens kompleksų susidarymas ir vandeninio apvalkalo aplink baltymus sukūrimas.
E) tokių kompleksų susiliejimas ir koacervatų, galinčių keistis medžiaga ir energija su aplinką.
E) metalų absorbcija koacervatais, dėl kurių susidarė fermentai, pagreitinantys biocheminius procesus.
G) hidrofobinių lipidų ribų susidarymas tarp koacervatų ir išorinės aplinkos, dėl ko susidarė pusiau laidžios membranos, kurios užtikrino koacervato funkcionavimo stabilumą.
H) raida evoliucijos eigoje šiose savireguliacijos ir savireprodukcijos procesų dariniuose.
Pasak akademiko V. Vernadskio, gyvybės atsiradimas siejamas su galingu šuoliu, įvedusiu į evoliuciją tiek daug prieštaravimų, kad jie sukūrė sąlygas gyvajai medžiagai gimti. Ypatingas gyvosios medžiagos organizavimo sudėtingumas yra įrodymas, kad gyvybės atsiradimas yra ilgo biologinės evoliucijos proceso rezultatas.
6. Šiuolaikinė biologinės evoliucijos teorija
Evoliucija suprantama kaip viena iš judėjimo formų, kuriai būdingi laipsniški, nuolatiniai, besikaupiantys pokyčiai, lemiantys kokybinius gyvosios gamtos raidos poslinkius. Evoliucinės paradigmos formavimosi procese yra trys pagrindiniai etapai:
· Pirmas etapas – tradicinė biologija; ryškiausias jos atstovas – švedų mokslininkas K. Linėjus.
· Antrasis etapas – klasikinė biologinės evoliucijos teorija; kūrėjas – anglų gamtininkas Ch.Darwinas.
· Trečioji pakopa – sintetinė biologinės evoliucijos teorija. Jo turinys buvo Charleso Darwino ir čekų botaniko, genetikos pradininko G. Mendelio idėjų rezultatas.
Bendras teorinis tradicinės biologijos, kuri dominavo biologinėje mintyje nuo seniausių laikų iki XIX a., pagrindas buvo kreacionizmo samprata, kilusi iš idėjos apie visų gyvybės formų Žemėje atsiradimą vienu metu. Tradicinės biologijos uždavinys buvo sukurti visų gyvų būtybių klasifikaciją ir sisteminimą. Reikšmingiausią indėlį į šios problemos sprendimą įnešė K. Linėjus, sukūręs gyvų organizmų klasifikavimo sistemą, kuri atskleidė organizmų vientisumą, vienybę, tarpusavio ryšį ir tęstinumą, o tai savo ruožtu paskatino mokslininkus prie minties, kad visi laukinės gamtos formų įvairovė yra biologinės evoliucijos rezultatas. Tradicinė biologija savo mokslinę medžiagą kaupia tiesiogiai stebėdama gyvąją gamtą, todėl toliau vystosi ir šiuo metu.
Ch.Darwino teorija buvo apibendrinimo rezultatas didelis kiekisįvairios faktinės informacijos. Darvino paaiškinimą apie evoliucijos procesą galima apibendrinti taip:
1. Bet kuriai gyvūnų ir augalų grupei būdingas kintamumas. Kintamumas yra viena iš gyviems organizmams būdingų savybių.
2. Kiekvienos rūšies organizmų, kurie gimsta į pasaulį, skaičius yra daug didesnis nei skaičius, kuris gali rasti maisto, išgyventi ir palikti palikuonių. Dauguma palikuonių miršta kiekvienoje kartoje.
3. Kadangi gimsta daugiau individų, nei gali išgyventi, vyksta konkurencija, kova dėl maisto ir buveinių.
4. Paveldimi pokyčiai, dėl kurių organizmas lengviau išgyvena tam tikroje aplinkoje, suteikia jų savininkams pranašumą prieš kitus, mažiau prisitaikiusius organizmus. Išlikę individai išauga į kitą kartą, todėl įvyksta tinkamiausių atstovų atranka (natūrali atranka).
Sintetinės evoliucijos teorijos formavimosi impulsas buvo paveldėjimo dėsnio atradimas ir DNR struktūros iššifravimas. Sintetinė teorija evoliucija savo turiniu yra darvinizmo ir molekulinės biologijos laimėjimų sintezė. Teorijos esmė slypi evoliucijos proceso pristatyme kaip genetinių programų konkurenciją, lemiančią individualų organizmų vystymąsi. Ir svarbus vaidmuo nustatant bendrą evoliucijos kryptį, vaidina pagrindinis programavimo įrenginys, kuris yra visa biosfera. Būtent biosfera lemia į jos sudėtį įtrauktų rūšių evoliucinės transformacijos greitį ir kryptį.
Bioetika
Iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad tarp etikos ir biologijos nėra nieko bendro. Juk etika yra socialinių ir humanitarinių žinių šaka, nagrinėjanti idealią žmogaus elgesio nurodymų, normų ir principų sferą, o biologija yra viena iš gamtos mokslai, žinant tikrus faktus charakterizuojanti gyvenimo esmę. Nepaisant to, tarp biologijos ir etikos yra ryšys. Juk žmogus yra ilgos biologinės evoliucijos produktas. O viena iš evoliucijos pusių – kova už būvį, kurios metu ne tik fizines priemones bet ir psichologines, įskaitant etines normas.
Bioetika yra tyrimas psichiniai procesai kurie, atsiradę ankstyvosiose gyvų būtybių evoliucijos stadijose, palaipsniui vystėsi ir lėmė reikalavimų ir principų, vadinamų žmogaus etika, atsiradimą. Bioetika savo interesų kryptimi labiausiai artėja prie socialinių ir humanitarinių mokslų studijų objekto, nagrinėdama šias pagrindines problemas:
· Žmogaus elgesio etinių principų giluminės, biologinės kilmės problemos, šių principų užuomazgų apraiškos gyvų organizmų elgesyje jau yra ankstyvosios stadijos biologinė evoliucija.
· Šiuo pagrindu sprendžiami žmogaus įgimtų ir įgytų, biologinių ir socialinių bei nesąmoningų etinių principų koreliacijos klausimai.
Naujų etikos normų rinkinio sukūrimas, kurio aktualumas siejamas su galimybe turėti gilių pasekmių didžiausių atradimų žmogui. šiuolaikinė biologija ypač genetika.
Sudėtingos elgesio programos, būdingos gyvūnų pasauliui ir žmogaus etikos normoms, turi vieną biogeninę kilmę. Tuo remiantis, bioetika, kaip pagrindinė idėja, iškelia mintį, kad žmogaus elgesio principai turi ne tik socialines, bet ir biologines prielaidas. Bioetika atranda mūsų vidinis pasaulis o mūsų elgesyje, be proto, kultūros, visuomenės sugeneruotų formų, yra ir formų dėl senovės genetinių programų, paveldėtų iš mūsų gyvūnų protėvių. Svarbi šiuolaikinės bioetikos sritis – naujų požiūrių į moralinį tokių reiškinių, kaip eutanazija, seksualinio tikrumo pažeidimas, klonavimas, įvertinimo paieška.
Ar žinai gyvybės kilmę?
3. Koks yra pagrindinis mokslinio metodo principas?
Gyvybės atsiradimo mūsų planetoje problema yra viena iš pagrindinių šiuolaikiniame gamtos moksle. Nuo seniausių laikų žmonės bandė rasti atsakymą į šį klausimą.
Kreacionizmas (lot., sgeatio – kūryba).
Skirtingais laikais skirtingos tautos turėjo savo idėjas apie gyvybės kilmę. Jie atsispindi šventos knygosįvairios religijos, aiškinančios gyvybės atsiradimą kaip Kūrėjo veiksmą (Dievo valią). Gyvų daiktų dieviškosios kilmės hipotezę galima priimti tik remiantis tikėjimu, nes jos negalima eksperimentiškai patikrinti ar paneigti. Todėl tai negali būti laikoma mokslinis požiūris.
Spontaniškos gyvybės atsiradimo hipotezė.
Nuo seniausių laikų iki XVII amžiaus vidurio. mokslininkai neabejojo spontaniško gyvybės atsiradimo galimybe. Buvo tikima, kad gyvos būtybės gali atsirasti iš negyvos medžiagos, pavyzdžiui, žuvys - iš dumblo, kirminai - iš dirvožemio, pelės - iš skudurų, musės - iš supuvusios mėsos, o taip pat, kad kai kurios formos gali sukelti kitas, pvz. iš vaisių gali susidaryti ir gyvūnai.(žr., p. 343).
Taigi didysis Aristotelis, tyrinėdamas ungurius, nustatė, kad tarp jų nėra asmenų su ikrais ar pienu. Tuo remdamasis jis pasiūlė, kad unguriai gimsta iš dumblo „dešrų“, susidarančių suaugusiai žuviai trinties į dugną.
Pirmasis smūgis spontaniškos generacijos koncepcijai buvo italų mokslininkės Francesca Redi eksperimentai, kurie 1668 metais įrodė, kad pūvančioje mėsoje neįmanoma savaiminio musių generavimo.
Nepaisant to, spontaniškos gyvybės kartos idėjos išliko iki XIX amžiaus vidurio. Tik 1862 m. prancūzų mokslininkas Louisas Pasteuras galutinai paneigė spontaniškos gyvybės atsiradimo hipotezę.
Mokytojo darbai leido teigti, kad principas „Viskas gyva – iš gyvų dalykų“ galioja visiems žinomiems. organizmai mūsų planetoje, tačiau jie neišsprendė gyvybės kilmės klausimo.
Panspermijos hipotezė.
Įrodymas, kad spontaniškai susikurti gyvybę neįmanoma, iškilo dar viena problema. Jei gyvam organizmui atsirasti reikalingas kitas gyvas organizmas, tai iš kur atsirado pirmasis gyvas organizmas? Tai davė impulsą atsirasti panspermijos hipotezei, kuri turėjo ir turi daug šalininkų, tarp jų ir tarp žymių mokslininkų.Jie mano, kad pirmą kartą gyvybė atsirado ne Žemėje, o kažkaip buvo pristatyta į mūsų planetą.
Tačiau panspermijos hipotezė tik bando paaiškinti gyvybės atsiradimą Žemėje. Tai neatsako į klausimą, kaip prasidėjo gyvenimas.
Spontaniško gyvybės atsiradimo fakto neigimas šiuo metu neprieštarauja idėjoms apie esminę galimybę gyvybei išsivystyti praeityje iš neorganinės medžiagos.
Biocheminės evoliucijos hipotezė.
1920-aisiais rusų mokslininkas A. I. Oparinas ir anglas J. Haldane'as iškėlė hipotezę apie gyvybės atsiradimą biocheminio proceso metu. evoliucija anglies junginių, kurie sudarė šiuolaikinių idėjų pagrindą.
1924 m. AI Oparinas paskelbė pagrindines savo hipotezės apie gyvybės atsiradimą Žemėje nuostatas. Jis rėmėsi tuo, kad šiuolaikinėmis sąlygomis gyvų būtybių atsiradimas iš negyvoji gamta neįmanomas. Abiogeninis (t. y. be gyvų organizmų dalyvavimo) gyvosios medžiagos atsiradimas buvo įmanomas tik senovės atmosferos sąlygomis ir gyvų organizmų nebuvimu.
Anot A. I. Oparino, pirminėje planetos atmosferoje, prisotintoje įvairių dujų, su galingomis elektros iškrovomis, taip pat veikiant Ultravioletinė radiacija(atmosferoje nebuvo deguonies, todėl nebuvo apsauginio ozono ekrano, atmosfera redukuojasi) ir didelė radiacija, galėjo susidaryti organiniai junginiai, kurie kaupėsi vandenyne, sudarydami „pirminę sriubą“.
Yra žinoma, kad koncentruotuose organinių medžiagų (baltymų, nukleorūgščių, lipidai) tam tikromis sąlygomis gali susidaryti krešulių, vadinamų koacervatiniais lašais arba koacervatais. Koacervatai nesuyra redukuojančioje atmosferoje. Iš gauto sprendimo cheminių medžiagų, juose vyko naujų junginių sintezė, dėl to jie augo ir tapo sudėtingesni.
Koacervatai jau buvo panašūs į gyvus organizmus, tačiau jie dar nebuvo tokie, nes neturėjo tvarkingos vidinės struktūros, būdingos gyviems organizmams, ir negalėjo daugintis. Baltymų koacervatus A.I., Oparin laikė probiontais – gyvo organizmo pirmtakais. Jis manė, kad tam tikrame etape baltymų probiontai apėmė nukleino rūgštis, sukurdami atskirus kompleksus.
Baltymų ir nukleorūgščių sąveika lėmė tokių gyvų savybių atsiradimą kaip savarankiškas dauginimasis, paveldimos informacijos išsaugojimas ir jos perdavimas vėlesnėms kartoms.
Probiontus, kuriuose metabolizmas buvo derinamas su galimybe daugintis, jau galima laikyti primityviais proląstelėmis.
1929 metais anglų mokslininkas J. Haldane'as taip pat iškėlė abiogeninės gyvybės kilmės hipotezę, tačiau, jo nuomone, pirminė buvo ne koarcervatinė sistema, galinti keistis medžiagomis su aplinka, o makromolekulinė sistema, galinti savarankiškai dauginimasis. Kitaip tariant, A. I. Oparinas pirmenybę teikė baltymams, o J. Haldane – nukleino rūgštims.
Oparino-Holdeino hipotezė sulaukė daug šalininkų, nes gavo eksperimentinį patvirtinimą dėl abiogeninės organinių biopolimerų sintezės galimybės.
1953 metais amerikiečių mokslininkas Stenlis Milleris savo sukurtoje instaliacijoje (141 pav.) imitavo sąlygas, kurios, kaip spėjama, egzistavo pirminėje Žemės atmosferoje. Eksperimentų metu buvo gautos aminorūgštys. Panašūs eksperimentai buvo kartojami daug kartų įvairiose laboratorijose ir leido įrodyti esminę galimybę tokiomis sąlygomis susintetinti praktiškai visus pagrindinių biopolimerų monomerus. Vėliau buvo nustatyta, kad tam tikromis sąlygomis iš monomerų galima susintetinti sudėtingesnius organinius biopolimerus: polipeptidus, polinukleotidus, polisacharidus ir lipidus.
Tačiau Oparino-Haldane'o hipotezė taip pat turi silpnoji pusė nurodė jos oponentai. Šios hipotezės rėmuose neįmanoma paaiškinti pagrindinės problemos: kaip įvyko kokybinis šuolis iš negyvo į gyvą. Iš tiesų nukleorūgščių savaiminiam dauginimuisi reikalingi fermentiniai baltymai, o baltymų sintezei – nukleino rūgštys.
Kreacionizmas. Spontaniška karta. Panspermijos hipotezė. Biocheminės evoliucijos hipotezė. Koacervuoja. Probiontai.
1. Kodėl kilo idėja dieviškoji kilmė gyvenimo negalima nei patvirtinti, nei paneigti?
2. Kokios yra pagrindinės Oparino-Haldane hipotezės nuostatos?
3. Kokie eksperimentiniai įrodymai gali būti pagrįsti šia hipoteze?
4. Kuo skiriasi A. I. Oparino hipotezė nuo J. Haldane'o hipotezės?
5. Kokius argumentus pateikia oponentai, kritikuodami Oparino-Haldane'o hipotezę?
Pateikite galimus argumentus „už“ ir „prieš“ panspermijos hipotezę.
Ch.Darvinas 1871 m. rašė: „Bet dabar... kažkokiame šiltame rezervuare, kuriame yra visos reikalingos amonio ir fosforo druskos ir kuris pasiekiamas šviesai, šilumai, elektrai ir kt., baltymas, galintis toliau, vis sudėtingesnes transformacijas, tada ši medžiaga būtų nedelsiant sunaikinta arba absorbuojama, o tai buvo neįmanoma laikotarpiu iki gyvų būtybių atsiradimo.
Patvirtinkite arba paneigkite šį Charleso Darwino teiginį.
Suprantant gyvybės esmę ir jos atsiradimą žmogaus civilizacijos kultūroje, nuo seno egzistuoja dvi idėjos – biogenezė ir abiogenezė. Biogenezės (gyvų būtybių atsiradimo iš gyvų būtybių) idėja kilusi iš senovės Rytų religinių konstrukcijų, kurioms buvo įprasta pradžios ir pabaigos nebuvimo idėja. natūralus fenomenas. Realybė amžinas gyvenimas logiškai priimtina šios kultūros, kaip ir materijos – Kosmoso – amžinybė.
Alternatyvi idėja – abiogenezė (gyvų būtybių atsiradimas iš negyvų dalykų) siekia civilizacijas, kurios egzistavo gerokai prieš mūsų erą Tigro ir Eufrato upių slėniuose. Šią vietovę nuolat užliejo potvyniai ir nenuostabu, kad čia gimė katastrofa, turėjusi įtakos Europos civilizacijai per judaizmą ir krikščionybę. Katastrofos tarsi nutraukia ryšį, kartų grandinę, sufleruoja jos atsiradimą, atsiradimą. Šiuo atžvilgiu Europos kultūroje buvo plačiai paplitęs tikėjimas, kad organizmas periodiškai spontaniškai gimsta, veikiamas natūralių ar antgamtinių priežasčių.
Kamensky A. A., Kriksunov E. V., Pasechnik V. V. Biologija 10 klasė
Pateikė skaitytojai iš svetainės
Valstybinis komitetas Rusijos Federacija Aukštasis išsilavinimas
Rusijos ekonomikos akademija, pavadinta G.V. Plechanovas
Chemijos katedra
Tema „Sąvokos šiuolaikinis gamtos mokslas“ tema
„Gyvybės atsiradimo žemėje sampratos“
1 kurso studentas
Bendrasis ekonomikos fakultetas
Grupė Nr.9109 (dienos skyrius)
ZADKOVA E.N.
Mokslinis direktorius
Maskva 1999 m
Įvadas …………………………………………………………………………2
Kreacionizmo samprata ………………………………………………..2
Spontaniškos gyvybės atsiradimo samprata …………………………..2
Pastovios būsenos koncepcija ………………………………….4
Panspermijos samprata …………………………………………………..4
Biocheminės evoliucijos samprata …………………………………….4
Ar dabar įmanoma gyvybė Žemėje? ……………….8
Naudotos literatūros sąrašas …………………………………10
Įvadas
Klausimai apie gamtos kilmę ir gyvybės esmę jau seniai domino žmogaus norą suprasti jį supantį pasaulį, suprasti save ir nustatyti savo vietą gamtoje. Gyvybės kilmė yra viena iš trijų svarbiausių pasaulėžiūros problemų kartu su mūsų Visatos atsiradimo ir žmogaus kilmės problema.
Šimtmečius trukę tyrinėjimai ir bandymai išspręsti šias problemas sukėlė skirtingas gyvybės kilmės sampratas:
Kreacionizmas yra dieviškasis gyvų daiktų kūrinys;
daugkartinio savaiminio (spontaniško) gyvybės susidarymo iš negyvosios materijos samprata (jos laikėsi
Aristotelis, kuris tikėjo, kad gyvi daiktai gali atsirasti ir dėl dirvožemio irimo);
pastovios būsenos samprata, pagal kurią gyvybė egzistavo visada;
panspermijos samprata – nežemiška gyvybės kilmė;
5) gyvybės atsiradimo Žemėje samprata istorinėje praeityje kaip fiziniams ir cheminiams dėsniams paklūstančių procesų rezultatas.
Kreacionizmo samprata
Pagal kreacionizmą gyvybės atsiradimas Žemėje negalėjo būti realizuotas natūraliai, objektyviai, taisyklingai; gyvenimas yra dieviškojo kūrybinio akto rezultatas. Gyvybės kilmė reiškia konkretų įvykį praeityje, kurį galima apskaičiuoti. IN
1650 Airijos arkivyskupas Ašeris apskaičiavo, kad Dievas sukūrė pasaulį 4004 m. spalį prieš Kristų, o spalio 23 d. 9 valandą ryto ir žmogų. Šį skaičių jis gavo išanalizavęs visų paminėtų asmenų amžių ir šeimos ryšius
Asmenų Biblijos. Tačiau tuo metu Artimuosiuose Rytuose jau buvo išsivysčiusi civilizacija, tai įrodo archeologiniai tyrimai. Tačiau pasaulio ir žmogaus sukūrimo klausimas nėra uždaras, nes Biblijos tekstus galima interpretuoti įvairiai.
Spontaniškos gyvybės atsiradimo samprata
Spontaniškos gyvybės atsiradimo teorija atsirado Babilone, Egipte ir Kinijoje kaip alternatyva kreacionizmui. Jis pagrįstas samprata, kad veikiant natūraliems veiksniams gyvas gali atsirasti iš negyvo, organiškas iš neorganinio. Tai grįžta iki Empedoklio ir Aristotelio: tam tikrose materijos „dalelėse“ yra kažkoks „alternatyvus principas“, kuris tam tikromis sąlygomis gali sukurti gyvą organizmą. Aristotelis manė, kad veiklioji medžiaga yra apvaisintame kiaušinyje, saulės šviesoje, pūvančioje mėsoje. Demokritui gyvybės pradžia buvo dumble, Taliui - vandenyje, už
Anaksagora yra ore.
Aristotelis remdamasis informacija apie gyvūnus, gautą iš kareivių
Aleksandras Makedonietis ir prekybininkai keliautojai suformavo idėją apie laipsnišką ir nuolatinį gyvųjų iš negyvų vystymąsi ir sukūrė „gamtos kopėčių“ idėją gyvūnų pasaulio atžvilgiu. Jis neabejojo spontaniška varlių, pelių ir kitų smulkių gyvūnų karta. Platonas kalbėjo apie spontanišką gyvų būtybių atsiradimą iš žemės irimo procese.
Spontaniškos kartos idėja plačiai paplito viduramžiais ir Renesanso epochoje, kai buvo leista spontaniškai generuoti ne tik paprastus, bet ir gana gerai organizuotus sutvėrimus, net žinduolius.
(pavyzdžiui, pelės iš skudurų). Pavyzdžiui, W. Shakespeare'o tragedijoje „Anthony and
Kleopatra“ Leonidas sako Markui Antonijui: „Jūsų Egipto ropliai pakyla purve nuo jūsų Egipto saulės spindulių. Štai, pavyzdžiui, krokodilas ... “.
Yra žinomi Paracelso bandymai sukurti dirbtinio žmogaus receptus
(homunculus).
Helmontas sugalvojo receptą, kaip gauti pelių iš kviečių ir nešvarių skalbinių.
Bekonas taip pat tikėjo, kad irimas yra naujo gimimo užuomazga. Spontaniškos gyvybės kartos idėjas palaikė Galilėjus, Dekartas, Harvey, Hegelis,
Prieš spontaniškos kartos teoriją XVII a. pagamino Florencijos gydytojas
Francesco Redi. Dėdamas mėsą į uždarą puodą, F. Redi parodė, kad pūslių lervos supuvusioje mėsoje savaime nesusiformuoja. Savaiminio generavimo teorijos šalininkai nepasidavė, jie tvirtino, kad savaiminis lervų generavimas neįvyko vien dėl to, kad į uždarą puodą nepateko oro.
Tada F. Redi mėsos gabalėlius sudėjo į kelis gilius indus. Kai kuriuos jis paliko atvirus, o kai kuriuos uždengė muslinu. Po kurio laiko atviruose induose mėsa knibždėte knibžda musių lervų, o muslinu padengtuose induose supuvusioje mėsoje lervų nebuvo.
XVIII amžiuje. Vokiečių matematikas ir filosofas Leibnicas ir toliau gynė spontaniškos gyvybės kartos teoriją. Jis ir jo šalininkai tvirtino, kad gyvuose organizmuose yra ypatinga „gyvybės jėga“. Pasak vitalistų (iš lot. „vita“ – gyvybė), „gyvybės jėga“ yra visur. Tiesiog įkvėpkite ir negyvas taps gyvas.
Mikroskopas atvėrė žmonėms mikropasaulį. Stebėjimai parodė, kad sandariai uždarytoje kolboje su mėsos sultiniu ar šieno antpilu po kurio laiko aptinkami mikroorganizmai. Bet kai tik mėsos sultinys buvo virinamas valandą ir kaklelis buvo sandariai uždarytas, uždarytoje kolboje nieko neatsirado.
Vitalistai siūlė, kad užsitęsęs virimas žudo
„gyvybės jėga“, kuri negali prasiskverbti pro sandarią kolbą.
XIX amžiuje Net Lamarkas 1809 m. rašė apie spontaniško grybų susidarymo galimybę.
Pasirodžius Darvino knygai „Rūšių kilmė“, vėl iškilo klausimas, kaip vis dėlto atsirado gyvybė Žemėje. Prancūzijos mokslų akademija 1859 m. skyrė specialų prizą už bandymą naujai išsiaiškinti klausimą spontaniška karta. Šį apdovanojimą 1862 metais gavo garsus prancūzų mokslininkas Louisas Pasteuras.
Pasteuras atliko eksperimentą, kuris savo paprastumu pranoko garsųjį Redi eksperimentą. Jis kolboje virė įvairias maistines terpes, kuriose galėjo vystytis mikroorganizmai. Ilgai verdant kolboje žuvo ne tik mikroorganizmai, bet ir jų sporos. Atsižvelgdamas į vitalistų tvirtinimą, kad mitinė „gyvybės jėga“ negali prasiskverbti pro sandarią kolbą,
Pasteur prie jo pritvirtino S formos vamzdelį su laisvu galu. Mikroorganizmų sporos nusėdo ant plono lenkto vamzdelio paviršiaus ir negalėjo prasiskverbti į maistinę terpę. Gerai išvirta maistinė terpė išliko sterili, joje nepastebėta spontaniško mikroorganizmų susidarymo, nors oro patekimas (o kartu ir pagarsėjęs " gyvenimo jėga“) buvo pateikta.
Taigi buvo įrodyta, kad mūsų laikais bet koks organizmas gali atsirasti tik iš kito gyvo organizmo.
Pastovios būsenos koncepcija
Amžinojo gyvybės egzistavimo teorijos šalininkai mano, kad nuolat egzistuojančioje Žemėje kai kurios rūšys buvo priverstos išnykti arba smarkiai pakeisti savo skaičių tam tikrose planetos vietose dėl išorinių sąlygų pokyčių. Aiški šio kelio koncepcija nebuvo sukurta, nes paleontologiniuose Žemės įrašuose yra tam tikrų spragų ir neaiškumų. Ši hipotezių grupė taip pat yra susijusi su amžinojo gyvybės egzistavimo Visatoje idėja.
Panspermijos koncepcija
Panspermijos teorija (hipotezė apie galimybę perkelti gyvybę Visatoje iš vieno kosminis kūnas kitiems) nepasiūlo jokio mechanizmo, kaip paaiškinti pirminę gyvybės kilmę, ir perkelia problemą į kitą visatos vietą. Liebigas tikėjo, kad „atmosfera dangaus kūnai, kaip ir besisukantys kosminiai ūkai, gali būti laikomi amžinomis animacinės formos saugyklomis, kaip amžinos organinių mikrobų plantacijos, iš kurių gyvybė šių gemalų pavidalu pasklinda Visatoje.
1865 metais vokiečių gydytojas G. Richteris iškėlė kosmozoanų hipotezę.
(kosminiai gemalai), pagal kuriuos gyvybė yra amžina ir pasaulio erdvėje gyvenantys mikrobai gali būti perkeliami iš vienos planetos į kitą. Šią hipotezę palaikė daugelis žinomų mokslininkų. Panašiai mąstė ir Kelvinas, Helmholcas ir kiti.Mūsų amžiaus pradžioje Arrhenius sugalvojo radiopanspermiją. Jis aprašė, kaip materijos dalelės, dulkių dalelės ir gyvos mikroorganizmų sporos į pasaulio erdvę palieka kitų būtybių apgyvendintas planetas. Jie išlaiko savo gyvybingumą skrisdami Visatos erdvėje dėl lengvo slėgio. Patekę į planetą, kurioje yra tinkamos gyvybei sąlygos, jie prasideda naujas gyvenimasšioje planetoje.
Norint pateisinti panspermiją, dažniausiai naudojami urvų paveikslai, kuriuose vaizduojami objektai, panašūs į raketas ar astronautus, arba jų išvaizda.
NSO. Skraidantis erdvėlaivis sunaikino tikėjimą protingos gyvybės egzistavimu planetose saulės sistema, kuris pasirodė po atradimo
Schiaparelli kanalai Marse.
Gyvybės Žemėje atsiradimo samprata istorinėje praeityje kaip fiziniams ir cheminiams dėsniams paklūstančių procesų rezultatas
Šiuo metu hipotezė apie gyvybės atsiradimą Žemėje, suformuluota sovietų mokslininko akad. A.I.
Oparinas ir anglų mokslininkas J. Haldane'as. Ši hipotezė grindžiama prielaida, kad gyvybė Žemėje palaipsniui atsiranda iš neorganinių medžiagų per ilgalaikę abiogeninę (nebiologinę) molekulinę evoliuciją. A. I. Oparino teorija yra įtikinamų gyvybės atsiradimo Žemėje įrodymų apibendrinimas dėl reguliaraus medžiagos judėjimo cheminės formos perėjimo į biologinę procesą.
Paprastų organinių junginių susidarymas. Įjungta ankstyvosios stadijos Savo istorijoje Žemė buvo karšta planeta. Dėl sukimosi ties laipsniškas mažėjimas temperatūroms sunkiųjų elementų atomai slinko į centrą, o paviršiniuose sluoksniuose susikoncentravo lengvųjų elementų (vandenilio, anglies, deguonies, azoto) atomai, iš kurių susidaro gyvų organizmų kūneliai. Toliau Žemei vėsstant, atsirado cheminių junginių: vandens, metano, anglies dioksidas, amoniako, vandenilio cianido ir molekulinis vandenilis, deguonis, azotas. Vandens fizikinės ir cheminės savybės (didelis dipolio momentas, klampumas, šiluminė talpa ir kt.) ir anglies (oksidų susidarymo sunkumas, gebėjimas redukuoti ir formuoti linijinius junginius) lėmė, kad jie buvo gyvybės lopšyje.
Šiose pradinėse stadijose susiformavo pirminė Žemės atmosfera, kuri buvo ne oksiduojančios, kaip dabar, o redukuojančios prigimties.
Be to, ji buvo turtinga. inertinės dujos(helis, neonas, argonas). Ši originali atmosfera jau prarasta. Jo vietoje susiformavo antra atmosfera.
Žemė, susidedanti iš 20% deguonies - vienos iš reaktyviausių dujų. Ši antroji atmosfera yra gyvybės Žemėje vystymosi produktas, viena iš jos pasaulinių pasekmių.
Tolesnis temperatūros sumažėjimas paskatino daugelio dujinių junginių perėjimą į skystą ir kietą būseną, taip pat susidarė žemės pluta.
Kai Žemės paviršiaus temperatūra nukrito žemiau 100°C, vandens garai sutirštėjo. Ilgos liūtys ir dažnos perkūnijos lėmė didelių rezervuarų susidarymą. Dėl aktyvios vulkaninės veiklos į paviršių iš vidinių Žemės sluoksnių buvo iškelta daug karštos masės, įskaitant karbidus – metalų junginius su anglimi.
Karbidams sąveikaujant su vandeniu, buvo išskirti angliavandenilių junginiai.
Karštame lietaus vandenyje, kaip geras tirpiklis, buvo ištirpusių angliavandenilių, taip pat dujų (amoniako, anglies dioksido, vandenilio cianido), druskų ir kitų junginių, galinčių sukelti chemines reakcijas. Ypač sėkmingai, matyt, molekulių augimo procesai vyko dalyvaujant grupei - N= C= N-. Ši grupė turi dideles chemines augimo galimybes tiek dėl deguonies atomo pridėjimo prie anglies atomo, tiek dėl reakcijos su azoto baze. Taigi jaunos Žemės planetos paviršiuje pamažu kaupėsi paprasčiausi organiniai junginiai. Ir sukaupta dideliais kiekiais. Skaičiavimai rodo, kad tik vulkaninės veiklos būdu Žemės paviršiuje galėjo susidaryti apie 1016 kg organinių molekulių. Tai tik 2–3 eilėmis mažiau nei šiuolaikinės biosferos masė.
Spektroskopinis žvaigždžių atmosferų tyrimas parodė, kad yra vadinamosios šaltosios žvaigždės, kurios apima
Saulė, nemaža anglies dalis, susijusi su vandeniliu, ir paprasčiausio angliavandenilio – metino (CH) susidarymas. Gali būti, kad šiose žvaigždėse kartu su metinu yra ir sudėtingesnių angliavandenilių junginių.
Tuo tarpu neabejotina, kad šie junginiai susidaro abiogeniškai, tai yra, ne dėl gyvų organizmų veiklos.
Tose vietose aptiktas ir platus angliavandenilių paplitimas
Visata, kurioje temperatūra artima absoliučiam nuliui. Neabejotina, kad Jupiterio, Saturno, Urano, Neptūno ir kitų planetų atmosferoje metano (CH4) yra dideliais kiekiais. Gana sudėtingų angliavandenilių buvimas buvo pastebėtas daugelyje meteoritų, kuriuose nebuvo galima nustatyti gyvų būtybių buvimo pėdsakų. Galiausiai, angliavandenilių sintezė gali būti atliekama eksperimentiškai, esant tam tikrų fizinių ir cheminės sąlygos(temperatūra, slėgis, elektrinis laukas ir kt.).
Taigi, abiogeninis organinių junginių – angliavandenilių susidarymas yra ne tik įmanomas, bet ir plačiai paplitęs Visatoje.
Gana logiška manyti, kad Žemėje jau pradiniame egzistavimo etape buvo tam tikras angliavandenilių kiekis.
Sudėtingų organinių junginių atsiradimas. Antrasis biogenezės etapas pasižymėjo sudėtingesnių organinių junginių, ypač baltymų, atsiradimu pirminio vandenyno vandenyse. Dėl aukštos temperatūros, žaibo išlydžių, sustiprėjusios ultravioletinės spinduliuotės santykinai paprastos organinių junginių molekulės, sąveikaudamos su kitomis medžiagomis, tapo sudėtingesnės ir susidarė angliavandeniai, riebalai, aminorūgštys, baltymai ir nukleino rūgštys.
Tokios sintezės galimybę įrodė A.M. Butlerovas, kuris praėjusio amžiaus viduryje angliavandenius gavo iš formaldehido
(cukrus). 1953-1957 metais. Įvairių šalių (JAV, SSRS, Vokietijos) chemikai atliko daugybę eksperimentų su dujų mišiniu (amoniako, metano, vandens garų, vandenilio) esant 70–80 ° C temperatūrai ir kelių atmosferų slėgiui, veikiant elektros iškrovoms. susintetinta 60 000 V įtampa ir ultravioletiniai spinduliai organinės rūgštys, įskaitant aminorūgštis (gliciną, alaniną, aspartą ir glutamo rūgštis), kurie yra medžiaga baltymo molekulei susidaryti. Taip buvo sumodeliuotos pirminės Žemės atmosferos sąlygos, kurioms esant gali susidaryti aminorūgštys, o jų polimerizacijos metu – ir pirminiai baltymai.
Eksperimentai šia kryptimi pasirodė esąs daug žadantys. Toliau
(naudojant kitus pradinių dujų ir energijos rūšių santykius) polimerizacijos reakcijos būdu iš paprastų molekulių buvo gautos sudėtingesnės molekulės: baltymai, lipidai, nukleorūgštys ir jų dariniai, o vėliau atsirado galimybė sintetinti kitus sudėtingus biocheminius junginius, tarp jų ir baltymus. molekulės (insulinas), azotinės nukleotidų bazės. Ypač svarbu, kad laboratoriniai eksperimentai neabejotinai parodė baltymų molekulių susidarymo galimybę, kai nėra gyvybės.
Nuo tam tikro Žemės cheminės evoliucijos proceso etapo deguonis pradėjo aktyviai dalyvauti. Jis gali kauptis atmosferoje
Žemė dėl vandens ir vandens garų irimo veikiant ultravioletiniams saulės spinduliams. (Pirminės Žemės redukuotai atmosferai virsti oksiduota prireikė mažiausiai 1-1,2 mlrd. metų.) Atmosferoje kaupiantis deguoniui, redukuoti junginiai pradėjo oksiduotis. Taigi, oksiduojant metaną, susidarė metilo alkoholis, formaldehidas, skruzdžių rūgštis ir kt. Gauti junginiai nebuvo sunaikinti dėl jų nepastovumo. Palikę viršutinius žemės plutos sluoksnius, jie pateko į drėgną šaltą atmosferą, kuri apsaugojo nuo sunaikinimo.
Vėliau šios medžiagos kartu su lietumi pateko į jūras, vandenynus ir kitus vandens baseinus. Čia kaupiasi jie vėl įsitraukė į reakcijas, dėl kurių daugiau sudėtingos medžiagos(aminorūgštys ir junginiai, tokie kaip adenitas). Tam, kad tam tikros tirpios medžiagos sąveikautų viena su kita, tirpale reikalinga pakankama jų koncentracija. Taip pat svarbu, kad sudėtingesni organiniai junginiai būtų atsparesni žalingam ultravioletinės spinduliuotės poveikiui nei paprasti junginiai.
Ankstyvojoje Žemėje neorganiniu būdu susikaupusių organinių medžiagų galimų įverčių analizė yra įspūdinga: kai kuriais skaičiavimais, per 1 milijardą metų kiekviename kvadratiniame žemės paviršiaus centimetre susidarė keli kilogramai organinių junginių.
Jei visi jie būtų ištirpinti pasaulio vandenynuose, tirpalo koncentracija būtų maždaug 1%. Tai gana koncentruotas „ekologiškas sultinys“. Tokiame „sultinyje“ gana sėkmingai galėtų vystytis sudėtingesnių organinių molekulių susidarymo procesas. Taigi pirminio vandenyno vandenys buvo palaipsniui prisotinti įvairių organinių medžiagų, susidarant
"pirminis sultinys". Požeminių ugnikalnių veikla didele dalimi prisidėjo prie tokio „organinio sultinio“ prisotinimo.
„Pirminė sriuba“ ir koacervatų susidarymas. Kitas biogenezės etapas yra susijęs su organinių medžiagų koncentracija, baltymų kūnų atsiradimu.
Pirminio vandenyno vandenyse organinių medžiagų koncentracija didėjo, jos maišėsi, sąveikavo ir susijungė į mažas atskiras tirpalo struktūras. Tokias struktūras galima lengvai gauti dirbtinai, maišant skirtingų baltymų, tokių kaip želatina ir albuminas, tirpalus. Šias organines daugiamolekulines struktūras, išskirtas tirpale, žymus rusų mokslininkas A.I. Oparinas vadinamas koacervatiniais lašais arba koacervatais. Koacervatai – mažiausios koloidinės dalelės – lašai, turintys osmosinių savybių. Silpnuose tirpaluose susidaro koacervatai. Dėl priešingų elektros krūvių sąveikos vyksta molekulių agregacija. Mažos sferinės dalelės atsiranda todėl, kad vandens molekulės sukuria sąsają aplink susidariusį agregatą.
Tyrimai parodė, kad koacervatai turi gana sudėtingą struktūrą ir turi daugybę savybių, kurios priartina juos prie paprasčiausių gyvų sistemų. Pavyzdžiui, jie sugeba iš aplinkos sugerti įvairias medžiagas, kurios sąveikauja su paties lašo junginiais, ir didėja. Šie procesai tam tikru mastu primena pirminę asimiliacijos formą. Tuo pačiu metu koacervatuose gali vykti irimo procesai ir skilimo produktų išsiskyrimas. Šių procesų santykis skirtinguose koacervatuose nėra vienodas. Išskiriamos atskiros dinamiškai stabilesnės struktūros, kuriose vyrauja sintetinis aktyvumas. Tačiau visa tai vis dar neduoda pagrindo priskirti koacervatus gyvoms sistemoms, nes joms trūksta gebėjimo savaime daugintis ir reguliuoti organinių medžiagų sintezę. Tačiau prielaidos gyviems daiktams atsirasti jau buvo juose.
Koacervatai paaiškina, kaip atsirado biologinės membranos.
Membraninės struktūros formavimasis laikomas „sunkiausiu“ cheminės gyvybės evoliucijos etapu. Tiesa Gyva būtybė(ląstelės pavidalu, net ir pati primityviausia) negalėjo įgauti formos iki membranos struktūros ir fermentų atsiradimo. Biologinės membranos – tai baltymų ir lipidų sankaupos, galinčios atskirti medžiagas iš aplinkos ir suteikti tvirtumo molekulių įpakavimui. Membranos gali atsirasti formuojantis koacervatams.
Padidėjusi organinių medžiagų koncentracija koacervatuose padidino molekulių sąveikos galimybę ir organinių junginių komplikaciją. Koacervatai susidarė vandenyje, kai susiliečia du silpnai sąveikaujantys polimerai.
Be koacervatų, „pirminiame sultinyje“ kaupiasi polinukleotidai, polipeptidai ir įvairūs katalizatoriai, be kurių neįmanoma susiformuoti gebėjimo savarankiškai daugintis ir metabolizuotis.
Katalizatoriai gali būti neorganinių medžiagų. Taigi J. Bernalis vienu metu iškėlė hipotezę, kad sėkmingiausios sąlygos gyvybei atsirasti buvo mažose, ramiose, šiltose mariose su dideliu dumblo ir molingo drumstumo kiekiu. Tokioje aplinkoje aminorūgščių polimerizacija vyksta labai greitai; Čia polimerizacijos proceso nereikia kaitinti, nes dumblo dalelės veikia kaip tam tikri katalizatoriai.
Paprasčiausių gyvybės formų atsiradimas. pagrindinė problema gyvybės kilmės doktrinoje yra paaiškinti matricos baltymų sintezės atsiradimą. Gyvybė atsirado ne tada, kai susidarė net labai sudėtingi organiniai junginiai, atskiros DNR molekulės ir pan., o tada, kai pradėjo veikti konvariantinio reduplikacijos mechanizmas. Štai kodėl biogenezės proceso pabaiga siejama su gebėjimo savarankiškai daugintis atsparesniuose koacervatuose atsiradimu. sudedamosios dalys, pereinant prie matricinių baltymų sintezės, būdingos gyviems organizmams. Prebiologinės atrankos metu didžiausią galimybę išgyventi turėjo tie koacervatai, kuriuose gebėjimas metabolizuotis buvo derinamas su gebėjimu savarankiškai daugintis.
Perėjimas prie matricinės baltymų sintezės buvo didžiausias kokybinis šuolis materijos evoliucijoje. Tačiau šio perėjimo mechanizmas dar nėra aiškus.
Pagrindinis sunkumas čia yra tas, kad fermentiniai baltymai reikalingi nukleino rūgštims dubliuoti, o nukleino rūgštys reikalingos baltymams sukurti. Kaip nutraukti šią „uždarą grandinę“? Kitaip tariant, būtina paaiškinti, kaip prebiologinės atrankos metu polinukleotidų savaiminio dauginimosi gebėjimai derinami su polipeptidų kataliziniu aktyvumu pradinių ir galutinių reakcijos produktų erdvinio ir laiko atskyrimo sąlygomis.
Yra įvairių hipotezių šia tema, tačiau visos jos kažkodėl neišsamios. Tačiau šiuo metu perspektyviausios čia yra hipotezės, kurios remiasi saviorganizacijos teorijos principais, sinergetika, hipererdvių samprata, t.y. sistemos, kurios cikliniu ryšiu tarpusavyje susieja savaime besidauginančius (autokatalizinius) vienetus. Tokiose sistemose reakcijos produktas taip pat yra jo katalizatorius arba pradinis reagentas. Todėl iškyla savaiminio dauginimosi fenomenas, kuris pirmaisiais etapais iš viso negalėjo būti tiksli originalaus organinio darinio kopija. Pats virusų ir fagų, kurie, matyt, yra prebiologinės evoliucijos formų fragmentai, egzistavimas liudija apie savarankiško dauginimosi formavimosi sunkumus.
Vėliau prebiologinė koacervatų atranka, matyt, vyko keliomis kryptimis. Pirma, gebėjimo kaupti specialius baltymus primenančius polimerus, atsakingus už cheminių reakcijų pagreitinimą, ugdymo kryptimi. Dėl to nukleorūgščių struktūra pasikeitė vyraujančio sistemų „dauginimo“ kryptimi, kuriose nukleorūgščių dubliavimasis buvo vykdomas dalyvaujant fermentams. Šiame kelyje atsiranda gyvoms būtybėms būdinga ciklinė medžiagų apykaita.
Antra, koacervatų sistemoje pačių nukleorūgščių atranka vyko pagal sėkmingiausią nukleotidų sekos derinį. Pakeliui susiformavo genai. Savaime besidauginančias sistemas su nusistovėjusia stabilia nukleotidų seka nukleorūgštyje jau galima vadinti gyvomis.
Gyvybės kilmės problema vis dar yra daug neaiškumų, ji dar toli iki galutinio sprendimo. Pavyzdžiui, neaišku, kodėl visi baltyminiai junginiai, sudarantys gyvąją medžiagą, turi tik „kairiąją simetriją“. Kokie prebiologinės evoliucijos mechanizmai galėtų tai lemti?
Pirmieji mūsų planetos gyventojai buvo heterotrofai ir maitinosi pirmykščiame vandenyne ištirpusiomis organinėmis medžiagomis. Laipsniškas pirminių gyvų organizmų vystymasis vėliau suteikė tokį didžiulį šuolį, kaip atsirado autotrofai, kurie naudoja saulės energiją organiniams junginiams sintetinti iš paprasčiausių neorganinių. Žinoma, tai atsitiko ne iš karto. sudėtingas ryšys kaip chlorofilas. Iš pradžių atsirado paprastesnių pigmentų, kurie pirmiausia prisidėjo prie organinių medžiagų įsisavinimo.
Palaipsniui pirmykščiame vandenyne abiogeniškai ėmė džiūti jame susikaupusios organinės medžiagos. Autotrofinių organizmų, pirmiausia žaliųjų augalų, atsiradimas užtikrino tolesnę nenutrūkstamą organinių medžiagų sintezę, taigi ir gyvybės egzistavimą bei tolesnį vystymąsi.
Atsiradus gyvybė pradėjo vystytis sparčiais tempais (evoliucijos pagreitėjimas laike). Taigi vystymuisi nuo pirminių protobiontų iki aerobinių formų prireikė apie 3 milijardus metų, o nuo sausumos augalų ir gyvūnų atsiradimo praėjo apie 500 milijonų metų; paukščiai ir žinduoliai iš pirmųjų sausumos stuburinių išsivystė per 100 milijonų metų, primatai – per 12-15 milijonų metų, o žmonėms susiformuoti prireikė apie 3 milijonų metų.
Ar dabar įmanoma gyvybė Žemėje?
Iš to, ką žinome apie gyvybės atsiradimą Žemėje, aišku, kad gyvų organizmų atsiradimo iš paprastų organinių junginių procesas buvo itin ilgas. Tam, kad Žemėje atsirastų gyvybė, prireikė daug milijonų metų trukusio evoliucijos proceso, kurio metu sudėtingos molekulinės struktūros, pirmiausia nukleino rūgštys ir baltymai, buvo atrinktos dėl stabilumo, gebėjimo daugintis savo rūšiai.
Jei dabar Žemėje kur nors intensyvaus vulkaninio aktyvumo vietose gali atsirasti gana sudėtingų organinių junginių, tai tikimybė, kad šie junginiai egzistuotų ilgai, yra nereikšminga. Jie tuoj pat bus oksiduojami arba panaudoti heterotrofinių organizmų. Tai puikiai suprato Ch.
Darvinas: 1871 m. jis rašė: „Bet dabar... kažkokiame šiltame rezervuare, kuriame yra visos reikalingos amonio ir fosforo druskos ir kuris yra prieinamas šviesai, šilumai, elektrai ir kt., baltymas, galintis toliau, vis sudėtingesnes transformacijas, tada ši medžiaga būtų nedelsiant sunaikinta arba absorbuojama, o tai buvo neįmanoma laikotarpiu iki gyvų būtybių atsiradimo.
Žemėje gyvybė atsirado abiogeniniu būdu. Šiuo metu gyvieji ateina tik iš gyvųjų (biogeninės kilmės). Neatmetama galimybė, kad Žemėje vėl atsiras gyvybė. Dabar gyvos būtybės atsiranda tik dauginantis.
Bibliografija:
1. Naidysh V.M. Šiuolaikinio gamtos mokslo sampratos. - M .: Gardariki,
1999. - 476 p.
2. Slyusarev A.A. Biologija su bendra genetika. - M.: Medicina, 1978. -
3. Biologija / Semenovas E.V., Mamontovas S.G., Koganas V.L. – M.: baigti mokyklą, 1984. - 352 p.
4. Bendroji biologija / Belyaev D.K., Ruvinsky A.O. – M.: Švietimas, 1993 m.