Какое значение для возникновения органических молекул из неорганических веществ на земле имел кратко
Обновлено: 04.07.2024
Какое значение для происхождения органических молекул из неорганических веществ на Земле имел восстановительный характер первичной атмосферы?
- Семён Толстобровый
- Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ
- 2019-10-29 11:50:02
- 0
- 1
В отличие от современной, первичная атмосфера не обязана была содержать кислород. По нраву она должна была быть восстановительной, а не окислительной средой. Восстановительный характер атмосферы тех времен подтверждается наличием в самых старых породах Земли металлов в восстановительной форме, например, как двухвалентное железо. Неимение кислорода в атмосфере, по-видимому, является нужным условием для происхожденья жизни.
Таким образом, в критериях восстановительной среды могли синтезироваться разные, начиная с простых, органические соединения при наличии источников энергии. Необходимость наличия источников энергии диктуется тем, что такие реакции, как верховодило, для своего протекания требуют издержек энергии. Получить эту энергию тогда было не трудно. Источниками энергии являлись ультрафиолетовое излучение Солнца, радиоактивное излучение Земли, электронные разряды молний в атмосфере, тепло вулканов и почти все иное.
Вопрос 1. Перечислите космические и планетарные предпосылки возникновения жизни абиогенным путем на нашей планете.
1. Космические предпосылки:
—равномерное излучение звезды;
—ультрафиолетовое излучение с длиной волны короче 150 им;
—удары метеоритов; приливы и отливы.
2. Планетарные предпосылки:
—оптимальное расстояние до звезды;
—размеры планеты, достаточные для удержания атмосферы;
—высокая скорость вращения планеты вокруг своей оси;
— первичная восстановительная атмосфера;
—наличие первичного океана (водная среда):
—вулканизм (высокие температуры);
—пористые глины приливно-отливной зоны, на которых происходили адсорбция и перемешивание веществ первичного океана (повышение концентрации веществ в зоне адсорбции);
— молнии (энергия грозовых разрядов).
Вопрос 2. Какое значение для возникновения органических молекул из неорганических веществ на Земле имел восстановительный характер первичной атмосферы?
Восстановительная атмосфера с высоким содержанием аммиака создавала условия возникновения первых аминокислот. это доказано опытами С. Миллера и Х. Юри, которые подвергли смесь водорода, метана, аммиака и воды воздействию электрических разрядов, что привело к образованию аминокислот и других органических соединений н растворе.
Вопрос 3. Опишите аппарат и методику проведения опытов С. Миллера и Х. Юри.
Суть метода Миллера-Юри заключается в том, что они постарались максимально приблизить параметры эксперимента к условиям, существовавшим на земле 44,5 млрд лет назад. Аппарат Миллера представлял собой замкнутый контур, в котором через пары кипящей воды, содержащей метав, аммиак и водород, пропускались электрические разряды. затем пиры проходили через холодильник-конденсатор, И органические вещества оказывались в растворе который затем подвергали качественному и количественному анализу.
Значение первичной атмосферы
Какое значение для возникновения органических молекул из неорганических веществ на Земле имел восстановительный характер первичной атмосферы?
Восстановительная атмосфера с высоким содержанием аммиака создавала условия возникновения первых аминокислот. Это доказано опытами С. Миллера и X. Юри, которые подвергли смесь водорода, метана, аммиака и воды воздействию электрических разрядов, что привело к образованию аминокислот и других органических соединений в растворе.
of your page -->
ГДЗ Биология 7 класс Пасечник Суматохин Калинова
1. Какие группы растений и животных занимают в настоящее время господствующее положение?
2. Как изменялся мир растений и животных в процессе исторического развития?
1. покрыто семенные (цветковые) и млекопитающие в настоящее время являются самыми распространенными и высокоорганизованными в природе.
2. В процессе длительного развития многие организмы на Земле бесследно исчезли, другие неузнаваемо изменились.
1. О чём свидетельствуют находки ископаемых остатков в земной коре?
2. Где появились первые живые организмы?
3. Какое значение для развития жизни имело возникновение фотосинтеза?
4. Какими были первые древние живые организмы?
1. По отпечаткам и окаменелостям, которые находят в земной коре, учёные выясняют, как шло развитие живой природы, как одни организмы вытеснялись другими, усложнялась их организация. Так, в наиболее древних слоях земной коры обнаруживаются лишь остатки водорослей, в менее древних встречаются папоротники, голосеменные растения. Ещё позже появляются покрытосеменные растения.
2. Согласно современным представлениям, жизнь на Земле зародилась в воде около 4 млрд лет назад.
3. Первые живые организмы использовали органические и минеральные вещества, растворённые в воде первичного океана.
Постепенно запасы питательных веществ в первичном океане стали истощаться. Между организмами началась борьба за пищу. В этих условиях у некоторых примитивных организмов появились хлорофилл и хлоропласты. Организмы, имевшие хлорофилл и хлоропласты, стали использовать солнечную энергию для создания органических веществ из неорганических.
4. Тело их состояло из разных по строению и функциям клеток. Они выполняли определённые функции в организме, и только все вместе составляли целостный многоклеточный организм.
Что служит доказательством исторического развития органического мира?
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:
Читайте также: