Генобиоз и голобиоз кратко и понятно самое важное

Обновлено: 30.06.2024

ПРОИСХОЖДЕ́НИЕ ЖИ́ЗНИ, научная проблема, связанная с объяснением возможности возникновения живой природы, рассматривающая вопросы места, времени и обстоятельств этого процесса. Осн. совр. теории (гипотезы) П. ж. на Земле: теория биохимич. эволюции (абиогенеза) и теория панспермии (перенос жизни космич. телами или разумными существами). Последняя не решает проблемы П. ж., но увеличивает число потенциальных мест возникновения и разнообразие возможных условий зарождения жизни.

Основная сложность в решении вопроса относительно зарождения жизни на Земле объясняются следующим фактом: для саморепродукции нуклеиновых кислот, которые являются основой генетического кода, необходимы белки. В свою очередь для синтеза белков необходимы нуклеиновые кислоты.

Мысль о том, что и белки-ферменты, и нуклеиновые кислоты возникли единовременно, а затем соединились в единую систему в протобионте, после чего началась их одновременная взаимосвязанная эволюция, являлась бы идеальным компромиссным вариантом. Однако она не получила признания со стороны ученых ввиду глубоких различий между белковыми и нуклеиновыми макромолекулами. Этим объясняется невозможность их одновременного появления в ходе одного скачка химической эволюции. Из этого следует невозможность их сосуществования в протобиологической системе.

На основании этого большую часть ХХ века между учеными возникали дискуссии о том, что появилось раньше – нуклеиновые кислоты или белки. Разногласия возникали и относительно того, когда произошло их объединение в единую систему, которая имеет способность передавать генетическую информацию и регулировать биосинтез белков, одним словом, в систему, которая является живым организмом. Возникли понятия генобиоза и голобиоза.

В зависимости от того, что считается первичным, различают два методологических подхода к вопросу возникновения жизни:

1. Гипотезы, относящиеся к группе теорий генобиоза.

Генобиоз – методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода.

2. Гипотезы, относящиеся к группе теорий голобиоза.

Голобиоз – методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности структур, наделённых способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма.

Концепция голобиоза, признающая первичность белков, не потеряла своего значения. Полипептиды обладают каталитическими свойствами (С. Кауфман, 1993). Теория Опарина (1957-1960) включает разработку эволюции процессов обмена веществ. Он считал, что механизм запасания солнечной энергии с помощью хлорофилла достаточно сложен и не мог возникнуть быстро, как и процесс окисления некоторых неорганических соединений (серы или железа), используемых микроорганизмами для биосинтеза. Как сторонник первичного обмена веществ, протекающего в коацерватной системе, он считал появление в ней нуклеиновых кислот завершением эволюции в итоге конкуренции протобионтов. Из-за амфотерности молекул белка образовывались коллоидные гидрофильные комплексы, создавая оболочку типа эмульсии. При слиянии таких комплексов друг с другом образуются коацерваты (от лат. coacervatus – накопленный, собранный), отделяющие коллоиды от остальной водной среды. Различные коацерваты являлись сырьем для биохимического естественного отбора. В них происходили дальнейшие химические реакции, при поглощении ими ионов металлов образовывались ферменты. Вдоль границ выстраивались сложные углеводороды типа мембран клетки, обеспечивающие стабильность.

Появились новые гипотезы зарождения жизни: в тонких пленках органики, адсорбированной на кристаллах пирита или апатитов; в геотермальных источниках на дне океана. Выделяют особую роль в происхождении жизни соединений серы (К. де Дюв). Ясности пока нет, но очевидно, что существование жизни повышает энтропию Вселенной, переводя локально материю в организованное, структурированное состояние.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гипотезы голобиоза и генобиоза / Справочник24

1. Гипотезы, относящиеся к группе теорий генобиоза.

2. Гипотезы, относящиеся к группе теорий голобиоза.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гипотезы голобиоза и генобиоза / Справочник24

Генобиоз - методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода.

Голобиоз - методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности структур, наделенных способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма.

Концепция голобиоза, признающая первичность белков, не потеряла своего значения. Полипептиды обладают каталитическими свойствами.

4.2 Белково-коацерватная теория Опарина

Среди современных теорий происхождения жизни на Земле, наиболее обоснованной является теория академика А. И. Опарина.

Согласно этой теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделен на шесть этапов:

Возникновение органических веществ;

Возникновение белковых тел

Постепенное формирование коацерватов

Длительный естественный отбор среди коацерватов, закончившийся появлением белка, наделённого основным качеством жизни - самостоятельным обменом вещества

происхождение рибосом и транспортных РНК, генетического кода и энергетического механизма клетки с использованием АТФ (рис. 1)

Рис. 1 Схема белково-коацерватной теории Опарина.

