Originea vieții pe Pământ este una dintre cele mai dificile și în același timp relevante și interes Întreabăîn știința naturală modernă.

Pământul s-a format probabil acum 4,5-5 miliarde de ani dintr-un nor gigant praf spațial. dintre care particule sunt comprimate într-o minge fierbinte. Vaporii de apă au fost eliberați din ea în atmosferă, iar apa a căzut din atmosferă pe Pământul care se răcea încet de-a lungul a milioane de ani sub formă de ploaie. În adâncurile suprafeței pământului s-a format Oceanul preistoric. În ea, acum aproximativ 3,8 miliarde de ani, s-a născut viața originală.

Originea vieții pe pământ

Cum a apărut planeta însăși și cum au apărut mările pe ea? Există o teorie larg acceptată despre asta. În conformitate cu acesta, Pământul a fost format din nori de praf cosmic care conțineau toate cele cunoscute în natură elemente chimice, care sunt comprimate într-o minge. Vaporii de apă fierbinți au scăpat de pe suprafața acestei mingi înroșite, învăluindu-o într-o acoperire de nori continuă.Vaporii de apă din nori s-au răcit încet și s-au transformat în apă, care a căzut sub formă de ploi continue abundente pe cele încă fierbinți, arzătoare. Pământ. La suprafața sa, s-a transformat din nou în vapori de apă și s-a întors în atmosferă. De-a lungul a milioane de ani, Pământul a pierdut treptat atât de multă căldură încât suprafața sa lichidă a început să se întărească pe măsură ce s-a răcit. Așa s-a format scoarța terestră.

Au trecut milioane de ani, iar temperatura suprafeței Pământului a scăzut și mai mult. Apa pluvială a încetat să se evapore și a început să curgă în bălți uriașe. Astfel a început efectul apei asupra suprafața pământului. Și apoi, din cauza scăderii temperaturii, a avut loc o adevărată inundație. Apă care s-a evaporat anterior în atmosferă și s-a transformat în ea parte constitutivă, năvălit continuu pe Pământ, din nori au căzut averse puternice cu tunete și fulgere.

Încetul cu încetul, în cele mai adânci depresiuni ale suprafeței pământului s-a acumulat apă care nu a mai avut timp să se evapore complet. Era atât de mult încât treptat s-a format pe planetă un Ocean preistoric. Fulgerele au tăiat cerul. Dar nimeni nu a văzut-o. Nu exista încă viață pe Pământ. Ploaia continuă a început să spele munții. Apa curgea din ele în râuri zgomotoase și râuri furtunoase. De-a lungul a milioane de ani, curgerile de apă au corodat profund suprafața pământului și în unele locuri au apărut văi. Conținutul de apă din atmosferă a scăzut și s-a acumulat din ce în ce mai mult pe suprafața planetei.

Învelișul continuu de nori a devenit mai subțire, până când într-o zi prima rază a soarelui a atins Pământul. Ploaia continuă a luat sfârșit. Cel mai Oceanul preistoric acoperit de pământ. Din straturile sale superioare, apa a spălat o cantitate imensă de minerale solubile și săruri care au căzut în mare. Apa din ea s-a evaporat continuu, formând nori, iar sărurile s-au depus, iar în timp s-a produs o salinizare treptată a apei de mare. Aparent, în unele condiții care existau în antichitate, s-au format substanțe din care au apărut forme cristaline speciale. Au crescut, ca toate cristalele, și au dat naștere la noi cristale, care și-au atașat tot mai multe substanțe noi.

Lumina soarelui și, eventual, descărcări electrice foarte puternice au servit drept sursă de energie în acest proces. Poate că primii locuitori ai Pământului s-au născut din astfel de elemente - procariote, organisme fără nucleu format, asemănătoare bacteriilor moderne. Erau anaerobi, adică nu foloseau oxigenul liber pentru respirație, care nu era încă în atmosferă la acea vreme. Au servit ca sursă de hrană compusi organici care au apărut pe Pământul fără viață ca urmare a expunerii la radiațiile ultraviolete de la Soare, descărcări de fulgereși căldură de la erupțiile vulcanice.

Viața exista atunci într-o peliculă bacteriană subțire la fundul rezervoarelor și în locuri umede. Această eră a dezvoltării vieții se numește Archean. Din bacterii, și posibil într-un mod complet independent, au apărut organisme unicelulare minuscule - cele mai vechi protozoare.

Cum arăta pământul primitiv?

Avanză rapid până acum 4 miliarde de ani. Atmosfera nu conține oxigen liber, este doar în compoziția oxizilor. Aproape niciun sunet, cu excepția fluierului vântului, a șuieratului apei care erupe cu lavă și a impactului meteoriților pe suprafața Pământului. Fara plante, fara animale, fara bacterii. Poate așa arăta Pământul când a apărut viața pe el? Deși această problemă a fost de multă vreme preocupare pentru mulți cercetători, opiniile lor cu privire la această problemă diferă foarte mult. Condițiile de pe Pământ din acea vreme puteau fi evidențiate de roci, dar acestea au fost de mult distruse ca urmare a proceselor geologice și a mișcărilor scoarței terestre.

