Теория первичного бульона кратко
Обновлено: 05.07.2024
Всем привет, я Маша Осетрова, и сегодня я расскажу вам о том, как на Земле могла появиться жизнь.
Вплоть до XVII века нашей эры с происхождением жизни все было просто: считалось, что живые организмы постоянно самозарождаются из неживой материи: мухи — из гниющего мяса, мыши — из грязных тряпок и так далее.
Начало многовековому поиску настоящего механизма зарождения жизни положил итальянец Франческо Реди, усомнившийся в том, что все может быть так просто. В серии экспериментов он клал куски мяса в кувшины, некоторые из которых оставлял открытыми, а некоторые — закрывал тонкой кисеей.
Оказалось, что черви заводятся только в незакрытых кувшинах, в которые могли залетать мухи и откладывать яйца. Так было показано, что самозарождение червей в гнилом мясе — миф.
Затем ученые открыли микроорганизмы, и все считали, что уж эти мельчайшие создания точно могут самопроизвольно возникать в подходящей среде. За опровержение этого мифа взялся итальянский ученый Ладзаро Спалланцани. Он кипятил бульон и запаивал его в стеклянных колбах, после чего тот не прокисал месяцами и годами в закрытом сосуде, однако быстро портился после его вскрытия.
Критики экспериментов Спалланцани возражали, что в таких условиях для зарождения жизни не хватает давления воздуха. Луи Пастер учел это обстоятельство и усовершенствовал опыты итальянского коллеги: вместо запанных колб он использовал открытые сосуды с длинным S-образно изогнутым горлом.
Повороты в стеклянной трубке препятствовали проникновению микроорганизмов в бульон, и он не портился, несмотря на приток воздуха. Так было показано, что даже микроорганизмы могут размножаться только из уже существующих микроорганизмов. Это поставило перед учеными новый вопрос: откуда все-таки на Земле возникла жизнь?
Одно из простейших объяснений — теория панспермии, согласно которой жизнь на Земле и не возникала, а была занесена на нашу планету из космоса. Она не объясняет, однако, того, как эта жизнь возникла, а в крайних интерпретациях предполагает, что жизнь — неотъемлемое свойство материи и существует с момента зарождения Вселенной.
В начале XX века широкое распространение получила теория абиогенеза — происхождения жизни из неживой материи, сформулированная Джоном Холдейном и Александром Ивановичем Опариным. Они предположили, что жизнь могла зародиться из так называемого первичного бульона — древнего океана, в котором под действием разрядов молний, солнечного ультрафиолета и вулканических извержений в бескислородной среде синтезировались сложные органические молекулы.
Эксперименты подтвердили, что в подобных условиях действительно можно получить простейшие аминокислоты, сахара и нуклеотиды — строительные блоки белков, углеводов и ДНК, соответственно.
Существует множество научных теорий о зарождении жизни на Земле. Однако большинство современных ученых считают, что жизнь зародилась в теплой воде, поскольку это наиболее благоприятная среда для развития простейших одноклеточных организмов.
- Почему жизнь зародилась в воде
- Как произошла жизнь на Земле
- Как возникла жизнь на Земле
Зарождение жизни в горячих источниках
Минеральная вода и особенно насыщенные солями горячие гейзеры могут успешно поддерживать примитивные формы жизни. Академик Ю.В. Наточин в 2005 году предположил, что средой образования живых протоклеток был не Древний океан, а теплый водоем с преобладанием ионов К+. В морской воде доминируют ионы Na+.
Теория академика Наточина подтверждается анализом содержания элементов в современных живых клетках. В них так же, как и в гейзерах, преобладают ионы К+.
В 2011 году японский ученый Тадаси Сугавара сумел создать живую клетку в горячей минерализованной воде. Примитивные бактериологические образования – строматолиты и сейчас образуются в естественных условиях в гейзерах Гренландии и Исландии.
В теория первичного бульона, также называемый примитивным, примитивным, примитивным супом или исконный суп, пытается определить происхождение жизни на Земле; Его разработал советский ученый Александр Опарин.
Согласно этой теории, жизнь на Земле зародилась в химической среде, существовавшей примерно 3,8 миллиарда лет назад. Хотя невозможно доказать правдивость этой гипотезы, так как условия на Земле в то время полностью не известны, были проведены эксперименты, чтобы определить, насколько возможно событие такого рода.
Однако происхождение жизни на Земле остается неоднозначным. Многие ученые поддерживают различные теории, но ни одна из них не была полностью доказана.
О чем теория?
Теория первичного бульона полностью основана на концепции абиогенеза. Абиогенез - это процесс, с помощью которого, теоретически, могут быть созданы живые организмы в результате химических реакций, вызванных неживыми соединениями.
Проще говоря, речь идет о создании жизни посредством химических реакций. Это эволюционная концепция, которая определяет происхождение жизни в результате реакций неорганической материи.
Теория изначального супа утверждает, что жизнь зародилась в океане или колодце с водой, существовавшем на Земле 3,8 миллиарда лет назад. К тому времени атмосферные условия на планете и ее химический состав были в гораздо более хаотичном состоянии, чем сегодня.
В то время на планете не было ни растений, ни жизни. Согласно теориям Опарина и Холдейна, Земля имела восстановительную атмосферу. Это означает, что в нем очень мало кислорода или даже считается, что в нем совсем нет кислорода.
Поэтому изначальная теория супа (также известная как гипотеза Опарина-Холдейна) утверждает, что жизнь на планете возникла в результате химической реакции углерода, водорода, водяного пара и аммиака.
Исторический фон и дарвиновская вера
Со времен греческого философа и ученого Аристотеля высказывалась теория о возможности того, что жизнь на планете возникла в процессе абиогенеза. У самого Аристотеля была простая теория на этот счет: он сравнивал появление червей в разложившихся веществах со спонтанным зарождением жизни.
Концепция Аристотеля (зародившаяся в 4 веке до нашей эры) перестала быть принятой в середине 17 века, когда итальянский ученый показал, что личинки в мусоре образуются только при соприкосновении с ним мух.
Концепция итальянца, которого звали Франческо Реди, полностью поддерживала идею о том, что каждая живая форма должна быть произведена из другой живой формы. Эта концепция называется биогенезом; создание жизни на основе самой жизни.
Позже были проведены эксперименты с происхождением микробов в среде, не подвергавшейся воздействию воды. Когда эксперимент не удался, возможность появления через абиогенез была исключена.
Однако Чарльз Дарвин теоретизировал о возможности того, что жизнь могла возникнуть в колодце, когда Земля находилась в гораздо более примитивном состоянии. Он считал, что в ряде определенных условий жизнь может зарождаться посредством абиогенеза.
Эксперименты
Чтобы проверить теорию Опарина и Холдейна, были проведены два основных эксперимента, которые послужили основой для придания долголетия идеям обоих ученых. Результаты неубедительны, но доказывают, что они могут иметь определенный уровень достоверности.
Миллер и Юри эксперимент
Этот эксперимент считается одним из классических тестов в исследовании процессов абиогенеза. Это было выполнено в 1952 году профессором Чикагского университета (и предшественником атомной бомбы) Гарольдом Юри; и один из его учеников, Стэнли Миллер.
Эксперимент проводился с использованием метана, водорода, воды и аммиака. Все соединения были запечатаны в стерильной среде, где все контролировалось для имитации условий на Земле миллионы лет назад.
Было вызвано испарение воды, и электричество использовалось для моделирования возможных воздействий атмосферных электрических разрядов.
В этом эксперименте удалось получить ряд аминокислот, которые частично подтвердили теорию первичного супа и, таким образом, процесс абиогенеза.
Они не были вескими доказательствами, но они определенно указывали на скрытую возможность того, что жизнь на Земле могла возникнуть таким образом.
Однако другие научные тесты, проведенные спустя годы после эксперимента, пришли к выводу, что атмосфера Земли в то время могла сильно отличаться от той, которая была предложена в эксперименте Миллера и Юри. Это повлияло на достоверность теории.
Эксперимент Хоана Оро
Оро был французским ученым, который провел эксперимент в 1961 году. Он определил, что аденин (основной компонент нуклеиновых кислот, присутствующих в живых организмах) может быть создан из водорода и аммиака в растворе воды.
Его эксперимент по сей день является знаменем химии пребиотиков, частично подтверждая теорию пребиотического супа.
Оро также предложил идею о том, что основные компоненты жизни достигли Земли через кометы и астероиды, которые столкнулись с планетой миллионы лет назад. Его идея получила широкое признание; фактически, это считается наиболее вероятным способом зарождения жизни на Земле.
Эта теория также родилась в 1961 году, когда он провел свой эксперимент. Фактически, согласно Оро, компоненты, с помощью которых возникла жизнь в процессе абиогенеза, достигли пребиотической воды через кометы, поразившие планету.
Как многообразна жизнь на нашей планете! И разве можно, глядя на всё это многообразие, изучая его, не задаваться вопросом о генезисе живого? Этот вопрос, наряду с вопросами о происхождении Вселенной и происхождении человека, один из самых главных, и человечество всегда искало ответ на него.
Вчера я рассмотрела, какие основные гипотезы о происхождении жизни существовали раньше.
А сейчас посмотрим, что говорит нам современное естествознание.
Первичный бульон — термин, введённый А.И. Опариным. Первичный бульон предположительно существовал в мелких водоёмах Земли 4 млрд. лет назад. Он состоял из аминокислот, полипептидов, азотистых оснований, нуклеотидов. Он образовался под воздействием электрических разрядов, высокой температуры и космического излучения. При этом в атмосфере ещё отсутствовал кислород.
Первичная атмосфера Земли содержала водород и соединения углерода (метан) и азота (аммиак). Отсутствие в атмосфере кислорода было вероятно необходимым условием возникновения жизни: лабораторные опыты показывают, что органические вещества гораздо легче создаются в восстановительной среде, чем в атмосфере, богатой кислородом. О том, что атмосфера была именно такой, свидетельствуют самые древние горные породы на Земле.
Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента появления первичного океана (бульона). 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.
Наука доказала, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно синтезировать не только аминокислоты, но и другие органические вещества. Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло явиться образование коацерватных капель. При определённых условиях водная оболочка органических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающего раствора. Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуя многомолекулярные комплексы — коацерваты.
Коацерватные капели - самообразующиеся в растворах высокомолекулярных соединений зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней.
Хорошая гипотеза. Простая, понятная, научная. Я, конечно, понимаю, что не всё то, что кажется простым и понятным, на самом деле верно. Поэтому рассмотрим и другие гипотезы.
2. Гипотеза мира РНК
Мир РНК – термин, который ввел в оборот Уолтер Гилберт. Имеется в виду полноценный, самостоятельный и способный к эволюции мир доклеточной жизни.
К середине 60-х годов ХХ века науке стали известны подробности функционирования двух молекул, которые более, чем белки, подходили для роли "молекул первожизни", - ДНК и РНК. Обе они кодируют генетическую информацию, и обе могут использоваться для ее переноса. Но одно дело - возможность нести информацию, и совершенно другое - способность передавать ее потомкам самостоятельно, без посторонней помощи.
В конце 60-х годов прошлого века были открыты рибозомы (особые молекулы РНК).
Особенность рибозом в том, что они обладают двойными способностями: способностью к самовоспроизведению и способностью выступать в качестве биологического катализатора. Из этого можно сделать предположение, что древнейшей и простейшей формой живого являются не белки, а молекулы РНК – именно они впервые начали самовоспроизводиться и систематически синтезировать белок. Есть мнение, что известной нам форме жизни предшествовала некая форма протожизни – прогенот, которая была представлена организованными сообществами РНК. Накопление случайных мутаций привело к появлению РНК, катализирующих синтез определённых белков, являющихся более эффективным катализатором, в связи с чем эти мутации закреплялись в ходе естественного отбора. С другой стороны, в ходе эволюции, из РНК сформировалась ДНК, обладающая более совершенным механизмом репликации и синтеза белка.
Идея мира РНК была впервые высказана Карлом Вёзе в 1968 году, позже развита Лесли Оргелом и окончательно сформулирована Уолтером Гильбертом в 1986 году.
Эта гипотеза мне тоже нравится - она вполне логична. Вот только откуда тогда взялись РНК? Об этом в следующей гипотезе.
3. Теория самоорганизации
Итак, имеется много достаточно веских теоретических доводов, чтобы считать молекулу РНК основоположницей жизни на Земле. Но тут возникает следующий вопрос: а как возникла РНК с её двойными способностями? Пока точного ответа на него нет, но пути ответа можно искать в принципах самоорганизации систем.
Можно предположить, что в какой-то момент эволюции косной материи во Вселенной в какой-то определенной точке (в данном случае на Земле, а может, еще где-то) в результате диссипации (перехода части энергии упорядоченных процессов в энергию неупорядоченных процессов) случайно создались условия для группировки органических молекул в комплексы (системы), у которых со временем через ряд бифуркаций появилась способность к саморегуляции и самовоспроизведению. Самовоспроизводящие системы со сложившейся стабильной последовательностью нуклеотидов уже могут быть названы живыми в полном смысле этого слова.
В результате обмена веществом и энергией с изменяющейся окружающей средой шло постепенное последовательное усложнение органических систем в течение многих миллиардов лет, что привело к возникновению высокоорганизованной формы материи – живому веществу, то есть растений и животных. А т.к. обмен веществом и энергией предполагает взаимное влияние, следовательно, возникшая на Земле жизнь преобразовала те условия, которые сделали возможным её появление - в нашу эпоху отсутствуют предпосылки для синтеза и усложнения органических веществ. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения.
Ох уж мне эта синергетика. Её плюс в том, что она всегда всё объясняет. В этом же и её минус))
Подведём итоги.
В современном естествознании господствует теория биохимической эволюции: от неорганических соединений к органическим, от органических к биологическим. Гипотеза "первичного бульона" сюда вписывается полностью. Гипотеза РНК тоже, в принципе, не входит в противоречие с теорией биохимической эволюцией.
А синергетика. Её тоже не будем сбрасывать со счетов. Эволюция + самоорганизация + . подождём дальнейшего развития естествознания))
Одно для меня несомненно: человечество когда-нибудь (и я верю, что скоро!) ответит на вопрос, как появилась жизнь на Земле.
Читайте также: