Wstęp.

Życie jest jednym z najbardziej złożonych zjawisk naturalnych. Od czasów starożytnych wydawał się ludziom tajemniczy i niepoznawalny. Zwolennicy idealistycznych poglądów religijnych uważali życie za duchowy, niematerialny początek, który powstał w wyniku boskiego stworzenia. W średniowieczu życie wiązano z obecnością w organizmach pewnego „ siła życiowa", niedostępnej wiedzy za pomocą nauki i praktyki.

Problem pochodzenia życia na Ziemi od dawna prześladuje wielu naukowców. Minęło wiele lat, odkąd człowiek zaczął się zastanawiać, skąd wzięły się wszystkie żywe istoty, i przez cały ten czas rozważano wiele hipotez i przypuszczeń dotyczących pochodzenia życia. Teoria religijna, teoria samoistnego generowania, teoria panspermii, teoria wiecznego istnienia życia… Ludzkość wciąż nie może w pełni rozwiązać tej zagadki. Zawsze interesowały mnie pytania, na które odpowiedzi nie są do końca znane i istnieją jedynie w postaci założeń, teorii. Jednym z takich problemów jest pochodzenie życia. Z streszczenie Te teorie poznaliśmy w szkole, teraz mam okazję rozważyć jedną z nich, najbliższą mi, najbardziej prawdopodobną, bardziej szczegółowo i głębiej, aby zrozumieć jej zapisy, podane dowody.

W rozwoju nauk o pochodzeniu życia znaczące miejsce zajmuje teoria, że wszystkie żywe istoty pochodzą tylko od żywych istot - teoria biogenezy. W połowie XIX wieku teoria ta przeciwstawiała się nienaukowym poglądom na temat spontanicznego powstawania organizmów (robaków, much itp.). Jednak jako teoria pochodzenia życia biogeneza jest nie do utrzymania, ponieważ zasadniczo przeciwstawia życie nieożywionemu i potwierdza ideę wieczności życia odrzuconą przez naukę.

Teoria zaproponowana przez AI Oparina w pierwszej połowie XX wieku opiera się na założeniu ewolucji chemicznej, która stopniowo przechodzi w ewolucję biochemiczną, a następnie biologiczną. Tworzenie się komórek było najbardziej złożonym zjawiskiem. Ale położyło podwaliny pod rozwój życia i całej jego różnorodności. Abiogeneza - idea pochodzenia żywych istot z nieożywionych - jest wstępną hipotezą współczesnej teorii pochodzenia życia. Doprowadziło to do odrodzenia teorii spontanicznego generowania. Nową wersję nazwano teorią ewolucji chemicznej.

Aleksander Iwanowicz Oparin urodził się 2 marca 1894 r. W mieście Uglicz. w 1912 roku Ukończył II Gimnazjum Moskiewskie.

1912–1917 - studentka wydziału przyrodniczego Wydziału Fizyki i Matematyki Uniwersytetu Moskiewskiego.

1915 – chemik zakład farmaceutyczny Ogólnorosyjski Związek Miast.

1917 - ukończył wydział przyrodniczy Wydziału Fizyki i Matematyki Uniwersytetu Moskiewskiego i został na Wydziale Fizjologii Roślin, aby przygotować się do profesury.

Aleksander Iwanowicz Oparin jest twórcą uznanej na całym świecie teorii pochodzenia życia, której zapisy znakomicie przetrwały próbę czasu przez ponad pół wieku; jeden z największych radzieckich biochemików, który położył podwaliny pod badania z zakresu biochemii ewolucyjnej i porównawczej, enzymologii, biochemii roślin i struktur subkomórkowych, twórca radzieckiej biochemii technicznej; wybitny pedagog, organizator nauki, osoba publiczna i genialny popularyzator wiedzy naukowej.

Postępowanie A.I. Oparin poświęcone są badaniu biochemicznych podstaw przetwarzania surowców roślinnych, działaniu enzymów w żywym organizmie oraz problematyce powstania życia na Ziemi. Jego praca położyła podwaliny pod biochemię techniczną w ZSRR. Badając działanie enzymów w różnych roślinach, A.I. Oparin doszedł do wniosku, że technologia wielu gałęzi przemysłu zajmuje się surowcami pochodzenia roślinnego leży biologiczna kataliza.

Rozwój podstawy teoretyczne biologia, sztuczna inteligencja Oparin przedstawił teorię pochodzenia życia na Ziemi. Opierając się na rzeczywistych materiałach z dziedziny astronomii, chemii, geologii i biologii, A.I. Oparin zaproponował hipotezę rozwoju materii, wyjaśniającą pochodzenie życia na Ziemi. Rozważał problem pochodzenia życia z pozycji materialistycznej i wyjaśniał pojawienie się życia jako określony i regularny etap jakościowy w rozwój historyczny materiał.

Już wczesne badania A.I. Oparina w dziedzinie biochemii porównawczej procesów redoks u pierwotniaków doprowadziły go do zbadania ewolucyjnego rozwoju życia i rozwoju głównych postanowień problemu pochodzenia życia na Ziemi. W tamtych latach (początek XX wieku) wśród przyrodników problem pochodzenia życia był uważany za problem, który nie pozwalał na podejście eksperymentalne i nie mógł być rozwiązany metodami nauk przyrodniczych. Największym wkładem naukowym AI Oparina jest to, że w przekonujący sposób wykazał możliwość naukowego eksperymentalnego podejścia do badania problemu pochodzenia życia. Przedstawił swoje idee w książce The Origin of Life, opublikowanej w Związku Radzieckim w 1924 roku i przetłumaczonej na język angielski w 1938 roku. Szczyt badań AI Oparina i jego współautorów przypadł na lata 50-60, choć jego książka „Pochodzenie życia” ukazała się wcześniej.

Pojawienie się życia A.I. Oparin uważany za singla naturalny proces, która polegała na początkowej ewolucji chemicznej przebiegającej w warunkach wczesnej Ziemi, która stopniowo przechodziła na jakościowo nowy poziom - ewolucję biochemiczną.

1. Pierwotna Ziemia miała rozrzedzoną (czyli pozbawioną tlenu) atmosferę. Kiedy na atmosferę tą zaczęły oddziaływać najróżniejsze naturalne źródła energii - przykładowo burze i erupcje wulkanów - wówczas główne związki chemiczne niezbędne do życia organicznego.

Od samego początku proces ten był z nim związany ewolucja geologiczna. Obecnie przyjmuje się, że wiek naszej planety wynosi około 4,3 miliarda lat. W odległej przeszłości Ziemia była bardzo gorąca (4000-8000 °C). W miarę ochładzania utworzyła się skorupa ziemska, a atmosfera powstała z wody, amoniaku, dwutlenku węgla i metanu. Taka atmosfera nazywana jest „redukującą”, ponieważ nie zawiera wolnego tlenu. Kiedy temperatura na powierzchni Ziemi spadła poniżej 1000C, powstały zbiorniki pierwotne. Pod wpływem wyładowań elektrycznych, energii cieplnej, promieni ultrafioletowych na mieszaniny gazów nastąpiła synteza materia organiczna-monomery, które lokalnie gromadziły się i łączyły ze sobą, tworząc polimery. Można przypuszczać, że w tym samym czasie, równolegle z polimeryzacją, miało miejsce tworzenie supramolekularnych kompleksów błonowych.

2. Z biegiem czasu cząsteczki organiczne gromadziły się w oceanach, aż osiągnęły konsystencję gorącego, rozcieńczonego bulionu. Jednak na niektórych obszarach stężenie cząsteczek niezbędnych do powstania życia było szczególnie wysokie i powstawały tam kwasy nukleinowe i białka.

Zgodnie z tymi samymi zasadami, w „pierwotnej zupie” ziemskiej hydrosfery zsyntetyzowano polimery wszystkich typów: aminokwasy, polisacharydy, kwas tłuszczowy, kwasy nukleinowe, żywice, olejki eteryczne i inni.To założenie zostało przetestowane eksperymentalnie w 1953 roku na instalacji Stanleya Millera.

Eksperyment Millera, który stał się punktem zwrotnym w tej dziedzinie, był niezwykle prosty. Aparatura składała się z dwóch szklanych kolb połączonych w obwód zamknięty. Jedna z kolb zawiera urządzenie symulujące efekty pioruna - dwie elektrody, pomiędzy którymi następuje wyładowanie o napięciu około 60 tysięcy woltów; woda stale gotuje się w innej kolbie. Następnie aparat wypełnia się atmosferą, która rzekomo istniała na starożytnej Ziemi: metanem, wodorem i amoniakiem. Aparat pracował przez tydzień, po czym zbadano produkty reakcji. Zasadniczo okazało się, że jest to lepki bałagan przypadkowych połączeń; w roztworze stwierdzono również pewną ilość substancji organicznych, w tym najprostsze aminokwasy - glicynę i alaninę.

Pierwotne komórki przypuszczalnie powstały za pomocą cząsteczek tłuszczu (lipidów). Cząsteczki wody, zwilżając tylko hydrofilowe końce cząsteczek tłuszczu, układają je niejako na głowach, hydrofobowymi końcami do góry. W ten sposób powstał kompleks uporządkowanych cząsteczek tłuszczu, który w wyniku dodawania do nich nowych cząsteczek stopniowo oddzielał się od całości środowisko pewnej przestrzeni, która stała się komórką pierwotną, czyli koacerwatem – przestrzennie izolowanym integralnym układem. Koacerwaty były w stanie wchłonąć otoczenie zewnętrzne różne substancje organiczne, które dawały możliwość pierwotnego metabolizmu ze środowiskiem.

3. Pierwsze komórki były heterotrofami, nie potrafiły samodzielnie reprodukować swoich składników i otrzymywały je z bulionu. Jednak z biegiem czasu wiele związków zaczęło znikać z bulionu, a komórki były zmuszone do ich samodzielnego rozmnażania. Tak więc komórki rozwinęły swój własny metabolizm do samoreprodukcji.

Tym samym pierwszorzędny struktura komórkowa, według Oparina, była otwartą mikrostrukturą chemiczną, która była wyposażona w zdolność do pierwotnego metabolizmu, ale nie miała jeszcze systemu przekazywania informacji genetycznej opartego na kwasach nukleinowych. Takie układy, pobierając substancje i energię z otoczenia, mogą przeciwstawiać się wzrostowi entropii i przyczyniać się do jej zmniejszania w procesie ich wzrostu i rozwoju, co jest piętno wszystkie żywe systemy. Pojedyncza cząsteczka, nawet bardzo złożona, nie może być żywa. Oznacza to, że to nie rozbieżne części określają organizację całości, ale całość, która wciąż ewoluuje, określa celowość struktury części.

Dobór naturalny zachował te systemy, w których funkcja metaboliczna i zdolność przystosowania się całego organizmu do życia w danych warunkach środowiskowych były doskonalsze. Stopniowe komplikowanie protobiontów odbywało się poprzez selekcję takich kropli koacerwatu, co miało przewagę w najlepszy użytek materii i energii otoczenia. Selekcja jako główna przyczyna doskonalenia koacerwatów do pierwotnych istot żywych zajmuje centralne miejsce w hipotezie Oparina.

4. Niektóre z tych cząsteczek były zdolne do reprodukcji. Interakcja między powstałymi kwasami nukleinowymi i białkami ostatecznie doprowadziła do powstania kod genetyczny.

W toku doboru naturalnego przetrwały układy posiadające specjalną strukturę polimerów białkowych, co doprowadziło do powstania trzeciej cechy organizmów żywych – dziedziczności (specyficznej formy przekazywania informacji).

Teoria sztucznej inteligencji Oparin był gorąco wspierany przez profesora Cambridge J. Haldane'a. Haldane wysunął hipotezę, że pierwotna Ziemia gromadziła się ogromne ilości związki organiczne, tworząc coś, co nazwał gorącym rozcieńczonym bulionem (później zakorzeniła się nazwa bulion pierwotny lub proto-bulion). Współczesna dualna koncepcja pierwotnej zupy i spontanicznego generowania życia wywodzi się z powszechnie uznawanej teorii powstania życia Oparina-Haldane'a.

Koncepcja AI Oparin jest bardzo popularna w świecie naukowym. Jego siłą jest dokładna zgodność z teorią ewolucji chemicznej, zgodnie z którą powstanie życia jest wynikiem naturalnym. Argumentem przemawiającym za tą koncepcją jest możliwość eksperymentalnej weryfikacji jej głównych postanowień w warunkach laboratoryjnych.

Słabą stroną koncepcji AI Oparina jest założenie o możliwości samoreprodukcji struktur koacerwatowych przy braku systemów zapewniających kodowanie genetyczne. Teoria ta nie była w stanie zaoferować rozwiązania problemu dokładnego odtwarzania - w obrębie koacerwatu iw pokoleniach - pojedynczych, losowo pojawiających się efektywnych struktur białkowych. W ramach koncepcji Oparina główny problem nie został rozwiązany – ok siły napędowe samorozwój układów chemicznych i przejście od ewolucji chemicznej do biologicznej, o przyczynie tajemniczego przeskoku z materii nieożywionej do żywej.

Wszystko było dobrze przemyślane i naukowo uzasadnione w teorii, z wyjątkiem jednego problemu, który przez długi czas przymykał oko na prawie wszystkich ekspertów w dziedzinie pochodzenia życia. Jeśli spontanicznie, w wyniku losowych syntez bez matrycy w koacerwacie, powstały pojedyncze udane konstrukcje cząsteczek białka (na przykład skuteczne katalizatory, które zapewniają przewagę temu koacerwatowi we wzroście i reprodukcji), to w jaki sposób można je skopiować w celu dystrybucji w koacerwacie? , a tym bardziej na transmisję do potomnych koacerwatów?

Hipoteza AI Oparina przyczynił się do konkretnych badań nad pochodzeniem najprostszych form życia. Położyło podwaliny pod modelowanie fizykochemiczne procesów powstawania cząsteczek aminokwasów, zasad nukleinowych, węglowodorów w warunkach założonej pierwotnej atmosfery Ziemi.

A. I. Oparin, wysuwając w latach 30. szereg tez, próbował udowodnić przypadkowość i spontaniczność powstania żywej komórki, ale jego praca nie zakończy się sukcesem i będzie zmuszony przyznać: „Niestety, pochodzenie komórka jest najbardziej niejasnym zagadnieniem obejmującym teorię ewolucji jako całość”.

Prace A.I. Oparina na ten temat zostały przetłumaczone na wiele języków narodów świata. w 1950 roku Oparin wraz z innymi otrzymał nagrody im. AN Bacha i II Miecznikowa, aw 1974 r. Nagrodę Lenina. Za zasługi w dziedzinie nauki został odznaczony także 5 orderami Lenina, dwoma innymi orderami, orderami i medalami zagranicznymi.

Bibliografia

1. Gorelov A. A. Koncepcje współczesnych nauk przyrodniczych - M .: Centrum, 1997.

2. Motylyova LS, Skorobogatov VA, Sudarikov A.M. Koncepcje nowoczesnych nauk przyrodniczych: Podręcznik dla uniwersytetów - St. Petersburg: Wydawnictwo Sojuz, 2000.

3. Naidysz W.M. Koncepcje współczesnego przyrodoznawstwa: Proc. dodatek. – M.: Gardariki, 2000.

4. Oparin AI Życie, jego natura, pochodzenie i rozwój. Instytut Biochemii. - M.: AN SSSR, 1968.

W 1924 roku przyszły akademik Oparin opublikował artykuł „The Origin of Life”, który został przetłumaczony na język angielski w 1938 roku i ożywił zainteresowanie teorią spontanicznego generowania. Oparin zasugerował, że w roztworach związków wielkocząsteczkowych mogą spontanicznie tworzyć się strefy o podwyższonym stężeniu, które są względnie odseparowane od środowiska zewnętrznego i mogą wspierać wymianę z nim. Zadzwonił do nich Krople koacerwatu lub po prostu koacerwatuje.

Według jego teorii proces, który doprowadził do powstania życia na Ziemi można podzielić na trzy etapy:

Pojawienie się materii organicznej

Pojawienie się białek

Pojawienie się ciał białkowych

Badania astronomiczne pokazują, że zarówno gwiazdy, jak i układy planetarne powstały z materii gazowej i pyłowej. Wraz z metalami i ich tlenkami zawierał wodór, amoniak, wodę i najprostszy węglowodór, metan.

Warunki do rozpoczęcia procesu powstawania struktur białkowych zostały ustalone od czasu pojawienia się pierwotnego oceanu (bulionu). W środowisku wodnym pochodne węglowodorów mogą ulegać złożonym przemianom i przemianom chemicznym. W wyniku tej komplikacji cząsteczek mogły powstać bardziej złożone substancje organiczne, a mianowicie węglowodany.

Nauka udowodniła, że w wyniku wykorzystania promieni ultrafioletowych możliwa jest sztuczna synteza nie tylko aminokwasów, ale także innych substancji organicznych. Zgodnie z teorią Oparina, kolejnym krokiem w kierunku powstania ciał białkowych może być tworzenie się kropli koacerwatu. W pewnych warunkach wodna powłoka cząsteczek organicznych uzyskała wyraźne granice i oddzieliła cząsteczkę od otaczającego roztworu. Cząsteczki otoczone powłoką wodną łączą się, tworząc wielocząsteczkowe kompleksy - koacerwaty.

Kropelki koacerwatu mogą również powstawać w wyniku prostego mieszania różnych polimerów. W tym przypadku doszło do samoorganizacji cząsteczek polimeru w formacje wielocząsteczkowe - krople widoczne pod mikroskopem optycznym.

Krople były w stanie wchłaniać substancje z zewnątrz na wzór systemów otwartych. Gdy w kropelkach koacerwatu znajdowały się różne katalizatory (w tym enzymy), zachodziły w nich różne reakcje, w szczególności polimeryzacja monomerów pochodzących z otoczenia. Z tego powodu krople mogą zwiększać objętość i wagę, a następnie rozpadać się na formacje potomne. W ten sposób koacerwaty mogą rosnąć, rozmnażać się i przeprowadzać metabolizm.

Podobne poglądy wyrażał także brytyjski biolog John Haldane.

Teoria została przetestowana przez Stanleya Millera w 1953 roku w eksperymencie Millera-Ureya. Umieścił mieszaninę H 2 O, NH 3 , CH 4 , CO 2 , CO w zamkniętym naczyniu i zaczął przepuszczać przez nie wyładowania elektryczne (o temperaturze 80 ° C). Okazało się, że powstają aminokwasy. Póżniej w różne warunki otrzymano inne cukry i nukleotydy. Doszedł do wniosku, że ewolucja może zachodzić w stanie oddzielenia faz od roztworu (koacerwaty). Jednak taki system nie może się powielać.

Teoria została potwierdzona, z wyjątkiem jednego problemu, który przez długi czas przymykał oko na prawie wszystkich ekspertów w dziedzinie pochodzenia życia. Jeśli spontanicznie, w wyniku losowych syntez bez matrycy w koacerwacie, powstały pojedyncze udane konstrukcje cząsteczek białka (na przykład skuteczne katalizatory, które zapewniają przewagę temu koacerwatowi we wzroście i reprodukcji), to w jaki sposób można je skopiować w celu dystrybucji w koacerwacie? , a tym bardziej na transmisję do potomnych koacerwatów? Teoria ta nie była w stanie zaoferować rozwiązania problemu dokładnego odtwarzania - w obrębie koacerwatu iw pokoleniach - pojedynczych, losowo pojawiających się efektywnych struktur białkowych. Wykazano jednak, że pierwsze koacerwaty mogły powstawać samoistnie z lipidów syntetyzowanych abiogenicznie i mogły wchodzić w symbiozę z „żywymi roztworami” – koloniami samoreprodukujących się cząsteczek RNA, wśród których były rybozymy katalizujące syntezę lipidów, a takie zbiorowisko może można już nazwać organizmem.

Bilet 29 BIOSPHERE.NOOSPHERE

Biosfera(starogrecki βιος - życie i σφαῖρα - kula, kula) - skorupa Ziemi zamieszkana przez żywe organizmy, znajdująca się pod ich wpływem i zajęta przez produkty ich życiowej aktywności; „film życia”; globalny ekosystem Ziemi.

Biosfera to skorupa Ziemi zamieszkana przez organizmy żywe i przez nie przekształcona. Biosfera zaczęła się formować nie później niż 3,8 miliarda lat temu, kiedy na naszej planecie zaczęły pojawiać się pierwsze organizmy. Wnika w całą hydrosferę, Górna część litosfery i dolnej części atmosfery, czyli zamieszkuje ekosferę. Biosfera to całość wszystkich żywych organizmów. Jest domem dla ponad 3 000 000 gatunków roślin, zwierząt, grzybów i bakterii. Człowiek jest również częścią biosfery, jego działalność przewyższa wiele naturalnych procesów i, jak powiedział W. I. Wernadski: „Człowiek staje się potężną siłą geologiczną”.

Francuski przyrodnik Jean Baptiste Lamarck na początku XIX wieku. po raz pierwszy faktycznie zaproponował pojęcie biosfery, nie wprowadzając nawet samego terminu. Termin „biosfera” został zaproponowany przez austriackiego geologa i paleontologa Eduarda Suessa w 1875 roku.

Holistyczną doktrynę biosfery stworzył biogeochemik i filozof V. I. Vernadsky. Po raz pierwszy przypisał żywym organizmom rolę głównej siły przekształcającej planetę Ziemia, biorąc pod uwagę ich aktywność nie tylko w teraźniejszości, ale także w przeszłości.

Istnieje inna, szersza definicja: Biosfera - obszar dystrybucji życia na ciele kosmicznym. Chociaż istnienie życia na obiektach kosmicznych innych niż Ziemia jest nadal nieznane, uważa się, że biosfera może rozciągać się na nie w bardziej ukrytych obszarach, na przykład w zagłębieniach litosfery lub w oceanach subglacjalnych. Rozważana jest na przykład możliwość istnienia życia w oceanie Europy, satelity Jowisza.

