Четверг, 08 Декабрь 2016, 10:54

Биология в лицее

 Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ                 

                               Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation 




Вы вошли как Гость | Группа "Гости"Приветствую Вас Гость | RSS | Главная | Современные представления о возникновении жизни | Мой профиль | Регистрация | Выход | Вход


Современные представления о возникновении жизни на Земле
 
 
В 1924 г. отечественный ученый–биохимик А. И. Опарин опубликовал труд "Происхождение жизни", заставивший весь мир по-новому взглянуть на вопрос о происхождении жизни на Земле.

Согласно гипотезе, выдвинутой Опариным, жизнь зародилась на Земле, а не привнесена из космоса.

В своей работе Опарин подчеркивал, что первые предшественники организмов (протобионты) в ходе ряда химических и физических процессов (этап химической эволюции), происходивших на протяжении длительного времени в условиях молодой планеты, приобрели свойства организмов. После этого начался этап борьбы за существование и отбора живых существ в соответствии с закономерностями, выявленными Ч. Дарвином (этап биологической эволюции).

Великой заслугой А. И. Опарина является создание теории эволюции живой материи. Ее основные идеи: первоначально жизнь возникла в Мировом океане как результат химической эволюции (т.е. абиогенно); развитие живой материи и появление большого разнообразия форм жизни произошли в процессе биологической эволюции (т.е. биогенно), которая стала вторым, начавшимся после химической эволюции, важнейшим этапом развития жизни в истории Земли. В дальнейшем А. И. Опарин неоднократно уточнял и углублял свои идеи, подкрепляя их новыми исследовательскими материалами.

Какие же условия были на Земле в то время, когда возникли первые организмы?

Согласно современным научным данным, Земля образовалась примерно 4,5–7 млрд. лет назад из скопления газов и холодных (замерзших) пылевых частиц, состоявших из металлов и других химических элементов, окружавших формирующуюся молодую звезду – Солнце. Вначале Земля была газообразной и холодной, но по мере сжатия пылевых облаков, под действием гравитации и под влиянием тепла от распада радиоактивных элементов ее недра сгущались, разогревались и расплавлялись. При этом захороненные внутри планеты газы выделились наружу и образовали первичную газовую атмосферу формирующейся Земли.

Первичная атмосфера по своему составу сильно отличалась от современной: в ней присутствовало значительное количество водорода, были молекулы воды (в виде пара), углекислого газа, метана и аммиака. Свободного кислорода в земной атмосфере не было. Образовавшаяся Земля обладала достаточно большой массой, что позволяло ей удерживать в своем окружении газы. В то же время она находилась на таком расстоянии от Солнца, чтобы получаемого количества энергии хватало для поддержания воды в жидком состоянии.

Условия возникновения жизни на Земле
Исходные вещества   - Первичная атмосфера состояла из газообразных веществ: СО, СО2, Н2S, NH3, H2, NO2, N2, CH4, Н2О и др.
 - Не было свободного кислорода, который приводил бы к немедленному окислению исходных и промежуточных веществ;
 - Не существовало живых систем, которые тут же снова разрушали бы органические соединения или использовали их.
Источники энергии   - Космическая энергия: солнечный свет, включая ультрафиолетовое излучение, и космические лучи;
 - Энергия недр Земли: радиоактивность минералов, тепло вулканов и источников;
 - Энергия атмосферы: электрические разряды.
Достаточно длительное время   - Процесс химической эволюции начался минимум за 1 млрд. лет до образования первых организмов – гетеротрофных прокариотических клеток.
 
В результате разогревания Земля стала очень горячей, и вода, испаряясь с ее поверхности, образовала скопление густых облаков пара, окутавших молодую планету. Пары воды, охлаждаясь на высотах, превращались в жидкость и в виде ливней выпадали на горячую поверхность Земли. Такие ливни шли тысячелетиями, заполняя водой все впадины и трещины земной поверхности, образуя Мировой океан и одновременно вызывая охлаждение верхних слоев планеты.

В дождевой воде растворялись химические вещества из атмосферы и земной коры: метан, аммиак, цианистый водород, углекислый газ и многие другие. Вода, стекавшая в океаны, приносила с собой неорганические вещества, из их соединений с водой образовались различные соли. С ливневыми дождями в водоемы попадали и молекулы простейших органических веществ, возникавших в атмосфере под влиянием ультрафиолетовых лучей и электрических разрядов молний.

Накопление органических веществ превратило воды Мирового океана в своего рода бульон, содержавший смесь различных органических молекул. Эти молекулы, находясь близко друг от друга и вступая между собой в различные взаимодействия, создавали более сложные соединения. Так случалось бесчисленное количество раз в течение очень длительного времени, исчисляемого миллиардами лет. Среди множества образовавшихся соединений возникали отдельные сложные молекулы, в том числе белки, липиды, нуклеиновые кислоты, сахара и др., которые затем могли стать "живой" молекулярной системой в виде клетки, существующей в водной среде.

Предположение о том, что в водах Мирового океана было растворено большое количество органических веществ, получило подтверждение в ряде экспериментов, проведенных учеными в наше время.

1. Образование простых органических веществ. В 1953 г. С. Миллер и Г. Юри, смоделировав предполагаемые условия древней Земли (высокая температура, ультрафиолетовая радиация, электрические разряды), синтезировали в лабораторных условиях 15 аминокислот, входящих в состав живого, некоторые простые сахара (рибоза).

2. Образование сложных органических веществ. Испанский учёный Х. Оро (1960) осуществила биогенный синтез пуринов, пиримидинов, рибозы и дезоксирибозы – компонентов нуклеиновых кислот. Американские учёные абиогенно синтезировали АТФ – основную форму накопления энергии в живых организмах (С. Поннамперума,1970), а также аминокислоты, полипептиды и белковоподобные вещества (С. Фокс, 1969).

3. А. И. Опарин считал, что главная роль в превращении органических веществ в организме принадлежит белкам, так как они способны образовывать коллоидные комплексы, притягивающие к себе воду и тем создающие вокруг себя своеобразную оболочку. Другие ученые полагают, что помимо белков большую роль в создании комплексов играли нуклеиновые кислоты. Такие комплексы благодаря диффузии могли слипаться и сливаться друг с другом, удаляя лишнюю воду. Этот процесс был назван ученым коацервацией, а сами белковые комплексы – коацерватными каплями или коацерватами. Со временем у коацерватов появилась оболочка и они оказались способными к поглощению веществ, богатых энергией, и благодаря этому – к увеличению массы и размеров. Однако опыты, проведенные рядом ученых, подтверждают лишь саму возможность таких процессов в те далекие времена.

Коацерваты представляли собой первые "организации" молекул.

Увеличиваясь в размере, коацерваты разделялись на более мелкие частички – так был обозначен путь размножения первичных живых организмов. Для поддержания устойчивости коацерватам была нужна энергия, которая, по–видимому, была представлена различными химическими связями. Устойчивость некоторых коацерватов обеспечивала им сохранение и существование. Возможно, именно такие устойчивые структуры со временем (а этот процесс длился миллионы лет) и дали начало первым живым организмам в виде живой клетки, где нуклеиновые кислоты установили первичный контроль над основными внутриклеточными процессами, в том числе и такими, как питание, рост и размножение. Ученые считают, что эти первые формы жизни на Земле появились примерно 3500–3900 млн лет назад.

4. Возникновение пробионтов. В результате включения в коацерват молекулы, способной к самовоспроизведению (нуклеиновые кислоты), поглощения ионов металлов с образованием ферментов, внутренней перестройки покрытого липидной оболочкой коацервата возникли пробионты – предшественники клеток. Возникновение и реализация генетического кода, мембраны у пробионтов стало началом биологической эволюции.

5. Возникновение первых клеток. В результате длительной эволюции и естественного отбора пробионты превратились в системы более высокого порядка, какими являются живые организмы. Вероятнее всего первыми организмами были гетеротрофные прокариотические клетки.

Итак, идею, выдвинутую А. И. Опариным, коротко можно выразить следующим образом:

Жизнь на Земле прошла длительный путь эволюции химических веществ: из неорганических веществ образовались сложные органические вещества. Накопление их в течение миллиардов лет в океанах обеспечило возможность сложным молекулам концентрироваться в коацерваты, которые стали основой появления элементарных первичных организмов.

Не все еще понятно в самом моменте перехода от сложных органических веществ в коацерватной капле к живой клетке, но ясно, что эта эволюция продолжалась несколько миллионов лет. Экспериментально пока еще не воспроизведен момент, когда сложная молекулярная система становится "живой системой". Поэтому идеи, высказанные Опариным, Холдейном, Берналом и другими учеными, называют гипотезой, а не теорией, так как она еще требует своего доказательства.

< Предыдущая страница "Возникновение и развитие жизни"

Следующая страница "Начальные этапы развития жизни" >

Меню сайта

Календарь

«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Статистика


Онлайн всего: 23
Гостей: 23
Пользователей: 0

Наш опрос

Как часто вы посещаете сайт "Биология в лицее"?
Всего ответов: 7984

Мини-чат



Поиск




Курсы валют на Банкир.Ру