Teorii despre originea vieții pe Pământ

În acest articol, vom discuta pe scurt câteva ipoteze pentru originea vieții, reflectând modernitatea idei științifice. Potrivit lui Stanley Miller, un cunoscut expert în domeniul originii vieții, se poate vorbi despre originea vieții și începutul evoluției acesteia din momentul în care moleculele organice s-au autoorganizat în structuri care s-au putut reproduce. Dar acest lucru ridică alte întrebări: cum au apărut aceste molecule; de ce s-au putut reproduce și să se adune în acele structuri care au dat naștere organismelor vii; care sunt conditiile pentru asta?

Există mai multe teorii despre originea vieții pe Pământ. De exemplu, una dintre ipotezele de lungă durată spune că a fost adus pe Pământ din spațiu, dar nu există dovezi concludente în acest sens. În plus, viața pe care o știm este surprinzător de adaptată pentru a exista tocmai în condiţiile pământeşti, deci dacă își are originea în afara Pământului, atunci pe planetă tip pământ. Majoritatea oamenilor de știință moderni cred că viața își are originea pe Pământ, în mările sale.

Teoria biogenezei

În dezvoltarea învățăturilor despre originea vieții, un loc important îl ocupă teoria biogenezei - originea vieții numai din vii. Dar mulți îl consideră insuportabil, deoarece opune în mod fundamental viul cu cel neînsuflețit și afirmă ideea eternității vieții respinsă de știință. Abiogeneza - ideea originii viețuitoarelor din lucrurile nevii - ipoteza inițială teoria modernă originea vieții. În 1924, celebrul biochimist A. I. Oparin a sugerat că cu puternic descărcări electriceîn atmosfera pământului, care acum 4-4,5 miliarde de ani consta din amoniac, metan, dioxid de carbonși vaporii de apă, cei mai simpli compuși organici necesari pentru apariția vieții ar putea apărea. Previziunea academicianului Oparin s-a adeverit. În 1955 explorator american S. Miller, trecând sarcini electrice printr-un amestec de gaze și vapori, a primit cel mai simplu acid gras, uree, acetic și acid formicși câțiva aminoacizi. Astfel, la mijlocul secolului al XX-lea, sinteza abiogenă a substanțelor asemănătoare proteinelor și a altor substanțe organice a fost efectuată experimental în condiții care reproduceau condițiile Pământului primitiv.

Teoria panspermiei

Teoria panspermiei este posibilitatea de a transfera compuși organici, spori de microorganisme dintr-un corp cosmic altcuiva. Dar nu oferă deloc un răspuns la întrebarea cum a apărut viața în Univers? Este nevoie de a justifica apariția vieții în acel punct al Universului, a cărui vârstă, conform teoriei Marea explozie, este limitat la 12-14 miliarde de ani. Până acum, nici nu a fost particule elementare. Și dacă nu există nuclei și electroni, nu există substanțe chimice. Apoi, în câteva minute, au apărut protoni, neutroni, electroni, iar materia a intrat pe calea evoluției.

Pentru a susține această teorie, sunt folosite mai multe observări de OZN-uri, sculpturi în stâncă ale unor obiecte similare cu rachete și „cosmonauți”, precum și rapoarte despre presupuse întâlniri cu extratereștri. La studierea materialelor meteoriților și cometelor, în ele s-au găsit mulți „precursori ai vieții” - substanțe precum cianogenii, acid cianhidricși compuși organici, care ar fi putut juca rolul de „semințe” care au căzut pe Pământul gol.

Susținătorii acestei ipoteze au fost laureații Premiul Nobel F. Creek, L. Orgel. F. Crick bazat pe două dovezi indirecte: universalitatea cod genetic: necesar pentru metabolismul normal al tuturor ființelor vii de molibden, care acum este extrem de rar pe planetă.

Originea vieții pe Pământ este imposibilă fără meteoriți și comete

Cercetător la Texas Tech University, după ce a analizat un volum uriaș informațiile colectate, a prezentat o teorie a modului în care s-ar putea forma viața pe Pământ. Omul de știință este sigur că apariția formelor timpurii cea mai simplă viață pe planeta noastră ar fi imposibil fără participarea cometelor și meteoriților care au căzut pe ea. Cercetătorul și-a împărtășit munca la cea de-a 125-a reuniune anuală a Societății Geologice din America, care a avut loc pe 31 octombrie la Denver, Colorado.

Autorul lucrării, profesor de geoștiință la Texas universitate tehnologică(TTU) și curator al muzeului de paleontologie de la universitate, Sankar Chatterjee a spus că a ajuns la această concluzie după ce a analizat informații despre primele istoria geologică planeta noastră și comparând aceste date cu diverse teorii evolutie chimica.

Expertul consideră că această abordare ne permite să explicăm una dintre cele mai ascunse și neînțelese perioade din istoria planetei noastre. Potrivit multor geologi, cea mai mare parte a „bombardelor” spațiale care implică comete și meteoriți au avut loc acum aproximativ 4 miliarde de ani. Chatterjee crede că cea mai timpurie viață de pe Pământ s-a format în cratere lăsate de impactul meteoriților și cometelor. Și cel mai probabil acest lucru s-a întâmplat în timpul Bombardamentului Greu Târziu (acum 3,8-4,1 miliarde de ani), când ciocnirea unor mici obiecte spațiale cu planeta noastră a crescut dramatic. În acel moment, au existat câteva mii de cazuri de comete care cădeau simultan. Interesant este că această teorie este susținută indirect de Modelul de la Nisa. Potrivit acestuia, numărul real de comete și meteoriți care ar fi trebuit să cadă pe Pământ în acel moment corespunde numărului real de cratere de pe Lună, care, la rândul său, a fost un fel de scut pentru planeta noastră și nu a permis bombardarea nesfârșită. să-l distrugă.

Unii oameni de știință sugerează că rezultatul acestui bombardament este colonizarea vieții în oceanele Pământului. În același timp, mai multe studii pe această temă indică faptul că planeta noastră are mai mult inventar apă decât ar trebui. Și acest surplus este atribuit cometelor care au zburat către noi din Norul Oort, probabil situate într-un an lumină de la noi.

Chatterjee subliniază că craterele formate în urma acestor ciocniri au fost umplute cu apă topită de la cometele înseși, precum și cu elementele chimice necesare formării celor mai simple organisme. În același timp, omul de știință consideră că acele locuri în care viața nu a apărut nici după un astfel de bombardament s-au dovedit pur și simplu a fi nepotrivite pentru asta.

„Când Pământul s-a format acum aproximativ 4,5 miliarde de ani, era complet nepotrivit pentru apariția organismelor vii pe el. A fost un adevărat cazan fierbinte de vulcani, gaze fierbinți otrăvitoare și meteoriți care cădeau constant pe ea ”, scrie jurnalul online AstroBiology, referindu-se la om de știință.

„Și după un miliard de ani, a devenit o planetă liniștită și calmă, bogată în rezerve uriașe de apă, locuită de diverși reprezentanți viața microbiană - strămoșii tuturor ființelor vii.”

Viața pe Pământ ar fi putut proveni din lut

Un grup de oameni de știință condus de Dan Luo de la Universitatea Cornell a venit cu ipoteza că argila obișnuită ar putea servi drept concentrator pentru cele mai vechi biomolecule.

Inițial, cercetătorii nu au fost preocupați de problema originii vieții - ei căutau o modalitate de a crește eficiența sistemelor de sinteză a proteinelor fără celule. În loc să lase ADN-ul și proteinele sale de susținere să plutească liber în amestecul de reacție, oamenii de știință au încercat să le forțeze în particule de hidrogel. Acest hidrogel, ca un burete, a absorbit amestecul de reacție, a absorbit moleculele necesare și, ca urmare, toate componentele necesare au fost blocate într-un volum mic - așa cum se întâmplă într-o celulă.

Autorii studiului au încercat apoi să folosească argila ca înlocuitor ieftin pentru hidrogel. Particulele de argilă s-au dovedit a fi similare cu particulele de hidrogel, devenind un fel de microreactoare pentru biomoleculele care interacționează.

După ce au primit astfel de rezultate, oamenii de știință nu au putut să nu-și amintească problema originii vieții. Particulele de argilă, cu capacitatea lor de a absorbi biomolecule, ar putea servi de fapt ca primii bioreactoare pentru primele biomolecule înainte de a avea membrane. Această ipoteză este susținută și de faptul că leșierea silicaților și a altor minerale din roci odată cu formarea argilei a început, conform estimărilor geologice, chiar înainte ca, potrivit biologilor, cele mai vechi biomolecule să înceapă să se combine în protocelule.

În apă, sau mai degrabă în soluție, s-ar putea întâmpla puțin, deoarece procesele în soluție sunt absolut haotice, iar toți compușii sunt foarte instabili. Lut stiinta moderna- mai exact, suprafața particulelor de argilă minerală - este considerată ca o matrice pe care s-ar putea forma polimeri primari. Dar aceasta este, de asemenea, doar una dintre multele ipoteze, fiecare având propriile sale puncte forte și părțile slabe. Dar pentru a simula originea vieții la scară largă, trebuie să fii cu adevărat Dumnezeu. Deși în Occident astăzi există deja articole cu titlurile „Cell Construction” sau „Cell Modeling”. De exemplu, unul dintre ultimii laureați ai premiului Nobel, James Szostak, încearcă acum să creeze modele de celule eficiente care să se reproducă singure, reproducând propriul lor fel.

Apa este parte integrantă corpuri de ființe vii. Sângele, mușchii, grăsimea, creierul și chiar oasele conțin apă în cantități mari. De obicei, apa reprezintă 65-75% din greutatea corpului unui organism viu. Corpul unor animale marine, precum meduzele, conține chiar și 97-98% apă. Toate procesele care au loc în corpul animalelor și plantelor au loc numai cu participarea solutii apoase. Viața este imposibilă fără apă.

Prima preocupare a organismului în curs de dezvoltare este nutriția. Găsirea hranei pe uscat este mult mai dificilă decât pe mare. Plantele terestre au nevoie de rădăcini lungi pentru a extrage apa și substanțele nutritive dizolvate în ea. Animalele își câștigă existența cu mare efort. Un alt lucru în mare. dizolvat in apa sarata de mare nutrienți. Astfel, plantele marine sunt înconjurate pe toate părțile de soluția nutritivă și o absorb ușor.

Este la fel de important ca organismul să-și mențină corpul în spațiu. Pe uscat, aceasta este o sarcină foarte dificilă. Mediul aerian foarte rară. Pentru a rămâne pe pământ, trebuie să aveți dispozitive speciale - membre puternice sau rădăcini puternice. Pe uscat, cel mai mare animal este elefantul. Dar o balenă este de 40 de ori mai grea decât un elefant. Dacă un animal atât de uriaș ar începe să se miște pe uscat, atunci pur și simplu ar muri, incapabil să-și reziste propriei greutăți. Nici pielea groasă, nici coastele masive nu ar fi fost un suport suficient pentru această carcasă de 100 de tone. Apa este o chestiune complet diferită. Toată lumea știe că în apă poți ridica cu ușurință o piatră grea, pe care pe uscat cu greu o poți mișca. Acest lucru se întâmplă deoarece fiecare corp aflat în apă pierde în greutate atât de mult cât cântărește apa deplasată de el. De aceea, balena trebuie să depună de 10 ori mai puțin efort pentru a se deplasa în apă decât i-ar lua acest gigant pe uscat. Corpul său, susținut de apă din toate părțile, capătă o plutire mai mare, iar balenele, în ciuda greutății lor enorme, pot de mare viteză depășiți distanțe mari. Cele mai mari plante trăiesc și în mare. Algele macrocystis atinge 150-200 de metri lungime. Pe pământ, astfel de giganți sunt rari chiar și printre copaci. Apa susține o masă uriașă a acestei alge. Pentru atașarea la pământ, nu necesită rădăcini puternice, așa cum plante macinate.

În plus, temperatura în mare este mai constantă decât în ​​aer. Și acest lucru este foarte important, deoarece nu trebuie să cauți protecție de frig iarna și de căldură vara. Pe uscat, diferența dintre temperatura aerului iarna și vara ajunge la 80-90 de grade în unele zone. În mai multe locuri din Siberia, temperatura vara atinge 35-40 de grade de căldură, iar iarna sunt înghețuri de 50-55 de grade. În apă, diferențele sezoniere de temperatură nu depășesc de obicei 20 de grade. Pentru a se proteja de frig, animalele terestre sunt acoperite de iarnă cu blană pufoasă, un strat de grăsime subcutanată și hibernează în vizuini și vizuini în timpul iernii. Este dificil pentru plante să facă față solului înghețat. De aceea, într-o iarnă deosebit de friguroasă, păsările, animalele și alte animale terestre mor în masă, precum și copacii îngheață până la moarte.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Foloseste formularul de mai jos

Buna treaba la site">

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Găzduit la http://www.allbest.ru/

Originea vieții înFierbinteapă

1. Viața de pe Pământ ar fi putut avea originea în lacurile vulcanice

Primele celule vii primitive ar putea apărea în apele lacurilor proaspete, care au fost încălzite și saturate cu microelemente de izvoarele geotermale preistorice. Acest lucru este afirmat de oamenii de știință ruși și americani într-un articol publicat în jurnalul Proceedings of National Academia de Științe. Majoritatea geologilor și biologilor evoluționiști cred că viața de pe Pământ, în forma ei modernă, își are originea în apele oceanului primar, care acopereau aproape întreaga suprafață a planetei. Se crede că acest ocean era un bulion gros de aminoacizi și alte „blocuri de construcție ale vieții”, din care au apărut primele celule vii. Un grup de geologi și biologi evoluționiști condus de un originar din Rusia, Evgeny Kunin din Institutul National sănătate în orașul Bethesda (SUA) oferit nou argument in favoarea teorie alternativă- originea vieții în lacurile de apă dulce, a căror apă primește abur și apă caldă de la surse geotermale. În ultimii ani, au existat multe dovezi că activitatea vulcanică și alte procese geotermale au jucat un rol rol importantîn originea vieţii. Așadar, în februarie 2010, geologii britanici și germani au propus o nouă teorie a originii vieții, conform căreia primele celule au apărut la gurile vulcanilor subacvatici și abia apoi au populat întregul ocean. În octombrie 2011, un alt grup de oameni de știință a găsit dovezi în acest sens în zăcămintele antice stânciîn Groenlanda. Kunin și colegii săi au „transferat” vulcani din apele oceanului primar „sărat” în lacuri de apă dulce de pe acele pete de pământ care existau în istoria timpurie Pământ, comparând compoziție chimică celule cu un set de elemente în apele lacurilor geotermale moderne. În studiul lor, autorii articolului au sugerat că celulele primare ar fi trebuit să se fi dezvoltat în zona care este cel mai puțin diferită de ele în compoziția chimică. Din acest punct de vedere, apa de mare nu este un mediu ideal pentru dezvoltarea vieții - concentrația de sodiu, potasiu, mangan, zinc și ionii altor bioelemente importante din acesta diferă semnificativ de cele celulare. Chiar și cele mai primitive microorganisme au un sistem complex de „pompe” speciale care împiedică amestecarea citoplasmei cu apa de mare. Este puțin probabil ca astfel de apărări să fi existat deja în primele protocelule. Oamenii de știință au comparat compoziția chimică a citoplasmei din celulele multora organisme moderneși concentrații „medii” derivate de aminoacizi, metale importante din punct de vedere biologic și alte substanțe. Apoi le-au comparat cu profilurile tipice de micronutrienți din oceanele actuale, cu compoziția oceanului primordial estimat și cu apa din lacurile geotermale actuale. S-a dovedit că lacurile vulcanice erau cel mai favorabil „leagăn” pentru originea vieții. După cum notează Kunin și colegii săi, doar în apele lor suficient conditii favorabile pentru formarea structurilor proteinelor de bază și a altor molecule importante care formează baza celulei. Potrivit oamenilor de știință, astfel de lacuri s-ar putea forma ca urmare a interacțiunii apei care intră pe Pământ împreună cu meteoriții și rocile fierbinți la adâncime. Apa în timpul călătoriei sale de la suprafață către straturile profunde a „colectat” potasiu, sodiu și alte oligoelemente importante și s-a întors odată cu acestea sub formă de abur geotermal, care se depunea în lacuri. După cum cred geologii, astfel de condiții ar fi putut exista în mod stabil timp de multe milioane de ani, ceea ce a oferit vieții o mare șansă să apară. Concluziile oamenilor de știință sunt confirmate de faptul că o compoziție chimică similară este caracteristică apelor surselor geotermale din vecinătatea vulcanului Mutnovsky din Kamchatka.

2. Evolutie chimica

Evoluție chimică sau evoluție prebiotică - etapa care a precedat apariția vieții, în timpul căreia substanțele organice, prebiotice au apărut din nu molecule organice sub influența energiei externe și a factorilor de selecție și datorită desfășurării proceselor de auto-organizare care sunt caracteristice relativ tuturor sisteme complexe, care, fără îndoială, sunt toate molecule care conțin carbon. De asemenea, acești termeni denotă teoria apariției și dezvoltării acelor molecule care au o importanță fundamentală pentru apariția și dezvoltarea materiei vii. Tot ce se știe despre chimia materiei face posibilă limitarea problemei evoluției chimice la cadrul așa-numitului „șovinism apă-carbon”, postulând că viața în Universul nostru este reprezentată în singurul opțiune posibilă: ca „mod de existență a corpurilor proteice”, fezabil datorită combinației unice dintre proprietățile de polimerizare ale carbonului și proprietățile depolarizante ale fazei lichide mediu acvatic, ca condiții în comun necesare și/sau suficiente (?) pentru apariția și dezvoltarea tuturor formelor de viață cunoscute nouă. Asta presupune că, macar, în cadrul unei biosfere formate, poate exista un singur cod de ereditate comun tuturor ființelor vii dintr-o anumită biotă, dar până acum rămâne intrebare deschisa dacă există alte biosfere în afara Pământului și dacă sunt posibile alte variante ale aparatului genetic. De asemenea, nu se știe când și unde a început evoluția chimică. Orice termeni sunt posibili după sfârșitul celui de-al doilea ciclu de formare a stelelor, care a avut loc după condensarea produselor exploziilor primare. supernove, furnizând elemente grele spațiului interstelar (cu masă atomică peste 26). A doua generație de vedete, deja cu sisteme planetare, îmbogățit în elemente grele, care sunt necesare pentru implementarea evoluției chimice, a apărut la 0,5-1,2 miliarde de ani după Big Bang. În anumite condiții destul de probabile, aproape orice mediu poate fi potrivit pentru lansarea evoluției chimice: adâncurile oceanelor, intestinele planetelor, suprafețele acestora, formațiunile protoplanetare și chiar norii. gaz interstelar, ceea ce este confirmat de detectarea pe scară largă în spațiu prin metodele astrofizice a multor tipuri de substanțe organice - aldehide, alcooli, zaharuri, și chiar aminoacidul glicina, care împreună pot servi ca material de plecare pentru evoluția chimică, care are ca scop. rezultă apariţia vieţii.

3. Ipoteze ale evoluţiei chimice

Apariția în spațiu sau pe Pământ a condițiilor pentru sinteza autocatalitică a unor volume mari și a unei varietăți semnificative de molecule care conțin carbon, adică apariția în procese abiogene a unor substanțe necesare și suficiente pentru începutul evoluției chimice. Apariția unor agregate închise relativ stabile din astfel de molecule, permițându-ne să se izoleze mediu inconjurator că odată cu el devine posibil schimbul selectiv de materie și energie, adică apariția anumitor structuri protocelulare. Apariția în astfel de agregate a unor compuși chimici capabili de auto-schimbare și auto-replicare sisteme de informare, adică apariția unități elementare cod ereditar. Apariția dependenței reciproce între proprietățile proteinelor și funcțiile enzimelor cu purtători de informații (ARN, ADN), adică apariția codului propriu-zis al eredității, ca conditie necesara deja pentru evoluţia biologică.

O mare contribuție la clarificarea acestor probleme, printre altele, a fost adusă de următorii oameni de știință:

Alexander Oparin: Coacervează.

Harold Urey și Stanley Miller în 1953: Apariția unor biomolecule simple într-o atmosferă antică simulată.

Sydney Fox: Microsfere din protenoizi.

Thomas Check (Universitatea din Colorado) și Sidney Altman (Universitatea din Yale, New Haven, Connecticut) în 1981: Fisiunea ARN autocatalitică: „Ribozimele” combină cataliza și informațiile într-o moleculă. Ei sunt capabili să se taie singuri din lanțul mai lung de ARN și să se unească din nou la capetele rămase.

Walter Gilbert (Universitatea Harvard din Cambridge) dezvoltă în 1986 ideea unei lumi ARN.

Gunther von Kiedrowski (Ruhr-University Bochum) prezintă în 1986 primul sistem de autoreplicare bazat pe ADN, o contribuție importantă la înțelegerea funcțiilor de creștere ale sistemelor de autoreplicare.

Manfred Eigen (Institutul Max Planck, Facultatea de Chimie Biofizică, Göttingen): Evoluția ansamblurilor de molecule de ARN. Hiperciclu.

Julius Rebeck (Cambridge) creează o moleculă artificială (Aminoadenosintriazidester) care se auto-replica în soluție de cloroform. Copiile sunt încă identice cu modelul, așa că evoluția este imposibilă pentru aceste molecule.

John Corlis (Centrul Goddard zboruri spatiale- NASA): Izvoarele termale ale mărilor furnizează energia și substanțele chimice care fac posibilă evoluția chimică independentă de mediul spațial. Chiar și astăzi, ele sunt mediul de viață pentru arheobacterii (Archaea), care au fost inițial în multe feluri.

Günter Wächtershäuser (München) - ipoteza lumii sulfurilor de fier: pe suprafața piritei au apărut primele structuri autoreplicabile cu metabolism. Pirita (sulfură de fier) ​​stabilită pentru aceasta energia necesară. La creșterea și din nou descompunerea cristalelor de pirit, aceste sisteme s-au putut dezvolta și se înmulți, iar diferitele populații s-au confruntat cu diferite condiții de mediu (condiții de selecție).

A.G. Cairns-Smith (Universitatea din Glasgow) și David C. Mauerzall (Rockefeller-Universität New York, New York) văd mineralele argiloase ca pe un sistem care este el însuși supus evoluției chimice la început, rezultând multe cristale diferite, auto-replicabile. Aceste cristale atrag molecule organice cu sarcina lor electrică și catalizează sinteza biomoleculelor complexe, iar cantitatea de informații a structurilor cristaline servește mai întâi ca matrice. Acești compuși organici devin din ce în ce mai complexi până când se pot înmulți fără ajutorul mineralelor argiloase.

Wolfgang Weigand, Mark Derr și colab. (Facultatea de Biogeochimie a Institutului Max Planck, Jena) au arătat în 2003 că sulfura de fier poate cataliza sinteza amoniacului din azotul molecular.

4. teoria lui Wächterhäuser

chimică geotermală Wächterhäuser

Teoria lumii fier-sulf

O formă deosebit de intensivă a contribuției mineralelor și rocilor la sinteza prebiotică a moleculelor organice trebuie să aibă loc pe suprafața mineralelor sulfurate de fier. Teoria Miller-Urey are limitări semnificative, mai ales având în vedere explicația eronată pentru polimerizarea constituenților monomerici ai unei biomolecule. Bacteriile anaerobe, al căror metabolism are loc cu participarea fierului și a sulfului, există și astăzi. Creșterea cristalelor de sulfură de fier FeS2 Un scenariu alternativ a fost dezvoltat de la începutul anilor 1980 de Günter Wächterhäuser. Conform acestei teorii, viața pe Pământ a apărut pe suprafața mineralelor fier-sulfuroase, adică sulfuri, care se formează și astăzi prin procese geologice, iar pe Pământul tânăr ar fi trebuit să fie mult mai frecventă. Această teorie, spre deosebire de ipoteza lumii ARN, sugerează că metabolismul a precedat apariția enzimelor și genelor. Sugerat ca loc potrivit sunt fumătorii negri de pe fundul oceanelor unde presiune ridicata, temperatură ridicată, fără oxigen și din belșug diverse conexiuni care ar putea servi material de construcții„cărămizi ale vieții” sau un catalizator într-un lanț de reacții chimice. Marele avantaj al acestei ipoteze față de predecesorii săi este că pentru prima dată formarea de biomolecule complexe este asociată cu o sursă constantă de energie fiabilă. Energia este eliberată în timpul reducerii mineralelor fier-sulf parțial oxidate, cum ar fi pirita (FeS2), cu hidrogen (ecuația de reacție: FeS2 + H2 \;\overrightarrow(\leftarrow)\; FeS + H2S), iar această energie este suficientă. pentru sinteza endotermă a biomoleculelor elementelor structurale monomerice și polimerizarea acestora:

Fe2+ ​​​​+ FeS2 + H2 \;\overrightarrow(\leftarrow)\; 2 FeS + 2 H+ „G°" = ?44,2 kJ/mol

Alte metale, cum ar fi fierul, formează și sulfuri insolubile. În plus, pirita și alte minerale fier-sulf au o suprafață încărcată pozitiv, pe care biomoleculele încărcate predominant negativ (acizi organici, esteri fosforici, tioli) pot fi localizate, concentrate și reacționate între ele. Substanțele necesare pentru aceasta (hidrogen sulfurat, monoxid de carbon și săruri feroase) cad din soluție pe suprafața acestei „lumi fier-sulf”. Wächterhäuser se bazează pe mecanismele fundamentale existente ale metabolismului pentru teoria sa și derivă din acestea un scenariu închis pentru sinteza moleculelor organice complexe (acizi organici, aminoacizi, zahăr, baze azotate, grăsimi) din compuși anorganici simpli găsiți în gazele vulcanice (NH3, H2, CO, CO2, CH4, H2S). Spre deosebire de experimentul Miller-Urey, nu sunt implicate surse de energie din exterior, sub formă de fulgere sau radiații ultraviolete; în plus, primele etape ale sintezei la temperaturi și presiuni ridicate decurg mult mai repede (de exemplu, catalizate de enzime reacții chimice). La temperaturi ale vulcanilor subacvatici de până la 350°C, apariția vieții este destul de imaginabilă. Abia mai târziu, dacă este sensibil la temperaturi mari catalizatori (vitamine, proteine), evolutia ar fi trebuit sa se produca la o temperatura mai scazuta. Scenariul Wächterhäuser este potrivit pentru condițiile gurilor hidrotermale de adâncime, deoarece diferența de temperatură de acolo permite o distribuție similară a reacțiilor. Cele mai vechi microorganisme care trăiesc astăzi sunt cele mai rezistente la căldură, limita de temperatură maximă cunoscută pentru creșterea lor este de +122°C. În plus, centrele active fier-sulf sunt încă implicate procese biochimice, ceea ce poate indica implicarea primară a mineralelor Fe-S în dezvoltarea vieții.

5. Lumea ARN

Ipoteza lumii ARN a fost prezentată pentru prima dată în 1986 de Walter Gilbert și a afirmat că moleculele de ARN au fost precursorii organismelor. Ipoteza se bazează pe capacitatea ARN-ului de a stoca, transmite și reproduce informația genetică, precum și capacitatea sa de a cataliza reacții ca ribozime. LA mediu evolutiv Moleculele de ARN care se înmulțesc predominant ar fi mai frecvente decât altele. Punctul de plecare este moleculele simple de ARN auto-replicabile. Unele dintre ele au capacitatea de a cataliza sinteza proteinelor, care la rândul lor catalizează sinteza ARN-ului și propria lor sinteză (dezvoltarea traducerii). Unele molecule de ARN sunt conectate într-o dublă helix de ARN, se dezvoltă în molecule de ADN și purtători de informații ereditare (dezvoltare transcripțională). Baza este anumite molecule de ARN care pot copia orice probă de ARN, inclusiv ele însele. Jennifer A. Doudna și Jack W. Szostak au folosit ca șablon pentru dezvoltarea acestui tip de ARN care se taie și se îmbină într-un intron procariot. organism unicelular Tetrahymena thermophila. Acest lucru confirmă faptul că ARNr-urile în sine sunt molecule catalitice în ribozomi și astfel ARN-ul catalizează sinteza proteinelor. Cu toate acestea, limitările sunt că, cu ARN-ul auto-replicator, nu mono-, ci oligonucleotidele sunt legăturile constitutive și sunt necesare substanțe auxiliare. În 2001, s-a descoperit că centrii catalitici importanți ai ribozomilor sunt ARN-ul și nu, așa cum era acceptat anterior, proteinele. Acest lucru arată că funcția catalitică a ARN-ului, așa cum sugerează ipoteza lumii ARN, este folosită de ființele vii astăzi.

Deoarece ribozomii sunt considerați a fi organite celulare foarte primitive, această descoperire este considerată o contribuție importantă la fundamentarea ipotezei lumii ARN. Este deja sigur să spunem că moleculele de ARN pot sintetiza proteine ​​din aminoacizi. În acest sens, nucleoproteinele (complexe acizi nucleici cu proteine) sunt de asemenea de interes ca posibili precursori ai ARN-ului. Un alt precursor de ARN ar putea fi hidrocarburile aromatice policiclice. Ipoteza lumii poli hidrocarburi aromaticeîncearcă să răspundă la întrebarea cum au apărut primele ARN-uri, oferind o variantă de evoluție chimică de la hidrocarburi aromatice policiclice la lanțuri asemănătoare ARN-ului.

Găzduit pe Allbest.ru

Documente similare

Obiecte cunoștințe biologice si structura Științe biologice. Ipotezele originii vieții și codul genetic. Concepte despre începutul și evoluția vieții. Ierarhia de sistem a organizării organismelor vii și a comunităților lor. Ecologia și relațiile ființelor vii.

rezumat, adăugat la 01.07.2010


Misterul originii vieții pe Pământ. Evoluția originii vieții pe Pământ și esența conceptelor de chimie evolutivă. Analiză evolutie biochimica teoria academicianului Oparin. Etapele procesului care au dus la apariția vieții pe Pământ. Probleme în teoria evoluției.

rezumat, adăugat 23.03.2012


Specificul materiei vii și problemele studierii faunei sălbatice în știința naturii. Concepte despre originea vieții pe planetă și evoluția organismelor vii. Origine și dezvoltare sistem solar. Teoria nivelurilor structurale de organizare a materiei biotice.

test, adaugat 10.06.2012


Esența ipotezei evoluției biochimice, ipoteze origine extraterestră viata (Panspermia), teorie stare echilibrată viaţă. Fondatorii și susținătorii lor. Surse și curente ale conceptului filozofic și teist al creaționismului de către oamenii de știință creștini.

prezentare, adaugat 27.02.2011


rezumat, adăugat 19.11.2010


Natura vieții, originea ei, diversitatea ființelor vii și asemănarea structurală și funcțională care le unește. Motivele dominației teoriei evoluției. Ipotezele științelor naturii despre originea vieții. Concepții creștine despre originea omului.

lucrare de termen, adăugată 06.12.2013


Semnificația teoriei lui Darwin în istoria biologiei. Moştenire morfologică şi caracteristici fiziologice organisme vii. Ipotezele creaționiste moderne. Teoria originii vieții. Utilizarea celulelor stem. Procese de îmbătrânire și bătrânețe.

rezumat, adăugat 20.08.2015


Caracteristică idei generale despre evoluția și proprietățile de bază ale viețuitoarelor, care sunt importante pentru înțelegerea tiparelor de evoluție a lumii organice de pe Pământ. Generalizarea ipotezelor și teoriilor despre originea vieții și etapele evoluției formelor și speciilor biologice.

lucrare de termen, adăugată 27.01.2010


Apariția teoriei evoluției și semnificația ei. Ideea gradării ființelor vii și teoria variabilității speciilor. Legile evoluției Zh.B. Lamarck. Conceptul de selecție artificială. Semnificația teoriei evoluției lui Ch. Darwin. Rezultatele acțiunii selecției naturale.

lucrare de control, adaugat 13.11.2009


Teorii ale evoluției - un sistem de idei și concepte de științe naturale despre dezvoltarea progresivă a biosferei Pământului, biogeocenozele sale constitutive, taxonii și speciile individuale. Ipoteze de evoluție biochimică, panspermie, stare staționară de viață, generare spontană.

Știința

Potrivit oamenilor de știință, viața pe pământ a început acum aproximativ 3 miliarde de ani: în acest timp, cele mai simple organisme s-au dezvoltat în forme complexe viaţă. Cu toate acestea, este încă un mister pentru oamenii de știință cum a început viața pe planetă și au prezentat mai multe teorii pentru a explica acest fenomen:

1. Scântei electrice

Pe parcursul celebrul experiment Experimentul Miller-Urey, oamenii de știință au demonstrat că fulgerul ar putea contribui la apariția principalelor substanțe necesare originii vieții: scânteile electrice formează aminoacizi într-o atmosferă formată din cantități uriașe de apă, metan, amoniac și hidrogen. Apoi din aminoacizi au evoluat forme de viață mai complexe. Această teorie a fost oarecum schimbată după ce cercetătorii au descoperit că atmosfera planetei cu miliarde de ani în urmă era săracă în hidrogen. Oamenii de știință au sugerat că metanul, amoniacul și hidrogenul erau conținute în norii vulcanici saturati. sarcini electrice.

2. Argila

Chimistul Alexander Graham Cairns-Smith de la Universitatea din Glasgow, Scoția, a teoretizat că, în zorii vieții, argila conținea mulți compuși organici care erau apropiați și că argila a ajutat la organizarea acestor substanțe în structuri similare cu genele noastre.

ADN-ul stochează informații despre structura moleculelor, iar secvența genetică a ADN-ului indică modul în care aminoacizii ar trebui să fie încorporați în proteine. Cairns-Smith sugerează că cristalele de argilă au ajutat la organizarea moleculelor organice în structuri ordonate, iar mai târziu moleculele înseși au început să facă acest lucru, „fără ajutorul” argilei.

3. Gurile de ventilație de adâncime

Conform acestei teorii, viața își are originea în gurile hidrotermale subacvatice care ejectau molecule bogate în hidrogen. Pe suprafața lor stâncoasă, aceste molecule s-ar putea reuni și s-ar putea transforma în catalizatori minerali ai reacțiilor care au dus la nașterea vieții. Chiar și acum, aceste orificii hidrotermale, bogate în energie chimică și termică, găzduiesc destul de multe un numar mare de Creaturi vii.

4. Început de gheață

Cu 3 miliarde de ani în urmă, Soarele nu strălucea la fel de puternic ca acum și, în consecință, pe Pământ a ajuns mai puțină căldură. Este foarte posibil ca suprafața pământului era acoperită cu un strat gros de gheață care proteja materia organică fragilă care sunt în apa de sub ea, din raze ultravioleteși impactul în spațiu. În plus, frigul a ajutat moleculele să supraviețuiască mai mult timp, permițând reacțiile care au dus la nașterea vieții.

5. Lumea ARN-ului

ADN-ul are nevoie de proteine ​​pentru a se forma, iar proteinele au nevoie de ADN pentru a se forma. Cum s-ar putea forma unul fără celălalt? Oamenii de știință au sugerat că ARN-ul a fost implicat în acest proces, care, la fel ca ADN-ul, stochează informații. Din ARN, respectiv, s-au format proteine ​​și ADN., care l-a înlocuit având în vedere eficiența sa mai mare.

A apărut o altă întrebare: „Cum a apărut ARN?”. Unii cred că a apărut spontan pe planetă, în timp ce alții neagă o astfel de posibilitate.

6. Teoria „simplu”.

Unii oameni de știință au sugerat că viața nu s-a dezvoltat din molecule complexe precum ARN-ul, ci din molecule simple care au interacționat între ele. S-ar putea să fi fost în scoici simple, similar cu membranele celulare. Ca rezultat al interacțiunii acestor molecule simple, complexe care reactioneaza mai eficient.

7. Panspermie

In cele din urma, Viața ar fi putut avea originea nu pe planeta noastră, ci ar fi putut fi adusă din spațiu: în știință, acest fenomen se numește panspermie. Această teorie are o bază foarte solidă: din cauza impactului cosmic, fragmentele de pietre sunt separate periodic de Marte, care ajung pe Pământ. După ce oamenii de știință au descoperit meteoriți marțieni pe planeta noastră, ei au sugerat că aceste obiecte au adus bacterii cu ele. Dacă îi crezi, atunci toti suntem martieni. Alți cercetători au sugerat că cometele au adus viață din altele sisteme stelare. Chiar dacă au dreptate, omenirea va căuta un răspuns la o altă întrebare: „Cum a apărut viața în spațiu?”.