Noosfera(greckie νόος- inteligencja i σφαῖρα- piłka) -sfera umysłu; sfera interakcji między społeczeństwem a przyrodą, w granicach której rozsądna działalność człowieka staje się czynnikiem determinującym rozwój (sferę tę określa się również terminami „antroposfera”, „biosfera”, „biotechnosfera”).

Noosfera to podobno nowy, wyższy etap ewolucji biosfery, której powstanie wiąże się z rozwojem społeczeństwa, co ma głęboki wpływ na procesy naturalne. według V. I. Wernadski, „w biosferze istnieje wielka siła geologiczna, być może kosmiczna, której działanie planetarne zwykle nie jest brane pod uwagę w wyobrażeniach o kosmosie… Tą siłą jest umysł człowieka, jego dążenia i zorganizowana wola jako istoty społecznej ” .

30 biletów TEORIA EWOLUCJI DARWINA

Teoria ewolucji Darwina- nauczanie według głównej siły napędowej ewolucji to dobór naturalny. Istotą teorii ewolucji według Darwina jest realizacja celowego procesu reprodukcji – niszczenia. Podczas rozmnażania powstają nowe organizmy żywe, które po zniszczeniu giną i są usuwane z procesu zgodnie z zasadami doboru naturalnego. Podstawową jednostką ewolucji nie jest pojedynczy osobnik, ale populacja.

Siłami napędowymi ewolucji są: dziedziczność i zmienność, walka o byt i naturalna selekcja.

Teoria ewolucji Darwina jest obecnie główną koncepcją teorii ewolucji i jest podzielana przez większość biologów, choć nie wszystkich. Jej pomysły wykorzystywane są w modelowaniu ewolucyjnym oraz w implementacji algorytmów genetycznych, których metody z kolei wykorzystywane są w automatyzacji syntezy parametrycznej i strukturalno-parametrycznej.

31 bilet SYNTETYCZNA TEORIA EWOLUCJI

W latach trzydziestych i czterdziestych XX wieku szybko nastąpiła szeroka synteza genetyki i darwinizmu. Idee genetyczne przeniknęły do systematyki, paleontologii, embriologii i biogeografii. Określenie „nowoczesna” lub „synteza ewolucyjna” pochodzi od tytułu książki J. Huxleya „ Ewolucja: nowoczesna synteza"(1942). Wyrażenia „syntetyczna teoria ewolucji” w dokładnym zastosowaniu do tej teorii po raz pierwszy użył J. Simpsona w 1949 roku.

Syntetyczna teoria ewolucji(Również współczesna synteza ewolucyjna) to współczesna teoria ewolucji, będąca syntezą różnych dyscyplin, przede wszystkim genetyki i darwinizmu. STE czerpie również z paleontologii, taksonomii, biologii molekularnej i innych.

32 ticket OGNIWKO SKŁAD CHEMICZNY OGNIWA

Komórka- elementarna jednostka budowy i działania wszystkich organizmów żywych (z wyjątkiem wirusów, które często określa się jako bezkomórkowe formy życia), która ma własny metabolizm, jest zdolna do niezależnego istnienia, samoreprodukcji i rozwoju. Wszystkie żywe organizmy albo, jak wielokomórkowe zwierzęta, rośliny i grzyby, składają się z wielu komórek, albo, jak wiele pierwotniaków i bakterii, są organizmami jednokomórkowymi. Dział biologii zajmujący się badaniem struktury i aktywności komórek nazywa się cytologią. W Ostatnio zwyczajowo mówi się również o biologii komórki lub biologii komórki.

Skład chemiczny komórki

Grupa 1 (do 98%) (organogeny)

Tlen

Grupa 2 (1,5-2%) (makroelementy)

Grupa 3 (>0,01%) (pierwiastki śladowe)

Mangan

molibden

Grupa 4 (>0,00001%) (ultramikroelementy)

Temat: Hipoteza AI Oparina o pochodzeniu życia na Ziemi

Wykonane:

1. Wstęp

2. Główny korpus

2.1 Hipoteza AI Oparina o pochodzeniu życia na Ziemi

2.2 Mocne i słabe strony koncepcji

3. Wniosek

4. Wykorzystana literatura

Wstęp

Życie jest tak zrozumiałym i jednocześnie tak tajemniczym słowem dla każdego myślącego człowieka. Wydawałoby się, że znaczenie tego słowa powinno być jasne i jednoznaczne dla wszystkich czasów i wszystkich narodów. Wiemy jednak, że na przestrzeni wieków poglądy na problem powstania życia zmieniały się i zostało to powiedziane duża liczba różne hipotezy i koncepcje. Niektóre z nich rozpowszechniły się i zdominowały w pewnych okresach rozwoju nauk przyrodniczych.

Jedna z głównych przeszkód, jakie stały na początku XX wieku. na drodze do rozwiązania problemu powstania życia panowało w nauce i oparte na codziennym doświadczeniu przekonanie, że nie ma związku między związkami organicznymi i nieorganicznymi. Do połowy XX wieku. wielu naukowców uważało, że związki organiczne mogą występować tylko w żywym organizmie, biogenicznie. Dlatego nazywane są związkami organicznymi, a nie substancjami. przyroda nieożywiona- minerały, które nazywane są związkami nieorganicznymi. Wierzono, że natura substancje nieorganiczne zupełnie inny, dlatego powstanie nawet najprostszych organizmów z substancji nieorganicznych jest zasadniczo niemożliwe. Jednak po zwykłej pierwiastki chemiczne zsyntetyzowano pierwszy związek organiczny, koncepcja dwóch różnych esencji substancji organicznych i nieorganicznych okazała się nie do utrzymania. W wyniku tego odkrycia powstała chemia organiczna i biochemia badająca procesy chemiczne w organizmach żywych.

Ponadto to odkrycie naukowe umożliwiło stworzenie koncepcji ewolucja biochemiczna, zgodnie z którym życie na Ziemi powstało w wyniku procesów fizycznych i chemicznych. Wstępną podstawą tej hipotezy były dane dotyczące podobieństwa substancji budujących rośliny i zwierzęta oraz możliwości syntezy substancji organicznych tworzących białka w laboratorium.

Odkrycia te stały się podstawą koncepcji A. I. Oparina, opublikowanej w 1924 roku w książce „Pochodzenie życia”, w której przedstawiono zasadniczo nową hipotezę pochodzenia życia.

Głównym elementem

2.1. Hipoteza AI Oparina o pochodzeniu życia na Ziemi

W 1924 roku rosyjski naukowiec Aleksander Iwanowicz Oparin po raz pierwszy sformułował główne założenia koncepcji ewolucji prebiologicznej.

Uważał pojawienie się życia za pojedynczy naturalny proces, na który składała się początkowa ewolucja chemiczna zachodząca w warunkach wczesnej Ziemi, która stopniowo przeszła na jakościowo nowy poziom - ewolucję biochemiczną. Istota hipotezy sprowadzała się do tego, że powstanie życia na Ziemi to długi ewolucyjny proces formowania się żywej materii w głębinach materii nieożywionej. A stało się to poprzez ewolucję chemiczną, w wyniku której najprostsze substancje organiczne powstały z nieorganicznych pod wpływem silnych czynników fizycznych i chemicznych.

Rozważając problem powstania życia poprzez ewolucję biochemiczną, Oparin wyróżnia trzy etapy przejścia od materii nieożywionej do żywej:

1) etap syntezy wyjściowych związków organicznych z substancji nieorganicznych w warunkach pierwotnej atmosfery wczesnej Ziemi;

2) stadium powstawania w pierwotnych zbiornikach Ziemi z nagromadzonych związków organicznych biopolimerów, lipidów, węglowodorów;

3) stadium samoorganizacji złożonych związków organicznych, powstawania na ich bazie i ewolucyjnego doskonalenia procesów przemiany materii i reprodukcji struktur organicznych, zakończone powstaniem prostej komórki.

NA Pierwszy etap, około 4 miliardów lat temu, kiedy Ziemia była martwa, miała miejsce na niej abiotyczna synteza związków węgla i ich późniejsza prebiologiczna ewolucja. Ten okres ewolucji Ziemi charakteryzował się licznymi erupcjami wulkanów z uwolnieniem ogromnych ilości rozpalonej do czerwoności lawy. Gdy planeta ochładzała się, para wodna w atmosferze skraplała się i spadała na Ziemię deszczami, tworząc ogromne przestrzenie wodne. Ponieważ powierzchnia Ziemi pozostawała wciąż gorąca, woda odparowała, a następnie ochłodziła się górne warstwy atmosfera ponownie spadła na powierzchnię planety. Procesy te trwały przez wiele milionów lat. W ten sposób różne sole rozpuszczały się w wodach pierwotnego oceanu. Ponadto dostały się do niej również związki organiczne: cukry, aminokwasy, zasady azotowe, kwasy organiczne itp., powstające w sposób ciągły w atmosferze pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, wysokiej temperatury i aktywnej aktywności wulkanicznej.

Pierwotny ocean prawdopodobnie zawierał w postaci rozpuszczonej różne cząsteczki organiczne i nieorganiczne, które dostały się do niego z atmosfery i warstw powierzchniowych Ziemi. Stężenie związków organicznych stale wzrastało, aż w końcu wody oceanów stały się „bulionem” substancji białkowych – peptydów.

NA drugi etap, gdy warunki na Ziemi złagodniały pod wpływem wyładowań elektrycznych, energii cieplnej i promieni ultrafioletowych na mieszaniny chemiczne pierwotnego oceanu, ewentualna edukacja złożone związki organiczne - biopolimery i nukleotydy, które stopniowo łącząc się i stając się bardziej złożone, zamieniły się w protobionty (przedkomórkowych przodków żywych organizmów). Efektem ewolucji złożonych substancji organicznych było pojawienie się koacerwatów, czyli kropli koacerwatu.

Koacerwaty to kompleksy cząstek koloidalnych, których roztwór dzieli się na dwie warstwy: warstwę bogatą w cząstki koloidalne i ciecz prawie ich nie zawierającą. Koacerwaty miały zdolność wchłaniania różne substancje rozpuszczone w wodach pierwotnego oceanu. W rezultacie Struktura wewnętrzna koacerwaty uległy zmianie, co doprowadziło albo do ich rozpadu, albo do nagromadzenia się substancji, tj. na wzrost i zmianę składu chemicznego, zwiększając ich odporność na stale zmieniające się warunki. Teoria ewolucji biochemicznej traktuje koacerwaty jako układy prebiologiczne, czyli grupy cząsteczek otoczone wodną powłoką. Okazało się, że koacerwaty są zdolne do wchłaniania różnych substancji organicznych ze środowiska zewnętrznego, co umożliwia pierwotną wymianę substancji z otoczeniem.

NA trzeci etap, jak sugerował Oparin, zaczął działać dobór naturalny. W masie kropli koacerwatu dokonano selekcji koacerwatów najbardziej odpornych na dane warunki środowiskowe. Proces selekcji trwa od wielu milionów lat, w wyniku czego zachowała się tylko niewielka część koacerwatów. Jednak zachowane krople koacerwatu były zdolne do pierwotnego metabolizmu. A metabolizm jest pierwszą właściwością życia. Jednocześnie po osiągnięciu określonej wielkości kropla macierzysta mogła rozpaść się na krople potomne, które zachowały cechy struktury macierzystej. Możemy więc mówić o nabywaniu przez koacerwaty właściwości samoreprodukcji - jednej z najważniejszych oznak życia. W rzeczywistości na tym etapie koacerwaty stały się najprostszymi żywymi organizmami.

Dalsza ewolucja tych prebiologicznych struktur była możliwa dopiero przy komplikacji procesów metabolicznych i energetycznych wewnątrz koacerwatu. Mocniejsza izolacja środowisko wewnętrzne z wpływy zewnętrzne mogła zapewnić tylko membrana. Wokół bogatych w związki organiczne koacerwatów powstały warstwy lipidów, oddzielające koacerwaty od otaczającego je środowiska wodnego. W procesie ewolucji lipidy zostały przekształcone w błonę zewnętrzną, co znacznie zwiększyło żywotność i odporność organizmów.

W protokomórkach, takich jak koacerwaty czy mikrosfery, zachodziły reakcje polimeryzacji nukleotydów, aż do powstania z nich protogenu – pierwotnego genu zdolnego do katalizowania powstania określonej sekwencji aminokwasowej – pierwszego białka. Prawdopodobnie pierwsze takie białko było prekursorem enzymu katalizującego syntezę DNA lub RNA. Te protokomórki, w których powstał prymitywny mechanizm dziedziczności i syntezy białek, dzieliły się szybciej i przyjmowały w siebie wszystkie substancje organiczne pierwotnego oceanu. Na tym etapie istniała już naturalna selekcja szybkości reprodukcji; wykryto jakąkolwiek poprawę w biosyntezie, a nowe protokomórki zastąpiły wszystkie poprzednie.

Schematyczne przedstawienie pochodzenia życia zgodnie z teorią białek-koacerwatów A.I. Oparina

Teorię Oparina gorąco poparł profesor z Cambridge, Haldane. Otworzył pochodzenie kontrowersji związanych z życiem w artykule opublikowanym w Rationalist Annual w 1929 roku. Halden postawił w nim hipotezę, że na prymitywnej Ziemi gromadziły się ogromne ilości związków organicznych, tworząc coś, co nazwał gorącą, rozcieńczoną zupą (później zwaną pierwotną zupą lub proto-bulionem).

Współczesna podwójna koncepcja pierwotnego bulionu i spontanicznego generowania życia wywodzi się z teorii powstania życia Oparina-Haldane'a.

Największym sukcesem teorii Oparina-Haldane'a był szeroko nagłośniony eksperyment przeprowadzony w 1953 roku przez amerykańskiego doktoranta Stanleya Millera.

Eksperyment Millera

Charles Darwin wierzył, że materia nieożywiona może zostać przekształcona w materię żywą za pomocą elektryczności - w końcu nawet jego dziadek, Erasmus Darwin, był pod wielkim wrażeniem Frankensteina Mary Shelley. Pomysł, że ćwiczenia pirotechniczne z elektrycznością mogą rodzić życie, był bardzo atrakcyjny; Nic więc dziwnego, że eksperyment Stanleya Millera, którego wyniki opublikowano w 1953 roku, cieszył się dużym zainteresowaniem.

Publikacja danych z eksperymentu Millera wzbudziła bezprecedensowe zainteresowanie i wkrótce wielu innych naukowców zaczęło powtarzać ten eksperyment. Jednocześnie stwierdzono, że modyfikacja warunków eksperymentu umożliwia otrzymanie niewielkiej ilości innych aminokwasów. Trudno było jednak powtórzyć eksperyment, a wiele wyników uzyskano dopiero po wielu nieudanych próbach.

Doniesiono, że podczas eksperymentów powstały główne składniki niezbędne do życia. Tak więc w szeroko rozpowszechnionym podręczniku biochemii Lehningera (1970) czytamy, że w trakcie eksperymentów uzyskano przedstawicieli wszystkich najważniejszych typów cząsteczek obecnych w komórkach. To stwierdzenie jest całkowicie fałszywe, ponieważ spośród wielu substancji biochemicznych obecnych w komórkach tylko dwie są podobne do tych uzyskanych w eksperymentach takich jak Millera - są to glicyna i alanina. Ale były one prezentowane w bardzo małych stężeniach. Ponadto podczas eksperymentów nigdy nie uzyskano kwasów nukleinowych, białek, lipidów i polisacharydów - ponad 90% substancji tworzących żywą komórkę.

2.2 Mocne i słabe strony koncepcji

Popularność koncepcji Oparina w świecie naukowym jest bardzo duża. Jego uczniowie i zwolennicy kontynuują badania w tym kierunku do dziś. Ale ta koncepcja ma zarówno mocne, jak i słabe strony.

Silny punkt koncepcja jest dość dokładnym eksperymentalnym uzasadnieniem ewolucji chemicznej, zgodnie z którą powstanie życia jest naturalnym rezultatem prebiologicznej ewolucji materii. Przekonującym argumentem przemawiającym za tą koncepcją jest również możliwość eksperymentalnej weryfikacji jej głównych postanowień. Dotyczy to nie tylko laboratoryjnego odtworzenia rzekomych warunków fizykochemicznych pierwotnej Ziemi, ale także koacerwatów imitujących przedkomórkowych przodków i ich cechy funkcjonalne.

Słaba strona koncepcją jest niemożność wyjaśnienia samego momentu przeskoku ze złożonych związków organicznych do żywych organizmów, ponieważ w żadnym z eksperymentów nie udało się uzyskać życia. Ponadto Oparin dopuścił możliwość samoreprodukcji koacerwatów przy braku układów molekularnych o funkcjach kodu genetycznego. Innymi słowy, bez zrekonstruowania ewolucji mechanizmu dziedziczności nie da się wyjaśnić procesu przeskakiwania od materii nieożywionej do żywej. Dlatego dzisiaj uważa się, że nie da się rozwiązać tego najtrudniejszego problemu biologii bez zaangażowania koncepcji otwartych systemów katalitycznych, biologii molekularnej i cybernetyki.

Wniosek

W mojej pracy rozważana jest teoria powstania życia na Ziemi autorstwa AI Oparina. W nowoczesna nauka znana jest duża liczba koncepcji dotyczących pochodzenia życia na Ziemi, niemniej jednak popularność koncepcji Oparina w świecie naukowym jest bardzo wysoka.

A. I. Oparin, wysuwając kilka tez w wieku trzydziestu kilku lat, próbował udowodnić przypadkowość i spontaniczność powstania żywej komórki, ale jego praca zakończyła się niepowodzeniem i musiał przyznać: „Niestety, pochodzenie komórki jest najbardziej niejasne zagadnienie obejmujące teorię ewolucji jako całość”.

Jednak do tego momentu udało mu się przekonać większość zachodnich naukowców, którzy wierzyli w naturalistyczną darwinowską teorię pochodzenia gatunków.

Podsumowując, można powiedzieć, że w kwestii pojawienia się życia na naszej Ziemi jest jeszcze wiele niejasności i niejasności. Ten problem jest daleki od ostatecznego rozwiązania.

W 1924 roku rosyjski naukowiec Aleksander Iwanowicz Oparin po raz pierwszy sformułował główne założenia koncepcji ewolucji prebiologicznej. Uważał powstanie życia za pojedynczy naturalny proces, na który składała się wstępna ewolucja chemiczna zachodząca w warunkach wczesnej Ziemi, która stopniowo przechodziła na jakościowo nowy poziom ewolucji biochemicznej.

Istota hipotezy sprowadzała się do tego, że powstanie życia na Ziemi to długi ewolucyjny proces formowania się żywej materii w głębinach materii nieożywionej. A stało się to poprzez ewolucję chemiczną, w wyniku której najprostsze substancje organiczne powstały z nieorganicznych pod wpływem silnych czynników fizycznych i chemicznych.

Rozważając problem powstania życia na drodze ewolucji biochemicznej, Oparin wyróżnia trzy etapy przejścia od materii nieożywionej do żywej: etap 1 syntezy wyjściowych związków organicznych z substancji nieorganicznych w warunkach pierwotnej atmosfery wczesnej Ziemi; 2 etap powstawania w pierwotnych zbiornikach Ziemi z nagromadzonych związków organicznych biopolimerów, lipidów, węglowodorów;

W pierwszym etapie, około 4 miliardów lat temu, kiedy Ziemia była martwa, miała miejsce na niej abiotyczna synteza związków węgla i ich późniejsza prebiologiczna ewolucja. Ten okres ewolucji Ziemi charakteryzował się licznymi erupcjami wulkanów z uwolnieniem ogromnych ilości rozpalonej do czerwoności lawy. Gdy planeta ochładzała się, para wodna w atmosferze skraplała się i opadała na Ziemię deszczami, tworząc ogromne przestrzenie wodne.

Ponieważ powierzchnia Ziemi pozostawała wciąż gorąca, woda wyparowała, a następnie, ochładzając się w górnych warstwach atmosfery, ponownie opadła na powierzchnię planety.Procesy te trwały przez wiele milionów lat. W ten sposób różne sole rozpuszczały się w wodach pierwotnego oceanu. Ponadto dostały się do niej również związki organiczne: cukry, aminokwasy, zasady azotowe, kwasy organiczne itp., powstające w sposób ciągły w atmosferze pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, wysokiej temperatury i aktywnej aktywności wulkanicznej.

Pierwotny ocean prawdopodobnie zawierał w postaci rozpuszczonej różne cząsteczki organiczne i nieorganiczne, które dostały się do niego z atmosfery i warstw powierzchniowych Ziemi. Stężenie związków organicznych stale wzrastało, aż w końcu wody oceaniczne stały się „bulionem” białkowych substancji peptydów.

W drugim etapie, gdy warunki na Ziemi złagodniały, pod wpływem wyładowań elektrycznych, energii cieplnej i promieni ultrafioletowych na mieszaniny chemiczne pierwotnego oceanu, możliwe stało się tworzenie złożonych związków organicznych biopolimerów i nukleotydów, które stopniowo łącząc i stając się bardziej złożone, zamieniły się w protobionty (przedkomórkowych przodków żywych organizmów). Efektem ewolucji złożonych substancji organicznych było pojawienie się koacerwatów, czyli kropli koacerwatu.

Teoria ewolucji biochemicznej traktuje koacerwaty jako układy prebiologiczne, czyli grupy cząsteczek otoczone wodną powłoką. Okazało się, że koacerwaty są zdolne do wchłaniania różnych substancji organicznych ze środowiska zewnętrznego, co umożliwia pierwotną wymianę substancji z otoczeniem.

Na trzecim etapie, jak sugerował Oparin, zaczął działać dobór naturalny. W masie kropli koacerwatu dokonano selekcji koacerwatów najbardziej odpornych na dane warunki środowiskowe. Proces selekcji trwa od wielu milionów lat, w wyniku czego zachowała się tylko niewielka część koacerwatów. Jednak zachowane krople koacerwatu były zdolne do pierwotnego metabolizmu. A metabolizm jest pierwszą właściwością życia.

Jednocześnie po osiągnięciu określonej wielkości kropla macierzysta mogła rozpaść się na krople potomne, które zachowały cechy struktury macierzystej. Możemy więc mówić o nabywaniu przez koacerwaty właściwości samoreprodukcji jednej z najważniejszych oznak życia. W rzeczywistości na tym etapie koacerwaty stały się najprostszymi żywymi organizmami.

Dalsza ewolucja tych prebiologicznych struktur była możliwa dopiero przy komplikacji procesów metabolicznych i energetycznych wewnątrz koacerwatu. Tylko membrana mogłaby zapewnić silniejszą izolację środowiska wewnętrznego od wpływów zewnętrznych. Wokół bogatych w związki organiczne koacerwatów powstały warstwy lipidów, oddzielające koacerwaty od otaczającego je środowiska wodnego. W procesie ewolucji lipidy zostały przekształcone w błonę zewnętrzną, co znacznie zwiększyło żywotność i odporność organizmów.

W protokomórkach, takich jak gąsienice czy mikrosfery, zachodziły reakcje polimeryzacji nukleotydów, aż do powstania z nich protogenu - pierwotnego genu zdolnego do katalizowania powstania określonej sekwencji aminokwasowej - pierwszego białka. Prawdopodobnie pierwsze takie białko było prekursorem enzymu katalizującego syntezę DNA lub RNA.

Te protokomórki, w których powstał prymitywny mechanizm dziedziczności i syntezy białek, dzieliły się szybciej i przyjmowały w siebie wszystkie substancje organiczne pierwotnego oceanu. Na tym etapie istniała już naturalna selekcja szybkości reprodukcji; wykryto jakąkolwiek poprawę w biosyntezie, a nowe protokomórki zastąpiły wszystkie poprzednie.

Teoria AI Oparina była gorąco wspierana przez profesora z Cambridge, Johna Haldane'a. Otworzył pochodzenie kontrowersji związanych z życiem w artykule opublikowanym w Rationalist Annual w 1929 roku. D. Haldane postawił w niej hipotezę, że na prymitywnej Ziemi nagromadziły się ogromne ilości związków organicznych, tworząc coś, co nazwał gorącą zupą rozcieńczoną (gorąca zupa rozcieńczona; później nazwa bulion pierwotny lub proto-bulion – zupa pierwotna).

Współczesna podwójna koncepcja pierwotnego bulionu i spontanicznego generowania życia wywodzi się z teorii powstania życia Oparina-Haldane'a. Największym sukcesem teorii Oparina-Haldane'a był szeroko nagłośniony eksperyment przeprowadzony w 1953 roku przez amerykańskiego doktoranta Stanleya Millera.

Charles Darwin wierzył, że materia nieożywiona może zostać przekształcona w materię żywą za pomocą elektryczności - w końcu nawet jego dziadek, Erasmus Darwin, był pod wielkim wrażeniem Frankensteina Mary Shelley. Pomysł, że ćwiczenia pirotechniczne z elektrycznością mogą spowodować powstanie życia, był bardzo atrakcyjny; Nic więc dziwnego, że eksperyment Stanleya Millera, którego wyniki opublikowano w 1953 roku, cieszył się dużym zainteresowaniem.

Aparat pracował przez tydzień, po czym zbadano produkty reakcji. Zasadniczo okazało się, że jest to lepki bałagan przypadkowych połączeń; w roztworze stwierdzono również pewną ilość substancji organicznych, w tym najprostsze aminokwasy - glicynę (NH2CH2COOH) i alaninę (NH2CH(CH3)COOH).

Spis wykorzystanych źródeł 1. Belotserkovsky O.M., Oparin A.I. Eksperyment numeryczny w turbulencji od porządku do chaosu. RAS 2, dodaj. red.- M.: Nauka, s. 2. Oparin AI Pojawienie się życia na Ziemi. 3. rewizja red.-M.: Akademia Nauk ZSRR, s. 3. Oparin AI Życie, jego natura, pochodzenie i rozwój. Instytut Biochemii. - M.: Akademia Nauk ZSRR, s. 4. Podstawowe teorie pochodzenia życia na Ziemi [Zasoby elektroniczne]: Tryb dostępu: Internet - http//ateismy.net. 5. Pochodzenie życia [Zasoby elektroniczne]: Tryb dostępu: Internet - http//intrae.narod.ru. 6. Rudenko A.P. Rola chemii w rozwiązaniu problemu ewolucji chemicznej i biogenezy // Chemia i perspektywy. SM.

Spis wykorzystanej literatury

1) Shambadal P. Rozwój i zastosowanie pojęcia entropii. - M.: Nauka, 1967. - 280 s.

> Teoria powstania życia na Ziemi Oparina

Obecnie hipoteza o pochodzeniu życia na Ziemi, opracowana przez radzieckiego naukowca akademika A.I. Oparin. Hipoteza ta opiera się na założeniu stopniowego powstawania życia na Ziemi z substancji nieorganicznych poprzez długoterminową abiogenną (niebiologiczną) ewolucję molekularną.

Uważa się, że Ziemia i inne planety Układu Słonecznego powstały z chmury pyłu gazowego około 4,5 miliarda lat temu. We wczesnych stadiach swojego powstawania Ziemia miała wysoka temperatura. Gdy planeta ochładzała się, ciężkie pierwiastki przesuwały się w kierunku jej centrum, podczas gdy lżejsze pierwiastki pozostawały na powierzchni. Atmosfera składała się z wolnego wodoru i jego związków (H2O, CH4, NH3, HCN) i dlatego miała charakter redukujący. Ta okoliczność posłużyła jako ważny warunek wstępny pojawienia się cząsteczek organicznych w sposób niebiologiczny. Związki będące reduktorami łatwo wchodzą w reakcje chemiczne, oddając wodór, a jednocześnie same się utleniają. Składniki atmosfery były narażone na działanie różnych źródeł energii: twardego, bliskiego promieniowania rentgenowskiego, krótkofalowego promieniowania słonecznego, wyładowań atmosferycznych, wysokich temperatur w rejonie wyładowań atmosferycznych oraz w obszarach aktywnej aktywności wulkanicznej, itp. W wyniku tych wpływów chemicznie proste składniki atmosfery wchodziły w interakcje, zmieniając się i stając się bardziej złożone. Powstały cząsteczki cukrów, aminokwasów, zasad azotowych, kwasów organicznych (octowego, mrówkowego, mlekowego itp.) i innych prostych związków organicznych.

Naukowcom udało się odtworzyć niektóre z tych reakcji w laboratorium. W 1935 roku amerykański naukowiec L.S. Miller, przepuszczając wyładowanie elektryczne przez mieszaninę H2, H2O, CH4 i NH3, otrzymał mieszaninę kilku aminokwasów i kwasy organiczne. Później okazało się, że wiele prostych związków organicznych składających się na polimery biologiczne - białka, kwasy nukleinowe i polisacharydy - można syntetyzować abiogenicznie przy braku tlenu. W środowisku wodnym, w pewnych warunkach, aminokwasy mogą powstawać z kwasu cyjanowodorowego, amoniaku i niektórych innych związków. Monofosforan adenozyny (AMP) powstaje z zasad azotowych w obecności nieorganicznych związków fosforu, a także difosforanu adenozyny (ADP) i trójfosforanu adenozyny (ATP), cukrów i aminokwasów.

O możliwości abiogenicznej syntezy związków organicznych świadczy fakt, że występują one w przestrzeni kosmicznej. Cyjanowodór, formaldehyd, kwas mrówkowy, metyl i alkohole etylowe i inne substancje. Niektóre meteoryty zawierają kwasy tłuszczowe, cukry, aminokwasy. Wszystko to wskazuje, że związki organiczne mogły powstać czysto chemicznie w warunkach, jakie istniały na Ziemi około 4 miliardów lat temu.

Tak więc za warunki abiogennego występowania związków organicznych można uznać redukujący charakter atmosfery ziemskiej, wysoką temperaturę, wyładowania atmosferyczne oraz silne promieniowanie ultrafioletowe Słońce, które w tamtym czasie nie było jeszcze opóźniane przez ekran ozonowy.

Gdy Ziemia ochładzała się, para wodna zawarta w atmosferze ulegała kondensacji, na powierzchnię Ziemi spadały deszcze, tworząc na niej duże połacie wody. Amoniak, dwutlenek węgla, kwas cyjanowodorowy, metan i bardziej złożone związki organiczne powstające w atmosferze zostały rozpuszczone w wodzie. Cząsteczki organiczne, takie jak aminokwasy lub nukleotydy, w środowisku wodnym mogą wiązać się ze sobą (kondensować), tworząc polimery. To uwalnia wodę. Dwa aminokwasy mogą być połączone wiązaniem peptydowym, a dwa nukleotydy wiązaniem fosfodiestrowym. Należy zauważyć, że synteza związków prostych wymaga bardziej rygorystycznych warunków niż tworzenie związków złożonych. Na przykład synteza aminokwasów zachodzi w temperaturze około 1000 C, a ich kondensacja w polipeptydy zachodzi w temperaturze 160 C.

Jednak te reakcje przy braku enzymów białkowych są bardzo powolne. Wśród przypadkowo utworzonych polipeptydów znajdują się takie, które wykazują aktywność katalityczną i mogą przyspieszać procesy matrycowej syntezy polinukleotydów. Dlatego kolejnym ważnym krokiem w ewolucji prebiologicznej było unifikacja zdolności nukleotydów do samoreprodukcji ze zdolnością polipeptydów do aktywności katalitycznej. Stabilność, stabilność „udanych” kombinacji aminokwasów - polipeptydów zapewnia jedynie zachowanie informacji o nich w kwasach nukleinowych. Z kolei polipeptydy lub białka syntetyzowane na podstawie informacji wbudowanej w cząsteczki RNA mogą ułatwiać reduplikację tych cząsteczek. Tak więc, poprzez selekcję, powstał kod genetyczny lub „słownik”, ustalający zgodność między trypletami nukleotydów a aminokwasami.

Dalsze komplikacje metabolizmu mogły zachodzić tylko w warunkach przestrzennej bliskości kodu genetycznego i kodowanych przez niego białek oraz izolacji reagujących składników od środowiska zewnętrznego. Rzeczywiście, selekcja cząsteczek RNA zgodnie z jakością kodowanego przez nie białka jest przeprowadzana tylko wtedy, gdy białko nie dyfunduje w żadnym kierunku, ale jest przechowywane w jakiejś izolowanej przestrzeni, w której uczestniczy w procesy metaboliczne. Istnieje możliwość oddzielenia układu syntetyzującego białka od środowiska zewnętrznego fizyczne i chemiczne właściwości Cząsteczki. Cząsteczki organiczne są również otoczone powłoką wodną, której grubość zależy od ładunku cząsteczki, stężenia soli w roztworze, temperatury i tak dalej. W pewnych warunkach powłoka wodna uzyskuje wyraźne granice i oddziela się od otaczającego roztworu. Cząsteczki otoczone wodną powłoką mogą łączyć się w wielocząsteczkowe kompleksy - koacerwaty. W pierwotnym oceanie koacerwaty, czyli krople koacerwatu, miały zdolność wchłaniania różnych substancji. W rezultacie skład wewnętrzny koacerwat ulegał zmianom, które prowadziły albo do rozkładu, albo do gromadzenia się substancji, tj. na wzrost i zmianę składu chemicznego, co zwiększa stabilność kropli koacerwatu. O losie kropli zadecydowała dominacja jednego z tych procesów. akademik AI Oparin zauważył, że w masie kropli koacerwatu należało wybrać najbardziej stabilny w danych warunkach. Po osiągnięciu określonej wielkości kropla macierzystego koacerwatu może rozpaść się na potomne. Koacerwaty córki, których struktura niewiele różniła się od rodzica, nadal rosły, a ostro różne krople rozpadały się. Istniały tylko te krople koacerwatu, które wchodząc w pewne elementarne formy wymiany z medium, zachowywały względną stałość składu. Następnie nabyły zdolność wchłaniania z otoczenia nie wszystkich substancji, ale tylko te, które zapewniały im stabilność, a także zdolność wydalania produktów przemiany materii. Stopniowo różnice między skład chemiczny krople i środowisko. W procesie wieloletniej selekcji (nazywa się to ewolucją chemiczną) zachowały się tylko te krople, które nie utraciły cech swojej struktury podczas rozpadu na pochodne, tj. nabył własność samoreprodukcji. Ewolucja koacerwatów zakończyła się utworzeniem błony, która oddziela je od środowiska i składa się z fosfolipidów. Takie sztuczne membrany, graniczące z pęcherzykami o wielkości od 1 do 10 μm, są obecnie łatwo tworzone w warunkach eksperymentalnych. Edukacja zewnętrzna męmbrana z góry wyznaczył kierunek dalszej ewolucji chemicznej na ścieżce rozwoju coraz doskonalszego systemy samoregulujące do pierwszego prymitywne komórki. W zamkniętej przestrzeni otoczonej błoną cząsteczki RNA ewoluowały, a cechą, według której dokonywała się selekcja, nie była własna struktura RNA, ale przede wszystkim właściwości kodowanych przez nie białek.

W ten sposób sekwencja nukleotydów RNA zaczęła przejawiać się we właściwościach komórki jako całości. Kluczowym wydarzeniem w powstaniu komórki było połączenie funkcji matrycy RNA i funkcji katalitycznej peptydów. Na późniejszym etapie ewolucji DNA zastąpiło RNA jako substancję dziedziczenia.

Pojawienie się pierwszego organizmy komórkowe zapoczątkowało ewolucję biologiczną. Stało się to 3 - 3,5 miliarda lat temu. Pierwsze organizmy żywe miały zdolność samoreprodukcji i inne podstawowe cechy istot żywych, istniały w środowisku redukującym i miały metabolizm beztlenowy. Swoją budową przypominały współczesne bakterie.

Główne założenia teorii ewolucji biologicznej oparyny. Spis wykorzystanej literatury

Spis wykorzystanej literatury

> Teoria powstania życia na Ziemi Oparina

Jesteśmy w sieciach społecznościowych

Kategorie