Возможен ли процесс возникновения жизни в наше время кратко

Обновлено: 04.07.2024

Из того, что мы знаем о происхождении жизни на Земле, ясно, что процесс возникновения живых организмов из простых органических соединений был крайне длительным. Чтобы на Земле зародилась жизнь, понадобился длившийся много миллионов лет эволюционный процесс, в течение которого сложные молекулярные структуры, прежде всего нуклеиновые кислоты и белки, прошли отбор на устойчивость, на способность к воспроизведению себе подобных. Если сейчас на Земле где — нибудь в районах интенсивной вулканической деятельности и могут возникнуть достаточно сложные органические соединения, то вероятность сколько — нибудь продолжительного существования этих соединений ничтожна. Они немедленно будут окислены или использованы гетеротрофными организмами. Жизнь возникла на земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.

Вопрос 2. В чём состоит основное различие идей А.И. Опарина и Дж. Холдейна о происхождении жизни?

Оба ученых придерживались гипотезы о возникновении жизни в процессе биохимической эволюции углеродных соединений. Но в отличии от Опарина, который первичной считал коацерватную систему первичной, Холдейн выдвинул гипотезу где первичной была макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству. Другими словами А. И. Опарин отдавал первенство белкам, а Дж. Холдейн — нуклеиновым кислотам.

Поэт говорит о самой великой ценности – нашей уникальной природе, о ее многообразии и самобытности.

Физико — химическая эволюция в развитии биосферы

Вопрос 1. Охарактеризуйте физико — химические события, сопровождавшие образование Мирового океана.

Океан появился 3,5 млрд лет назад как следствие дегазации магмы и последующей конденсации паров в атмосферы.

Вопрос 2. Какие события в истории развития Земли сыграли наиболее существенную роль в появлении биосферы?

Появление сначала анаэробных бактерий. А потом — производящих кислород цианобактерий (сине — зелёных водорослей). Далее появились и аэробные живые существа. С появление кислорода связана биосфера.

Вопрос 3. В чём отличие первичной атмосферы Земли (Протоземли) от современной атмосферы?

Первичная атмосфера очень отличалась от современной. В ней отсутствовал кислород и остальные газы, которые могут окислять. Первичная атмосфера была восстановительной, а современная — окислительная. Первичная атмосфера содержала вулканические газы, в которых отсутствовал кислород.

Вопрос 4. Объясните, почему С. Миллер, опытным путём доказав возможность эволюционного возникновения органических веществ на Земле, не продолжил эксперимент до получения живой клетки.

В созданной ним установке ему удалось синтезировать ряд аминокислот, но он получил только 4 из 20 необходимых для жизни. 4 аминокислоты ему удалось сберечь лишь потому, что он изъял их из зоны разряда. Под поверхностью воды не достаточно энергии для активизации хим. реакций, поэтому чтоб из аминокислот получились молекулы белка им необходимо выйти из воды, но если это случится — они будут уничтожены ультрафиолетом. Это означает что накопления "первичного бульона" не было.

Вопрос, возможно ли повторное появление жизни на Земле, неизбежно возникает у каждого, кто узнает о том, как возникла жизнь.

Неживая материя в какой-то момент приобрела способность самовоспроизводиться и обмениваться веществами и энергией с окружающей средой. Этот факт заставляет задуматься, может ли подобное повториться.

Поневоле начинаешь фантазировать о необычных, возможно, неорганических живых существах. Но наука знает точный ответ на этот вопрос: повторно жизнь на Земле (и нигде, где уже зародилась) появиться и продолжить существовать не может.

Что нужно для возникновения жизни

Эксперимент Миллера-Юри, проведенный в 1953-1954 годах показывает, что из неорганических веществ при определенных условиях получаются органические – аминокислоты, углеводы, липиды, нуклеотиды. Для этого нужно пропустить электрический разряд через нагретую до 80°C смесь газообразных воды, аммиака, метана, угарного и углекислого газов.

В 2006 году немецкие химики продемонстрировали, что органические вещества получаются из неорганических и в растворах при нагревании до той же температуры. Электрические разряды для этого необязательны.

(А) — трубчатые черви сибоглинид (S. contortum). Позади — белые микробные циновки и маленькие баритовые трубы.

(B) — на крупном плане трубчатые черви сибоглинид перед белыми микробными матами. Обратите внимание на густые популяции мелких брюхоногих моллюсков (P. griegi и Skenea sp.) Рядом — линейка в 5 см для масштаба.

(D) — на крупном плане — ювенильная амфипода Melitid размером ~ 1,5 см.

(E) — электронно-микроскопическое изображение хемоавтотрофных амфипод Melitid (масштабная линейка — 3 мкм).

Из скопления органических веществ могут образовываться протоклетки – примитивная форма жизни. В 2008 году протоклетку удалось создать американским ученым, а в 2011 году – японцам.

Таким образом, чтобы из неорганических веществ получились органические, требуются:

Сами неорганические вещества – вода, аммиак, соединения углерода, фосфора и серы;
Высокая концентрация этих веществ;
Высокая температура.

Чтобы получившаяся органика стала живой, требуются другие условия:

Жидкая вода;
Ограничение капель органических веществ от окружающей среды;
Возможность обмена веществами и энергией с окружающей средой;
Условия, при которых органические вещества не разрушаются – относительно низкие температуры, отсутствие сильных окислителей;
Способность органических веществ самовоспроизводиться.

Последний пункт – самый сложный.

Углеводы, липиды и белки не воспроизводят свои копии. Это же относится к большинству молекул, за исключением нуклеиновых кислот – ДНК и РНК.

Протоклетка, полученная американцами в 2008 году, была способна частично воспроизводить структуру своей ДНК, не используя для этого ферменты. Однако РНК справляется с этой задачей лучше. Именно поэтому ученые считают, что первый живой организм содержал именно РНК.

Не только самовоспроизводство

Все живые организмы произошли от одного общего предка. Предположительно это была РНК-содержащая протоклетка, которая приобрела способность размножаться – воспроизводить саму себя.

Одно из свойств живых организмов – обмен с окружающей средой веществом и энергией. Это значит, что потомки протоклетки должны были получать энергию и вещества для роста и самовоспроизведения извне.

Рождение протоклетки из жирных кислот. Автор — Джанет Иваса , доцент кафедры биохимии в Университете Юты, известная своим вкладом в молекулярную и клеточную визуализацию.

Поначалу органических веществ хватало всем: они образуются проще, чем живые организмы. Однако через некоторое время должна была возникнуть конкуренция за питание. Вероятно, именно тогда появились автотрофные организмы, способные синтезировать органические вещества с использованием энергии Солнца (фотоавтотрофы) или химических связей (хемоавтотрофы). Вполне возможно, что тогда же появились и организмы, питающиеся другими организмами.

Живые организмы развивались и приспосабливались к новым условиям: изменениям атмосферы, температуры, состава воды, новым способам получать энергию – фотосинтезу, а затем – кислородному дыханию.

Цикл между автотрофами и гетеротрофами. Первые синтезируют органические вещества из неорганических (на данной схеме — с помощью фотосинтеза), поэтому считаются первичными продуцентами биосферы

Они стали многоклеточными, формировали внутренние и внешние скелеты, осваивали сушу и вновь уходили в океанские глубины. В результате эволюции и естественного отбора появилось множество непохожих друг на друга, но все-таки сходных живых существ. Они распространились по всей Земле, образовав биосферу.

Часть Земли, населенную живыми организмами, называют биосферой.

Границы жизни

В ходе эволюции живые организмы освоили все среды обитания: наземно-воздушную, водную и почвенную. В атмосфере биосфера заканчивается на высоте 20-22 км и определяется озоновым слоем. Он защищает живые организмы от действия ультрафиолетовых лучей. Большинство живых существ обитает ближе к поверхности Земли.

В литосфере живые организмы проникают на глубину до 7,5 км. Глубже существование жизни маловероятно из-за высоких температур, при которых испаряется вода и разрушаются белки.

Глубже всего в литосферу проникают бактерии-хемосинтетики. Среди многоклеточных рекорд принадлежит дьявольскому червю – нематоде Halicephalobus mephisto. Этот вид нематод открыли в ЮАР на глубине 3,6 км. Дьявольские черви живут в воде, прогретой до 48°C и питаются почвенными бактериями.

В гидросфере живые организмы обнаружили даже в Марианской впадине. На глубине 10911 м обитают фораминиферы – раковинные одноклеточные организмы. Там же обнаружили ракообразных Hirondellea gigas, размеры тела которых достигают 5 см.

Чтобы живые организмы оставались живыми, нужно соблюдение трех условий:

Доступная вода – жидкая и не слишком засоленная;
Источники энергии – ультрафиолетовое излучение или химические соединения для автотрофов; органические вещества для гетеротрофов;
Отсутствие факторов, к которым невозможно приспособиться – очень высоких температур, жесткого излучения и др.

К другим изменениям – давлению, температурам, химическому составу среды, наличию или отсутствию света – живые организмы могут приспособиться.

Это означает, что живые организмы обитают везде на Земле, где есть условия для существования жизни.

Почему жизнь не возникает повторно

Причины, по которым жизнь не может зародиться повторно, различаются в зависимости от того, какая из гипотез о происхождении жизни верна.

Материал по теме: Гипотезы возникновения жизни на Земле.
В статье мы поэтапно рассказываем, как зародилась жизнь на Земле и какие условия этому поспособствовали.

Если предполагать, что органические вещества получились из неорганических в газообразной среде под действием электрических разрядов, объяснение простое: состав атмосферы изменился, и органическим веществам не из чего образовываться. Раз они не образуются заново, значит, не могут и собраться в капли и сформировать протоклетку.

Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ

Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation

В 1924 г. отечественный ученый–биохимик А. И. Опарин опубликовал труд "Происхождение жизни", заставивший весь мир по-новому взглянуть на вопрос о происхождении жизни на Земле.

Согласно гипотезе, выдвинутой Опариным, жизнь зародилась на Земле, а не привнесена из космоса.

В своей работе Опарин подчеркивал, что первые предшественники организмов ( протобионты ) в ходе ряда химических и физических процессов (этап химической эволюции), происходивших на протяжении длительного времени в условиях молодой планеты, приобрели свойства организмов. После этого начался этап борьбы за существование и отбора живых существ в соответствии с закономерностями, выявленными Ч. Дарвином (этап биологической эволюции).

Великой заслугой А. И. Опарина является создание теории эволюции живой материи. Ее основные идеи: первоначально жизнь возникла в Мировом океане как результат химической эволюции (т.е. абиогенно); развитие живой материи и появление большого разнообразия форм жизни произошли в процессе биологической эволюции (т.е. биогенно), которая стала вторым, начавшимся после химической эволюции, важнейшим этапом развития жизни в истории Земли. В дальнейшем А. И. Опарин неоднократно уточнял и углублял свои идеи, подкрепляя их новыми исследовательскими материалами.

Какие же условия были на Земле в то время, когда возникли первые организмы?

Согласно современным научным данным, Земля образовалась примерно 4,5–7 млрд. лет назад из скопления газов и холодных (замерзших) пылевых частиц, состоявших из металлов и других химических элементов, окружавших формирующуюся молодую звезду – Солнце. Вначале Земля была газообразной и холодной, но по мере сжатия пылевых облаков, под действием гравитации и под влиянием тепла от распада радиоактивных элементов ее недра сгущались, разогревались и расплавлялись. При этом захороненные внутри планеты газы выделились наружу и образовали первичную газовую атмосферу формирующейся Земли.

Первичная атмосфера по своему составу сильно отличалась от современной: в ней присутствовало значительное количество водорода, были молекулы воды (в виде пара), углекислого газа, метана и аммиака. Свободного кислорода в земной атмосфере не было. Образовавшаяся Земля обладала достаточно большой массой, что позволяло ей удерживать в своем окружении газы. В то же время она находилась на таком расстоянии от Солнца, чтобы получаемого количества энергии хватало для поддержания воды в жидком состоянии.

Условия возникновения жизни на Земле

Исходные вещества	- Первичная атмосфера состояла из газообразных веществ: СО, СО ₂ , Н ₂ S, NH ₃ , H ₂ , NO ₂ , N ₂ , CH ₄ , Н ₂ О и др. - Не было свободного кислорода, который приводил бы к немедленному окислению исходных и промежуточных веществ; - Не существовало живых систем, которые тут же снова разрушали бы органические соединения или использовали их.
Источники энергии	- Космическая энергия: солнечный свет, включая ультрафиолетовое излучение, и космические лучи; - Энергия недр Земли: радиоактивность минералов, тепло вулканов и источников; - Энергия атмосферы: электрические разряды.
Достаточно длительное время	- Процесс химической эволюции начался минимум за 1 млрд. лет до образования первых организмов – гетеротрофных прокариотических клеток.

В результате разогревания Земля стала очень горячей, и вода, испаряясь с ее поверхности, образовала скопление густых облаков пара, окутавших молодую планету. Пары воды, охлаждаясь на высотах, превращались в жидкость и в виде ливней выпадали на горячую поверхность Земли. Такие ливни шли тысячелетиями, заполняя водой все впадины и трещины земной поверхности, образуя Мировой океан и одновременно вызывая охлаждение верхних слоев планеты.

В дождевой воде растворялись химические вещества из атмосферы и земной коры: метан, аммиак, цианистый водород, углекислый газ и многие другие. Вода, стекавшая в океаны, приносила с собой неорганические вещества, из их соединений с водой образовались различные соли. С ливневыми дождями в водоемы попадали и молекулы простейших органических веществ, возникавших в атмосфере под влиянием ультрафиолетовых лучей и электрических разрядов молний.

Накопление органических веществ превратило воды Мирового океана в своего рода бульон, содержавший смесь различных органических молекул. Эти молекулы, находясь близко друг от друга и вступая между собой в различные взаимодействия, создавали более сложные соединения. Так случалось бесчисленное количество раз в течение очень длительного времени, исчисляемого миллиардами лет. Среди множества образовавшихся соединений возникали отдельные сложные молекулы, в том числе белки, липиды, нуклеиновые кислоты, сахара и др., которые затем могли стать "живой" молекулярной системой в виде клетки, существующей в водной среде.

Предположение о том, что в водах Мирового океана было растворено большое количество органических веществ, получило подтверждение в ряде экспериментов, проведенных учеными в наше время.

1. Образование простых органических веществ. В 1953 г. С. Миллер и Г. Юри, смоделировав предполагаемые условия древней Земли (высокая температура, ультрафиолетовая радиация, электрические разряды), синтезировали в лабораторных условиях 15 аминокислот, входящих в состав живого, некоторые простые сахара (рибоза).

2. Образование сложных органических веществ. Испанский учёный Х. Оро (1960) осуществила биогенный синтез пуринов, пиримидинов, рибозы и дезоксирибозы – компонентов нуклеиновых кислот. Американские учёные абиогенно синтезировали АТФ – основную форму накопления энергии в живых организмах (С. Поннамперума,1970), а также аминокислоты, полипептиды и белковоподобные вещества (С. Фокс, 1969).

3. А. И. Опарин считал, что главная роль в превращении органических веществ в организме принадлежит белкам, так как они способны образовывать коллоидные комплексы, притягивающие к себе воду и тем создающие вокруг себя своеобразную оболочку. Другие ученые полагают, что помимо белков большую роль в создании комплексов играли нуклеиновые кислоты. Такие комплексы благодаря диффузии могли слипаться и сливаться друг с другом, удаляя лишнюю воду. Этот процесс был назван ученым коацервацией, а сами белковые комплексы – коацерватными каплями или коацерватами. Со временем у коацерватов появилась оболочка и они оказались способными к поглощению веществ, богатых энергией, и благодаря этому – к увеличению массы и размеров. Однако опыты, проведенные рядом ученых, подтверждают лишь саму возможность таких процессов в те далекие времена.

Коацерваты представляли собой первые "организации" молекул.

Увеличиваясь в размере, коацерваты разделялись на более мелкие частички – так был обозначен путь размножения первичных живых организмов. Для поддержания устойчивости коацерватам была нужна энергия, которая, по–видимому, была представлена различными химическими связями. Устойчивость некоторых коацерватов обеспечивала им сохранение и существование. Возможно, именно такие устойчивые структуры со временем (а этот процесс длился миллионы лет) и дали начало первым живым организмам в виде живой клетки, где нуклеиновые кислоты установили первичный контроль над основными внутриклеточными процессами, в том числе и такими, как питание, рост и размножение. Ученые считают, что эти первые формы жизни на Земле появились примерно 3500–3900 млн лет назад.

4. Возникновение пробионтов. В результате включения в коацерват молекулы, способной к самовоспроизведению (нуклеиновые кислоты), поглощения ионов металлов с образованием ферментов, внутренней перестройки покрытого липидной оболочкой коацервата возникли пробионты – предшественники клеток. Возникновение и реализация генетического кода, мембраны у пробионтов стало началом биологической эволюции.

5. Возникновение первых клеток. В результате длительной эволюции и естественного отбора пробионты превратились в системы более высокого порядка, какими являются живые организмы. Вероятнее всего первыми организмами были гетеротрофные прокариотические клетки.

Итак, идею, выдвинутую А. И. Опариным, коротко можно выразить следующим образом:

Жизнь на Земле прошла длительный путь эволюции химических веществ: из неорганических веществ образовались сложные органические вещества. Накопление их в течение миллиардов лет в океанах обеспечило возможность сложным молекулам концентрироваться в коацерваты, которые стали основой появления элементарных первичных организмов.

Не все еще понятно в самом моменте перехода от сложных органических веществ в коацерватной капле к живой клетке, но ясно, что эта эволюция продолжалась несколько миллионов лет. Экспериментально пока еще не воспроизведен момент, когда сложная молекулярная система становится "живой системой". Поэтому идеи, высказанные Опариным, Холдейном, Берналом и другими учеными, называют гипотезой, а не теорией, так как она еще требует своего доказательства.

Жизнь возникла на земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения.

Список литературы:

Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. - М.: Гардарики, 1999. - 476 с.

Слюсарев А.А. Биология с общей генетикой. - М.: Медицина, 1978. - 472 с.

Биология/ Семенов Э.В., Мамонтов С.Г., Коган В.Л. - М.: Высшая школа, 1984. - 352 с.

Общая биология/ Беляев Д.К., Рувинский А.О. - М.: Просвещение, 1993. - 271 с.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Читайте также: