ქიმიური ევოლუციის თეორია (პრებიოტიკური ევოლუცია, აბიოგენეზის თეორია) არის სიცოცხლის ევოლუციის პირველი ეტაპი, რომლის დროსაც ორგანული, პრებიოტიკური ნივთიერებები წარმოიქმნება არაორგანული მოლეკულებისგან გარე ენერგიისა და შერჩევის ფაქტორების გავლენის ქვეშ და ყველა შედარებით რთულ სისტემაში თანდაყოლილი თვითორგანიზაციის პროცესების განლაგების გამო, რაც უდავოდ არის. ნახშირბადის შემცველი ყველა მოლეკულა. ასევე, ეს ტერმინები აღნიშნავენ იმ მოლეკულების გაჩენისა და განვითარების თეორიას, რომლებსაც ფუნდამენტური მნიშვნელობა აქვთ ცოცხალი მატერიის გაჩენისა და განვითარებისთვის.
ჩვენს სამყაროში სიცოცხლე წარმოდგენილია ერთადერთი შესაძლო გზით: როგორც "ცილოვანი სხეულების არსებობის რეჟიმი", შესაძლებელი ნახშირბადის პოლიმერიზაციის თვისებების უნიკალური კომბინაციისა და თხევადი ფაზის წყლის გარემოს დეპოლარიზაციული თვისებების გამო, როგორც ერთობლივად აუცილებელია. და საკმარისი პირობები ჩვენთვის ცნობილი ცხოვრების ყველა ფორმის გაჩენისა და განვითარებისათვის. ეს გულისხმობს, რომ, სულ მცირე, ერთ ფორმირებულ ბიოსფეროში, შეიძლება არსებობდეს მემკვიდრეობის მხოლოდ ერთი კოდი, რომელიც საერთოა მოცემული ბიოტას ყველა ცოცხალი არსებისთვის, მაგრამ რჩება კითხვა, არის თუ არა სხვა ბიოსფეროები დედამიწის გარეთ და არის თუ არა გენეტიკური აპარატის სხვა ვარიანტები. შესაძლებელია.

Კვლევა

ქიმიური ევოლუციის შესწავლა გართულებულია იმით, რომ დღეისათვის ცოდნა ძველი დედამიწის გეოქიმიური პირობების შესახებ საკმარისად სრულყოფილი არ არის. ამიტომ, გეოლოგიური მონაცემების გარდა, ასტრონომიული მონაცემებიც არის ჩართული. ამრიგად, ვენერასა და მარსზე არსებული პირობები განიხილება როგორც დედამიწაზე არსებული პირობები მისი ევოლუციის სხვადასხვა ეტაპზე. ძირითადი მონაცემები ქიმიური ევოლუციის შესახებ მიღებული იქნა მოდელის ექსპერიმენტების შედეგად, რომლის დროსაც შესაძლებელი გახდა რთული ორგანული მოლეკულების მიღება ატმოსფეროს, ჰიდროსფეროსა და ლითოსფეროს სხვადასხვა ქიმიური შემადგენლობის სიმულირებით და კლიმატური პირობებით. არსებული მონაცემების საფუძველზე წამოაყენეს არაერთი ჰიპოთეზა ქიმიური ევოლუციის კონკრეტული მექანიზმებისა და უშუალო მამოძრავებელი ძალების შესახებ.

აბიოგენეზი

ფართო გაგებით აბიოგენეზი- ცოცხალის გაჩენა უსულოდან, ანუ სიცოცხლის წარმოშობის თანამედროვე თეორიის საწყისი ჰიპოთეზა. 1920-იან წლებში აკადემიკოსმა ალექსანდრე ოპარინმა გამოთქვა მოსაზრება, რომ მაკრომოლეკულური ნაერთების ხსნარებში შეიძლება სპონტანურად წარმოიქმნას გაზრდილი კონცენტრაციის ზონები, რომლებიც შედარებით გამოყოფილია გარე გარემოდან და შეუძლია შეინარჩუნოს გაცვლა მასთან. მან მათ უწოდა coacervate წვეთები, ან უბრალოდ coacervates.

1953 წელს სტენლი მილერმა ექსპერიმენტულად ჩაატარა ამინომჟავების და სხვა ორგანული ნივთიერებების აბიოგენური სინთეზი იმ პირობებში, რომლებიც ამრავლებენ პრიმიტიული დედამიწის პირობებს. ასევე არსებობს ჰიპერციკლების თეორია, რომლის მიხედვითაც სიცოცხლის პირველი გამოვლინებები იყო, შესაბამისად, ჰიპერციკლების სახით - რთული კატალიზური რეაქციების კომპლექსი, რომლის გამომავალი პროდუქტები არის კატალიზატორები შემდგომი რეაქციებისთვის.
2008 წელს ამერიკელმა ბიოლოგებმა გადადგნენ მნიშვნელოვანი ნაბიჯი სიცოცხლის წარმოშობის საწყისი ეტაპების გასაგებად. მათ მოახერხეს მარტივი ლიპიდებისა და ცხიმოვანი მჟავების გარსით „პროტოუჯის“ შექმნა, რომელსაც შეუძლია გარემოდან გააქტიურებული ნუკლეოტიდების ამოღება - დნმ-ის სინთეზისთვის აუცილებელი „სამშენებლო ბლოკები“.

Ასპექტები

ქიმიური ევოლუციის ჰიპოთეზებმა უნდა ახსნას სხვადასხვა ასპექტები:
1. ბიომოლეკულების არაბიოლოგიური დასაწყისი, ანუ მათი განვითარება არაცოცხალი და, შესაბამისად, არაორგანული წინამორბედებისგან.
2. ქიმიური საინფორმაციო სისტემების გაჩენა, რომელსაც შეუძლია თვითგამრავლება და თვითშეცვალება, ანუ უჯრედის გაჩენა.
3. ფუნქციის (ფერმენტების) და ინფორმაციის (რნმ, დნმ) ურთიერთდამოკიდებულების გამოჩენა.
4. დედამიწის გარემოს პირობები 4,5-დან 3,5 მილიარდი წლის წინ პერიოდში.

ქიმიური ევოლუციის ერთიანი მოდელი ჯერ არ არის შემუშავებული, ალბათ იმიტომ, რომ ძირითადი პრინციპები ჯერ კიდევ არ არის აღმოჩენილი.

მსჯელობა

ბიომოლეკულები
მოლეკულების რთული ნაერთების პრებიოტიკური სინთეზი შეიძლება დაიყოს სამ თანმიმდევრულ ეტაპად:
1. მარტივი ორგანული ნაერთების (ალკოჰოლები, მჟავები, ჰეტეროციკლური ნაერთები: პურინები, პირიმიდინები და პიროლები) წარმოქმნა არაორგანული მასალებისგან.
2. უფრო რთული ორგანული ნაერთების - "ბიომოლეკულების" სინთეზი - მეტაბოლიტების ყველაზე გავრცელებული კლასების წარმომადგენლები, მათ შორის მონომერები - ბიოპოლიმერების სტრუქტურული ერთეულები (მონოსაქარიდები, ამინომჟავები, ცხიმოვანი მჟავები, ნუკლეოტიდები) მარტივი ორგანული ნაერთებისგან.
3. რთული ბიოპოლიმერების (პოლისაქარიდები, ცილები, ნუკლეინის მჟავები) წარმოქმნა ძირითადი სტრუქტურული ერთეულებიდან - მონომერებიდან.

უძველესი ატმოსფეროს განვითარება
დედამიწის ატმოსფეროს განვითარება ქიმიური ევოლუციის ნაწილია და, უფრო მეტიც, მნიშვნელოვანი ელემენტია კლიმატის ისტორიაში. დღეს ის დაყოფილია განვითარების ოთხ მნიშვნელოვან ეტაპად.

დასაწყისში კოსმოსში ქიმიური ელემენტების წარმოქმნა და მათგან დედამიწის გამოჩენა მოხდა - დაახლოებით 4,56 მილიარდი წლის წინ. სავარაუდოდ, ჩვენს პლანეტას უკვე საკმაოდ ადრე ჰქონდა წყალბადისა და ჰელიუმის ატმოსფერო, რომელიც, თუმცა, თანდათანობით გაჟონა კოსმოსში. ასტრონომები ასევე ვარაუდობენ, რომ შედარებით მაღალი ტემპერატურისა და მზის ქარის ზემოქმედების გამო, მცირე რაოდენობით მსუბუქი ქიმიური ელემენტები (ნახშირბადის, აზოტისა და ჟანგბადის ჩათვლით) შეიძლება დარჩეს დედამიწაზე და მზის მახლობლად მდებარე სხვა პლანეტებზე. ყველა ეს ელემენტი, რომლებიც დღეს ბიოსფეროს ძირითად ნაწილს ქმნიან, მზის სისტემის გარე ნაწილებიდან კომეტათა ზემოქმედებით იქნა მოტანილი მხოლოდ დიდი ხნის შემდეგ, როდესაც პროტოპლანეტები ოდნავ გაცივდნენ. მზის სისტემის გაჩენიდან პირველი რამდენიმე მილიონი წლის განმავლობაში ციურ სხეულებთან შეჯახება მუდმივად მეორდებოდა და მათ მიერ გამოწვეულმა შეჯახებამ გაანადგურა იმ დროს წარმოქმნილი ცოცხალი სისტემები. მაშასადამე, სიცოცხლის გაჩენა შეიძლება დაიწყოს მხოლოდ დიდი ხნის განმავლობაში წყლის დაგროვების შემდეგ, ყოველ შემთხვევაში ყველაზე ღრმა დეპრესიებში.
დედამიწის ნელი გაგრილებით, ვულკანური აქტივობით (დედამიწის ნაწლავებიდან აირების გათავისუფლებით) და დაცემული კომეტებიდან მასალების გლობალური განაწილებით, წარმოიშვა მეორე დედამიწის ატმოსფერო. სავარაუდოდ, იგი შედგებოდა წყლის ორთქლისგან (H2O 80%-მდე), ნახშირორჟანგი (CO2 20%-მდე), წყალბადის სულფიდი (7%-მდე), ამიაკი და მეთანი. წყლის ორთქლის მაღალი პროცენტული მაჩვენებელი განპირობებულია იმით, რომ დედამიწის ზედაპირი იმ დროს ჯერ კიდევ ძალიან ცხელი იყო ზღვების წარმოქმნისთვის. უპირველეს ყოვლისა, მცირე ორგანული მოლეკულები (მჟავები, ალკოჰოლები, ამინომჟავები) შეიძლება წარმოიქმნას წყლის, მეთანისა და ამიაკისგან ახალგაზრდა დედამიწის პირობებში, მოგვიანებით - ორგანული პოლიმერები (პოლისაქარიდები, ცხიმები, პოლიპეპტიდები), რომლებიც არასტაბილური იყო მჟავე ატმოსფეროში. .
მას შემდეგ, რაც ატმოსფერო გაცივდა წყლის დუღილის ქვემოთ ტემპერატურამდე, მოვიდა ძალიან გრძელი წვიმა, რომელმაც შექმნა ოკეანეები. გაიზარდა სხვა ატმოსფერული აირების გაჯერება წყლის ორთქლთან შედარებით. მაღალმა ულტრაიისფერმა გამოსხივებამ გამოიწვია წყლის, მეთანისა და ამიაკის ფოტოქიმიური დაშლა, რის შედეგადაც დაგროვდა ნახშირორჟანგი და აზოტი. მსუბუქი აირები - წყალბადი და ჰელიუმი - გაიტანეს კოსმოსში, ნახშირორჟანგი დიდი რაოდენობით იხსნება ოკეანეში, ჟანგავს წყალს. pH-ის მნიშვნელობა დაეცა 4-მდე. ინერტული და ნაკლებად ხსნადი აზოტი N2 დროთა განმავლობაში დაგროვდა და დაახლოებით 3,4 მილიარდი წლის წინ ატმოსფეროს ძირითად კომპონენტს წარმოადგენდა.
დაშლილი ნახშირორჟანგის (კარბონატების) ნალექმა, რომელიც რეაგირებდა ლითონის იონებთან და ცოცხალი არსებების შემდგომი განვითარება, რომლებიც ითვისებდნენ ნახშირორჟანგს, გამოიწვია CO2-ის კონცენტრაციის დაქვეითება და წყლის ობიექტებში pH მნიშვნელობის ზრდა.
ჟანგბადი O2 მნიშვნელოვან როლს თამაშობდა ატმოსფეროს შემდგომ განვითარებაში. იგი ჩამოყალიბდა ფოტოსინთეზური ცოცხალი არსებების, სავარაუდოდ ციანობაქტერიების (ლურჯ-მწვანე წყალმცენარეების) ან მსგავსი პროკარიოტების გაჩენით. ნახშირორჟანგის მათმა ათვისებამ გამოიწვია მჟავიანობის შემდგომი შემცირება, მაგრამ ატმოსფეროს ჟანგბადით გაჯერება საკმაოდ დაბალი რჩებოდა. ამის მიზეზი არის ოკეანეში გახსნილი ჟანგბადის დაუყოვნებელი გამოყენება რკინის ორვალენტიანი იონების და სხვა ჟანგვის ნაერთების დაჟანგვისთვის. დაახლოებით ორი მილიარდი წლის წინ ეს პროცესი დასრულდა და ჟანგბადი თანდათანობით დაიწყო ატმოსფეროში დაგროვება.
მაღალრეაქტიული ჟანგბადი ადვილად აჟანგებს მგრძნობიარე ორგანულ ბიომოლეკულებს და, ამრიგად, ხდება გარემოს შერჩევის ფაქტორი ადრეული ორგანიზმებისთვის. მხოლოდ რამდენიმე ანაერობულმა ორგანიზმმა შეძლო გადაადგილება ჟანგბადისგან თავისუფალ საცხოვრებელ სივრცეში, მეორე ნაწილმა შეიმუშავა ფერმენტები, რომლებიც ჟანგბადს საშიშს ხდის.
მილიარდი წლის წინ ატმოსფეროში ჟანგბადის შემცველობამ ერთი პროცენტი გადალახა და რამდენიმე მილიონი წლის შემდეგ ოზონის შრე ჩამოყალიბდა. დღევანდელი ჟანგბადის შემცველობა 21% იყო მხოლოდ 350 მილიონი წლის წინ და მას შემდეგ სტაბილურად რჩება.

წყლის მნიშვნელობა სიცოცხლის წარმოშობისთვის
H2O არის ქიმიური ნაერთი, რომელიც იმყოფება ნორმალურ პირობებში აგრეგაციის სამივე მდგომარეობაში.
ცხოვრება, როგორც ჩვენ ვიცით (ან განვსაზღვრავთ მას) მოითხოვს წყალს, როგორც უნივერსალურ გამხსნელს. წყალს აქვს მთელი რიგი თვისებები, რომლებიც სიცოცხლეს შესაძლებელს ხდის. არ არსებობს არანაირი მტკიცებულება, რომ სიცოცხლე შეიძლება წარმოიშვას და არსებობდეს წყლისგან დამოუკიდებლად, და ზოგადად მიღებულია, რომ მხოლოდ წყლის არსებობა თხევად ფაზაში (გარკვეულ ტერიტორიაზე ან გარკვეულ პლანეტაზე) იძლევა სიცოცხლის გაჩენის შესაძლებლობას იქ.

ილუსტრაციები

ბრინჯი. 1-2. ხმელეთის და ღრმა ზღვის ვულკანები - სავარაუდო წინაპირობები დედამიწაზე სიცოცხლის გაჩენისთვის

დედამიწაზე სიცოცხლის წარმოშობის ერთიანობა და ცოცხალი ორგანიზმების ჰეტეროგენურობისა და მრავალფეროვნების მიზეზები

Შესრულებული:

სტუდენტი რა თქმა უნდა

გეოგრაფიის ფაკულტეტი

გრ. BI - 11

ფროლოვა ალა ალექსანდროვნა

ულიანოვსკი, 2014 წ

თავი I. წარმოშობის ერთიანობა. 3

1. 1. პრებიოლოგიური (ქიმიური) ევოლუცია. 3

1. 2. ქიმიური ევოლუციის ძირითადი ეტაპები. 3

თავი II. ჰეტეროგენურობისა და მრავალფეროვნების მიზეზები. 7

მეორადი წიგნები. ათი

თავი I. წარმოშობის ერთიანობა.

პრებიოლოგიური (ქიმიური) ევოლუცია.

მეცნიერთა უმეტესობის (პირველ რიგში ასტრონომებისა და გეოლოგების) აზრით, დედამიწა ციურ სხეულად ჩამოყალიბდა დაახლოებით 5 მილიარდი წლის წინ. მზის ირგვლივ მბრუნავი გაზისა და მტვრის ღრუბლის ნაწილაკების კონდენსირებით.

დედამიწის პირველადი ატმოსფეროს შემცირების ბუნება ძალზე მნიშვნელოვანია სიცოცხლის წარმოშობისთვის, რადგან შემცირებულ მდგომარეობაში მყოფ ნივთიერებებს გარკვეულ პირობებში შეუძლიათ ერთმანეთთან ურთიერთქმედება, ორგანული მოლეკულების ფორმირება. თავისუფალი ჟანგბადის არარსებობა პირველადი დედამიწის ატმოსფეროში (დედამიწის მთელი ჟანგბადი შეკრული იყო ოქსიდების სახით) ასევე სიცოცხლის გაჩენის მნიშვნელოვანი წინაპირობაა, რადგან ჟანგბადი ადვილად იჟანგება და ამით ანადგურებს ორგანულ ნაერთებს. ამიტომ, ატმოსფეროში თავისუფალი ჟანგბადის არსებობის შემთხვევაში, ორგანული ნივთიერებების მნიშვნელოვანი რაოდენობის დაგროვება ძველ დედამიწაზე შეუძლებელი იქნებოდა.

ქიმიური ევოლუციის ძირითადი ეტაპები.

როდესაც პირველადი ატმოსფეროს ტემპერატურა 1000°C-ს მიაღწევს, მასში იწყება მარტივი ორგანული მოლეკულების სინთეზი, როგორიცაა ამინომჟავები, ნუკლეოტიდები, ცხიმოვანი მჟავები, მარტივი შაქარი, პოლიჰიდრული სპირტები, ორგანული მჟავები და ა.შ. სინთეზისთვის ენერგიას მიეწოდება. ელვისებური გამონადენი, ვულკანური აქტივობა, მყარი კოსმოსური გამოსხივება და ბოლოს, მზის ულტრაიისფერი გამოსხივება, საიდანაც დედამიწა ჯერ კიდევ არ არის დაცული ოზონის ეკრანით.

როდესაც პირველადი ატმოსფეროს ტემპერატურა 100 ° C-ზე დაბლა დაეცა, დედამიწაზე ცხელი წვიმა მოვიდა და პირველადი ოკეანე გამოჩნდა. წვიმის ნაკადებთან ერთად პირველად ოკეანეში შედიოდა აბიოგენურად სინთეზირებული ორგანული ნივთიერებები, რამაც იგი გადააქცია განზავებულ „პირველ სუპად“. როგორც ჩანს, პირველად ოკეანეში იწყება წარმოქმნის პროცესები მარტივი ორგანული მოლეკულებისგან - რთული ორგანული მოლეკულების მონომერები - ბიოპოლიმერები.

ბიოპოლიმერების (კერძოდ, ამინომჟავების ცილების) წარმოქმნა ასევე შეიძლება მოხდეს ატმოსფეროში დაახლოებით 180°C ტემპერატურაზე. გარდა ამისა, შესაძლებელია, რომ ძველ დედამიწაზე ამინომჟავები კონცენტრირებული იყო საშრობი რეზერვუარებში და პოლიმერიზებული მშრალ ფორმაში ულტრაიისფერი შუქისა და ლავის ნაკადების სიცხის გავლენის ქვეშ.

ნუკლეოტიდების პოლიმერიზაცია უფრო ადვილია, ვიდრე ამინომჟავების პოლიმერიზაცია. ნაჩვენებია, რომ მარილის მაღალი კონცენტრაციის მქონე ხსნარებში ცალკეული ნუკლეოტიდები სპონტანურად პოლიმერიზდებიან და გადაიქცევიან ნუკლეინის მჟავებად.

ყველა თანამედროვე ცოცხალი არსების სიცოცხლე არის ცოცხალი უჯრედის ყველაზე მნიშვნელოვანი ბიოპოლიმერების - ცილების და ნუკლეინის მჟავების უწყვეტი ურთიერთქმედების პროცესი.

ამრიგად, სიცოცხლის წარმოშობის საიდუმლო არის ცილების და ნუკლეინის მჟავების ურთიერთქმედების მექანიზმის გაჩენის საიდუმლო.

სად მოხდა ცილებისა და ნუკლეინის მჟავების ურთიერთქმედების რთული პროცესის განვითარება? ა.ი.-ს თეორიის მიხედვით. ოპარინი, ეგრეთ წოდებული კოაცერვატის წვეთები სიცოცხლის აკვანი გახდა.

ცილების და ნუკლეინის მჟავების ურთიერთქმედების გაჩენის ჰიპოთეზა:

კოაცერვაციის ფენომენი არის ის, რომ გარკვეულ პირობებში (მაგალითად, ელექტროლიტების არსებობისას), მაკრომოლეკულური ნივთიერებები გამოიყოფა ხსნარიდან, მაგრამ არა ნალექის, არამედ უფრო კონცენტრირებული ხსნარის - კოაცერვატის სახით. შერყევისას კოცერვატი იშლება ცალკეულ პატარა წვეთებად. წყალში ასეთი წვეთები დაფარულია დამატენიანებელი გარსით, რომელიც ასტაბილურებს მათ (წყლის მოლეკულების გარსი) - ნახ. 2.4.1.4.

კოაცერვატის წვეთებს აქვთ მეტაბოლიზმის გარკვეული სახე: წმინდა ფიზიკური და ქიმიური ძალების გავლენის ქვეშ, მათ შეუძლიათ შერჩევითად აითვისონ გარკვეული ნივთიერებები ხსნარიდან და გაათავისუფლონ მათი დაშლის პროდუქტები გარემოში. გარემოდან ნივთიერებების შერჩევითი კონცენტრაციის გამო, მათ შეუძლიათ გაიზარდონ, მაგრამ როდესაც ისინი მიაღწევენ გარკვეულ ზომას, ისინი იწყებენ "გამრავლებას", აყვავდებიან პატარა წვეთებს, რომლებიც, თავის მხრივ, შეიძლება გაიზარდოს და "ყვითლდეს".

ტალღებისა და ქარის ზემოქმედების ქვეშ შერევის პროცესში ცილის ხსნარების კონცენტრაციის შედეგად წარმოქმნილი კოცერვატული წვეთები შეიძლება დაფარული იყოს ლიპიდების გარსით: საპნის მიცელების მსგავსი ერთი გარსი (წყლის ზედაპირიდან წვეთი ერთი ცალი დაფარვით. ლიპიდური ფენით), ან ორმაგი, რომელიც წააგავს უჯრედის მემბრანას (ერთი ფენის ლიპიდური მემბრანით დაფარული წვეთი განმეორებით ჩავარდნით ლიპიდურ ფენაზე, რომელიც ფარავს წყალსაცავის ზედაპირს).

ლაბორატორიაში ადვილად მოდელირებულია კოაცერვატის წვეთების აღმოცენების, მათი ზრდისა და „დაყვავების“, აგრეთვე ორმაგი ლიპიდური შრის მემბრანით „შემოსის“ პროცესები.

კოაცერვატული წვეთებისთვის ასევე არსებობს „ბუნებრივი შერჩევის“ პროცესი, რომლის დროსაც ყველაზე სტაბილური წვეთები რჩება ხსნარში.

კოაცერვატის წვეთების ცოცხალ უჯრედებთან გარეგნული მსგავსების მიუხედავად, კოაცერვატის წვეთებს აკლია ცოცხალი არსების მთავარი ნიშანი - ზუსტი თვითგამრავლების, თვითკოპირების უნარი. ცხადია, ცოცხალი უჯრედების წინამორბედები იყო ისეთი კოაცერვატული წვეთები, რომლებიც მოიცავდა რეპლიკატორის მოლეკულების (რნმ ან დნმ) კომპლექსებს და მათ მიერ კოდირებულ ცილებს. შესაძლებელია, რომ რნმ-პროტეინის კომპლექსები დიდი ხნის განმავლობაში არსებობდა კოაცერვატულ წვეთებს გარეთ ეგრეთ წოდებული „თავისუფალი ცოცხალი გენის“ სახით, ან შესაძლებელია, რომ მათი ფორმირება ხდებოდა უშუალოდ კოაცერვატულ წვეთებში.

ისტორიული თვალსაზრისით, დედამიწაზე სიცოცხლის წარმოშობის უკიდურესად რთული პროცესი, რომელიც ბოლომდე არ არის გაგებული თანამედროვე მეცნიერებისთვის, ძალიან სწრაფად გაიარა. 3,5 მილიარდი წლის განმავლობაში ე.წ. ქიმიური ევოლუცია დასრულდა პირველი ცოცხალი უჯრედების გამოჩენით და დაიწყო ბიოლოგიური ევოლუცია . (URL: http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/proishozhdenie-zhizni (შესვლის თარიღი: 28.09.2014).

XX საუკუნის 60-იან წლებში ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ ქიმიური ევოლუციის პროცესში შეირჩა ის ქიმიური სტრუქტურები, რამაც ხელი შეუწყო კატალიზატორების აქტივობისა და სელექციურობის მკვეთრ ზრდას. ამან საშუალება მისცა მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის პროფესორს A.P. რუდენკომ 1964 წელს ღია კატალიზური სისტემების თვითგანვითარების თეორია, რომელიც სამართლიანად შეიძლება ჩაითვალოს ქიმიო- და ბიოგენეზის ზოგად თეორიად. ამ თეორიის არსი მდგომარეობს იმაში, რომ ქიმიური ევოლუცია არის კატალიზური სისტემების თვითგანვითარება და, შესაბამისად, კატალიზატორები არის განვითარებადი ნივთიერება.

ა.პ. რუდენკომ ასევე ჩამოაყალიბა ქიმიური ევოლუციის ძირითადი კანონი: უდიდესი სიჩქარით და ალბათობით იქმნება კატალიზატორის ევოლუციური ცვლილებების ის ბილიკები, რომლებზეც ხდება მისი აბსოლუტური აქტივობის მაქსიმალური ზრდა.

თვითგანვითარება, სისტემების თვითორგანიზება შეიძლება მოხდეს მხოლოდ ენერგიის მუდმივი შემოდინების გამო, რომლის წყაროც არის მთავარი, ე.ი. ძირითადი რეაქცია.აქედან გამომდინარეობს, რომ კატალიზური სისტემების საფუძველზე ვითარდება ეგზოთერმულირეაქციები.

ქიმიური ევოლუციის პერიოდი.მსოფლიოს ქიმიური ევოლუციის ადრეულ ეტაპებზე კატალიზი არ არსებობდა. კატალიზის პირველი გამოვლინებები იწყება მაშინ, როდესაც ტემპერატურა ეცემა 5000°K-მდე და ქვემოთ და წარმოიქმნება პირველადი მყარი. ასევე ითვლება, რომ როდესაც ქიმიური მომზადების პერიოდი, ე.ი. ინტენსიური და მრავალფეროვანი ქიმიური გარდაქმნების პერიოდი შეიცვალა ბიოლოგიური ევოლუციის პერიოდით, ქიმიური ევოლუცია, როგორც იქნა, გაიყინა.

ევოლუციური ქიმიის გამოყენებითი ღირებულება.ევოლუციური ქიმია არა მხოლოდ ხელს უწყობს ბიოგენეზის მექანიზმის გამოვლენას, არამედ შესაძლებელს ხდის ქიმიური პროცესების ახალი კონტროლის შემუშავებას, რომელიც მოიცავს მსგავსი მოლეკულების სინთეზის პრინციპების გამოყენებას და ახალი ძლიერი კატალიზატორების, მათ შორის ბიოკატალიზატორების - ფერმენტების შექმნას. და ეს, თავის მხრივ, არის დაბალნარჩენების, ნულოვანი ნარჩენების და ენერგიის დამზოგავი სამრეწველო პროცესების შექმნის პრობლემების გადაჭრის გასაღები.

დოკუმენტის თავში დაბრუნება

სიცოცხლის წარმოშობის თეორიები

დედამიწაზე სიცოცხლის წარმოშობის ყველაზე ცნობილი თეორიები შემდეგია.

კრეაციონიზმი. ამ თეორიის მიხედვით, სიცოცხლე შექმნა ზებუნებრივი არსების, ღმერთის მიერ, კონკრეტულ დროს. ამ შეხედულებას ფლობენ თითქმის ყველა რელიგიური სწავლების მიმდევრები. თუმცა, მათ შორისაც კი არ არსებობს ერთიანი თვალსაზრისი ამ საკითხზე, კერძოდ, სამყაროს შექმნის ტრადიციული ქრისტიანულ-ებრაული იდეის ინტერპრეტაციაზე (დაბადების წიგნი). ზოგს სიტყვასიტყვით ესმის ბიბლია და თვლის, რომ სამყარო და მასში მცხოვრები ყველა ცოცხალი ორგანიზმი შეიქმნა ექვს დღეში, რომელიც გრძელდება 24 საათის განმავლობაში. 1650 წელს არქიეპისკოპოსმა უშერმა, შეკრიბა ბიბლიურ გენეალოგიაში მოხსენიებული ყველა ადამიანის ასაკი, გამოთვალა, რომ ღმერთმა დაიწყო სამყაროს შექმნა ძვ.წ. 4004 წლის ოქტომბერში. და დაასრულა სამუშაო 23 დეკემბერს დილის 9 საათზე, შექმნა კაცი. თუმცა, ამავე დროს, ირკვევა, რომ ადამი შეიქმნა იმ დროს, როდესაც კარგად განვითარებული ურბანული ცივილიზაცია უკვე არსებობდა ახლო აღმოსავლეთში.). სხვები ბიბლიას არ განიხილავენ როგორც სამეცნიერო წიგნს და თვლიან, რომ მასში მთავარია ყოვლისშემძლე შემოქმედის მიერ სამყაროს შექმნის შესახებ ღვთაებრივი გამოცხადება ძველი სამყაროს ხალხისთვის გასაგები ფორმით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ბიბლია არ პასუხობს კითხვებს "როგორ?" და "როდის?", მაგრამ პასუხობს კითხვას "რატომ?". ფართო გაგებით, კრეაციონიზმი ამგვარად იძლევა როგორც სამყაროს დასრულებულ ფორმაში შექმნას, ასევე სამყაროს შექმნას, რომელიც ვითარდება შემოქმედის მიერ დადგენილი კანონების მიხედვით.

სამყაროს ღვთაებრივი შექმნის პროცესი ჩაფიქრებულია, როგორც მხოლოდ ერთხელ და ამიტომ მიუწვდომელია დაკვირვებისთვის. თუმცა მორწმუნესთვის თეოლოგიური (ღვთაებრივი) ჭეშმარიტება აბსოლუტურია და არ საჭიროებს მტკიცებულებას. ამავდროულად, ნამდვილი მეცნიერისთვის მეცნიერული ჭეშმარიტება არ არის აბსოლუტური, ის ყოველთვის შეიცავს ჰიპოთეზის ელემენტს. ამრიგად, კრეაციონიზმის ცნება ავტომატურად ამოღებულია სამეცნიერო კვლევის სფეროდან, რადგან მეცნიერება ეხება მხოლოდ იმ ფენომენებს, რომელთა დაკვირვებაც შესაძლებელია, შეიძლება დადასტურდეს ან უარყოფილი იყოს კვლევის პროცესში (მეცნიერული თეორიების გაყალბების პრინციპი). სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მეცნიერება ვერასოდეს დაამტკიცებს ან უარჰყოფს კრეაციონიზმს.

სპონტანური თაობა. ამ თეორიის თანახმად, სიცოცხლე წარმოიშვა და არაერთხელ წარმოიქმნება უსულო მატერიიდან. ეს თეორია ფართოდ იყო გავრცელებული ძველ ჩინეთში, ბაბილონში, ეგვიპტეში. არისტოტელე, რომელსაც ხშირად უწოდებენ ბიოლოგიის ფუძემდებელს, ავითარებდა ემპედოკლეს ადრინდელ განცხადებებს ცოცხალი არსებების ევოლუციის შესახებ, იცავდა სიცოცხლის სპონტანური წარმოშობის თეორიას. მას სჯეროდა, რომ „...ცოცხალი არსება შეიძლება წარმოიქმნას არა მხოლოდ ცხოველების შეჯვარებით, არამედ ნიადაგის დაშლითაც“. ქრისტიანობის გავრცელებასთან ერთად, ეს თეორია დასრულდა ეკლესიის მიერ ოკულტიზმით, მაგიით, ასტროლოგიით დაწყევლილ იმავე „კლიპში“, თუმცა ის სადღაც უკანა პლანზე აგრძელებდა არსებობას, სანამ 1688 წელს ექსპერიმენტულად არ უარყო იტალიელმა ბიოლოგმა და ექიმმა ფრანჩესკომ. რედი. პრინციპი "ცხოვრება წარმოიქმნება მხოლოდ ცოცხალი არსებიდან" მეცნიერებაში მიიღო რედის პრინციპის სახელი. ასე განვითარდა ბიოგენეზის კონცეფცია, რომლის მიხედვითაც სიცოცხლე შეიძლება წარმოიშვას მხოლოდ წინა ცხოვრებიდან. XIX საუკუნის შუა ხანებში ლ.პასტერმა საბოლოოდ უარყო სპონტანური წარმოშობის თეორია და დაამტკიცა ბიოგენეზის თეორიის მართებულობა.

პანსპერმიის თეორია. ამ თეორიის მიხედვით სიცოცხლე დედამიწაზე გარედან იყო შემოტანილი, შესაბამისად, არსებითად, არ შეიძლება ჩაითვალოს სიცოცხლის, როგორც ასეთის, წარმოშობის თეორიად. ის არ გვთავაზობს მექანიზმს სიცოცხლის წარმოშობის ასახსნელად, არამედ უბრალოდ იტანს სიცოცხლის წარმოშობის პრობლემას სადმე სხვაგან სამყაროში.

ბიოქიმიური ევოლუციის თეორია. სიცოცხლე წარმოიშვა ძველი დედამიწის სპეციფიკურ პირობებში იმ პროცესების შედეგად, რომლებიც ემორჩილება ფიზიკურ და ქიმიურ კანონებს.

ეს უკანასკნელი თეორია ასახავს თანამედროვე საბუნებისმეტყველო შეხედულებებს და ამიტომ უფრო დეტალურად იქნება განხილული.

თანამედროვე მეცნიერების მონაცემებით, დედამიწის ასაკი დაახლოებით 4,5 - 5 მილიარდი წელია. შორეულ წარსულში დედამიწაზე არსებული პირობები ფუნდამენტურად განსხვავდებოდა თანამედროვესგან, რამაც გამოიწვია ქიმიური ევოლუციის გარკვეული კურსი, რაც სიცოცხლის გაჩენის წინაპირობა იყო. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თავად ბიოლოგიურ ევოლუციას წინ უძღოდა პრებიოტიკიევოლუცია, რომელიც დაკავშირებულია არაორგანული ნივთიერებებიდან ორგანულ, შემდეგ კი სიცოცხლის ელემენტარულ ფორმებზე გადასვლასთან. ეს შესაძლებელი იყო გარკვეულ პირობებში, რაც იმ დროს მოხდა დედამიწაზე, კერძოდ:

მაღალი ტემპერატურა, დაახლოებით 4000 ° C, ატმოსფერო, რომელიც შედგება წყლის ორთქლისგან, CO 2, CH 3, NH 3, გოგირდის ნაერთების არსებობა (ვულკანური აქტივობა), ატმოსფეროს მაღალი ელექტრული აქტივობა, მზის ულტრაიისფერი გამოსხივება, რომელიც თავისუფლად აღწევდა ქვედა ნაწილს. ატმოსფეროსა და დედამიწის ზედაპირის ფენებს, რადგან ოზონის შრე ჯერ არ ჩამოყალიბებულა.

უნდა აღინიშნოს ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი განსხვავება ბიოქიმიური ევოლუციის თეორიასა და სპონტანური (სპონტანური) წარმოშობის თეორიას შორის, კერძოდ: ამ თეორიის მიხედვით. ცხოვრება წარმოიშვა თანამედროვე ბიოტასთვის შეუფერებელ პირობებში!

დოკუმენტის თავში დაბრუნება

ოპარინ-ჰალდანის ჰიპოთეზა. 1923 წელს გამოჩნდა ოპარინის ცნობილი ჰიპოთეზა, რომელიც შემდეგნაირად ჩამოყალიბდა: პირველი რთული ნახშირწყალბადები შეიძლება წარმოიქმნას ოკეანეში უფრო მარტივი ნაერთებისგან, თანდათან დაგროვილიყო და გამოიწვიოს "პირველადი სუპის" გაჩენა. ამ ჰიპოთეზამ სწრაფად მოიპოვა თეორიის წონა. უნდა ითქვას, რომ შემდგომმა ექსპერიმენტულმა კვლევებმა დაადასტურა ასეთი ვარაუდების მართებულობა. ასე რომ, 1953 წელს ს. მილერმა, რომელმაც მოახდინა უძველესი დედამიწის მოსალოდნელი პირობების სიმულაცია (მაღალი ტემპერატურა, ულტრაიისფერი გამოსხივება, ელექტრული გამონადენი), ლაბორატორიაში სინთეზირდა 15 ამინომჟავა, რომლებიც ქმნიან ცოცხალს, რამდენიმე მარტივ შაქარს (რიბოზა). მოგვიანებით მარტივი ნუკლეინის მჟავების სინთეზირება მოხდა (ორძელი). დღეისათვის სინთეზირებულია ყველა 20 ამინომჟავა, რომელიც ქმნის სიცოცხლის საფუძველს.

ოპარინმა შესთავაზა გადამწყვეტი როლი უსულოების ცოცხალად გადაქცევაში ეკუთვნის ცილებს. პროტეინებს შეუძლიათ შექმნან ჰიდროფილური კომპლექსები: წყლის მოლეკულები ქმნიან გარსს მათ გარშემო. ამ კომპლექსებს შეუძლიათ გამოეყოთ წყლის ფაზა და შექმნან ე.წ.<лат. сгусток, куча) с липидной оболочкой, из которой затем могли образоваться примитивные клетки. Существенный недостаток этой гипотезы – она не опирается на современную молекулярную биологию. Это вполне объяснимо, поскольку механизм передачи наследственных признаков и роль ДНК стали известны сравнительно недавно.

(ინგლისელმა მეცნიერმა ჰალდანმა (კემბრიჯის უნივერსიტეტი) 1929 წელს გამოაქვეყნა თავისი ჰიპოთეზა, რომლის მიხედვითაც სიცოცხლე დედამიწაზეც გაჩნდა ნახშირორჟანგით მდიდარ დედამიწის ატმოსფეროში ქიმიური პროცესების შედეგად და პირველი ცოცხალი არსებები ალბათ "უზარმაზარი მოლეკულები" იყვნენ. არ არის ნახსენები არც ჰიდროფილური კომპლექსები და არც კოაცერვატები, მაგრამ მისი სახელი ხშირად მოიხსენიება ოპარინის სახელის გვერდით და ჰიპოთეზას ეწოდა ოპარინ-ჰალდანის ჰიპოთეზა.)

სიცოცხლის გაჩენაში გადამწყვეტი როლი შემდგომში მიენიჭა დნმ-ის მოლეკულის რეპლიკაციის მექანიზმის გამოჩენას. მართლაც, ამინომჟავების და სხვა რთული ორგანული ნაერთების ნებისმიერი თვითნებურად რთული კომბინაცია ჯერ არ არის სიცოცხლე. ყოველივე ამის შემდეგ, სიცოცხლის ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებაა მისი გამრავლების უნარი. აქ პრობლემა ის არის, რომ თავად დნმ არის „უმწეო“, მას შეუძლია ფუნქციონირება მხოლოდ ფერმენტული ცილების თანდასწრებით(მაგალითად, დნმ პოლიმერაზას მოლეკულა, რომელიც დნმ-ის მოლეკულას „ახვევს“ და ამზადებს მას რეპლიკაციისთვის). ღიად რჩება კითხვა, თუ როგორ შეიძლება სპონტანურად წარმოიშვას ისეთი რთული „მანქანები“, როგორიცაა პრა-დნმ და მისი ფუნქციონირებისთვის აუცილებელი პროტეინ-ფერმენტების რთული კომპლექსი.

ცოტა ხნის წინ, იდეა სიცოცხლის წარმოშობა რნმ-ზე დაფუძნებული , ე.ი. პირველი ორგანიზმები შეიძლება იყოს რნმ, რომელიც, როგორც ექსპერიმენტებმა აჩვენა, შეიძლება ცდის მილშიც კი განვითარდეს. შეინიშნება ასეთი ორგანიზმების ევოლუციის პირობები თიხის კრისტალიზაციის დროს . ეს ვარაუდები ეფუძნება, კერძოდ, იმ ფაქტს, რომ თიხების კრისტალიზაციის დროს, კრისტალების ყოველი ახალი ფენა ხაზს უსვამს წინა მახასიათებლებს, თითქოს მისგან იღებს ინფორმაციას სტრუქტურის შესახებ. ეს წააგავს რნმ-ისა და დნმ-ის რეპლიკაციის მექანიზმს. ამრიგად, ირკვევა, რომ ქიმიური ევოლუცია დაიწყო არაორგანული ნაერთებით და პირველი ბიოპოლიმერები შეიძლება იყოს ავტოკატალიტიკური რეაქციების შედეგი. მცირე მოლეკულები თიხის ალუმინოსილიკატები.

დოკუმენტის თავში დაბრუნება

ჰიპერციკლები და სიცოცხლის წარმოშობა. თვითორგანიზაციის კონცეფციას შეუძლია ხელი შეუწყოს სიცოცხლის წარმოშობისა და ევოლუციის პროცესების უკეთ გაგებას, რომელიც ეფუძნება ადრე განხილულ რუდენკოს ქიმიური ევოლუციის თეორიას და გერმანელი ფიზიკური ქიმიკოსის M. Eigen-ის ჰიპოთეზას. ამ უკანასკნელის მიხედვით, ცოცხალი უჯრედების გაჩენის პროცესი მჭიდროდ არის დაკავშირებული ურთიერთქმედებასთან ნუკლეოტიდები ( ნუკლეოტიდები - ნუკლეინის მჟავების ელემენტები - ციტოზინი, გუანინი, თიმინი, ადენინი), რომლებიც ინფორმაციის მატერიალური მატარებლები არიან , და ცილები (პოლიპეპტიდები [ 1] ) ემსახურება როგორც კატალიზატორი ქიმიური რეაქციები. ურთიერთქმედების პროცესში ნუკლეოტიდები, ცილების გავლენით, მრავლდებიან და ინფორმაციას გადასცემენ მათ შემდეგ ცილას, ისე რომ დახურული ავტოკატალიზური წრე , რომელსაც მ.ეიგენმა უწოდა ჰიპერციკლი . შემდგომი ევოლუციის დროს მათგან წარმოიქმნება პირველი ცოცხალი უჯრედები, ჯერ არაბირთვული (პროკარიოტები), შემდეგ კი ბირთვებით - ევკარიოტები.

აქ, როგორც ვხედავთ, არსებობს ლოგიკური კავშირი კატალიზატორების ევოლუციის თეორიასა და დახურული ავტოკატალიტიკური ჯაჭვის კონცეფციას შორის. ევოლუციის პროცესში ავტოკატალიზის პრინციპს ემატება ჰიპერციკლებში მთელი ციკლურად ორგანიზებული პროცესის თვითრეპროდუცირების პრინციპი, რომელიც შემოთავაზებულია M. Eigen-ის მიერ. ჰიპერციკლების კომპონენტების რეპროდუქციას, ისევე როგორც მათ ახალ ჰიპერციკლებში გაერთიანებას, თან ახლავს მეტაბოლიზმის მატება, რომელიც დაკავშირებულია მაღალი ენერგიის მოლეკულების სინთეზთან და ენერგიით ღარიბი მოლეკულების "ნარჩენების" სახით გამოყოფასთან. ( აქ საინტერესოა აღინიშნოს ვირუსების თვისებები, როგორც შუალედური ფორმა სიცოცხლესა და არასიცოცხლეს შორის:მათ ართმევენ მეტაბოლიზმის უნარს და, უჯრედებში შეჭრით, იწყებენ მეტაბოლური სისტემის გამოყენებას). ასე რომ, ეიგენის მიხედვით, არსებობს ჰიპერციკლების, ანუ ქიმიური რეაქციების ციკლების კონკურენცია, რომელიც იწვევს ცილის მოლეკულების წარმოქმნას. ციკლები, რომლებიც უფრო სწრაფად და ეფექტურად მუშაობენ, ვიდრე დანარჩენები, „იმარჯვებენ“ კონკურენციაში.

ამრიგად, თვითორგანიზაციის კონცეფცია შესაძლებელს ხდის ევოლუციის პროცესში ცოცხალ და არაცოცხალ არსებებს შორის კავშირის დამყარებას, ისე რომ სიცოცხლის გაჩენა არ ჩანდეს სრულიად შემთხვევითი და პირობებისა და წინაპირობების უკიდურესად საეჭვო კომბინაცია. მისი გარეგნობისთვის. გარდა ამისა, სიცოცხლე თავად ამზადებს პირობებს მისი შემდგომი ევოლუციისთვის.

დოკუმენტის თავში დაბრუნება

ტესტის კითხვები

1. ჩამოთვალეთ პლანეტების ფორმირების ძირითადი ეტაპები ბრუნვის მოდელის მიხედვით. 2. მზის სისტემის პლანეტების რა საერთო ნიშნები მიუთითებს პლანეტების ერთ წარმოშობაზე? 3. ახსენეთ ქიმიური ელემენტების გავრცელება მზის სისტემაში. 4. როგორ მოხდა დედამიწის მატერიის დიფერენციაცია? ახსენით დედამიწის აგებულება. 5. რა არის გეოქრონოლოგია?

6. რა ნაწილებად (ცოდნის ხარისხის მიხედვით) იყოფა დედამიწის ისტორია? 7. რა ელემენტებს უწოდებენ ორგანოგენებს და რატომ? 8. რა ელემენტები ქმნიან ცოცხალი სისტემების ქიმიურ შემადგენლობას? 9. რა არის თვითორგანიზაცია? 10. რაში მდგომარეობს სუბსტრატისა და ფუნქციური მიდგომების არსი ქიმიური სისტემების თვითორგანიზების პრობლემისადმი?

11. რა არის ევოლუციური ქიმია? 12. რა შეიძლება ითქვას ქიმიური ელემენტებისა და მათი ნაერთების ბუნებრივ გადარჩევაზე ქიმიური ევოლუციის პროცესში? 13. რას ნიშნავს კატალიზური სისტემების თვითგანვითარება? 14. რა არის ევოლუციური ქიმიის გამოყენებითი ღირებულება? 15. ჩამოთვალეთ სიცოცხლის წარმოშობის ძირითადი თეორიები.

16. რა არის კრეაციონიზმი? შეიძლება თუ არა კრეაციონიზმის უარყოფა? Განმარტე შენი პასუხი. 17. რა არის პანსპერმიის თეორიის სუსტი წერტილი? 18. რით განსხვავდება ბიოქიმიური ევოლუციის თეორია სიცოცხლის სპონტანური (სპონტანური) წარმოშობის თეორიისგან? 19. ბიოქიმიური ევოლუციის შედეგად სიცოცხლის გაჩენისთვის რა პირობები ითვლება აუცილებელად? 20. რა არის პრებიოტიკური ევოლუცია?

21. რა არის ოპარინ-ჰალდანის ჰიპოთეზა? 22. რა არის მთავარი პრობლემა „არაცოცხალიდან“ „ცოცხალზე“ გადასვლის ახსნისას? 23. რა არის ჰიპერციკლი?

ლიტერატურა

1. დუბნიშჩევა ტ.ია. თანამედროვე საბუნებისმეტყველო მეცნიერების ცნებები. - Novosibirsk: YuKEA, 1997. 2. Kuznetsov V.N., Idlis G.M., Gutina V.N. ბუნებისმეტყველება. - მ.: აგარი, 1996 წ. 3. გრიადოვოი დ.ნ. თანამედროვე საბუნებისმეტყველო მეცნიერების ცნებები. საბუნებისმეტყველო მეცნიერების საფუძვლების სტრუქტურული კურსი. - მ.: უჭპედი, 1999 წ. 4. თანამედროვე საბუნებისმეტყველო მეცნიერების ცნებები / რედ. ს.ი. სამიგინი. - Rostov n / a: Phoenix, 1997. 5. Yablokov A.V., Yusufov A.G. ევოლუციური დოქტრინა. - მ.: უმაღლესი სკოლა, 1998 წ. 6. რუზავინ გ.ი. თანამედროვე საბუნებისმეტყველო მეცნიერების ცნებები. - M.: "კულტურა და სპორტი", UNITI, 1997. 7. სოლოპოვი ე.ფ. თანამედროვე საბუნებისმეტყველო მეცნიერების ცნებები. – მ.: ვლადოსი, 1998 წ.

8. Nudelman R. Cambrian პარადოქსი. - „ცოდნა ძალაა“, აგვისტო, სექტემბერი-ოქტომბერი 1988 წ.

[ 1] პოლიპეპტიდები არის ამინომჟავების გრძელი ჯაჭვი

დოკუმენტის თავში დაბრუნება

კურსის გავრცელებისა და გამოყენების უფლება ეკუთვნის უფას სახელმწიფო საავიაციო ტექნიკური უნივერსიტეტი

ქიმიური ევოლუცია არის შეუქცევადი ცვლილებების პროცესი, რაც იწვევს ახალი ქიმიური ნაერთების წარმოქმნას - პროდუქტები, რომლებიც უფრო რთული და ორგანიზებულია ორიგინალურ ნივთიერებებთან შედარებით. ამ პროცესების აქტიური და მიზანმიმართული შესწავლა დაიწყო 1970-იან წლებში. იმ პრობლემის შესწავლასთან დაკავშირებით, რომ მუდმივად ხდებოდა ქიმიური პროცესები იმ დონეზე, რამაც ხელი შეუწყო ცოცხალი მატერიის გაჩენას დედამიწაზე. ამ პროცესებისადმი ინტერესი უბრუნდება ხანგრძლივ მცდელობებს იმის გაგება, თუ როგორ წარმოიქმნება ორგანული და შემდეგ სიცოცხლე არაორგანული ნივთიერებებისგან. პირველი, ვინც გააცნობიერა ცოცხალ ორგანიზმებში ქიმიური პროცესების მაღალი მოწესრიგება და ეფექტურობა, იყო ორგანული ქიმიის ფუძემდებელი ი.ია. ბერცელიუსი (მე-18 საუკუნის ბოლოს - მე-19 საუკუნის დასაწყისი). მან დაადგინა, რომ ცოცხალი ორგანიზმის ლაბორატორიების საფუძველი ბიოკატალიზია. დიდი მნიშვნელობა ენიჭებოდა მე-20 საუკუნეში ცოცხალი ბუნების კატალიზურ გამოცდილებას. ასე რომ, აკადემიკოსმა ნ.ნ. სემენოვი მცენარეთა და ცხოველთა ქსოვილებში მიმდინარე ქიმიურ პროცესებს ცოცხალი ბუნების ერთგვარ „ქიმიურ წარმოებად“ მიიჩნევდა.

მოკლედ განვიხილოთ ქიმიური ევოლუციის ეტაპები. ალბათ, უნდა ვაღიაროთ, რომ იგი დაიწყო უმარტივესი მატარებლის - ატომის გამოჩენით. დიდი აფეთქების კონცეფციის თანახმად, ქიმიური ელემენტები, რომლებიც ახლა არსებობს, წარმოიშვა სამყაროს ევოლუციის პროცესში სუპერმკვრივი და სუპერცხელი მდგომარეობიდან ვარსკვლავებისა და გალაქტიკების თანამედროვე სამყარომდე. ვარაუდობენ, რომ წყალბადის უმარტივესი ატომები (უფრო სწორად, მათი ბირთვები) პირველები ჩამოყალიბდნენ. დიდი აფეთქებიდან დაახლოებით 1 წამის შემდეგ, მატერიის სიმკვრივე შემცირდა 1 ტ/სმ 3-მდე, ტემპერატურა 100 მილიარდ კმ-მდე და დიამეტრი გაიზარდა 1500 მილიარდ კმ-მდე. ნივთიერება იყო სრულად იონიზებული პლაზმის მდგომარეობაში, რომელიც შედგებოდა ნუკლეონებისგან (პროტონები და ნეიტრონები) და ელექტრონები. კიდევ 10 წამის შემდეგ, როდესაც ტემპერატურა 10 მილიარდ კ-მდე დაეცა, გაჩნდა პირობები ბირთვული რეაქციისთვის დეიტერონის - დეიტერიუმის (მძიმე წყალბადის) ბირთვების წარმოქმნისთვის.

თუმცა, ამ ტემპერატურაზე, ამ რეაქციის წონასწორობა ძლიერად არის გადაადგილებული მარცხნივ (ის გადადის მარჯვნივ მხოლოდ 1 მილიარდი K ტემპერატურაზე - დაახლოებით 100 წმ დიდი აფეთქების შემდეგ), და დეიტრონები ვერ დაგროვდნენ, რადგან ამ პირობებში. პირობები, რომ ისინი გადაიქცევიან ჰელიუმის ბირთვებად (ეს სქემა საკმაოდ დამაკმაყოფილებელია ხსნის ჰელიუმის რაოდენობას ჩვენს სამყაროში). მატერიის განვითარების პრევარსკვლავურ ეტაპზე სხვა ქიმიური ელემენტების ბირთვები არ იქმნება, რადგან გაფართოებული სამყაროს სიმკვრივე და ტემპერატურა სწრაფად ეცემა. ამ შემთხვევაში, 4 ჰე-ს წარმოქმნის პროცესი (ზედა მარცხენა ფიგურა არის ფარდობითი ატომური მასა, ანუ ატომის მასა, გამოხატული ატომური მასის ერთეულებში, რომელიც არის ნახშირბადის იზოტოპის მასის 1/12. მასობრივი რიცხვი 12-1,6605655 (86) 10 "27 კგ), რომელიც იწყება დიდი აფეთქებიდან დაახლოებით 2 წუთის შემდეგ, ჩერდება მე-4 წუთის ბოლოს. როდესაც სამყარო გაცივდება 3500 კ ტემპერატურამდე (დაახლოებით 1 მილიონის შემდეგ). წლები), ჰელიუმის ბირთვები და დარჩენილი წყალბადის ბირთვები ხელახლა ერწყმის ელექტრონებს: ატომები წარმოიქმნება ჰელიუმი და წყალბადი - წყაროს მასალა ვარსკვლავთშორისი გაზისა და ვარსკვლავური სისტემებისთვის.

ტემპერატურის მატებასთან ერთად ქიმიური ელემენტების შემდგომი სინთეზი გრძელდება ვარსკვლავების ინტერიერში. წყალბადისა და ჰელიუმისგან შემდგარი ვარსკვლავთშორისი გაზის პროტოვარსკვლავად კონდენსაციის პროცესში, გრავიტაციული შეკუმშვის შედეგად, ტემპერატურა იმატებს და წყალბადისგან ჰელიუმის წარმოქმნის რეაქცია კვლავ შესაძლებელი ხდება. ეს ეტაპი ხასიათდება ტემპერატურით არაუმეტეს 20 106 K.

ჰელიუმის ბირთვების შემდეგ ყველაზე სტაბილურია 12 C და 16 O ბირთვები. ასეთი ბირთვების წარმოქმნის თერმობირთვული ეპოქა (T< 100 млн К) наступает после того, как на первом этапе истощается, «выгорает» водород. В эту эпоху в плотных выгоревших ядрах звезд-гигантов возможно непосредственное образование углерода и кислорода (не атомов, а ядер). Дальнейшее слияние ядер гелия приводит к образованию 20 Ne, 24 Mg и т.п. Более поздняя ядерная эпоха, когда обеспечивается температура до 1 млрд. К, характеризуется «горением» углерода. При этом образуются ядра вплоть до 27 А1 и 28 Si. Выше 30 млрд. К в реакцию вступают более тяжелые ядра, начиная с кремния 32 Si. В условиях складывающегося при этом термодинамического равновесия синтезируются элементы вплоть до железа и атомы близких ему элементов, ядра которых являются самыми стабильными ядрами. При этом достигается минимум энергии всей системы, и более тяжелые ядра не синтезируются. Получение элементов с большими атомными номерами осуществляется по другому механизму - последовательный захват ядрами нейтронов и последующий 3-распад. В подобных процессах в качестве самого тяжелого может получиться нуклид l81 Bi. Ядра, более тяжелые, чем 181 Bi, синтезируются во время взрывов новых и сверхновых звезд в условиях огромной плотности нейтронных потоков, когда возможен захват ядрами нейтронов не по одному, а группами.

დიდი ალბათობით შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ მზის სისტემაში შეიცვალა ბირთვული შერწყმის რამდენიმე ეტაპი. მზის ქიმიური შემადგენლობისა და ვარსკვლავური მატერიის ქიმიური შემადგენლობის შედარება საშუალებას გვაძლევს დავასკვნათ, რომ ზემოთ აღწერილი ბირთვული სინთეზის ყველა პროცესი მზის სისტემაში მიმდინარეობდა და გალაქტიკის ჩვენს მონაკვეთში წარმოქმნილი ვარსკვლავის საწყისი მასა აღემატებოდა. კრიტიკული (უდრის 1,44 მზის მასას) და აღმოჩნდა არასტაბილური. გრავიტაციული მიზიდულობის გავლენით პროტოვარსკვლავი შეკუმშვა, მისი ტემპერატურა გაიზარდა, რაც უზრუნველყოფს ბირთვული შერწყმის პირველ ეტაპებს. ამ შემთხვევაში გამოთავისუფლებული ენერგია ძალიან დიდი აღმოჩნდა, რის შედეგადაც ცოტა ხნის შემდეგ მოხდა აფეთქება და წარმოიქმნა უმძიმესი ელემენტების ბირთვები. ვარსკვლავის მასა შემცირდა მატერიის გამოდევნის გამო. ეს პროცესი რამდენჯერმე განმეორდა მანამ, სანამ ცენტრალური მასიური ვარსკვლავის მასა კრიტიკულ ზღვარს ქვემოთ არ ჩამორჩებოდა. ასეთი მექანიზმი იძლევა დროის ინტერვალს, რომელიც საკმარისია ქიმიური, გეოლოგიურ-გეოგრაფიული და ბიოლოგიური ევოლუციისთვის.

ამჟამად, ბევრი მკვლევარი თვლის, რომ მზის სისტემის პლანეტები წარმოიქმნება მზის მატერიისგან, რომელიც მზიდან გამოდევნილია, როდესაც ის სუპერნოვა გახდა. მზის ირგვლივ წარმოქმნილი დისკოს ფორმის აირისებრი ნისლეულის გაცივებამ შესაძლებელი გახადა ატომების გაერთიანება მოლეკულებად, ე.ი. დაიწყო ქიმიური ევოლუცია.

მოლეკულები ვერ წარმოიქმნება ვარსკვლავურ ტემპერატურაზე, როდესაც ატომების უმეტესობა არსებობს გამრავლებით დამუხტული იონების სახით (მაგალითად, მზის გვირგვინში 1 მილიონი K-ზე, რკინის ატომები არის Fe 13+ იონები). დიატომიური მოლეკულები გვხვდება მხოლოდ ყველაზე ცივი ვარსკვლავების სპექტრებში, რომელთა ზედაპირის ტემპერატურაა 2000-3000 K (Al, Mg, Ti, Zr, C, Si და ზოგიერთი სხვა დიატომური მოლეკულების ოქსიდები ყველაზე ძლიერი ქიმიური კავშირით). ამავდროულად, ვარსკვლავთშორის სივრცეში არის მოლეკულების დიდი რაოდენობა, მათ შორის საკმაოდ რთულიც. ვარაუდობენ, რომ ამ მოლეკულების შემადგენლობა შეესაბამება ვარსკვლავური მატერიის გაციების შედეგად წარმოქმნილ პირველი მოლეკულების შემადგენლობას. ნაპოვნია სხვა მოლეკულებიც, მაგრამ გაცილებით მცირე რაოდენობით.

როდესაც პროტოპლანეტარული ნისლეულის ტემპერატურა 1000-1800 K-მდე დაეცა, მათ დაიწყეს კონდენსაცია, ე.ი. გახდა თხევადი და მყარი, წარმოიქმნა ყველაზე ცეცხლგამძლე ნივთიერებები, კერძოდ, წარმოიქმნა რკინის წვეთები და შემდგომში სილიკატები (სილიციუმის მჟავების მარილები).

400-1000 K ტემპერატურაზე სხვა ლითონები და მათი ნაერთები გოგირდთან და ჟანგბადთან ერთად კონდენსირებულია. სილიკატური მასალის გაყინულმა წვეთებმა ქონდროლების (პატარა სფერული სხეულების) სახით ჩამოაყალიბა, როგორც ჩანს, შემდგომი კონდენსაციის დროს მრავალი ასტეროიდი - ქონდრიტის მეტეორიტების პირველადი სხეულები. შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ პირველადი აირის დიფერენცირების შედეგად მზის ქარის მოქმედებით (მზის გვირგვინის პლაზმის გადინება პლანეტათაშორის სივრცეში) და ტემპერატურული გრადიენტის შედეგად, ყველაზე მსუბუქი ელემენტების ატომები გადააგდეს პერიფერიაზე. მზის სისტემა და ხმელეთის პლანეტები, რომლებიც მზესთან უფრო ახლოს მდებარეობს, წარმოიშვა უმაღლესი ტემპერატურის ფრაქციის გასქელებამ რკინის მაღალი შემცველობით.

დედამიწის პლანეტად ჩამოყალიბებასთან ერთად, დედამიწის ევოლუციამ დაიწყო გავლენა ქიმიურ ევოლუციაზე. ეს გავლენა გამოიხატა (და ამჟამად გამოხატულია) ქიმიური ელემენტების კონცენტრაციის განაწილების ცვლილებაში დედამიწის სხეულში და მის გარსებში (ატმოსფეროში, ჰიდროსფეროში, ქერქში, მანტიაში, ბირთვში), აგრეთვე პირობების (ტემპერატურის) შექმნაში. , წნევა) ახალი ნივთიერებების წარმოქმნისთვის.

რა თქმა უნდა, საპირისპირო ეფექტიც მოხდა. ახალი ნივთიერებების წარმოქმნამ და ახალი ქიმიური პროცესების შესაძლებლობების გაჩენამ გამოიწვია ახალი გეოლოგიური წარმონაქმნების წარმოქმნა, როგორიცაა დანალექი ქანები. ამრიგად, გეოლოგიური და ქიმიური ევოლუცია დიდწილად ერთობლივად მიმდინარეობს, ერთმანეთზე ურთიერთზემოქმედებით. ქიმიურმა ევოლუციამ გამოიწვია სიცოცხლის გაჩენა. ეს მოხდა არა ნივთიერებების, არამედ მათში მომხდარი ქიმიური სისტემებისა და პროცესების განვითარების გამო.

ქიმიური ევოლუციის შესწავლის მეთოდოლოგია (თეორია)

ქიმიური ევოლუციის შესწავლა გართულებულია იმით, რომ დღეისათვის ცოდნა ძველი დედამიწის გეოქიმიური პირობების შესახებ საკმარისად სრულყოფილი არ არის.

ამიტომ, გეოლოგიური მონაცემების გარდა, ასტრონომიული მონაცემებიც არის ჩართული. ამრიგად, ვენერასა და მარსზე არსებული პირობები განიხილება როგორც დედამიწაზე არსებული პირობები მისი ევოლუციის სხვადასხვა ეტაპზე.

ძირითადი მონაცემები ქიმიური ევოლუციის შესახებ მიღებულია მოდელის ექსპერიმენტების შედეგად, რომლის დროსაც შესაძლებელი გახდა რთული ორგანული მოლეკულების მიღება ატმოსფეროს, ჰიდროსფეროსა და ლითოსფეროს სხვადასხვა ქიმიური შემადგენლობის სიმულაციის გზით და კლიმატური პირობებით.

არსებული მონაცემების საფუძველზე წამოაყენეს არაერთი ჰიპოთეზა ქიმიური ევოლუციის კონკრეტული მექანიზმებისა და უშუალო მამოძრავებელი ძალების შესახებ.

აბიოგენეზი

ფართო გაგებით, აბიოგენეზი არის ცოცხალი არსებების გაჩენა არაცოცხალი არსებიდან, ანუ სიცოცხლის წარმოშობის თანამედროვე თეორიის საწყისი ჰიპოთეზა. 1920-იან წლებში აკადემიკოსმა ოპარინმა თქვა, რომ მაკრომოლეკულური ნაერთების ხსნარებში, სპონტანურადიქმნება გაზრდილი კონცენტრაციის ზონები, რომლებიც შედარებით გამოყოფილია გარე გარემოდან და შეუძლიათ მასთან ურთიერთობის შენარჩუნება. მან მათ დაურეკა Coacervate წვეთები, ან უბრალოდ კოცერვატებს.

თემის მიმოხილვა

ქიმიური ევოლუციის ჰიპოთეზებმა უნდა აიხსნას შემდეგი ასპექტები:

1. კოსმოსში ან დედამიწაზე პირობების გამოჩენა დიდი მოცულობის ავტოკატალიზური სინთეზისთვის და ნახშირბადის შემცველი მოლეკულების მნიშვნელოვანი მრავალფეროვნებისთვის, ანუ ქიმიური ევოლუციის დასაწყებად აუცილებელი და საკმარისი ნივთიერებების წარმოქმნა აბიოგენურ პროცესებში.
2. ასეთი მოლეკულებიდან შედარებით სტაბილური დახურული აგრეგატების გაჩენა, რაც მათ საშუალებას აძლევს იზოლირდნენ გარემოდან ისე, რომ შესაძლებელი გახდეს მატერიისა და ენერგიის შერჩევითი გაცვლა მასთან, ანუ გარკვეული პროტოუჯრედული სტრუქტურების გაჩენა.
3. ქიმიური საინფორმაციო სისტემების ასეთ აგრეგატებში გამოჩენა, რომელსაც შეუძლია თვითშეცვლა და თვითგამრავლება, ანუ მემკვიდრეობითი კოდის ელემენტარული ერთეულების გაჩენა.
4. ცილების თვისებებსა და ფერმენტების ფუნქციებს შორის ურთიერთდამოკიდებულების გამოჩენა ინფორმაციის მატარებლებთან (რნმ, დნმ), ანუ მემკვიდრეობის ფაქტობრივი კოდის გაჩენა, როგორც აუცილებელი პირობა უკვე ბიოლოგიური ევოლუციისთვის.

ამ საკითხების გარკვევაში, სხვათა შორის, დიდი წვლილი შეიტანეს შემდეგმა მეცნიერებმა:

• ჰაროლდ ური და სტენლი მილერი 1953 წელს: მარტივი ბიომოლეკულების გაჩენა იმიტირებულ ძველ ატმოსფეროში.
• Sydney Fox: მიკროსფეროები პროტეოიდებისგან.
• თომას ჩეკი (კოლორადოს უნივერსიტეტი) და სიდნი ალტმანი (იელის ნიუ-ჰევენის უნივერსიტეტი) 1981 წელს: ავტოკატალიტიკური რნმ-ის დაშლა: „რიბოზიმები“ აერთიანებს კატალიზს და ინფორმაციას მოლეკულაში. მათ შეუძლიათ თავი ამოიღონ გრძელი რნმ-ის ჯაჭვიდან და კვლავ შეუერთონ დარჩენილი ბოლოები.
• უოლტერ გილბერტმა (კემბრიჯის ჰარვარდის უნივერსიტეტი) 1986 წელს შეიმუშავა რნმ-ის სამყაროს იდეა.
• გიუნტერ ფონ კიედროვსკი (რური-ბოხუმის უნივერსიტეტი) 1986 წელს წარმოგიდგენთ პირველ დნმ-ზე დაფუძნებულ თვითგამრავლების სისტემას, რომელიც მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა თვითგამრავლებადი სისტემების ზრდის ფუნქციების გაგებაში.
• მანფრედ ეიგენი (მაქს პლანკის ინსტიტუტი, ბიოფიზიკური ქიმიის ფაკულტეტი, გეტინგენი): რნმ-ის მოლეკულების ანსამბლების ევოლუცია. ჰიპერციკლი.
• ჯულიუს რებეკი (კემბრიჯი) ქმნის ხელოვნურ მოლეკულას (ამინოადენოსინტრიაზიდესტერი), რომელიც თვითრეპლიკაცია ხდება ქლოროფორმის ხსნარში. ასლები ჯერ კიდევ ნიმუშის იდენტურია, ამიტომ ამ მოლეკულებისთვის ევოლუცია შეუძლებელია.
• ჯონ კორლისი (გოდარდის კოსმოსური ფრენის ცენტრი - NASA): ზღვების თერმული წყაროები უზრუნველყოფენ ენერგიას და ქიმიურ ნივთიერებებს, რაც შესაძლებელს ხდის ქიმიურ ევოლუციას კოსმოსური გარემოსგან დამოუკიდებლად. დღესაც ისინი წარმოადგენენ არქეობაქტერიების (Archaea) საცხოვრებელ გარემოს, რომლებიც თავდაპირველად მრავალი თვალსაზრისით იყო.
• გიუნტერ ვახტერშაუზერი (ურ. Gunter_Wächtershauser ) (მიუნხენი): პირველი თვითგამრავლებადი სტრუქტურები მეტაბოლიზმით გაჩნდა პირიტის ზედაპირზე. ამისთვის საჭირო ენერგიას პირიტი (რკინის სულფიდი) ამარაგებდა. პირიტის კრისტალების მზარდი და კვლავ დაშლისას, ამ სისტემებს შეეძლოთ ზრდა და გამრავლება, და სხვადასხვა პოპულაციას შეექმნა სხვადასხვა გარემო პირობები (შერჩევის პირობები).
• A.G. Cairns-Smith (გლაზგოს უნივერსიტეტი) და David K. Mauerzall (Rockefeller-Universität New York, New York) თიხის მინერალებს ხედავენ, როგორც სისტემას, რომელიც თავდაპირველად ექვემდებარება ქიმიურ ევოლუციას, რის შედეგადაც წარმოიქმნება მრავალი განსხვავებული, თვითგანმეორებადი კრისტალები. . ეს კრისტალები იზიდავენ ორგანულ მოლეკულებს თავიანთი ელექტრული მუხტით და ახდენენ რთული ბიომოლეკულების სინთეზის კატალიზებას, ხოლო კრისტალური სტრუქტურების ინფორმაციის რაოდენობა ჯერ მატრიცას ემსახურება. ეს ორგანული ნაერთები უფრო და უფრო კომპლექსური ხდება მანამ, სანამ მათ არ შეუძლიათ გამრავლება თიხის მინერალების დახმარების გარეშე.
• ვოლფგანგ ვეიგანდმა, მარკ დერმა და სხვებმა (მაქს პლანკის ინსტიტუტის ბიოგეოქიმიის ფაკულტეტი, იენა) 2003 წელს აჩვენეს, რომ რკინის სულფიდს შეუძლია მოლეკულური აზოტისგან ამიაკის სინთეზის კატალიზება.

ქიმიური ევოლუციის ერთიანი მოდელი ჯერ არ არის შემუშავებული, ალბათ იმიტომ, რომ ძირითადი პრინციპები ჯერ კიდევ არ არის აღმოჩენილი.

წინასწარი

ბიომოლეკულები

მოლეკულების რთული ნაერთების პრებიოტიკური სინთეზი შეიძლება დაიყოს სამ თანმიმდევრულ ეტაპად:

1. მარტივი ორგანული ნაერთების (ალკოჰოლები, მჟავები, ჰეტეროციკლური ნაერთები: პურინები, პირიმიდინები და პიროლები) წარმოქმნა არაორგანული მასალებისგან.
2. უფრო რთული ორგანული ნაერთების - "ბიომოლეკულების" სინთეზი - მეტაბოლიტების ყველაზე გავრცელებული კლასების წარმომადგენლები, მათ შორის მონომერები - ბიოპოლიმერების სტრუქტურული ერთეულები (მონოსაქარიდები, ამინომჟავები, ცხიმოვანი მჟავები, ნუკლეოტიდები) მარტივი ორგანული ნაერთებისგან.
3. რთული ბიოპოლიმერების (პოლისაქარიდები, ცილები, ნუკლეინის მჟავები) წარმოქმნა ძირითადი სტრუქტურული ერთეულებიდან - მონომერებიდან.

ერთ-ერთი საკითხია იმ გარემოს ქიმიური შემადგენლობა, რომელშიც ჩატარდა პრებიოლოგიური სინთეზი, მათ შორის რომელი არაორგანული კომპონენტები წარმოადგენდნენ სხვადასხვა ელემენტების წყაროს, რომლებიც ქმნიან სხვადასხვა ორგანულ ნაერთებს.

ელემენტების შესაძლო არაორგანული წყაროები:

ყველა ჰიპოთეზა გამომდინარეობს იქიდან, რომ წყლისა და ფოსფატების გარდა, დედამიწის ისტორიის საწყის ეტაპზე ატმოსფეროში და ჰიდროსფეროში მხოლოდ შემცირებული ფორმები იყო საკმარისი რაოდენობით, რაც განსხვავდებოდა თანამედროვე პერიოდში გავრცელებული ქიმიური ნაერთებისგან. უძველესი ატმოსფერო არ შეიცავდა მოლეკულურ ჟანგბადს.

იმ დროს მზის ულტრაიისფერი გამოსხივება, ვულკანური პროცესების სითბო, რადიოაქტიური დაშლის მაიონებელი გამოსხივება და ელექტრული გამონადენი შეიძლება მოქმედებდეს, როგორც ენერგიის წყარო, რომელმაც დაიწყო სინთეზი. ასევე არსებობს თეორიები, რომლებშიც რედოქს პროცესები ვულკანურ აირებს (შემმცირებელ აგენტს) და ნაწილობრივ ჟანგვის სულფიდურ მინერალებს შორის, როგორიცაა პირიტი (FeS 2) შეიძლება გახდეს ენერგიის წყარო, რომელიც აუცილებელია ბიომოლეკულების წარმოქმნისთვის.

უძველესი ატმოსფეროს განვითარება

დედამიწის ატმოსფეროს განვითარება ქიმიური ევოლუციის ნაწილია და, უფრო მეტიც, მნიშვნელოვანი ელემენტია კლიმატის ისტორიაში. დღეს ის დაყოფილია განვითარების ოთხ მნიშვნელოვან ეტაპად.

თავდაპირველად, კოსმოსში ქიმიური ელემენტების წარმოქმნა და მათგან დედამიწის გამოჩენა მოხდა - დაახლოებით 4,56 მილიარდი წლის წინ. სავარაუდოდ, ჩვენს პლანეტას უკვე საკმაოდ ადრე ჰქონდა წყალბადის (H 2) და ჰელიუმის (He) ატმოსფერო, რომელიც, თუმცა, კვლავ დაიკარგა კოსმოსში. ასტრონომები ასევე ვარაუდობენ, რომ შედარებით მაღალი ტემპერატურისა და მზის ქარის ზემოქმედების გამო, მხოლოდ მცირე რაოდენობით მსუბუქი ქიმიური ელემენტები (ნახშირბადის, აზოტისა და ჟანგბადის ჩათვლით) შეიძლება დარჩეს დედამიწაზე და მზის მახლობლად მდებარე სხვა პლანეტებზე. ყველა ეს ელემენტი, რომლებიც დღეს ბიოსფეროს ძირითად ნაწილს ქმნიან, ამ თეორიის თანახმად, მზის სისტემის მეტი გარე ნაწილებიდან კომეტათა ზემოქმედებით იქნა მოტანილი მხოლოდ დიდი ხნის შემდეგ, როცა პროტოპლანეტები ცოტათი გაცივდნენ. მზის სისტემის გაჩენიდან პირველი რამდენიმე მილიონი წლის განმავლობაში ციურ სხეულებთან შეჯახება მუდმივად მეორდებოდა, მათ მიერ გამოწვეული შეჯახებამ გაანადგურა გლობალური სტერილიზაციის შედეგად წარმოქმნილი ცოცხალი სისტემები. მაშასადამე, სიცოცხლის გაჩენა შეიძლება დაიწყოს მხოლოდ დიდი ხნის განმავლობაში წყლის დაგროვების შემდეგ, ყოველ შემთხვევაში ყველაზე ღრმა დეპრესიებში.

ვულკანური აქტივობის ნიშნები: გოგირდის საბადოები მაუნა ლოას ჰალემა'უმაუს კრატერის კიდეებზე ჰავაიში

ვულკანური ამოფრქვევა ვულკანური აქტივობის ყველაზე სანახაობრივი ფორმაა

დედამიწის ნელი გაგრილებით, ვულკანური აქტივობით (დედამიწის ნაწლავებიდან აირების გათავისუფლებით) და დაცემული კომეტებიდან მასალების გლობალური განაწილებით, წარმოიშვა მეორე დედამიწის ატმოსფერო. სავარაუდოდ, იგი შედგებოდა წყლის ორთქლისგან (H 2 O 80%-მდე), ნახშირორჟანგი (CO 2; 20%-მდე), წყალბადის სულფიდი (7%-მდე), ამიაკი და მეთანი. წყლის ორთქლის მაღალი პროცენტული მაჩვენებელი განპირობებულია იმით, რომ დედამიწის ზედაპირი იმ დროს ჯერ კიდევ ძალიან ცხელი იყო ზღვების წარმოქმნისთვის. უპირველეს ყოვლისა, მცირე ორგანული მოლეკულები (მჟავები, ალკოჰოლები, ამინომჟავები) შეიძლება წარმოიქმნას წყლის, მეთანისა და ამიაკისგან ახალგაზრდა დედამიწის პირობებში, მოგვიანებით ასევე ორგანული პოლიმერები (პოლისაქარიდები, ცხიმები, პოლიპეპტიდები), რომლებიც არასტაბილური იყო მჟავე ატმოსფეროში. .

მას შემდეგ, რაც ატმოსფერო გაცივდა წყლის დუღილის წერტილის ქვემოთ, დაიწყო წვიმების ძალიან ხანგრძლივი პერიოდი, რომელმაც შექმნა ოკეანეები. გაიზარდა სხვა ატმოსფერული აირების გაჯერება წყლის ორთქლთან შედარებით. ინტენსიურმა ულტრაიისფერმა გამოსხივებამ გამოიწვია წყლის, მეთანისა და ამიაკის ფოტოქიმიური დაშლა, რის შედეგადაც დაგროვდა ნახშირორჟანგი და აზოტი. მსუბუქი აირები - წყალბადი და ჰელიუმი - გაიტანეს კოსმოსში, ნახშირორჟანგი დიდი რაოდენობით იხსნება ოკეანეში, რაც ზრდის წყლის მჟავიანობას. pH-ის მნიშვნელობა დაეცა 4-მდე. ინერტული და ნაკლებად ხსნადი აზოტი N 2 დროთა განმავლობაში დაგროვდა და ატმოსფეროს ძირითად კომპონენტად ჩამოყალიბდა დაახლოებით 3,4 მილიარდი წლის წინ.

გახსნილი ნახშირორჟანგის ნალექმა რეაგირებს ლითონის იონებთან (კარბონატები) და ცოცხალი არსებების შემდგომი განვითარება, რომლებიც ნახშირორჟანგს ასიმილირებდნენ, გამოიწვია CO 2-ის კონცენტრაციის შემცირება და pH-ის ზრდა წყლის ობიექტებში.

ჟანგბადი O 2 მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ატმოსფეროს შემდგომ განვითარებაში. იგი ჩამოყალიბდა ფოტოსინთეზური ცოცხალი არსებების, სავარაუდოდ ციანობაქტერიების (ლურჯ-მწვანე წყალმცენარეების) ან მსგავსი პროკარიოტების გაჩენით. მათ მიერ ნახშირორჟანგის ათვისებამ გამოიწვია მჟავიანობის შემდგომი შემცირება, ატმოსფეროს გაჯერება ჟანგბადით ჯერ კიდევ საკმაოდ დაბალი რჩებოდა. ამის მიზეზი არის ოკეანეში გახსნილი ჟანგბადის დაუყოვნებელი გამოყენება რკინის ორვალენტიანი იონების და სხვა ჟანგვის ნაერთების დაჟანგვისთვის. დაახლოებით ორი მილიარდი წლის წინ ეს პროცესი დასრულდა და ჟანგბადი თანდათანობით დაიწყო ატმოსფეროში დაგროვება.

მაღალრეაქტიული ჟანგბადი ადვილად აჟანგებს მგრძნობიარე ორგანულ ბიომოლეკულებს და, ამრიგად, ხდება გარემოს შერჩევის ფაქტორი ადრეული ორგანიზმებისთვის. მხოლოდ რამდენიმე ანაერობულმა ორგანიზმმა შეძლო გადაადგილება ჟანგბადისგან თავისუფალ ეკოლოგიურ ნიშებში, მეორე ნაწილმა შეიმუშავა ფერმენტები (მაგალითად, კატალაზები), რომლებიც ჟანგბადს საშიშს ხდის. ზოგიერთ მიკროორგანიზმში, ასეთი ფერმენტებისგან, განვითარდა მემბრანის რთული ფერმენტები - საბოლოო ოქსიდაზები, რომლებიც მეტაბოლურად იყენებენ არსებულ ჟანგბადს საკუთარი უჯრედების ზრდისთვის საჭირო ენერგიის დასაგროვებლად - აერობული სუნთქვის ჯაჭვში დაჟანგვის ბოლო ეტაპი. ორგანიზმიდან გამომდინარე, არსებობს ტერმინალური ოქსიდაზების სხვადასხვა ფორმები, მაგალითად, ქინოლ ოქსიდაზა ან ციტოქრომ C ოქსიდაზა, რომლებიც განსხვავდებიან სპილენძის იონების და ჰემების შემცველ აქტიურ ცენტრებში. ეს იძლევა იმის დასაჯერებლად, რომ ისინი წარმოიშვა განვითარების სხვადასხვა პარალელურად. ხშირ შემთხვევაში, სხვადასხვა ტიპის ტერმინალური ოქსიდაზები გვხვდება იმავე ორგანიზმში. ეს ფერმენტები ბოლოა თანმიმდევრული ფერმენტული კომპლექსების ჯაჭვში, რომლებიც ინარჩუნებენ რედოქს ენერგიას პროტონების ან ნატრიუმის იონების გადაცემით ტრანსმემბრანული ელექტრული პოტენციალის სახით. ეს უკანასკნელი კვლავ გარდაიქმნება ქიმიურ ენერგიად ატფ-ის სახით სხვა ფერმენტების კომპლექსით. ატფ-ის და რესპირატორული ჯაჭვის სხვა კომპონენტების სინთეზი ევოლუციურ შუქზე ბევრად უფრო ძველია, ვიდრე საბოლოო ოქსიდაზები, რადგან ისინი უკვე თამაშობდნენ მნიშვნელოვან როლს ბევრ აერობულ მეტაბოლურ პროცესში (აერობული სუნთქვა, მრავალი დუღილის პროცესი, მეთანოგენეზი), ასევე ანოქსიგენურში. და ჟანგბადის ფოტოსინთეზი.

მილიარდი წლის წინ ატმოსფეროში ჟანგბადის შემცველობამ ერთი პროცენტი გადალახა და რამდენიმე მილიონი წლის შემდეგ ოზონის შრე ჩამოყალიბდა. დღევანდელი ჟანგბადის შემცველობა 21% იყო მხოლოდ 350 მილიონი წლის წინ და მას შემდეგ სტაბილურად რჩება.

წყლის მნიშვნელობა სიცოცხლის წარმოშობისა და შენარჩუნებისთვის

H 2 O არის ქიმიური ნაერთი, რომელიც იმყოფება ნორმალურ პირობებში აგრეგაციის სამივე მდგომარეობაში.

მიუხედავად იმისა, რომ ამან აჩვენა ორგანული მოლეკულების ბუნებრივი წარმოქმნის შესაძლებლობა, ამ შედეგებს დღეს ზოგჯერ აკრიტიკებენ. პირველყოფილ სუპის ექსპერიმენტში ვარაუდობდნენ, რომ იმდროინდელ ატმოსფეროს ტუტე ხასიათი ჰქონდა, რაც შეესაბამებოდა იმდროინდელ მეცნიერულ იდეებს. დღეს, მეორეს მხრივ, ვარაუდობენ ატმოსფეროს ოდნავ ტუტე ან თუნდაც ნეიტრალურ ბუნებას, თუმცა საკითხი ჯერ არ არის საბოლოოდ გადაწყვეტილი და ასევე განიხილება ატმოსფერული პირობების ადგილობრივი ქიმიური გადახრები, მაგალითად, ვულკანების სიახლოვეს. შემდგომმა ექსპერიმენტებმა დაამტკიცა ორგანული მოლეკულების გაჩენის შესაძლებლობა ამ პირობებშიც კი, ისეთებიც კი, რომლებიც არ იქნა მიღებული პირველ ექსპერიმენტებში, მაგრამ გაცილებით მცირე რაოდენობით. ეს ხშირად ამტკიცებს, რომ ორგანული მოლეკულების წარმოშობა სხვაგვარად მაინც დამატებით როლს თამაშობდა. ასევე მოცემულია ორგანული ნივთიერებების მიმდებარე ტერიტორიაზე წარმოშობის თეორიები.

როგორც არგუმენტი ორგანული მოლეკულების საწყისი ბულიონიდან წარმოშობის წინააღმდეგ, ზოგჯერ მოყვანილია ის ფაქტი, რომ ექსპერიმენტის დროს მიიღება რაცემატი, ანუ ამინომჟავების L და D ფორმების თანაბარი ნარევი. შესაბამისად, უნდა ყოფილიყო ბუნებრივი პროცესი, რომელშიც უპირატესობა ენიჭებოდა ქირალური მოლეკულების გარკვეულ ვარიანტს. ზოგიერთი კოსმოსური ბიოლოგი ამტკიცებს, რომ კოსმოსში ორგანული ნაერთების წარმოშობის დამტკიცება უფრო ადვილია, რადგან, მათი აზრით, ფოტოქიმიური პროცესები წრიულად პოლარიზებული გამოსხივებით, როგორიცაა პულსარები, შეუძლიათ მხოლოდ გარკვეული ბრუნვის მოლეკულების განადგურება. მართლაც, მეტეორიტებში აღმოჩენილ ქირალურ ორგანულ მოლეკულებში დომინირებდა 9% მემარცხენეები. თუმცა, 2001 წ ალან საღათელიანიაჩვენა, რომ თვითგამრავლებით პეპტიდურ სისტემებს ასევე შეუძლიათ ეფექტურად შეარჩიონ გარკვეული ბრუნვის მოლეკულები რასემულ ნარევში, რაც შესაძლებელს ხდის პოლიმერების მიწისზედა წარმოშობას გარკვეული ოპტიკური იზომერებიდან.

შემდგომი რეაქციები

ალდეჰიდების და ჰიდროციანმჟავას HCN შუალედური პროდუქტებიდან, რომლებიც გამოჩნდნენ მილერ-ურიის ექსპერიმენტში, შემდგომი ბიომოლეკულების მიღება შესაძლებელია 4,5 მილიარდი წლის წინ სიმულირებული დედამიწის პირობებში. ამრიგად, ხუან ორომ 1961 წელს მოახერხა ადენინის სინთეზის განხორციელება:

რიბოზას, ადენინისა და ტრიფოსფატისგან წარმოიქმნება ადენოზინტრიფოსფატი (ATP), რომელიც გამოიყენება ორგანიზმებში, როგორც უნივერსალური ენერგიის გადამზიდავი და რიბონუკლეინის მჟავების (რნმ) სამშენებლო ელემენტი (როგორც მონოფოსფატი).

მინერალებისა და ქანების ჩართვა

• კრისტალური ზედაპირები შეიძლება იყოს მაკრომოლეკულების ზრდის მატრიცა. ამ შემთხვევაში, სხვადასხვა კრისტალურ ზედაპირს შეუძლია დააკავშიროს მოლეკულების გარკვეული ენანტიომერები. L და D ამინომჟავები მიმაგრებულია კალციტის კრისტალში სხვადასხვა ადგილას.
• აარონ კაჩალსკიმ (ვეიზმანის ინსტიტუტი, ისრაელი) აჩვენა, რომ წყალხსნარში, რომელიც შეიცავს მონტმორილონიტს (თიხის ერთ-ერთი მინერალი), შესაძლებელია ცილების სინთეზირება 50-ზე მეტი ამინომჟავის ჯაჭვის სიგრძით, თითქმის 100% გამოსავლიანობით.
• ლითონის იონებს შეუძლიათ იმოქმედონ როგორც კატალიზატორები, ელექტრონების დონორი ან ჩაერთონ ბიომოლეკულებში.
• თიხის მინერალები წყალხსნარებში ხშირად ატარებენ ზედაპირულ ელექტრულ მუხტს და ამგვარად შეუძლიათ საპირისპიროდ დამუხტული ორგანული მოლეკულების მოზიდვა და შენარჩუნება.
• ორგანული ნაერთების მოლეკულები ქანების მიკროქვებში დაცულია ულტრაიისფერი გამოსხივებისგან.

ვახტერჰაუზერის თეორია

მინერალებისა და ქანების წვლილის განსაკუთრებით ინტენსიური ფორმა ორგანული მოლეკულების პრებიოტიკის სინთეზში უნდა მოხდეს რკინის სულფიდის მინერალების ზედაპირზე. მილერ-ურიის თეორიას აქვს მნიშვნელოვანი შეზღუდვები, განსაკუთრებით ბიომოლეკულის მონომერული კომპონენტების პოლიმერიზაციის მცდარი ახსნის გათვალისწინებით.

ანაერობული ბაქტერიები, რომელთა მეტაბოლიზმი ხდება რკინისა და გოგირდის მონაწილეობით, დღესაც არსებობს.

რკინის სულფიდის FeS 2 კრისტალების ერთობლიობა

ალტერნატიული სცენარი შეიმუშავა 1980-იანი წლების დასაწყისიდან გიუნტერ ვახტერჰაუზერის მიერ. ამ თეორიის მიხედვით დედამიწაზე სიცოცხლე წარმოიშვა რკინა-გოგირდოვანი მინერალების, ანუ სულფიდების ზედაპირზე, რომლებიც დღესაც წარმოიქმნება გეოლოგიური პროცესებით, ახალგაზრდა დედამიწაზე კი ბევრად უფრო გავრცელებული უნდა ყოფილიყო. ეს თეორია, რნმ-ის მსოფლიო ჰიპოთეზის საწინააღმდეგოდ, ვარაუდობს, რომ მეტაბოლიზმი წინ უძღოდა ფერმენტების და გენების გამოჩენას. შესაფერის ადგილად შავ მწეველებს ვარაუდობენ ოკეანეების ფსკერზე, სადაც არის მაღალი წნევა, მაღალი ტემპერატურა, არ არის ჟანგბადი და უხვად არის წარმოდგენილი სხვადასხვა ნაერთები, რომლებიც შეიძლება გახდეს „სიცოცხლის აგურის“ სამშენებლო მასალა. კატალიზატორი ქიმიური რეაქციების ჯაჭვში. ამ კონცეფციის დიდი უპირატესობა მის წინამორბედებთან შედარებით არის ის, რომ პირველად რთული ბიომოლეკულების ფორმირება დაკავშირებულია ენერგიის მუდმივ საიმედო წყაროსთან. ენერგია გამოიყოფა ნაწილობრივ დაჟანგული რკინა-გოგირდოვანი მინერალების, როგორიცაა პირიტი (FeS 2) წყალბადის შემცირების დროს (რეაქციის განტოლება: FeS 2 + H 2 FeS + H 2 S), და ეს ენერგია საკმარისია ენდოთერმული სინთეზისთვის. ბიომოლეკულების მონომერული სტრუქტურული ელემენტები და მათი პოლიმერიზაცია:

Fe 2+ + FeS 2 + H 2 2 FeS + 2 H + ΔG°" = -44,2 კჯ/მოლი

სხვა ლითონები, როგორიცაა რკინა, ასევე ქმნიან უხსნად სულფიდებს. გარდა ამისა, პირიტს და სხვა რკინა-გოგირდოვან მინერალებს აქვთ დადებითად დამუხტული ზედაპირი, რომელზედაც უპირატესად უარყოფითად დამუხტული ბიომოლეკულები (ორგანული მჟავები, ფოსფორის ეთერები, თიოლები) შეიძლება განთავსდეს, კონცენტრირდეს და რეაგირება მოახდინოს ერთმანეთთან. ამისთვის აუცილებელი ნივთიერებები (გოგირდწყალბადი, ნახშირბადის მონოქსიდი და შავი მარილები) ხსნარიდან ამ „რკინა-გოგირდის სამყაროს“ ზედაპირზე ვარდება. ვახტერჰაუზერი თავისი თეორიისთვის ეყრდნობა მეტაბოლიზმის არსებულ ფუნდამენტურ მექანიზმებს და მათგან იღებს დახურულ სცენარს რთული ორგანული მოლეკულების (ორგანული მჟავები, ამინომჟავები, შაქარი, აზოტოვანი ფუძეები, ცხიმები) სინთეზისთვის ვულკანურ აირებში (NH) მარტივი არაორგანული ნაერთებიდან. 3, H2, CO, CO2, CH4, H2S).

მილერ-ურიის ექსპერიმენტისგან განსხვავებით, არ არის ჩართული ენერგიის წყაროები გარედან, ელვის ან ულტრაიისფერი გამოსხივების სახით; გარდა ამისა, სინთეზის პირველი ეტაპები მაღალ ტემპერატურასა და წნევაზე ბევრად უფრო სწრაფად მიმდინარეობს (მაგალითად, ფერმენტების მიერ კატალიზებული ქიმიური რეაქციები). წყალქვეშა ვულკანების ტემპერატურაზე 350 ° C-მდე, სიცოცხლის გაჩენა საკმაოდ სავარაუდოა. მხოლოდ მოგვიანებით, მაღალი ტემპერატურისადმი მგრძნობიარე კატალიზატორების (ვიტამინები, ცილები) გამოჩენასთან ერთად, ევოლუცია უნდა მომხდარიყო დაბალ ტემპერატურაზე.

Wächterhäuser-ის სცენარი კარგად შეეფერება ღრმა ზღვის ჰიდროთერმული სავენტილაციო ხვრელის პირობებს, ვინაიდან ტემპერატურის სხვაობა იქ რეაქციის მსგავსი განაწილების საშუალებას იძლევა. უძველესი ცოცხალი მიკროორგანიზმები ყველაზე მდგრადია სითბოს მიმართ, მათი ზრდისთვის ცნობილი ტემპერატურის ზღვარი არის +122 °C. გარდა ამისა, რკინა-გოგირდის აქტიური ცენტრები კვლავ ჩართულია ბიოქიმიურ პროცესებში, რაც შეიძლება მიუთითებდეს Fe-S მინერალების პირველად მონაწილეობაზე სიცოცხლის განვითარებაში.

მაკრომოლეკულების ფორმირება

ბიომაკრომოლეკულები არის ცილები და ნუკლეინის მჟავები. მოლეკულური ჯაჭვების ზრდა (პოლიმერიზაცია) მოითხოვს ენერგიას და ხდება წყლის გათავისუფლებით (კონდენსაცია). მაკრომოლეკულების დაყოფის (ჰიდროლიზის) დროს ენერგია გამოიყოფა. ვინაიდან ქიმიური წონასწორობა იმდენად ძლიერად არის გადატანილი მონომერებისკენ, რომ რეაქცია თერმოდინამიკურად შეუქცევად მიმდინარეობს პოლიმერების ჰიდროლიზისკენ, პოლიმერების სინთეზი შეუძლებელია ენერგიის მუდმივი მიწოდების გარეშე. წყლის აორთქლების, მარილების დამატების (შემაკავშირებელი წყალი) ან პროდუქტების დაშლის თეორიული მხარდაჭერითაც კი, წონასწორობა მხოლოდ ოდნავ იცვლება. შედეგად, სიცოცხლის გაჩენა, სავარაუდოდ, დაკავშირებულია ენერგიის საიმედო წყაროსთან, რომელიც გამოყენებული იქნება პოლიმერიზაციისთვის.

[მონომერები] n + H 2 O n მონომერები + სითბო,

ენერგია + მონომერები [მონომერები] n + H 2 O.

ATP ყველაზე ხშირად გამოიყენება როგორც ენერგიის წყარო ბიოქიმიაში, რომლის ფორმირებისთვის საჭიროა უკვე არსებული ფერმენტები. ახალგაზრდა დედამიწის პირობებში პოლიმერების სინთეზისთვის ენერგიის მიწოდება შესაძლებელია პოლიფოსფატების ჰიდროლიზური გახლეჩით, რომელსაც დღეს ზოგიერთი ფერმენტი იყენებს ატფ-ის დაშლის ნაცვლად. მაგრამ ნაკლებად სავარაუდოა, რომ პოლიფოსფატები იყო საჭირო რაოდენობით, რადგან ისინი შეიძლება სპონტანურად წარმოიქმნას ფოსფატის შემცველი ხსნარების აორთქლებისას, მაგრამ ასევე ჰიდროლიზება შედარებით სწრაფად, წყალში დაშლა. მსგავსი პროცესები შეიძლება მოხდეს სანაპიროზე რეგულარული მოქცევის და მაღალი მოქცევის დროს. მაგრამ ამ შემთხვევაში წყალზე დამოკიდებული ყველა პროცესი მუდმივად შეფერხდება, რაც ზედმეტად შეანელებს რთული ნაერთების სინთეზს. მაშასადამე, მოდით მივმართოთ სრულიად განსხვავებულ სისტემას, რომელშიც ხდება როგორც მონომერული კომპონენტების სინთეზი, ასევე მუდმივი ენერგიის წყაროზე დამოკიდებული პოლიმერების წარმოქმნა - ანაერობული რედოქსული რეაქციები ლითონის სულფიდებთან.

პოლიმერების სინთეზის წონასწორობა გადადის პოლიმერების წარმოქმნისკენ მონომერების კონცენტრაციის გაზრდით და რეაქციის პროდუქტების გაუწყლოებით. ამის პირობაა რეაქციის საშუალების შეზღუდვა, რომელსაც აქვს მხოლოდ შეზღუდული ნივთიერებების გაცვლა გარე გარემოსთან. ტრადიციულად ითვლებოდა, რომ ასეთი პროცესები მიმდინარეობს მცირე აუზებში მაღალი აორთქლებით, რაც დაფუძნებულია C. Darwin-ის ნაშრომებზე. დღესდღეობით, ოკეანეების ვულკანური რეგიონები ჰიდროთერმული სავენტილაციო არხებიდან დეპონირებული ლითონის სულფიდებით საკმაოდ შესაფერის ადგილად ითვლება ასეთი სცენარის განვითარებისთვის.

პრობლემის სხვა გადაწყვეტილებებს აქვს ძლიერი შეზღუდვები და ძნელია შედარება ადრეული დედამიწის პირობებთან. უპირატესად, ერთი ან რამდენიმე ნაბიჯი მოითხოვს წყლის გამორიცხვას, რაც ძალიან ადვილია ლაბორატორიაში, მაგრამ არა დედამიწაზე განხილულ დროს. ერთ-ერთი ასეთი სისტემაა კარბამიდების (R-N=C=N-R) ან ციანოგენის (N≡C-C≡N) პოლიმერიზაცია უწყლო გარემოში. ამ შემთხვევაში, საწყისი კომპონენტების კონდენსაცია მიმდინარეობს შარდოვანას რეაქციის პარალელურად, რომელშიც გამოიყოფა საჭირო ენერგია:

ენერგია + + + H 2 O (H-X-OH = მონომერი, როგორიცაა ამინომჟავა ან რიბოზა)

H 2 O + ენერგია (თუ R = H შარდოვანა ხდება)

ულტრაიისფერი გამოსხივებით ციანიდი წარმოიქმნება ჰიდროციანმჟავასგან, თუმცა, საშრობი ჭაობში, აქროლადი მოლეკულა სწრაფად აორთქლდება. თუ ამინომჟავების მშრალი ნარევი თბება 130 ° C-მდე რამდენიმე საათის განმავლობაში, წარმოიქმნება ცილის მსგავსი მაკრომოლეკულები. პოლიფოსფატების თანდასწრებით 60 °C საკმარისია. ეს პირობები შეიძლება ჩამოყალიბდეს, თუ დაშლილი ამინომჟავებით წყალი კონტაქტში შედის ცხელ ვულკანურ ფერფლთან.

თუ ნუკლეოტიდური ნარევი თბება პოლიფოსფატების თანდასწრებით 55 °C-მდე, მაშინ, მიუხედავად იმისა, რომ პოლინუკლეოტიდები ჩნდება, კავშირი მაინც უფრო სავარაუდოა რიბოზის 5'- და 2'-C-ატომების გამო, რადგან ის უფრო ადვილად მიმდინარეობს, ვიდრე ყველა ორგანიზმში.5'-3'-ბმები. ორმაგი ჯაჭვები წარმოიქმნება ორივე ტიპის პოლინუკლეოტიდისგან (შეადარეთ დნმ-ის სტრუქტურას). რა თქმა უნდა, 5'-3'-ორმაგი ჯაჭვები უფრო სტაბილურია, ვიდრე 5'-2'.

თუ რიბოზის 2' ნახშირბადის ატომზე არ არის ჰიდროქსილის ჯგუფი, მიიღება დექსორიბოზა. ტიპიური დნმ-ის 5'-3' ბმები ახლა შეიძლება ჩამოყალიბდეს.

პრებიოტიკური სტრუქტურების ფორმირება (უჯრედების წინამორბედები)

უჯრედები ინარჩუნებენ თავიანთ ფუნქციებს შეზღუდული რეაქციის გარემოს უზრუნველყოფით, რათა გამოიყოს მეტაბოლური პროცესები ერთმანეთისგან და გამოირიცხოს არასასურველი რეაქციები. კონცენტრაციის განსხვავებები შეიძლება შეიქმნას ამავე დროს.

კოცერვატებს

ცნობილია, რომ მზარდი კონცენტრაციით, ბევრ ორგანულ ნაერთს, რომელთა მოლეკულები შეიცავს როგორც ჰიდროფილურ, ასევე ჰიდროფობიურ ადგილებს, შეუძლიათ წყალხსნარებში მიცელის წარმოქმნა, ანუ ორგანული ფაზის მიკროწვეთების განთავისუფლება. მიცელიზაცია შეინიშნება აგრეთვე დამარილების დროს, ანუ ბიოპოლიმერების-პოლიელექტროლიტების კოლოიდური ხსნარებში მარილების კონცენტრაციის მატებით, ხოლო 1-500 მკმ დიამეტრის მიკროწვეთები გამოიყოფა, რომლებიც შეიცავს ბიოპოლიმერების მაღალ კონცენტრაციას.