Эволюция протобионтов кратко и понятно

Обновлено: 18.05.2024

Современные представления о возникновении жизни. Этапы эволюции живых существ

I. История развития проблемы
Проблема происхождения жизни одна из наиболее важных и сложных проблем современной биологии. Ее решение имеет важное значение для понимания особенностей организации и эволюции современных организмов. Существует большое количество теорий происхождения жизни. Креационистские концепции основаны на положении о божественном сотворении живого, они недоказуемы и ненаучны. Суждения материалистов-естествоиспытателей и философов укладываются в две главные гипотезы. Согласно гипотезе панспермии жизнь занесена из космоса в виде спор микроорганизмов. И хотя прямых доказательств этого нет, предполагают, что космос мог быть источником низкомолекулярных органических соединений, послуживших средой для развития жизни. Согласно второй гипотезе жизнь возникла на Земле при совокупности условий путем абиогенного образования органических веществ из неорганических.
Первую научную гипотезу по вопросу о происхождении жизни на Земле высказал, в 1924 г. А.И. Опарин на заседании Русского ботанического общества. Она известна под названием эволюционной теории возникновения жизни. Эта гипотеза объясняла материалистическое происхождение жизни на Земле абиогенным путем. В 1929 г. английский ученый Дж. Холдейн высказал аналогичное предположение. Согласно этим гипотезам жизнь возникла путем постепенной эволюции органических соединений на земной поверхности (включая атмосферу и гидросферу), т.е. в ходе эволюционного абиогенеза. Тот факт, что зарождение жизни в современных условиях невозможно, объясняется отсутствием восстановительной атмосферы и первоначальной стерильности Земной поверхности.

II. Основные этапы возникновения жизни
По современным представлениям основными этапами возникновения и развития жизни являются:
1. Образование первичной атмосферы из газов, послуживших “сырьем“ для синтеза органических веществ.
2. Абиогенное образование органических веществ, в том числе мономеров - аминокислот, мононуклеотидов, сахаров.
3. Полимеризация мономеров в полимеры - полипептиды, полинуклеотиды.
4. Образование протобионтов - предбиологических форм сложного химического состава, имеющих некоторые свойства живых существ.
5. Возникновение примитивных клеток - простейших живых форм.
6. Биологическая эволюция возникших живых существ.
Возраст Земли, как и всей Солнечной системы, около 4,6 млрд. лет, поэтому вряд ли жизнь старше этого срока. Еще Ч. Дарвин заметил, что жизнь может возникнуть только при отсутствии жизни. Вездесущие микроорганизмы, распространенные сейчас на Земле,
использовали бы все возникающие вновь органические вещества. Поэтому возникновение жизни в привычных нам земных условиях невозможно.
Одним из условий возникновения жизни на Земле было отсутствие кислорода в атмосфере, т.к. кислород, взаимодействуя с органическими веществами, разрушает их. В первичной атмосфере восстановительного типа содержались углекислый газ, водород, азот, аммиак, метан, водяные пары, синильная кислота. Источниками энергии являлись ультрафиолетовое, космическое излучения, тепловая и электрическая энергии. В этих условиях происходили химические реакции с образованием самых разнообразных сложных соединений, в том числе и органических. В 1953 г. Стенли Миллер и Юри экспериментально в лабораторных условиях подтвердили возможность абиогенного синтеза органических веществ: карбоновых кислот, аминокислот, азотистых оснований, АТФ. Органические вещества накапливались в водах первичного океана в виде первичного бульона или адсорбировались на поверхности глинистых отложений, что создавало лучшие условия для полимеризации.
Следующим этапом на пути возникновения жизни была полимеризация низкомолекулярных соединений с образованием полипептидов и полинуклеотидов. Реакция полимеризации первичных звеньев в водном растворе не идет, т.к. при соеди-нении друг с другом аминокислот или нуклеотидов отщепляется молекула воды. Есть предположение, что первичный синтез биополимеров шел при замораживании “первичного бульона” или же при нагревании его сухого остатка. К. Фокс, нагревая до 130° сухую смесь аминокислот, показал, что в этом случае реакция полимеризации происходит. Вода при этом испаряется и получается искусственный протеиноид. Протеиноиды представляют собой белковоподобные молекулы со случайной последовательностью аминокислот. Протеиноиды, растворенные в воде, обладают незначительной каталитической активностью, т.е. обладают свойствами ферментов. Есть предположение, что аминокислоты “первичного бульона” концентрировались в испаряющихся водоемах, а затем под действием солнечных лучей высушивались и полимеризовались, образуя белковоподобные вещества.
Следующий этап - это возникновение фазовообособленных открытых систем - предбиологических форм сложного химического состава, или протобионтов. В силу особых физико-химических свойств молекул воды и органических соединений, водныерастворы последних могут разделяться на две фазы. Так, голландский ученый Белгендерг де Ионг, используя смесь водных растворов желатина и гуммиарабика, наблюдал процесс образования комплексов, названных им “коацерватные” капли. Капли были неодинаковы по размерам, они сливались, увеличивались в размерах за счет поступления органических веществ, обладали способностью к избирательному обмену с окружающей средой, т.е. являлись открытыми системами.
Другая модель возникновения протобионтов, предложенная К. Фоксом, - модель протеиноидов. Эти структуры назвали микросферами. Коацерватные капли и микросферы могут рассматриваться как модель протобионта (т.е. предшественника клетки).
Протобионты представляются как обособленные от окружающей среды, открытые макромолекулярные системы, способные к примитивным формам роста, размножения, обмена веществ и предбиологическому химическому отбору.
Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение примитивных живых существ - протоклеток.
Эволюция протобионтов по пути возникновения протоклеток шла по трем главным направлениям: 1) совершенствование каталитической функции белков. Развивалось такое свойство биологического катализа, как специфичность. 2) возникновение механизма самовоспроизведения себе подобных, реакций матричного синтеза. 3) возникновение биологических мембран с избирательной проницаемостью и стабилизация параметров обмена веществ.
Протоклетки в большом количестве накапливались в водоемах и опускались на дно, где оказывались защищенными от губительного действия ультрафиолетовых лучей. Так, американский ученый Неги обнаружил органические микроструктуры, имеющие возраст 3,7 млрд.
лет. Подобные структуры были найдены в южноафриканских осадочных породах, возраст которых 2,2 млрд. лет. Все эти данные и приводят к мнению, что эволюция протоклеток продолжалась в течение огромного периода времени, начиная от первых протоклеток, возникших 3,7 млрд. лет тому назад. В эту раннюю эпоху у протоклеток появились и эволюционировали генетический и белоксинтезирующий аппараты, и также наследуемый обмен веществ.
В проблеме происхождения жизни есть много не решенных до конца вопросов: 1) возникновение полупроницаемых мембран клетки; 2) возникновение рибосом, 3) возникновение генетического кода, который универсален для всего живого на Земле; 4) возникновение энергетического механизма клетки с использованием АТФ и т.д.
На возникновение жизни потребовалось относительно мало времени, если учесть, что возраст планеты 4,6 млрд. лет. В промежутке времени между 3,7 и 2,9 млрд. лет появились первые гетеротрофные организмы, на смену им пришли фотосинтезирующие. Появление их было связано с тем, что запасы органических веществ в первичном океане были полностью исчерпаны и обменные процессы у части живых существ переориентировались на усвоение энергии солнечного света. Это были прокариоты типа сине-зеленых водорослей и бактерий. И лишь за 1500 млн. лет до наших дней возникли первые эукариоты - как гетеротрофные, так и автотрофные организмы, давшие начало современным группам живых существ.

III. Основные этапы эволюции живых существ
В настоящее время общепризнано, что вскоре после возникновения жизни она разделилась на три корня, которые представлены надцарствами архебактерий, эубактерий и эукариот. Больше всего черт исходных протоорганизмов сохранили архебактерии. Они обитают в бескислородных илах, концентрированных растворах соли, горячих вулканических источниках. Согласно симбиотической гипотезе, основой в эволюции клетки эукариотического типа послужил анаэробный прокариот. Надцарство эукариот разделилось на царства животных, растений, грибов.
Рассмотрим основные пути эволюции животных. Первые остатки животных находят в морских отложениях протерозоя. Первые многоклеточные животные представлены сразу несколькими типами: губки, кишечнополостные, членистоногие. В морях кембрийского периода уже существовали все основные типы животных (см. табл. 8) В силурийский период появились животные, дышащие атмосферным воздухом. Первыми обитателями суши были паукообразные, напоминавшие по строению современных скорпионов. Уже в девонском периоде появились все современные подклассы рыб. От древних костных рыб произошли кистеперые, двоякодышащие и современные костистые рыбы. Кистепёрые дали начало первым земноводным (стегоцефалам). В каменно-угольном периоде появляются первые пресмыкающиеся, что определило начало активного завоевания суши позвоночными. Одной из ветвей древних рептилий являлись котилозавры - предки современных пресмыкающихся. До наших дней из триасовых рептилий дожили гаттерия и черепахи. Особенно сильного развития достигают морские рептилии в юрском периоде (ихтиозавры, плезиозавры). Возникают птерозавры, освоившие воздушную среду. В меловом периоде продолжается специализация рептилий, возникают гигантские растительноядные динозавры, встречаются летающие ящеры с размахом крыльев до 20 м. В условиях похолодания исключительные преимущества получают теплокровные животные - птицы, млекопитающие. Кайнозой - время расцвета насекомых, птиц, млекопитающих. Исходной группой для млекопитающих служили зверозубые ящеры. Приматы в своём происхождении связаны с древними насекомоядными. Одна из групп обезьян - дриопитеки - дала начало ветви, ведущей к роду человек (таблица 8).

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Описание презентации по отдельным слайдам:

Эволюция протобионтов Урок биологии 11 класс

Коацерват – сгусток, образовавшийся в первичном мировом океане при концентрировании раствора, состоящего из органических веществ. Свойства коацервата: Питание Рост Выделение Борьба за существование Коацерваты не способны к самовоспроизведению.

Главные направления эволюции, приведшие к возникновению биологических систем. Возникновение энергетических систем Возникновение каталитической активности белков Появление генетического кода Появление мембранных структур Появление способов преобразования энергии

Возникновение энергетических систем Источник энергии в клетке – молекулы АТФ Могли образоваться в результате синтеза фосфатов с органическими веществами Молекула пирофосфата

Возникновение каталитической активности белков Первыми катализаторами, доступными для протоклеток, были относительно простые органические и неорганические соединения внешней среды. Например, ионы железа могут в незначительной степени ускорять реакции переноса водорода. Но если железо ввести в порфириновое кольцо, каталитическая активность этого комплекса будет в 1000 раз выше, чем ионов железа. Можно представить, что аналогичный путь усовершенствования простых катализаторов имел место в процессе эволюции протоклеток.

Возникновение каталитической активности белков Примером комплексов, возникших в результате сочетания различных молекул (органических и неорганических), могут быть современные коферменты . Число известных коферментов невелико, но они являются универсальными, присущими всем живым организмам катализаторами.

Возникновение каталитической активности белков В качестве предшественников современных ферментов можно рассматривать простые пептиды , для которых показана способность ускорять определенные реакции, в частности, реакции гидролиза, аминирования различных соединений и др. Эволюция ферментных белков из предшественников - простых пептидов - прошла длительный путь в направлении наилучшего приспособления их первичной, вторичной и третичной структур к выполняемым функциям.

Появление матричного синтеза, самовоспроизведения 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 протобионтов. Появление генетического кода

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). Появление генетического кода

Появление генетического кода Взаимодействие нуклеиновых кислот с белками привело к формированию генетического кода.

Возникновение мембранных структур Водоёмы были покрыты фосфолипидными плёнками с присоединёнными к ним молекулами белков При порывах ветра фосфолипидная плёнка изгибалась, от неё могли отрываться пузырьки.

Возникновение мембранных структур Падая обратно, пузырьки покрывались вторым фосфолипидно-пептидным слоем. В процессе образования таких пузырьков внутри них могли оказываться различные вещества

Возникновение мембранных структур Для дальнейшей эволюции важны были те пузырьки, которые содержали в себе коацерваты с белково-нуклеиновыми комплексами. Биомембраны - защита и независимое существование Белково-нуклеиновые комплексы – передача наследственной информации

Строение биологической мембраны 2 слоя фосфолипидов 1 слой белков

Появление способов преобразования энергии По типу питания первые организмы были доядерными анаэробными гетеротрофами – питались готовыми органическими веществами. Первые хемосинтетики – зеленые и пурпурные бактерии имели фотосистему-1, которая в качестве донора электронов использовала Н2S. При хемосинтезе выделялась сера.

Появление способов преобразования энергии Позже, у цианобактерий впервые появляется ФС-2, способная отбирать электроны у Н2О – атмосфера стала насыщаться кислородом, что привело к появлению дыхания. Возникновение аэробных организмов.

Эволюция метаболизма Анаэробные гетеротрофы ↓ Первые автотрофы – хемосинтетики ↓ Фотосинтетики ↓ Аэробные гетеротрофы

Домашнее задание § 2.4 (учебник В.Б. Захарова)

подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
по всем предметам 1-11 классов

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Сейчас обучается 922 человека из 80 регионов

Курс повышения квалификации

Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam

Курс добавлен 31.01.2022
Сейчас обучается 28 человек из 18 регионов

Курс повышения квалификации

Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Дистанционные курсы для педагогов

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 611 572 материала в базе

ЗП до 91 000 руб.
Гибкий график
Удаленная работа

Самые массовые международные дистанционные

Школьные Инфоконкурсы 2022

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

27.06.2017 8696
PPTX 1.8 мбайт
358 скачиваний
Рейтинг: 4 из 5
Оцените материал:

Настоящий материал опубликован пользователем Цивилева Елена Борисовна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Автор материала

40%

Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
Для учеников 1-11 классов

Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов

Дистанционные курсы
для педагогов

663 курса от 690 рублей

Выбрать курс со скидкой

Выдаём документы
установленного образца!

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

Онлайн-тренинг: нейрогимнастика для успешной учёбы и комфортной жизни

Время чтения: 2 минуты

Россияне ценят в учителях образованность, любовь и доброжелательность к детям

Время чтения: 2 минуты

Рособрнадзор предложил дать возможность детям из ДНР и ЛНР поступать в вузы без сдачи ЕГЭ

Время чтения: 1 минута

Новые курсы: преподавание блогинга и архитектуры, подготовка аспирантов и другие

Время чтения: 16 минут

Школы граничащих с Украиной районов Крыма досрочно уйдут на каникулы

Время чтения: 0 минут

ГИА для школьников, находящихся за рубежом, может стать дистанционным

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Презентация на тему: " Эволюция протобионтов. Главные направления эволюции Возникновение каталитической активности белков Появление генетического кода Ряд основных событий." — Транскрипт:

2 Главные направления эволюции Возникновение каталитической активности белков Появление генетического кода Ряд основных событий

3 Возникновение энергетических систем Малые органические молекулы Соединение с различными формами фосфата Реакционноспо собные в водном растворе Фосфатная группа При переносе Высвобождается или поглощается энергия Благодаря таким переносам энергия запасается а затем используется В настоящее время Высокоэнергетические связи, образуемые между фосфатами и органическими соединениями, обеспечивают протекание всех биологических реакций

4 Органические биомолекулы малые способны + много H 2 O Вступать во все реакции Только когда активированы фосфатом Синтез полимеров в протоклетках обеспечивали активированные фосфатом промежуточные соединения В ходе эволюции отбирались Более длинные полипептидные цепочки Обладали способностью ускорять течение химических реакций Фотосинтетическое образование пирофосфата Первичный метаболизм протоклеток Современные фотосинтезирующие клетки Синтез в качестве аккумулятора энергии Аденозинтрифосфат из аденозиндифосфата Более эффективен

5 Образование полимеров протоклетки Не имели генетического и белоксинтезирующего аппарата Факс показал что… Произвольно организованные полипептидные молекулы обладают Неспецифической каталитической активностью На поверхности многочисленные заряды Т. К. Больше возможностей по образованию молекул Параллельно происходило становление генетического кода

6 Эволюция метаболизма Появление генетического аппарата протоклетки Смогли передавать потомкам Способность синтезировать специфические полипептиды Образовывались родственные протоклетки Подвергались естественному отбору Развили способность к синтезу крупных белков Биологическая природа

7 Все биологические системы используют одинаковые пути биохимических превращений Все живые существа потомки исходной предковой популяции первичных клеток Результат эволюции клетки в направлении максимального использования единственно пригодного для этого молекул Хлорофилла (фотосинтез) Ферментной транспортной системы электронов фотосинтез Первые в бескислородной среде Кислород в атмосферу (цианобактерии) Озоновый экран появился 2250 млн. лет назад Появление аэробных бактерий

Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Эволюция протобионтов. Презентация на заданную тему содержит 16 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!

РНК- предшественница жизни. Мир РНК — гипотетический этап возникновения жизни на Земле, когда как функцию хранения генетической информации, так и катализ химических реакций выполняли ансамбли молекул рибонуклеиновых кислот. Впоследствии из их ассоциаций возникла современная ДНК-РНК-белковая жизнь, обособленная мембраной от внешней среды. Идея мира РНК была впервые высказана Карлом Вёзе в 1968 году, позже развита Лесли Орджелом и окончательно сформулирована Уолтером Гильбертом в 1986 году.

Вначале, в условиях молодой Земли спонтанно появились короткие цепочки молекул РНК. Некоторые из них, опять же спонтанно, приобретали способность к катализу реакции собственного воспроизведения (репликации). Из-за ошибок при репликации некоторые из дочерних молекул отличались от материнских и обладали новыми свойствами, например, могли катализировать другие реакции. Вначале, в условиях молодой Земли спонтанно появились короткие цепочки молекул РНК. Некоторые из них, опять же спонтанно, приобретали способность к катализу реакции собственного воспроизведения (репликации). Из-за ошибок при репликации некоторые из дочерних молекул отличались от материнских и обладали новыми свойствами, например, могли катализировать другие реакции.

Читайте также: