Teorya ng ebolusyon ng kemikal (ebolusyon ng prebiotic, teorya ng abiogenesis) ay ang unang yugto sa ebolusyon ng buhay, kung saan ang mga organikong, prebiotic na sangkap ay lumitaw mula sa mga di-organikong molekula sa ilalim ng impluwensya ng panlabas na enerhiya at mga kadahilanan ng pagpili at dahil sa pag-deploy ng mga proseso ng self-organization na likas sa lahat ng medyo kumplikadong mga sistema, na walang alinlangan lahat ng mga molekulang naglalaman ng carbon. Gayundin, ang mga terminong ito ay tumutukoy sa teorya ng paglitaw at pag-unlad ng mga molekulang iyon na may pangunahing kahalagahan para sa paglitaw at pag-unlad ng nabubuhay na bagay.
Ang buhay sa ating Uniberso ay ipinakita sa tanging posibleng paraan: bilang isang "mode ng pag-iral ng mga katawan ng protina", na magagawa dahil sa natatanging kumbinasyon ng mga katangian ng polymerization ng carbon at ang mga katangian ng depolarizing ng liquid-phase aqueous medium, kung magkasanib na kinakailangan. at sapat na mga kondisyon para sa paglitaw at pag-unlad ng lahat ng anyo ng buhay na kilala natin. Ipinahihiwatig nito na, kahit man lang sa loob ng isang nabuong biosphere, maaari lamang magkaroon ng isang code of heredity na karaniwan sa lahat ng nabubuhay na nilalang ng isang partikular na biota, ngunit ang tanong ay nananatiling bukas kung may iba pang biosphere sa labas ng Earth at kung ang iba pang mga variant ng genetic apparatus ay posible.

Pananaliksik

Ang pag-aaral ng ebolusyon ng kemikal ay kumplikado sa pamamagitan ng katotohanan na sa kasalukuyan ang kaalaman tungkol sa mga geochemical na kondisyon ng sinaunang Earth ay hindi sapat na kumpleto. Samakatuwid, bilang karagdagan sa geological data, ang astronomical data ay kasangkot din. Kaya, ang mga kondisyon sa Venus at Mars ay itinuturing na malapit sa mga nasa Earth sa iba't ibang yugto ng ebolusyon nito. Ang pangunahing data sa ebolusyon ng kemikal ay nakuha bilang isang resulta ng mga eksperimento ng modelo, kung saan posible na makakuha ng mga kumplikadong organikong molekula sa pamamagitan ng pagtulad sa iba't ibang mga kemikal na komposisyon ng kapaligiran, hydrosphere at lithosphere at klimatiko na mga kondisyon. Batay sa magagamit na data, maraming hypotheses ang iniharap tungkol sa mga partikular na mekanismo at direktang puwersang nagtutulak ng ebolusyon ng kemikal.

Abiogenesis

Sa malawak na kahulugan abiogenesis- ang paglitaw ng buhay mula sa walang buhay, iyon ay, ang paunang hypothesis ng modernong teorya ng pinagmulan ng buhay. Noong 1920s, iminungkahi ng akademya na si Alexander Oparin na sa mga solusyon ng mga macromolecular compound, ang mga zone ng pagtaas ng konsentrasyon ay maaaring kusang mabuo, na medyo hiwalay sa panlabas na kapaligiran at maaaring mapanatili ang palitan dito. Tinawag niya itong coacervate drops, o simpleng coacervates.

Noong 1953, eksperimentong isinagawa ni Stanley Miller ang abiogenic synthesis ng mga amino acid at iba pang mga organikong sangkap sa ilalim ng mga kondisyon na nagpaparami ng mga kondisyon ng primitive Earth. Mayroon ding teorya ng mga hypercycle, ayon sa kung saan ang mga unang pagpapakita ng buhay ay, ayon sa pagkakabanggit, sa anyo ng mga hypercycle - isang kumplikadong kumplikadong mga reaksyon ng catalytic, ang mga produkto ng output na kung saan ay mga catalyst para sa kasunod na mga reaksyon.
Noong 2008, gumawa ng mahalagang hakbang ang mga Amerikanong biologist tungo sa pag-unawa sa mga unang yugto ng pinagmulan ng buhay. Nagawa nilang lumikha ng isang "protocell" na may isang shell ng mga simpleng lipid at fatty acid, na may kakayahang gumuhit ng mga aktibong nucleotide mula sa kapaligiran - ang "mga bloke ng gusali" na kinakailangan para sa synthesis ng DNA.

Mga aspeto ng

Dapat ipaliwanag ng mga hypotheses ng ebolusyon ng kemikal ang iba't ibang aspeto:
1. Ang non-biological na simula ng biomolecules, iyon ay, ang kanilang pag-unlad mula sa hindi nabubuhay at, nang naaayon, mga inorganikong precursor.
2. Ang paglitaw ng mga sistema ng impormasyon ng kemikal na may kakayahang pagtitiklop sa sarili at pagbabago sa sarili, iyon ay, ang paglitaw ng isang cell.
3. Ang hitsura ng mutual dependence ng function (enzymes) at impormasyon (RNA, DNA).
4. Mga kondisyon ng kapaligiran ng Earth sa panahon mula 4.5 hanggang 3.5 bilyong taon na ang nakalilipas.

Ang isang pinag-isang modelo ng ebolusyon ng kemikal ay hindi pa nabubuo, marahil dahil ang pinagbabatayan na mga prinsipyo ay hindi pa natuklasan.

pangangatwiran

Mga biomolecule
Ang prebiotic synthesis ng mga kumplikadong compound ng mga molekula ay maaaring nahahati sa tatlong magkakasunod na yugto:
1. Ang paglitaw ng mga simpleng organic compound (alcohols, acids, heterocyclic compounds: purines, pyrimidines at pyrroles) mula sa inorganic na materyales.
2. Synthesis ng mas kumplikadong mga organikong compound - "biomolecules" - mga kinatawan ng pinakakaraniwang mga klase ng metabolites, kabilang ang mga monomer - mga istrukturang yunit ng biopolymers (monosaccharides, amino acids, fatty acids, nucleotides) mula sa mga simpleng organic compound.
3. Ang paglitaw ng mga kumplikadong biopolymer (polysaccharides, protina, nucleic acid) mula sa pangunahing mga yunit ng istruktura - monomer.

Pag-unlad ng Sinaunang Atmospera
Ang pag-unlad ng atmospera ng daigdig ay bahagi ng ebolusyon ng kemikal at, bukod dito, isang mahalagang elemento sa kasaysayan ng klima. Ngayon ito ay nahahati sa apat na mahahalagang yugto ng pag-unlad.

Sa simula, ang pagbuo ng mga elemento ng kemikal sa kalawakan at ang hitsura ng mundo mula sa kanila ay naganap - humigit-kumulang 4.56 bilyong taon na ang nakalilipas. Malamang, ang ating planeta ay maagang nagkaroon ng isang kapaligiran ng hydrogen at helium, na, gayunpaman, ay unti-unting tumagas sa kalawakan. Ipinapalagay din ng mga astronomo na dahil sa medyo mataas na temperatura at mga epekto ng solar wind, ang isang maliit na halaga ng magaan na elemento ng kemikal (kabilang ang carbon, nitrogen at oxygen) ay maaaring manatili sa Earth at sa iba pang mga planeta na malapit sa Araw. Ang lahat ng mga elementong ito, na ngayon ay bumubuo sa pangunahing bahagi ng biosphere, ay dinala ng mga epekto ng kometa mula sa mga panlabas na bahagi ng solar system pagkatapos lamang ng mahabang panahon, nang medyo lumamig ang mga protoplanet. Sa unang ilang milyong taon pagkatapos ng paglitaw ng solar system, ang mga banggaan sa mga celestial na katawan ay patuloy na paulit-ulit, at ang mga banggaan na dulot ng mga ito ay sumisira sa mga buhay na sistema na nabuo noong panahong iyon. Samakatuwid, ang paglitaw ng buhay ay maaaring magsimula lamang pagkatapos ng akumulasyon ng tubig sa loob ng mahabang panahon, hindi bababa sa pinakamalalim na mga depresyon.
Sa mabagal na paglamig ng lupa, aktibidad ng bulkan (paglabas ng mga gas mula sa bituka ng lupa) at ang pandaigdigang pamamahagi ng mga materyales mula sa mga nahulog na kometa, lumitaw ang pangalawang kapaligiran sa lupa. Malamang, binubuo ito ng singaw ng tubig (H2O hanggang 80%), carbon dioxide (CO2 hanggang 20%), hydrogen sulfide (hanggang 7%), ammonia at methane. Ang mataas na porsyento ng singaw ng tubig ay dahil sa ang katunayan na ang ibabaw ng mundo sa oras na iyon ay masyadong mainit para sa pagbuo ng mga dagat. Una sa lahat, ang maliliit na organikong molekula (mga acid, alkohol, amino acid) ay maaaring mabuo mula sa tubig, mitein at ammonia sa ilalim ng mga kondisyon ng isang batang lupa, kalaunan - mga organikong polimer (polysaccharides, taba, polypeptides), na hindi matatag sa isang acidic na kapaligiran .
Matapos lumamig ang atmospera sa isang temperatura sa ibaba ng kumukulong punto ng tubig, isang napakahabang ulan ang dumating, na nabuo ang mga karagatan. Ang saturation ng iba pang mga atmospheric gas na nauugnay sa singaw ng tubig ay tumaas. Ang mataas na ultraviolet irradiation ay nagdulot ng photochemical decomposition ng tubig, methane at ammonia, na nagreresulta sa akumulasyon ng carbon dioxide at nitrogen. Ang mga magaan na gas - hydrogen at helium - ay dinala sa kalawakan, ang carbon dioxide ay natunaw sa maraming dami sa karagatan, nag-oxidizing ng tubig. Bumaba ang pH value sa 4. Ang inert at bahagyang natutunaw na nitrogen N2 ay naipon sa paglipas ng panahon at nabuo ang pangunahing bahagi ng atmospera mga 3.4 bilyong taon na ang nakalilipas.
Ang pag-ulan ng dissolved carbon dioxide (carbonates) na tumutugon sa mga metal ions at ang karagdagang pag-unlad ng mga buhay na nilalang na nag-asimilate ng carbon dioxide ay humantong sa pagbaba sa konsentrasyon ng CO2 at pagtaas ng halaga ng pH sa mga anyong tubig.
Ang Oxygen O2 ay may mahalagang papel sa karagdagang pag-unlad ng atmospera. Nabuo ito sa pagdating ng mga photosynthetic na nabubuhay na nilalang, maaaring cyanobacteria (asul-berdeng algae) o katulad na mga prokaryote. Ang kanilang asimilasyon ng carbon dioxide ay humantong sa isang karagdagang pagbaba sa kaasiman, ngunit ang oxygen saturation ng atmospera ay nanatiling medyo mababa. Ang dahilan nito ay ang agarang paggamit ng oxygen na natunaw sa karagatan para sa oksihenasyon ng divalent iron ions at iba pang mga oxidizable compound. Mga dalawang bilyong taon na ang nakalilipas, natapos ang prosesong ito, at ang oxygen ay nagsimulang unti-unting naipon sa atmospera.
Ang mataas na reaktibong oxygen ay madaling nag-oxidize ng madaling kapitan ng mga organikong biomolecule at sa gayon ay nagiging isang kadahilanan sa pagpili sa kapaligiran para sa mga naunang organismo. Ilang mga anaerobic na organismo lamang ang nakalipat sa walang oxygen na mga puwang, ang iba pang bahagi ay bumuo ng mga enzyme na ginagawang hindi mapanganib ang oxygen.
Isang bilyong taon na ang nakalilipas, ang nilalaman ng oxygen sa atmospera ay tumawid sa bar ng isang porsyento at pagkalipas ng ilang milyong taon ay nabuo ang ozone layer. Ang nilalamang oxygen ngayon na 21% ay naabot lamang 350 milyong taon na ang nakalilipas at nanatiling matatag mula noon.

Ang kahalagahan ng tubig para sa pinagmulan ng buhay
Ang H2O ay isang kemikal na tambalang naroroon sa ilalim ng normal na mga kondisyon sa lahat ng tatlong estado ng pagsasama-sama.
Ang buhay tulad ng alam natin (o tukuyin ito) ay nangangailangan ng tubig bilang unibersal na solvent. Ang tubig ay may isang hanay ng mga katangian na ginagawang posible ang buhay. Walang katibayan na ang buhay ay maaaring bumangon at umiral nang independyente sa tubig, at karaniwang tinatanggap na ang pagkakaroon lamang ng tubig sa likidong bahagi (sa isang tiyak na lugar o sa isang tiyak na planeta) ay malamang na lumitaw ang buhay doon.

Mga Ilustrasyon

kanin. 1-2. Terrestrial at deep-sea volcanoes - posibleng mga kondisyon para sa paglitaw ng buhay sa Earth

Ang pagkakaisa ng pinagmulan ng buhay sa Earth at ang mga dahilan para sa heterogeneity at pagkakaiba-iba ng mga buhay na organismo

Ginawa:

estudyante syempre

Faculty ng Heograpiya

gr. BI - 11

Frolova Alla Alexandrovna

Ulyanovsk, 2014

Kabanata I. Pagkakaisa ng pinagmulan. 3

1. 1. Prebiological (kemikal) evolution. 3

1. 2. Mga pangunahing yugto ng ebolusyon ng kemikal. 3

Kabanata II. Mga sanhi ng heterogeneity at pagkakaiba-iba. 7

Mga Gamit na Aklat. sampu

Kabanata I. Pagkakaisa ng pinagmulan.

Prebiological (kemikal) evolution.

Ayon sa karamihan ng mga siyentipiko (pangunahin ang mga astronomo at geologist), ang Earth ay nabuo bilang isang celestial body mga 5 bilyong taon na ang nakalilipas. sa pamamagitan ng condensation ng mga particle ng isang gas at dust cloud na umiikot sa paligid ng Araw.

Ang pagbabawas ng likas na katangian ng pangunahing kapaligiran ng Earth ay napakahalaga para sa pinagmulan ng buhay, dahil ang mga sangkap sa isang pinababang estado sa ilalim ng ilang mga kundisyon ay maaaring makipag-ugnayan sa isa't isa, na bumubuo ng mga organikong molekula. Ang kawalan ng libreng oxygen sa atmospera ng pangunahing Earth (halos lahat ng oxygen ng Earth ay nakatali sa anyo ng mga oxide) ay isa ring mahalagang kinakailangan para sa paglitaw ng buhay, dahil ang oxygen ay madaling mag-oxidize at sa gayon ay sumisira sa mga organikong compound. Samakatuwid, sa pagkakaroon ng libreng oxygen sa atmospera, ang akumulasyon ng isang malaking halaga ng organikong bagay sa sinaunang Earth ay imposible.

Ang mga pangunahing yugto ng ebolusyon ng kemikal.

Kapag ang temperatura ng pangunahing atmospera ay umabot sa 1000°C, magsisimula ang synthesis ng mga simpleng organikong molekula dito, tulad ng mga amino acid, nucleotides, fatty acid, simpleng sugars, polyhydric alcohol, organic acids, atbp. Ang enerhiya para sa synthesis ay ibinibigay ng paglabas ng kidlat, aktibidad ng bulkan, hard space radiation at, sa wakas, ang ultraviolet radiation ng Araw, kung saan ang Earth ay hindi pa protektado ng ozone screen.

Kapag ang temperatura ng pangunahing atmospera ay bumaba sa ibaba 100 ° C, ang mga mainit na ulan ay bumagsak sa Earth at ang pangunahing karagatan ay lumitaw. Sa pamamagitan ng mga daloy ng ulan, ang mga abiogenically synthesized na mga organikong sangkap ay pumasok sa pangunahing karagatan, na naging isang dilute na "pangunahing sopas". Tila, nasa pangunahing karagatan ang mga proseso ng pagbuo mula sa mga simpleng organikong molekula - mga monomer ng kumplikadong mga organikong molekula - ang mga biopolymer ay nagsisimula.

Ang pagbuo ng mga biopolymer (sa partikular, mga protina mula sa mga amino acid) ay maaari ding mangyari sa atmospera sa temperatura na humigit-kumulang 180°C. Bilang karagdagan, posible na sa sinaunang Earth, ang mga amino acid ay puro sa pagpapatuyo ng mga reservoir at polymerized sa isang tuyo na anyo sa ilalim ng impluwensya ng ultraviolet light at ang init ng mga daloy ng lava.

Ang polimerisasyon ng mga nucleotides ay mas madali kaysa sa polimerisasyon ng mga amino acid. Ipinakita na sa mga solusyon na may mataas na konsentrasyon ng asin, ang mga indibidwal na nucleotide ay kusang nag-polymerize, na nagiging mga nucleic acid.

Ang buhay ng lahat ng modernong buhay na nilalang ay isang proseso ng patuloy na pakikipag-ugnayan ng pinakamahalagang biopolymer ng isang buhay na selula - mga protina at nucleic acid.

Kaya, ang misteryo ng pinagmulan ng buhay ay ang misteryo ng paglitaw ng mekanismo ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga protina at nucleic acid.

Saan naganap ang pagbuo ng isang kumplikadong proseso ng interaksyon sa pagitan ng mga protina at nucleic acid? Ayon sa teorya ng A.I. Ang Oparin, ang tinatawag na coacervate drops ay naging lugar ng kapanganakan ng buhay.

Hypothesis ng paglitaw ng pakikipag-ugnayan ng mga protina at nucleic acid:

Ang kababalaghan ng coacervation ay na sa ilalim ng ilang mga kundisyon (halimbawa, sa pagkakaroon ng mga electrolytes), ang mga macromolecular na sangkap ay pinaghihiwalay mula sa solusyon, ngunit hindi sa anyo ng isang namuo, ngunit sa anyo ng isang mas puro solusyon - coacervate. Kapag inalog, ang coacervate ay nahahati sa magkakahiwalay na maliliit na patak. Sa tubig, ang mga naturang patak ay natatakpan ng isang hydration shell na nagpapatatag sa kanila (isang shell ng mga molekula ng tubig) - fig. 2.4.1.4.

Ang mga patak ng Coacervate ay may ilang pagkakahawig ng metabolismo: sa ilalim ng impluwensya ng purong pisikal at kemikal na puwersa, maaari nilang piliing sumipsip ng ilang mga sangkap mula sa solusyon at ilabas ang kanilang mga nabubulok na produkto sa kapaligiran. Dahil sa pumipili na konsentrasyon ng mga sangkap mula sa kapaligiran, maaari silang lumaki, ngunit kapag naabot nila ang isang tiyak na sukat, nagsisimula silang "magparami", namumuko ng maliliit na patak, na, sa turn, ay maaaring lumaki at "mag-usbong".

Ang mga coacervate droplet na nagreresulta mula sa konsentrasyon ng mga solusyon sa protina sa proseso ng paghahalo sa ilalim ng pagkilos ng mga alon at hangin ay maaaring sakop ng isang shell ng mga lipid: isang solong lamad na kahawig ng sabon micelles (na may isang solong detatsment ng isang patak mula sa ibabaw ng tubig na natatakpan na may isang lipid layer), o isang dobleng katulad ng isang cell membrane (na may paulit-ulit na pagbagsak ng isang patak na natatakpan ng isang solong-layer na lipid membrane papunta sa isang lipid film na sumasaklaw sa ibabaw ng isang reservoir).

Ang mga proseso ng paglitaw ng mga coacervate droplets, ang kanilang paglaki at "budding", pati na rin ang "pagdamit" sa kanila ng isang lamad mula sa isang double lipid layer ay madaling modelo sa laboratoryo.

Para sa mga coacervate droplets, mayroon ding proseso ng "natural selection" kung saan ang pinaka-matatag na droplet ay nananatili sa solusyon.

Sa kabila ng panlabas na pagkakahawig ng mga patak ng coacervate sa mga buhay na selula, ang mga patak ng coacervate ay kulang sa pangunahing tanda ng isang buhay na bagay - ang kakayahan para sa tumpak na pagpaparami ng sarili, pagkopya sa sarili. Malinaw, ang mga precursor ng mga buhay na selula ay tulad ng mga coacervate na patak, na kinabibilangan ng mga complex ng mga molekula ng replicator (RNA o DNA) at ang mga protina na kanilang na-encode. Posible na ang mga RNA-protein complex ay umiral nang mahabang panahon sa labas ng mga coacervate droplet sa anyo ng tinatawag na "free-living gene", o posible na ang kanilang pagbuo ay naganap nang direkta sa loob ng ilang coacervate droplets.

Mula sa isang makasaysayang pananaw, ang sobrang kumplikadong proseso ng pinagmulan ng buhay sa Earth, na hindi lubos na nauunawaan ng modernong agham, ay lumipas nang napakabilis. Para sa 3.5 bilyong taon, ang tinatawag na. Nagtapos ang ebolusyon ng kemikal sa paglitaw ng mga unang nabubuhay na selula at nagsimula ang biological evolution . (URL: http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/proishozhdenie-zhizni (petsa ng access: 28.09.2014).

Noong 60s ng ika-20 siglo, itinatag sa eksperimento na sa kurso ng ebolusyon ng kemikal, ang mga istrukturang kemikal na iyon ay pinili na nag-ambag sa isang matalim na pagtaas sa aktibidad at pagpili ng mga catalyst. Pinayagan nito ang propesor ng Moscow State University A.P. Rudenko noong 1964 ang teorya ng self-development ng mga open catalytic system, na maaaring marapat na ituring na isang pangkalahatang teorya ng chemo- at biogenesis. Ang kakanyahan ng teoryang ito ay ang ebolusyon ng kemikal ay isang self-development ng mga catalytic system, at, dahil dito, ang mga catalyst ay ang umuusbong na sangkap.

A.P. Binabalangkas din ni Rudenko ang pangunahing batas ng ebolusyon ng kemikal: na may pinakamalaking bilis at posibilidad, ang mga landas ng ebolusyonaryong pagbabago ng katalista ay nabuo, kung saan ang pinakamataas na pagtaas sa ganap na aktibidad nito ay nangyayari.

Ang pag-unlad ng sarili, ang pag-aayos ng sarili ng mga sistema ay maaari lamang mangyari dahil sa patuloy na pag-agos ng enerhiya, ang pinagmumulan ng kung saan ay ang pangunahing, i.e. pangunahing reaksyon. Ito ay sumusunod mula dito na ang mga catalytic system na umuunlad sa batayan ng exothermic mga reaksyon.

Panahon ng ebolusyon ng kemikal. Sa mga unang yugto ng ebolusyon ng kemikal ng mundo, wala ang catalysis. Ang mga unang pagpapakita ng catalysis ay nagsisimula kapag ang temperatura ay bumaba sa 5000°K at mas mababa at ang mga pangunahing solido ay nabuo. Ito rin ay pinaniniwalaan na kapag ang panahon ng paghahanda ng kemikal, i. ang panahon ng matindi at sari-saring pagbabagong kemikal ay napalitan ng panahon ng biyolohikal na ebolusyon, ebolusyon ng kemikal, kumbaga, nagyelo.

Inilapat na halaga ng evolutionary chemistry. Ang ebolusyonaryong kimika ay hindi lamang nakakatulong upang ipakita ang mekanismo ng biogenesis, ngunit nagbibigay-daan din sa iyo na bumuo ng isang bagong kontrol ng mga proseso ng kemikal, na kinasasangkutan ng aplikasyon ng mga prinsipyo ng synthesis ng mga katulad na molekula at ang paglikha ng mga bagong makapangyarihang catalyst, kabilang ang mga biocatalyst - enzymes, at ito naman ang susi sa paglutas ng mga problema sa paglikha ng mga prosesong pang-industriya na mababa ang basura, zero-waste at nakakatipid ng enerhiya.

Bumalik sa itaas ng dokumento

Mga teorya ng pinagmulan ng buhay

Ang pinakakilalang teorya ng pinagmulan ng buhay sa Mundo ay ang mga sumusunod.

creationism. Ayon sa teoryang ito, ang buhay ay nilikha ng isang supernatural na nilalang, ang Diyos, sa isang tiyak na panahon. Ang pananaw na ito ay pinanghahawakan ng mga tagasunod ng halos lahat ng mga turo ng relihiyon. Gayunpaman, kahit na sa kanila ay walang iisang punto ng pananaw sa isyung ito, sa partikular, sa interpretasyon ng tradisyonal na ideya ng Kristiyano-Hudyo ng paglikha ng mundo (ang Aklat ng Genesis). Literal na naiintindihan ng ilan ang Bibliya at naniniwala na ang mundo at lahat ng nabubuhay na organismo na naninirahan dito ay nilikha sa loob ng anim na araw na tumatagal ng 24 na oras ( noong 1650, kinalkula ni Arsobispo Ussher, na pinagsama ang edad ng lahat ng taong binanggit sa talaangkanan ng Bibliya, na sinimulan ng Diyos na likhain ang mundo noong Oktubre 4004 BC. at natapos ang kanyang trabaho noong Disyembre 23 Oktubre sa alas-9 ng umaga, lumikha ng isang lalaki. Kasabay nito, gayunpaman, lumalabas na si Adan ay nilikha sa isang panahon na ang isang mahusay na binuo na sibilisasyon sa lunsod ay umiral na sa Gitnang Silangan.). Ang iba ay hindi itinuturing ang Bibliya bilang isang siyentipikong aklat at naniniwala na ang pangunahing bagay dito ay ang banal na kapahayagan tungkol sa paglikha ng mundo ng makapangyarihang Maylalang sa isang anyo na naiintindihan ng mga tao sa sinaunang mundo. Sa madaling salita, hindi sinasagot ng Bibliya ang mga tanong na "paano?" at "kailan?", ngunit sumasagot sa tanong na "bakit?". Sa isang malawak na kahulugan, ang creationism ay nagbibigay-daan sa parehong paglikha ng mundo sa kanyang natapos na anyo at ang paglikha ng isang mundo na nagbabago ayon sa mga batas na itinakda ng Lumikha.

Ang proseso ng banal na paglikha ng mundo ay ipinaglihi na isang beses lamang naganap at samakatuwid ay hindi naa-access sa pagmamasid. Gayunpaman, para sa mananampalataya, ang teolohiko (divine) na katotohanan ay ganap at hindi nangangailangan ng patunay. