Основные этапы биохимической эволюции: теория и постулаты

Содержание

Теория Опарина — Холдейна

В 20-х годах прошлого века британский ученый Холдейн, Джон Бёрдон Сандерсон и русский биохимик Александр Опарин независимо друг от друга выдвинули схожие идеи относительно условий, необходимых для возникновения жизни на Земле. Оба считали, что органические молекулы могут быть образованы из абиогенных материалов в присутствии внешнего источника энергии (например, ультрафиолетового излучения), и что примитивная атмосфера была с очень низким количеством свободного кислорода и содержала аммиак, водяной пар, водород и метан.

Оба также подозревали, что первые формы жизни появились в теплом примитивном океане и были гетеротрофными (получая предварительно сформированные питательные вещества из соединений, существовавших на ранней Земле), а не автотрофными (синтезирующими питательные вещества из солнечного света или неорганических веществ).

Опарин считал, что жизнь возникла из коацерватов, микроскопических спонтанно сформированных сферических агрегатов липидных молекул, которые удерживаются вместе за счет электростатических сил и, возможно, были предшественниками клеток. Работа Опарина с коацерватами подтвердила, что ферменты, лежащие в основе биохимических реакций метаболизма, функционируют более эффективно, когда они содержатся в мембраносвязанных сферах, чем когда они свободны в водных растворах.

Холдейн, незнакомый с коацерватами Опарина, полагал, что сначала образуются простые органические молекулы, а в присутствии ультрафиолетового света они становятся все более сложными, в конечном итоге формируя клетки. Идеи Холдейна и Опарина легли в основу многих исследований абиогенеза, проводившихся в последующие десятилетия.

Термины биогенез и абиогенез

В 1974 году известный исследователь Карл Саган опубликовал статью, разъясняющую использование терминов биогенез и абиогенез. По словам Сагана, оба термина были неправильно использованы в статьях, связанных с объяснениями происхождения первых живых форм.

Среди этих ошибок — использование термина биогенез в качестве собственного антонима. Таким образом, биогенез используется для описания происхождения жизни от других живых форм, тогда как абиогенез относится к происхождению жизни из неживой материи..

В этом смысле современный биохимический путь считается биогенным, а пребиологический метаболический путь — абиогенным

Поэтому необходимо уделить особое внимание использованию обоих терминов.

Суть теории

Кратко можно сформулировать основные постулаты гипотезы двух авторов: живые организмы появились на планете из неживой материи, однако для этого процесса необходимы были условия, царившие на Земле миллиарды лет назад. Сейчас представляется невозможным полностью воссоздать эту картину, ведь то, что творилось в атмосфере столь глубокой древности, может быть высказано лишь на уровне предположений.

Особенности атмосферы тех лет:

  1. Отсутствие кислорода (сейчас его образуют зеленые растения, которые в тот период, конечно, не существовали).
  2. Определенный температурный режим — очень жарко.
  3. Наличие источников энергии.
  4. Обязательное наличие воды.

Согласно теории, можно выделить 5 этапов становления и развития жизни на планете, которые в наглядной форме представлены в таблице.

Этап Основные события
Первый — 6,5−3,5 млрд лет назад Образовалась первичная атмосфера, включающая аммиак, метан, водород, пары воды, углекислый газ и окись углерода.
Второй Поверхность планеты охлаждается до температуры +100°C, происходит образование первичного океана за счет конденсации водяного пара. В воде растворяются газы и минеральные вещества. Все это сопровождается сильнейшими грозами. Удары молний и ультрафиолетовые радиации становятся причиной синтеза аминокислот, сахаров, азотистых соединений — простых органических образований.
Третий Формирование белков простейшей структуры. Коацерватов, жиров.
Четвертый — 3,5−3 миллиарда лет назад Появление протобионтов, способных к обмену веществ и самовоспроизведению.
Пятый — 3 миллиарда лет назад Появление организмов с клеточным строением (прокариот-бактерий)

Идея о составе первичной атмосферы планеты основана на данных других наук, а также анализе оболочек иных планет Солнечной системы. Кроме того, доказательства второй и третьей стадии удалось получить в ходе многочисленных экспериментов по синтезированию жизни.

Первые клетки

Итак, если органические молекулы и РНК могут спонтанно образовываться, то как насчет клеток? Как создаются клеточные мембраны?

Липиды — это молекулы, которые составляют слой клеточной мембраны. Как стало ясно из эксперимента Миллера — Юри, липиды могут спонтанно образовываться при определенных атмосферных условиях. Они имеют гидрофильную и гидрофобную стороны. В то время как гидрофильная сторона может взаимодействовать с водой, гидрофобная сторона — нет, и поэтому они образуют кластеры в воде. Гидрофильная сторона, обращена наружу, а гидрофобная — внутрь. Это похоже на то, как масло в лавовой лампе никогда не смешивается с жидкостью.

В липидном бислое молекулы ориентированы таким образом, что их полярные части направлены в сторону водной фазы и формируют две гидрофильные стороны, а неполярные «хвосты» формируют гидрофобную внутри бислоя. Это препятствует прохождению воды между ними и образует мембрану клетки. Вода из клетки не выходит наружу, и вода снаружи клетки не проникает внутрь. Из-за структуры липида он может спонтанно собираться в бислой в присутствии воды. Зная все это, можно предположить, что некоторые из первых структур РНК были заключены в примитивную клетку, состоящую из липидного бислоя, заполненного водой, неорганическими и органическими молекулами. Эти примитивные клетки затем дали начало первым живым клеткам.

Современные представления о происхождении жизни

В настоящее время подозревается, что жизнь зародилась по экстремальному сценарию: океанические области вблизи вулканических дымоходов, где температура может достигать 250 ° C, а атмосферное давление превышает 300 атмосфер..

Это подозрение возникает из-за разнообразия форм жизни, обнаруженных в этих враждебных регионах, и этот принцип известен как «теория горячего мира»..

Эти среды были заселены архебактериями, организмами, способными расти, развиваться и размножаться в экстремальных условиях, вероятно, очень похожих на пребиотические условия (включая низкие концентрации кислорода и высокие уровни СО).2).

Термостойкость этих сред, защита, которую они обеспечивают от внезапных изменений, и постоянный поток газов — вот некоторые из положительных качеств, которые делают морское дно и вулканические дымоходы подходящими средами для возникновения жизни..

РНК пришла первой

В течение многих лет ученые спорили о том, что важнее — ДНК или РНК. ДНК служит основным средством хранения генетической информации. РНК — это рибонуклеиновая кислота, которая может выступать в качестве генетической библиотеки и катализировать реакции. Эта способность делает РНК идеальным кандидатом для зарождения первой жизни на Земле.

Так откуда же взялась РНК? Может ли РНК самопроизвольно образовываться? Сначала рассмотрим структуру РНК, состоящую из четырех нуклеотидных оснований:

  1. Аденин
  2. Гуанин
  3. Цитозин
  4. Урацил

Эти четыре нуклеотида являются строительными блоками РНК. Если они могут быть синтезированы самопроизвольно в условиях ранней Земли, тогда можно будет решить большую часть головоломки о том, как зародилась жизнь. И вот, недавно было обнаружено, что некоторые молекулы действительно могут образовывать все четыре нуклеотида в присутствии ультрафиолетового излучения или солнечного света.

Как революция в биотехнологиях изменила жизнь людей

Артем Елмуратов, сооснователь, директор по развитию Genotek
Василиса Кирилочкина, журналист«Сноб»

На наших глазах происходит генетическая революция: биотехнологии меняют медицину, сельское хозяйство и другие важные сферы. Рассказываем о самых громких случаях вмешательства генетики в нашу жизнь

Мы все прекрасно знаем, что живем в эпоху технологической революции и ежедневно пользуемся ее плодами. Самый яркий пример: на наших глазах гаджеты уменьшаются в размерах, а их мощности неуклонно растут. Этот феномен получил название «закон Мура», согласно которому компьютеры становятся в два раза мощнее каждые два года. Пока мы поражаемся очередным нововведениям в айфонах, менее заметные для обывателей генетические технологии тоже прогрессируют, причем сильно опережая компьютерные. Первый человеческий геном полностью секвенировали (прочитали) в 2001 году. Тогда на это ушло 11 лет и 3 миллиарда долларов. Сегодня это делают за три месяца и несколько тысяч долларов. Сравните: за последние 16 лет мощность IT-технологий выросла в 250 раз, а генетических – почти в миллион.

Может показаться, что такой скачок в развитии биотехнологий мало повлиял на повседневность, но на самом деле генетика затрагивает многие сферы нашей жизни. А иногда кардинально ее меняет.

Морфологические доказательства эволюции

Во-первых, это гомологичные и аналогичные органы.

Гомологичные органы — имеют общее происхождение. Аналогичные — различное, но внешне похожи.

Прежде, чем мы разберем критерии этих органов и примеры, давайте рассмотрим два пути, по которым шла эволюция. Путь №1 — дивергенция.

В переводе это слово означает “расхождение”, “отклонение”.

Представим, что когда-то существовал один вид какого-то животного. Затем какая-то группа особей этого вида решила освоить новую территорию. На этой территории были новые условия и под их воздействием вид менялся, эволюционировал, приобретал новые признаки. В результате, его органы немного видоизменились.

Так появились гомологичные органы.

Путь №2 — конвергенция

В переводе — “сближение”,” объединение”.

Представим, что существуют два разных типа животных. Но условия обитания у них одинаковые (например, водная или воздушная среда). Соответственно, они развиваются, эволюционируют, вырабатывают приспособления к данной среде обитания. Эти приспособления (органы) будут очень схожи, но происхождение у них все же будет разное.

Мы получаем аналогичные органы.

Признак Гомологи Аналоги
Происхождение Общее Различное
Функции Могут быть различными Общие
Эволюционный путь Дивергенция Конвергенция
Примеры: Конечности оленя, кита, летучей мыши

Видоизменения листьев у растений

крылья птиц и крылья членистоногих,

у растений — колючки на стебле и колючки — листья

Во-вторых, это атавизмы и рудименты.

Информации об этом есть очень много, здесь мы разберем суть их отличий:

Характеристики

Атавизмы

Рудименты

Функции нет, являются лишними, не считаются нормой для большинства ныне живущих некоторые могут выполнять какие-то функции, другие не используются, есть у всех представителей вида.
Эволюционно были развиты и функционировали у очень дальних предков, сохранились в ДНК и изредка проявляются в настоящее время были развиты и функционировали как у предков, так и у ближайших сородичей
Примеры у человека: хвост,

у животных: дополнительные пальцы на ноге лошади

у человека: ушные мышцы, зубы мудрости

у животных: тазовые кости кита

Мир ПАУ

Ответ постарался найти в мае 2004 года Саймон Николас Платтс, а в 2006 году группа ученых под руководством Паскаль Эренфройнд. В качестве исходного материала для РНК с катализирующими свойствами были предложены полиароматические углеводороды.

Мир ПАУ был основан на большой распространенности этих соединений в видимом космосе (они наверняка присутствовали в «первичном бульоне» молодой Земли) и особенностях их кольцеобразного строения, способствующего быстрому соединению с азотистыми основаниями — ключевыми компонентами РНК. Теория ПАУ в очередной раз говорит о злободневности некоторых положений панспермии.

Основные теории зарождения жизни на Земле

Основные теории зарождения жизни на Земле появились не так давно, а именно в ХХ веке – периоде, когда человечество совершило больше открытий, нежели за всю свою предыдущую историю.

Современные гипотезы возникновения жизни на Земле в разной мере подтверждены рядом исследований, и являются ключевыми для обсуждения в академических кругах. Среди них можно отметить следующие:

  • биохимическая теория возникновения жизни,
  • гипотеза мира РНК,
  • теория мира ПАУ.

Биохимическая теория

Ключевой считается биохимическая теория возникновения жизни на планете, которой придерживается большинство научных деятелей.

Химическая эволюция предшествовала появлению органической жизни. Именно в ходе этого этапа появляются первые живые организмы, которые возникли в результате химических реакций из неорганических молекул.

Появление органических форм жизни 4 млрд. лет назад в результате реакций весьма вероятно, так как именно тогда существовала наиболее благоприятная среда.

Температура в 1000 градусов считается оптимальной. Содержание кислорода в воздухе было минимальным, ведь в больших количествах он разрушает простые органические соединения.

Мир РНК

Мир РНК является всего лишь гипотезой, которая свидетельствует о том, что до возникновения ДНК генетическую информацию хранили РНК-соединения.

В 1980-х годах было доказано, что РНК-соединения могли существовать автономно и самовоспроизводиться. Миллионы лет жизненного цикла РНК привели к тому, что в ходе мутаций возникли соединения ДНК, которые выступили, как специализированные хранилища генов. Эволюция РНК была доказана множеством экспериментов, которые частично объясняют происхождение жизни на Земле и отвечают на вопрос, как развивалась жизнь на Земле.

Мир ПАУ (полиароматических углеводородов)

Мир ПАУ считается этапом химической эволюции и свидетельствует о том, что из ПАУ возникли первые РНК, что в дальнейшем привело к созданию ДНК и жизни на планете.

ПАУ можно наблюдать и сейчас – они распространены во Вселенной и впервые были обнаружены в туманностях по всему космосу. Ряд исследователей называют ПАУ «семенами жизни».

Почему замедлилась скорость вращения Земли

Земля 3,5 млрд лет назад вращалась с невероятно высокой скоростью, но ситуация изменилась с появлением Луны. На Землю стала действовать ее гравитация. Кроме того, возникли приливы и отливы, которые также внесли свой вклад в замедление скорости вращения планеты.

Появлению современной жизни на планете мы обязаны Луне

Первое сильное замедление Земли произошло 2,5 млрд лет назад, и оно как раз совпадает с тем периодом, когда сильно увеличилось содержание кислорода в атмосфере. В результате произошла так называемая “кислородная катастрофа”. Затем замедление вращения прекратилось примерно на один миллиард лет. Это совпало с периодом, когда ускорение роста уровня кислорода в атмосфере отсутствовало. Около 600 миллионов лет назад вновь произошло замедление скорости вращения планеты, и в этот период времени также отмечается скачок уровня кислорода. К слову, скорость вращения нашей планеты нестабильна и по сей день. К примеру, в 2020 году было отмечено ее ускорение.

Сопоставив картину замедления вращения земли и насыщения атмосферы кислородом, ученые пришли к выводу, что между этими процессами есть взаимосвязь. Ключом к разгадке стали упомянутые выше исследования на Мидл-Айленде, которые описаны в журнале Nature Geoscience.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что именно Луна стала толчком к зарождению жизни на Земле в том виде, в котором она существует сейчас. Правда, Луна повлияло лишь косвенно, непосредственное участие в синтезе кислорода принимало лишь Солнце и цианобактерии. Но парадокс в том, что Солнце может в будущем и лишить Землю кислорода, уничтожив растения и цианобактерии.

История и эксперименты

Как и любая другая теория происхождения жизни, гипотеза Опарина подвергалась критике оппонентов и формулировалась в течение продолжительного времени. Прежде всего, основные положения академик опубликовал в труде «Происхождение жизни», в котором предположил, что растворенные в жидкости биополимеры под воздействием внешних условий оказываются способными к образованию коацерватов или коацерватных капель.

Они представляют собой средоточие органического вещества, отделенного от внешней среды посредством мембраны и способное поддерживать обмен с нею. Данный процесс представляет собой предшествующую стадию коагуляции — соединения мельчайших частиц воедино.

Интересно, что независимо от Опарина данным вопросом начал заниматься британский биолог Джон Холдейн, также интересовавшийся зарождением жизни на Земле. Однако во взглядах двух исследователей можно отметить разницу: Холдейн полагал, что в «первичном бульоне» образовывались не коацерваты, а макромолекулярные вещества, также способные к воспроизводству. Таким образом, первичными веществами были нуклеиновые кислоты, а не белки.

Последующая разработка

Следующий этап развития теории — опыты и исследования американского химика Стэнли Миллера, который заинтересовался данным вопросом еще в студенческие годы. Ему удалось воссоздать искусственную среду и получить из неживой материи аминокислоты. Суть эксперимента:

  1. В колбах, связанных между собой, были имитированы условия планеты.
  2. Колбы заполнили аммиаком, водородом и монооксидом углерода — смесью газов, которые составляли атмосферу Земли раннего периода.
  3. Часть системы составляла кипящая вода, пары при этом подвергались воздействию имитирующих молнию разрядов электричества.
  4. После охлаждения пар накапливался в нижней трубке в виде конденсата.
  5. Через неделю непрерывного процесса в колбе удалось обнаружить сахара, липиды и аминокислоты.

Еще один виток в развитии теории — книга «Эгоистичный ген», изданная Ричардом Докинзом, британским исследователем-биологом, в 1979 году. Здесь ученый предположил, что изначально в первичном бульоне самообразовались способные к воспроизводству молекулы, которые постепенно заполнили океан.

Отличия взглядов и вклад в науку

Рассмотрев основные положения теории Опарина, можно отметить, что они с Холдейном дошли до сходных идей вне зависимости друг от друга. Однако в гипотезах двух ученых имеются и некоторые различия. Основное из них — разное представление о том, какие именно изначальные элементы стали источниками зарождения жизни. Согласно взглядам Опарина, это были белки, Холдейн же полагал, что основную роль сыграли нуклеиновые кислоты.

Другое различие:

  1. Русский исследователь — создатель теории — был убежден, что самозарождение жизни из неживой материи, то есть аборигенное, было возможным исключительно в условиях древнейшей атмосферы.
  2. Холдейн считал, что первичной была макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству, а не коацерватная система.

Вклад Опарина в биологию считается весомым, кратко можно отметить следующие положения. Прежде всего — это серьезная и обоснованная концепция зарождения жизни из «первичного бульона». Кроме того, ученый, действуя в непростых условиях российской действительности 20−30 годов прошлого века, изучал развитие жизни.

Основные этапы развития биосферы: таблица с современными данными

Биосфера простирается примерно от 5 км ниже поверхности до 60 км над поверхностью нашей планеты, заселена организмами и занята продуктами их жизнедеятельности. Но так было не всегда.

Биологической эволюции предшествовали физико-химические процессы:

  • Зарождение Солнца.
  • Образование газо-пылевого (протопланетного) облака.
  • Возникновение низкотемпературной Протоземли.
  • Появление земной коры.
  • Разогревание твёрдой оболочки, выход газов.
  • Образование атмосферы без кислорода.
  • Формирование Мирового океана.

Возраст нашей планеты составляет 4,5 млрд лет. Эволюция биосферы происходит последние 3,8-4 млрд лет.

Выполнению задания «Назовите этапы появления биосферы» поможет изучение таблицы:

Этап, возраст Процессы Результат
Биохимическая эволюция на основе синтеза простых органических молекул (3,5-4,6 млрд лет) Живые организмы использовали органику первичного океана. Возникновение биотического круговорота с участием водорода, паров воды, метана, аммиака.  Формирование биосферы. Появление миксотрофов, хемотрофов, первых фотосинтезирующих организмов без выделения кислорода.
Биогенез (2,5-3,5 млрд лет) Синтез крупных органических молекул под действием геофизических факторов. Косное вещество Земли начало преобразовываться в живое вещество. Появление многоклеточных организмов с более сложным механизмом фотосинтеза. Выделение кислорода в атмосферу. Возникновение аэробных организмов.
Антропогенез (начало 1,5-3 млн лет назад) Появление человека, формирование общества в процессе трудовой деятельности. Новая фаза эволюция, обусловленная превращением деятельности людей в мощную силу, преобразующую природу.
Ноогенез Появление разумно управляемой социально-природной системы, в которой осуществляется рациональное природопользование, происходит устойчивое развитие. Ноосфера.

Зарождение жизни произошло в Мировом океане. Это был медленный абиогенный синтез органических соединений. Первыми живыми существами были анаэробные доядерные организмы, способные к гетеротрофному питанию. Далее произошло усложнение клеток, появление у водных обитателей симбионтов, паразитов, формирование организменной среды жизни. Живые существа заселили сушу.

Предмет «Биология» в школе и тема, посвящённая изучению эволюции биосферы, дают общее представление об этапах развития жизни на Земле. В высшем учебном заведении биологического профиля более подробно изучаются физические явления и химические реакции, происходившие в период становления Земли, эволюционные изменения живых организмов.  

Смотри также: 

  • Что такое жизнь с точки зрения биологии: определение понятия
  • Биосфера – глобальная экосистема. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Живое вещество, его функции. Особенности распределения биомассы на Земле

Теория биохимической эволюции

В современном научном сообществе наиболее обоснованной считают теорию биохимической эволюции или абиогенез. Ее в 1923 году выдвинул российский биохимик А. И. Опарин. Основное положение теории Опарина состоит в том, что зарождение жизни — это длительный процесс возникновения жизни из неживого вещества.Этапы формирования “живого” из “неживого”:

  1. Синтез органических соединений из неорганической материи в аэробных условиях первобытного океана.
  2. Формирование из органических веществ биополимеров, углеводородов и липидов в водоемах планеты.
  3. Самоорганизация и развитие органических веществ в сложные структуры, на основе которых возникают механизмы обмена веществ и самовоспроизводства. Все это в конечном итоге привело к образованию живой клетки.

Около четырех миллиардов лет назад наша Земля, еще очень молодая планета, сильно отличалась от современной. Температура поверхности планеты достигала 8000°С, а все породы под действием таких высоких температур были расплавлены. Поверхность Земли непрерывно бомбардировали метеориты, в том числе и очень крупные. После эпохи “великой бомбардировки” поверхность планеты начала понемногу остывать, породы затвердели. Когда температура упала ниже 100°С, вода из ранней атмосферы пролилась в виде дождя, и так появился первобытный океан. Он предоставил необходимые для образования простейшей жизни условия.
Рис. 3. Этапы возникновения жизни на планете по ОпаринуАтмосфера молодой Земли была бедна кислородом, так как гравитация планеты была еще не способна удерживать легкие газы. Опарин считал, что только в анаэробных условиях могли появиться первые органические вещества, потому что влияние кислорода было бы разрушительным для зарождающейся жизни.Протекание химических реакций стало возможным под действием электрических разрядов молний, высоких температур и мощного ультрафиолетового излучения, от которого первобытная атмосфера планеты еще не защищала.
Белки имеют способность притягивать к себе воду, которая образует вокруг них оболочку. Опарин предположил, что во время второго этапа на основе таких белков происходило формирование многочисленных сложных структур — коацерватов — предбиологических систем. Коацерваты, отделенные от среды, избирательно обменивались с ней веществами, а также накапливали некоторые соединения. Многочисленные вещества, входящие в состав этих сложных структур, взаимодействовали между собой и ионами металлов. Это дало начало появлению ферментов. На границе между коацерватом и средой собирались жиры (липиды), которые играли роль примитивной клеточной мембраны и обеспечивали стабильность. Предполагается, что на третьем этапе из массы коацерватных капель остались лишь самые устойчивые. Они уже имели способность поглощать вещества из среды, таким образом появился механизм обмена веществ, который является одним из важнейших свойств жизни. Согласно теории Опарина, такая коацерватная капля по мере роста и накопления массы могла распадаться на две дочерние, которые были идентичны ей, то есть приобрела способность к самовоспроизведению. На этом этапе коацерваты уже стоит рассматривать как первые простейшие организмы.
Таким образом ни одна из существующих на сегодняшний день теорий не дает ответа на вопрос о том, как на нашей планете появилась первая жизнь. Это вызвано, в первую очередь, тем, что современные ученые пока не в состоянии провести такой эксперимент, который бы однозначно решил эту проблему. Все представленные концепции — как теологические, так и научные, основаны на умозрительных заключениях ученых и философов. Возможно, со временем, научно-технический прогресс предоставит исследователям средства для дальнейшего изучения, что приведет к новым открытиям. Дополнительную интересную информацию по этой теме вы найдете в видео.

Теория панспермии

Теория панспермии — это теория о внеземном происхождении жизни. Впервые эту идею высказал греческий философ Анаксагор (V в до н. э.). А в 1865 году Х. Рихтер — ученый, родом из Германии, возродил ее. Он выдвинул предположение, что на Землю жизнь в виде зародышей простейших микроорганизмов занесли многочисленные метеориты и космическая пыль с планеты, где на тот момент уже имелась жизнь.Сторонники теории утверждают, что условия первобытной Земли были благоприятны для развития этих микроорганизмов, и они дали начало всему разнообразию жизни. Приверженцы теории панспермии стремятся научно доказать возможность переноса жизни с планеты на планету, ведь при путешествии через космическое пространство спора бактерии столкнется со множеством испытаний. Опасность будут составлять и холод межпланетного пространства (-220°С), и сильнейшее ультрафиолетовое излучение. Также не стоит забывать об атмосфере планеты, проходя через которую на большой скорости, любое тело благодаря силе трения загорится.
Рис. 2. Зарождение жизни в потоках энергии и химических веществ по Опарину — ХолдейнуКонечно, эти доводы не опровергают теорию полностью. В 60-х годах прошлого века популярность теории панспермии резко возросла, благодаря обнаружению на метеоритах и поверхности комет сложных органических соединений и воды. Теория панспермии не является полноценной теорией возникновения жизни, поскольку она не объясняет сам феномен зарождения жизни, просто перенеся проблему с нашей планеты в огромный космос.

Презентация на тему: » Гипотеза биохимической эволюции Опарина – Холдейна, согласно которой жизнь появилась на Земле. Гипотезы абиогенеза: гипотеза биохимической эволюции.» — Транскрипт:

1

гипотеза биохимической эволюции Опарина – Холдейна, согласно которой жизнь появилась на Земле. Гипотезы абиогенеза: гипотеза биохимической эволюции

2

Этапы возникновения жизни на Земле: Первый этапВторой этапТретий этап Образование органических веществ из неорганических. Атмосфера и океан насыщаются альдегидами, спиртами, аминокислотами. Образование из простых органических соединений в водах первичного океана – белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот. Формирование коацерватов, действующих как открытые системы. Появление матричного синтеза в коацерватах, появление самовоспроизведения на основе матричного синтеза, сначала самовоспроизведение РНК, затем ДНК. Гипотезы абиогенеза: гипотеза биохимической эволюции

4

Стэнли Миллер и Сидни Фокс сконструировали аппарат, в котором содержались газы первичной атмосферы. Через эту смесь они пропускали электрические разряды. Так абиогенным путем были получены аминокислоты, другие ученые получили набор всех мономеров, нужных для синтеза биополимеров. Это было на первом этапе возникновения жизни на Земле. Затем, на втором этапе, из простых органических соединений в водах первичного океана формировались биополимеры – белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, которые самопроизвольно объединялись в коацерваты капли. Гипотезы абиогенеза: гипотеза биохимической эволюции

6

На третьем этапе появляется матричный синтез, самовоспроизведение нуклеиновых кислот в коацерватах. Матричный синтез начинался с РНК. Для нее доказана возможность самокопирования и каталитическая активность. Более устойчивые коацерваты с такими РНК и дали пробионтов. Гипотезы абиогенеза: гипотеза биохимической эволюции

7

Эволюция на уровне молекул РНК в коацерватах шла миллионы лет. Так возник древний мир РНК. Мутации и рекомбинации в популяциях РНК создавали все большее разнообразие этого мира. Параллельно идет эволюция связей между РНК и синтезом полипептидов, обеспечивающими их более надежное существование. На следующем этапе возникает ДНК, их двуцепочечное строение обеспечивает устойчивость и точную репликацию (удвоение). Гипотезы абиогенеза: гипотеза биохимической эволюции

8

Первые фотосинтетики – зеленые и пурпурные бактерии имели фотосистему-1, которая в качестве донора электронов и использовала Н 2 S. При фотосинтезе выделялась сера. Позже, у цианобактерий впервые появляется ФС-2, способная отбирать электроны у Н 2 О – атмосфера стала насыщаться кислородом, что привело к появлению дыхания. Типы питания пробионтов По типу питания первые организмы были доядерными анаэробными гетеротрофами – питались готовыми органическими веществами.

9

Симбиотическое происхождение эукариотических клеток Многие ученые считают, что митохондрии были бактериями- окислителями, хлоропласты – синезелеными, которые были фагоцитированы, но не были переварены, а вступили в симбиоз с клеткой-хозяином.

Колыбель жизни – космос

Панспермия (греч. — «семенная смесь», «семена повсюду») считает жизнь фундаментальным свойством материи и не объясняет способов её возникновения, но называет космос источником зародышей жизни, которые попадают на небесные тела с подходящими для их «прорастания» условиями.

Первое упоминание об основных концепциях панспермии можно найти в сочинениях древнегреческого философа Анаксагора (500-428 до н. э.), а в XVIII веке о ней высказывался французский дипломат и геолог Бенуа де Майе (1656-1738 гг.). Реанимировали эти идеи Сванте Август Аррениус (1859-1927 гг.), лорд Кельвин Уильям Томсон (1824-1907 гг.) и Герман фон Гельмгольц (1821-1894 гг.).

Исследование жестокого влияния на живые организмы космического излучения и температурных условий межпланетного пространства сделало подобные гипотезы происхождения жизни на Земле не слишком актуальными, но с началом космической эры интерес к панспермии усилился.

В 1973 году нобелевский лауреат Френсис Крик (1916-2004 гг.) высказал мысль о внеземном производстве молекулярных живых систем и попадании их на Землю с метеоритами и кометами. При этом шансы абиогенеза на нашей планете им оценивались как очень низкие. Происхождение и развитие жизни на Земле методом самосборки органического вещества высокого уровня видный ученый не считал реальностью.

Окаменевшие биологические структуры находили в метеоритах по всей планете, подобные следы нашли в образцах грунта, доставленных с Луны и Марса. С другой стороны, проводятся многочисленные эксперименты по обработке биоструктур воздействиями, возможными при нахождении их в космическом пространстве и при прохождении атмосферы, подобной земной.

органических соединений.

Вывод: со времени появления теория панспермии значительно изменилась. Современная наука по-другому трактует те первичные элементы жизни, которые могли быть доставлены на нашу молодую планету космическими объектами. Исследования и эксперименты доказывают жизнестойкость живых клеток в условиях межпланетного путешествия. Всё это делает идею внеземного происхождения земной жизни актуальной. Основными концепциями происхождения жизни на Земле являются теории, в которые панспермия входит или как главная часть, или как способ доставки на Землю компонентов для создания живой материи.