Астрономические исследования показывают, что как звезды, так и планетные системы возникли из газопылевого вещества. В некоторых случаях эта газопылевая материя объединяется в плотное вещество, которое можно видеть невооруженным глазом. Химические исследования находящегося в галактике газопылевого вещества показали, что в нем наряду с металлами и их окислами обнаружены: водород, аммиак, вода и простейший углеводород – метан.

Второй этап – возникновение белков. Условия для начала процесса формирования белковых структур создались с момента создания первичного океана. Прежде всего, в водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.

Известно, что белковая молекула состоит из отдельных звеньев – аминокислот, которые соединены между собой при помощи полиптеидных связей. Показано, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно синтезировать не только аминокислоты, но и другие биохимические вещества.

Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло явиться образование коацерватных 6 капель, т. е. капель микроскопического размера, выпадающих при смешении двух белковых растворов. Отсюда возникла новая закономерность уже биологического характера – естественный отбор коацерватных капель. В процессе отбора оставались лишь те капли, которые при распаде на дочерние сохраняли особенности своей структуры, т.е. приобретали свойство самовоспроизведения — важнейшего признака жизни. [3]

По достижении этой стадии коацерватная капля превратилась в простейший живой организм. Коацерватные капли были местом встречи и взаимодействия до этого независимо возникавших простых белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и липидов. [1]

Под влиянием естественного отбора качество организации белкового вещества все время менялось. В результате возникла та согласованность процессов синтеза и распада, которая привела к возникновению первых живых организмов.

Последние этапы возникновения жизни – происхождение рибосом и транспортных РНК, генетического кода и энергетического механизма клетки с использованием АТФ – еще не удалось воспроизвести в лаборатории. Все эти структуры и процессы имеются уже у самых примитивных микроорганизмов, и принцип их строения и функционирования не менялся за всю историю Земли. Поэтому заключительный этап происхождения жизни мы можем пока реконструировать только предположительно – до тех пор, пока его не удастся воссоздать в экспериментах. [3]

Подобные условия, существовавшие на Земле 3 — 4 млрд лет назад, в 1953 г. создали в лаборатории американского биохимика Г. Юри — искровой разряд пропускали через смесь метана, аммиака, водорода и воды. В установке Миллера (рис. 2) удалось синтезировать ряд аминокислот, глутаминовую кислоту, аденин, глицин и простые сахара. После этого Орджел синтезировал простые нуклеиновые кислоты. Другие ученые стали использовать нагревание, пропускание β-лучей и ультрафиолета, и оказалось, что различные источники свободной энергии приводили к образованию с ходных веществ. Попадание полученных веществ в воду предохраняло от обратного распада на простые соединения, а взаимодействие друг с другом открывало возможность эволюции. Наиболее эффективным источником оказалось солнечное излучение в диапазоне (2. 2,5) 10 7 м.

Пока можно лишь утверждать, что на возникновение жизни в земном варианте потребовалось относительно мало времени – менее одного млрд. лет. Уже 3,8 млрд. лет назад существовали первые микроорганизмы, от которых произошло все многообразие форм земной жизни.

Жизнь возникла на земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на земле исключена.

4.3. Мир РНК как предшественник современной жизни

Мир РНК — гипотетическая стадия возникновения жизни на Земле , в которую функции как хранения генетической информации, так и катализа химических реакций выполняли ансамбли молекул РНК. Впоследствии из их ассоциаций возникла современная ДНКРНКбелковая жизнь, обособленная мембраной от внешней среды.

Идея РНК мира была впервые высказана Карлом Вёзе1968 году, позже развита Л. Оргелем и окончательно сформулирована Уолтером Гильбертом в 1986 году. [7]

В живых организмах практически все процессы происходят в основном благодаря ферментам белковой природы. Белки, однако, не могут самореплицироваться и синтезируются в клетке de novo на основании информации, заложенной в ДНК. Но и удвоение ДНК происходит только благодаря участию белков и РНК. Образуется замкнутый круг, из-за которого, в рамках теории самозарождения жизни приходилось признать необходимость не только абиогенного синтеза обоих классов молекул, но и спонтанного возникновения сложной системы их взаимосвязи, вероятность чего крайне низка.

1980-х годов в лаборатории Т. Чека и С. Олтмана в США была открыта каталитическая способность РНК. По аналогии с энзимами 8 (ферментами) РНК-катализаторы были названы рибозимами 9 , за их открытие была присуждена Нобелевская премия1989. Более того, оказалось, что активный центр рибосом содержит большое количество РНК. Также РНК способны создавать двойную цепочку и самореплицироваться. [4]

Реликты мира РНК остались в клеточных носителях энергии и в путях синтеза самих дезоксирибонуклеотидов: им всегда предшествуют рибонуклеотиды, для удвоения ДНК необходимы РНК-"затравки".

Заключение.

Вопрос о происхождении жизни является одним из наиболее трудных и, в тоже время, интересных вопросов в современном естествознании. Он труден потому, что, когда наука подходит к проблемам развития как создания нового, она оказывается у предела своих возможностей как отрасли культуры, основанной на доказательстве и экспериментальной проверке утверждений. Учёные сегодня не в состоянии воспроизвести процесс возникновения жизни с такой же точностью, как это было несколько миллиардов лет назад. Даже наиболее тщательно поставленный опыт будет лишь модельным экспериментом, лишённым ряда факторов, сопровождавших появление живого на Земле.

Изучив основные теории происхождения жизни на земле, можно сделать такой вывод.

Все теории можно разделить на теории абиогенеза - идеи о происхождении живого из неживого - исходная гипотеза современной теории происхождения жизни, и биогенеза – теории, утверждающие, что все живое произошло от живого. В настоящее время наиболее вероятны гипотезы второй группы, живое происходит только от живого (биогенное происхождение), возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.

Завершить работу хотелось бы словами Т. Николова: "И все же, как ни была бы сомнительна любая из теорий о развитии жизни на земле, каждая теория имеет право на существование, раз имеет сторонников. Но человечество не остановится на этом - оно будет искать единственно правильную теорию, даже если нужно будет разрушить то, что есть. Человечество поставило перед собой загадку, теперь появилась проблема на нее ответить".

Список использованных источников.

В.В. Кесарев Эволюция вещества во вселенной – М. Атомиздат 1976

Й. Клечек Вселенная и земля – М. Артия 1985

1 Эпигенетика - наследуемые изменения в фенотипе (внешнем виде) или в экспрессии генов, вызываемые другими механизмами, чем изменения последовательности ДНК (приставка эпи- означает в дополнении ).

2 Ян Баптиста ван Гельмонт (также именуемый: Ян Баптист ван Гельмонт, Жан Батист ван Гельмонт, Жан Баптист ван Гельмонт12 января1580, Брюссель — 30 декабря1644, Вильвард, Бельгия) — химик, физиолог, врач и теософ-мистик.

3 Луи Пастер (27 декабря 1822, Доль, департамент Юра — 28 сентября 1895, Вильнёв-Л'Этан близ Парижа) — выдающийся французский микробиолог и химик.

4 Ю́стус Ли́бих (12 мая1803, Дармштадт — 18 апреля1873, Мюнхен) — немецкий химик.

5 Сванте Август Аррениус швед. Svante August Arrhenius; 19 февраля1859, имение Вейк, недалеко от Упсалы — 2 октября1927, Стокгольм) — выдающийся шведский физико-химик, лауреат нобелевской премии по химии (1903).

6 Коацерваты — это комплексы коллоидных частиц. Они могут возникать, например, из комплексных солей кобальта, кремнекислого натрия и нашатырного спирта, в растворе ацетилцеллюлозы, в хлороформе или бензоле, при смешивании растворов различных белков. Такой раствор, как правило, разделяется на два слоя — слой, богатый коллоидными частицами, и жидкость, почти свободную от них. В некоторых случаях коацерваты образуются в виде отдельных капель, видимых под микроскопом. Для их образования необходимо присутствие в растворе нескольких (хотя бы двух) разноименно заряженных высокомолекулярных веществ.

7 Анаэро́бные формы организмов — формы, при которых организмы не требуют для своего развития наличия в среде молекулярного кислорода.

8 Э нзи́мы или ф ерме́нты (от лат. fermentum, греч. ζύμη, ἔνζυμον — дрожжи, закваска) — обычно белковые молекулы или молекулы РНК или их комплексы, ускоряющие (катализирующие) химические реакции в живых системах.

Происхождение жизни на земле (8)

. использованию основного научного метода). Жизнь на Земле представлена громадным разнообразием форм, . всегда. 4. Концепция панспермии – внеземного происхождения жизни; 5. Концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов .

Происхождение жизни на Земле (6)

Происхождение жизни на Земле Введение Существует много гипотез, объясняющие возникновение жизни на Земле. А, вообще, . Земля и поэтому на ней возникла и развилась жизнь. Теория происхождения жизни на Земле А. И. Опарина. Еще Ч.Дарвин понял, что жизнь .

Происхождение жизни на Земле (10)

. стационарного состояния концепция панспермии – внеземного происхождения жизни концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов .

Гипотеза А. И. Опарина о происхождении жизни на Земле

. теория А. И. Опарина о происхождении жизни на Земле. В современной науке известно большое количество концепций о происхождении жизни на Земле, но, тем .

Теории происхождения жизни на Земле

В вопросе о происхождении жизни, самым сложным считается характеристика структурных и функциональных особенностей протобиологической системы, то есть доклеточного предка. Трудность решения этого вопроса объясняется хорошо известным фактом: для саморепродукции нуклеиновых кислот – основы генетического кода – необходимы ферментные белки, а для синтеза белков – нуклеиновые кислоты. Поэтому предметом дискуссии издавна служили два взаимосвязанных вопроса. Первый: что было первичным – белки или нуклеиновые кислоты? Второй: если признать, что оба эти класса биополимеров возникли не одновременно, а последовательно, то на каком этапе и как произошло их объединение в единую систему, способную к функциям передачи генетической информации и регуляции биосинтеза белков?

Рассматривая ответы на вопрос о первичности белков или нуклеиновых кислот, все существующие гипотезы и концепции можно разделить на две большие группы – голобиоза и генобиоза.

Голобиоз – это методологический подход, основанный на идее первичности структур типа клеточной, наделенной способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма. Появление нуклеиновых кислот в ней считается завершением эволюции, итогом конкуренции протобионтов. Эту точку зрения можно еще назвать субстратной. К группе голобиоза относится и концепция А. И. Опарина.

Существует довольно много примеров подобного рода моделей, построенных на идеях гипотезы голобиоза. Объединяют их два главных момента. Первый – признание первичности белковой субстанции, способной к автокатализу, близкому к ферментативному. И второй – отсутствие даже упоминания о наличии в протеиноидных структурах молекулярных систем с функциями генетического кода. Появление генетического механизма матричного типа на основе макромолекул нуклеиновых кислот считается вторичным событием в эволюции протеиноидных структур.

Вплоть до 1980-х годов имело место четко выраженное противостояние гипотез голобиоза и генобиоза. Оно обрело форму дискуссии при обсуждении вопроса, что старше – голый ген или белковый протобионт, генетическая репродукция или метаболизм.

Также имелись сторонники некоего промежуточного варианта между голобиозом и генобиозом. Их общая идея в том, что белковые и нуклеиновые молекулы появились одновременно, объединились в единую систему в пределах структуры доклеточного предка и подверглись коэволюции – одновременной и взаимосвязанной эволюции. Однако и этот компромиссный вариант не получил всеобщего признания.

Длительность же существования одних только гетеротрофов была в геологических масштабах невелика, так как первичные гетеротрофные организмы, обладая свойствами живого вещества, быстро размножились и, естественно, быстро исчерпали свою питательную ресурсов, и возникшая конкуренция ускорила появление автотрофов.

Этот новый способ питания благоприятствовал быстрому расселению организмов у поверхности первичных водоемов. Но первичная поверхность Земли, лишенная свободного кислорода, подвергалась ультрафиолетовому излучению Солнца.

Поэтому, возможно, первичные фотохимические организмы использовали радиацию в ультрафиолетовой области спектра. Только после возникновения озонового экрана в связи с появлением свободного кислорода как побочного продукта того же фотосинтеза автотрофный фотосинтетический процесс начал использовать излучение в видимой части солнечного спектра.

Кроме того, самые первые фотосинтезирующие организмы, хотя и использовали в качестве источника энергии солнечную радиацию, были лишены метаболического пути, ведущего к образованию молекулярного кислорода. Полагают, что на более позднем этапе возникли организмы, способные к фотосинтезу с выделением кислорода, подобные современным сине-зеленым водорослям, и это привело к постепенному накоплению кислорода в атмосфере. Увеличение количества О2 в атмосфере и его ионизация с образованием озонового слоя уменьшили количество ультрафиолетовой радиации, достигающей Земли. Это привело к замедлению синтеза новых сложных веществ, но одновременно повысило устойчивость преуспевающих форм жизни. Изучение физиологии современных организмов выявило большое разнообразие биохимических путей, участвующих в связывании и освобождении энергии, которые, возможно, отражают первые эксперименты, проводившиеся природой на живых организмах.

Несмотря на все сказанное выше, проблема возникновения жизни остается нерешенной, и при всех огромных успехах биохимии ответы на вопросы носят умозрительный характер. Подробности перехода от сложных неживых веществ к простым живым организмам покрыты тайной.

Читайте также: