Охарактеризуйте роль химической эволюции в зарождении жизни на земле кратко

Обновлено: 12.06.2024

Аналогичная ситуация с происхождением жизни. Любое современное живое существо (даже современная бактерия) это продукт длительного многофакторного биологического и химического отбора как современный автомобиль - продукт длительного многофакторного технико-экономического отбора. Заметим, кстати, что эволюция автомобилей заняла немногим более 200 лет, а от протобионта до первой бактерии - сотни миллионов лет.

На сегодняшний день есть несколько близких теорий химической (предбиологической) эволюции. Они едины в общем и различаются лишь в некоторых деталей. Не исключено, что верны несколько из них - хотя на Земле реализовалась какая-то одна. Главное в этих теориях то, что они показывают:
- нет никакого барьера между "неживой" (до-биологической) органикой, первыми протобионтами, и первыми клеточными регулярно-делящимися организмами. Это гладкий процесс без каких-либо скачков.
- химическая эволюция переходит в биологическую естественным образом (везде, где для этого есть физико-химические условия), это не в большей мере проявление случайности, чем выпадение карбонатного осадка в хорде формирования сталактитов и сталагмитов.

17 фото, которые показывают, насколько же сильно всё вокруг нас меняется со временем

Коллективный вой: чем обусловлена такая реакция в собачьей компании?

Игра не по правилам: 15 примеров отклонения от нормальной физиологии

Обнять и плакать: худшие восковые фигуры знаменитостей

Отец с дочерью воссоздают культовые сцены из фильмов

Совершенство и правда существует и часто проявляется в мелочах

Подземная электростанция, которую построили немцы в годы войны

Бумажные журавлики и тонны гуманитарной помощи: как добровольцы помогают беженцам

Западные звёзды, которых увидели советские граждане после падения железного занавеса

Таких водителей нужно прав лишать: в Северодвинске на территории школы сбили ребёнка

Tovarna avtomobilov Maribor — Югославские грузовики и автобусы

События на Украине 3 марта. Прямая трансляция / Пост обновляется

Автомобиль мечты Explorer 1954 года — самый редкий в мире Plymouth

Парень колесит по Америке с собакой, и зарабатывает в дороге

Спокойный сон за рулём и звонкое пробуждение из Санкт-Петербурга

20+ трогательных фото животных, которых спасли от трудной судьбы

Туристы приезжают в лес к Винни-Пуху, а встречают лишь совокупляющиеся парочки

Брэд Питт будет судиться с Анджелиной Джоли из-за русского алкомагната

Супруги из США разбогатели, сходив в любимый ресторан

Наташа Хенстридж: что стало с супер-женщиной из боевиков 90-х

Женщина не позволила хитрому псу стащить контейнер с едой

13 актеров, которые не вернутся в фильмы Marvel, и 18, готовых играть в них вечно

Разбор ситуации с западным бизнесом: ну и куда они без нас денутся?

"Жена сказала, что я дебил": убойные отзывы покупателей

Российские паралимпийцы не будут выступать на Играх в Пекине

"Знаете что, господа хорошие из Apple. ": депутат Госдумы представила российский смартфон AYYA T1

Да им цены нет: 25 замечательных вещиц, найденных на распродажах

2-летняя малышка чуть не утонула в бассейне, когда ее отец отвернулся

Изобретатели придумали способ, как сэкономить расход топлива самолетам и сберечь природу

"Меняю iPhone на Mercedes": как россияне на фоне растущих цен пытаются продать технику б/у

Тайны династии Добронравовых: как дворник стал народным артистом и снял в кино всю семью

Киберпанк на пороге: учёные научились управлять плотоядными растениями

Женщина украла с заправки бензин, чтобы поджечь соседей вместе с домом

В последний раз: 20 исторических фото, после которых все закончилось

14 неожиданных находок в старых домах, которые стали настоящим сюрпризом для владельцев

Как не стоит воспитывать детей: истории из интернета

Трагическая история, которую скрывает женский вокал в одной из самых знаменитых песен «Роллинг.

Образец тюнинга 80-х: Mercedes-Benz 450 SL Koenig Specials с широким кузовом

Формулировка теории биохимической эволюции

По данным теории биохимической эволюции, формирование жизни на Земле протекало в 3 этапа, и развитию усложненных форм живых организмов предшествовал очень долгий исторический процесс по взаимодействию и построению из органических молекул сложных соединений и образование уже из них различных форм жизни.

Три этапа формирования жизни на Земле:

Первым этапом был абиогенный синтез органических веществ. Это значит, что органические вещества образовались под воздействием внешней среды, наиболее важным фактором, при этом является ультрафиолетовое излучение, и из различных неорганических соединений .
Вторым этапом было формирование биополимеров их органических соединений.
И, последнее, формирование мембранных структур и самовоспроизведение.

Плюсы биохимической теории

Теория является почти полностью доказанной, она имеет много сторонников, но что же все-таки смущает некоторых ученых?

Минусы теории Опарина-Холдейна

Кроме весомых плюсов теория имеет достаточно сомнительные недостатки, которые не делают теорию официальной, но считают общепринятой:

Например, одним из минусов теории биохимической эволюции является отсутствие объяснения возникновения механизма коацерватов полноценной, сформированной клетки.
Отсутствие объяснения появления способности к самовоспроизведению тоже смущает ученых и оставляет вопрос открытым.
Помимо этого, есть еще более важный аргумент ставящий теорию под сомнение: момент образования белковых структур имеет очень грубую неточность- как аминокислоты без участия ферментов смогли образовать эти самые белковые структуры? Как образовались первые ферменты? На каком этапе это произошло и что стало толчком к этому?

Все неточности не позволяют раз и навсегда ответить на вопрос возникновения жизни и признать данную теорию единственной верной.

Подведем итоги и дадим прогнозы

Насколько известно, даже сейчас, в научных кругах, ищутся ответы на все неточности и проводятся все новые и новые исследования по обнаружению и получению ферментов, которые при взаимодействии с аминокислотами образовали бы те самые, первые белковые структуры.

Оглядываясь на бесконечно набирающий темп роста научного развития, можно с уверенностью сказать, что в течении 50 ближайших лет будут даны ответы на самые сложные вопросы образования вселенной, жизни, каждой клетки и каждого живого существа.

В 1924 г. биохимиком А. И. Опариным, а позднее английским ученым Дж. Холдейном (1929) была сформулировала гипотеза, рассматривающая жизнь как результат длительной эволюции углеродных соединений.

В своей работе он подчеркивал, что предшественники организмов (пробионты) в ходе ряда химических и физиологических процессов (этап химической эволюции), происходивших на протяжении длительного времени в условиях молодой планеты, приобрели свойства организмов. После этого начался этап борьбы за существование с закономерностями, выявленными Ч. Дарвином (этап биологической эволюции).

Заслугой А.И. Опарина является создание теории эволюции живой материи.

А. И. Опарин (1894-1980)

Ее основные идеи:

1. Первоначально жизнь возникла в Мировом океане как результат химической эволюции (то есть абиогенно).
2. Развитие живой материи и появление большого разнообразия форм жизни происходило в процессе биологической эволюции (то есть биогенно), которая стала вторым этапом развития жизни на Земле.

Современная теория возникновения жизни на Земле, называемая теорией биопоэза, была сформулирована в 1947 г. английским ученым Дж. Берналом.

Основные этапы зарождения жизни на земле.

1 Образование Солнца и Солнечной системы из облака космической пыли более 7 млрд. лет назад
2 Образование планеты Земля (4,5 – 7 млрд. лет назад) из скопления газов и холодных (замерзших) пылевых частиц, состоящих из металлов и других химических элементов
3 Разогрев недр планеты под действием сил гравитации и под влиянием тепла от распада радиационных элементов, образование первичной газовой атмосферы Земли, состоящей из водорода, воды в виде пара, углекислого газа, метана и аммиака
4 Остывание поверхности планеты, конденсация паров воды, образование первичных морей и океанов

Возникновение и развитие жизни на Земле происходило на протяжении трех эволюционных этапов

I. Химическая эволюция – абиогенный синтез органических полимеров

II.Предбиологическая эволюция – формирование белково -нуклеиново-липидных комплексов (коацерваты, пробионты, прогеноты), способных к упорядоченному обмену веществ и самовоспроизведению. Появление первых примитивных живых организмов – прокариотов.

III. Биологическая эволюция. Состояла из ряда последовательно протекающих процессов.

1) Появление первых одноклеточных организмов (прокариотов). Они были гетеротрофами (т.к питательных веществ было много и производить самостоятельно не было потребности) с малоэффективным анаэробным типам обмена веществ.
2) Запас органических веществ на Земле стал постепенно истощаться, что послужила причиной к постепенному переходу к автотрофному питани.

Сначала эволюция прокариот пошла по пути процесса хемосинтеза – образования органических веществ из оксида углерода за счет энергии окисления неорганических веществ (серенные пурпурные бактерии).

3) Условия на Земле начали меняться: уменьшалась вулканическая деятельность, солнечный свет уже не задерживался атмосферой, так как в ней было меньше пыли. Поэтому дальнейшая эволюция пошла по пути использования солнечной энергии. Возник процесс фотосинтеза – образование органических веществ и кислорода из неорганических: углекислого газа и воды, с использованием энергии Солнца. Первыми фотосинтезирующими организмами были синезеленые водоросли.
4) с появлением фотосинтезирующих организмов в атмосферу стал выделяться кислород. Который под действием ультрафиолетового излучения частично превращается в озон. Сформировался защитный озоновый слой.
5) в условиях окислительной атмосферы появился энергетически более выгодный кислородный тип обмена веществ. Появились аэробные бактерии.

· Предшественники организмов (пробионты) в ходе ряда химических и физиологических процессов (этап химической эволюции), приобрели свойства организмов.
· Развитие живой материи и появление большого разнообразия форм жизни происходило в процессе биологической эволюции (то есть биогенно), которая стала вторым этапом развития жизни на Земле.

Итоги: гипотеза биохимической эволюции является самой совершенной, так как ее можно смоделировать и археологически доказать.

В 1923 году советский ученый А.И. Опарин, исходя из теоретических соображений, предположил, что на Земле жизнь возникла постепенно из неорганических веществ путем длительной молекулярной эволюции.

Предполагается, что Земля и другие планеты солнечной системы образовались из газово-пылевого облака около 4,5 млрд лет назад. На первых этапах своего существования Земля имела очень высокую температуру. По мере остывания планеты тяжелые элементы перемещались к центру, а более легкие оставались на поверхности. Например, атомы железа концентрировались в центре, а менее тяжелые атомы кремния и алюминия образовывали земную кору. Самые легкие -оставались во внешних слоях облака и формировали первичную атмосферу Земли. Она состояла из свободного водорода и его соединений: воды, метана, аммиака, цианидов и поэтому носила восстановительный характер: соединения водорода легко вступают в химические реакции, отдавая водород и при этом окисляясь.

Компоненты атмосферы подвергались воздействию различных источников энергии: жесткому коротковолновому излучению Солнца, грозовым разрядам, действию высокой температуры, ударным волнам от метеоритов, попадающих в земную атмосферу. В результате этих воздействий химически простые компоненты атмосферы вступали во взаимодействие, изменяясь и усложняясь. Возникли молекулы сахаров, аминокислот, азотистые основания, органические кислоты (уксусная, муравьиная, молочная) и другие простые органические соединения.

Отсутствие в атмосфере кислорода и восстановительная среда являлись необходимым условием возникновения органических молекул небиологическим путем. Кислород взаимодействует с органическими веществами и разрушает их или лишает тех свойств, которые были бы полезны для предбиологических систем. Поэтому, если бы органические молекулы на первобытной Земле соприкасались с кислородом, то они существовали бы недолго и не успевали бы образовывать более сложные структуры.

В 1953 году американский ученый Стенли Миллер в ряде экспериментов смоделировал условия, предположительно существовавшие на первобытной Земле. Герметичная колба с парами воды, аммиака, метана, синильной кислоты и углекислым газом подвергалась действию высоких температур и электрических разрядов. Результатом этих воздействий было образование жирных кислот, мочевины, сахаров и аминокислот. Позднее, во всех подобных экспериментах при отсутствии кислорода удавалось получить широкий набор различных органических продуктов. Оказалось, что абиогенным путем могут быть синтезированы многие простые соединения, входящих в состав биологических полимеров: белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов.

Все это свидетельствует о том, что органические соединения могли возникать чисто химическим путем в условиях, существовавших на Земле около 4 млрд лет назад. Необходимыми условиями этого являются:

1. Отсутствие кислорода и восстановительный характер атмосферы;

2. Высокая температура;

3. Источники энергии (излучение Солнца, грозовые разряды и т.д.)

Следующим этапом стало образование полимеров из мономеров:

По мере охлаждения Земли, водяной пар, содержащийся в атмосфере, конденсировался, на поверхность Земли обрушивались дожди, образуя большие водные пространства. Реакция полимеризации первичных звеньев в водном растворе не идет, так как при соединении друг с другом двух аминокислот или двух нуклеотидов отщепляется молекула воды. Скорость расщепления (гидролиза) биополимеров будет больше, чем скорость их синтеза. Ясно, что биополимеры не могли возникнуть сами в первичном океане. Возможно, первичный синтез биополимеров шел при замораживании первичного океана или же при нагревании сухого его остатка. Есть и такая точка зрения, что синтез происходил непосредственно в первичной атмосфере и образующиеся соединения выпадали в первичный океан в виде частиц пыли.

Так возникли прообразы современных белков и нуклеиновых кислот. Среди случайно образующихся полипептидов могли быть такие, которые обладали каталитической активностью и могли ускорять процессы синтеза полинуклеотидов.

Такие агрегаты–коацерваты избирательно поглощают из окружающей среды вещества, так что они накапливаются в них в определенных количествах, создавая внутри среду, отличную от окружающей. На границе между коацерватами и внешней средой встраивались липиды, что приводило к образованию примитивной мембраны, обеспечивающей коацервату стабильность. Из первичного океана некоторые коацерваты могли поглощать нуклеотиды – предшественники нуклеиновых кислот. Присутствие же в агрегате белковых молекул, способных катализировать полезные для него реакции, придавали стабильность и обеспечивали более длительное существование. В условиях конкуренции происходил естественный отбор коацерватов. Так, по мере роста и ассоциации агрегатов, по мнению Опарина, могли возникнуть первые клетки.

Условиями, необходимые для развития жизни являются:

1. Наличие определенных химических веществ (первичного бульона);

2. Наличие источника энергии (солнечное излучение);

3. Отсутствие кислорода;

4. Безгранично долгое время. При наличии фермента то или иное превращение вещества завершается за 1-2 секунды, тогда как при отсутствии ферментов, для того же превращения могут потребоваться миллионы лет. Однако, при наличии достаточного времени, даже самые маловероятные события могли бы произойти рано или поздно.

Используемые источники:

Биохимическая теория происхождения жизни на Земле – это учение, созданное А.И. Опариным в 1923 году, которое содержит предположение о том, что жизнь на Земле возникала постепенно из неорганических веществ путем достаточно длительной молекулярной эволюции.

Биохимическая теория возникновения жизни

Существует предположение о том, что Земля и все планеты солнечной системы были образованы из газопылевого облака несколько миллиардов лет назад. На первом этапе образования Земля имела очень высокую температуру. По мере остывания тяжелые элементы перемещались ближе к ее центру, более легкие элементы оставались на поверхности Земли.

Таким образом, атомы железа концентрировались в центре планеты, кремний, алюминий переходили ближе к ее поверхности. Самые лёгкие атомы поднимались на поверхность и сформировали первичную атмосферу. По сути, она состояла из метана, цианидов, аммиака. Атмосфера имела восстановительный характер, поскольку все соединения водорода легко вступали в химические реакции, отсоединяя водовод.

Атмосфера также систематически подвергалась воздействию различны энергетических источников. К ним относят:

жесткое коротковолновое излучения Солнца;
грозовые разряды;
ударные волны от падения метеоритов.

В результате таких воздействий компоненты атмосферы, имеющие простую химическую структуру, менялись и значительно усложнялись. Появились молекулы сахаров, органических кислот и других веществ. Эти вещества являлись скорее мономерами, но имели структуру, которая существенно отличалась от имеющийся на тот момент в составе первичного бульона.

Отсутствие в атмосфере кислорода и восстановительная среда являлись необходимым условием возникновения органических молекул небиологическим путем. Кислород в то время в атмосфере отсутствовал, так как при соприкосновении с молекулами делала процесс их существования стал бы достаточно недолгим.

В 1953 году Стенли Миллер смоделировал ряд экспериментов, в ходе которых воспроизвел условия существования организмов на первобытной Земле. В ходе их был сделан вывод о том, что абиогенным путем синтезировались простые соединения, входящие в состав биологических полимеров: белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов.

Готовые работы на аналогичную тему

Все вышеописанные примеры говорят о том, что органические соединения возникали химическим путем в условиях, которые существовали около 4 млрд. лет назад. Необходимыми условиями для реализации такой ситуации являлись:

восстановительный характер атмосферы, отсутствие кислорода;
высокая температура окружающей среды;
источники энергии (Солнце, грозовые разряды).

Далее началось образование полимеров из мономеров. Земля охлаждалась постепенно и водяной пар конденсировался в атмосфере. На поверхность Земли обрушивались дожди, которые позволили образоваться большим водным пространствами. Происходила реакция полимеризации первичных звеньев органических веществ в водных растворах.

Скорость расщепления биологических полимеров будет больше, чем скорость их синтеза. Биополимеры не моги возникать в первичном океане. Скорее всего первичный синтез биополимеров начинался при замораживании первичного океана или при нагревании сухого остатка водных пространств.

Есть и такая точка зрения, что синтез происходил непосредственно в первичной атмосфере и образующиеся соединения выпадали в первичный океан в виде частиц пыли. При этом считается, что возникли прообразы современных белков и нуклеиновых кислот. Пептиды образовывались случайным образом, а среди них могли быть те, которые обладали высокой степенью каталитической активности и ускорять синтез полинуклеотидов.

В водном растворе такие молекулы приобретали водную оболочку, при этом ее толщина напрямую зависела от величины заряда молекулы. Подобные молекулы объединялись друг с другом и образовывали коацерваты.

Коацерваты – это органические молекулы с водной оболочкой, входившие в состав первичного бульона.

Основным свойством таких коацерватов является способность избирательно поглощать определенные вещества из окружающей среды, создавая внутри себя среду, которая значительно отличается от окружающей. На границе между коацерватами и окружающей средой формировались липидные оболочки и они, по сути, являлись своего рода примитивной мембраной, которая делала коацерват более стабильной системой.

Коацерваты подвергались естественному отбору, поэтому некоторые из них приобрели способность поглощать белковые молекулы – предшественники, представлявшие собой прообраз полноценных нуклеиновых кислот. Опарин утверждал, что по мере роста агрегатов – коацерватов возникали первые клеточные структуры, а затем и сами клетки.

Выводы

Таким образом, согласно теории Опарина для образования жизни на земле необходимо наличие следующих условий:

Несмотря на столь весомые доводы, теория Опарина подвергалась весьма серьезной критике. В частности, С. П. Костычев, который был приверженцем теории панспермии, неоднократно заявлял о несостоятельности теории Опарина. Он говорил о том, что клеточный организм является слишком сложной структурой, чтобы можно было даже теоретически допустить случайное образование такой многогранной системы.

Читайте также: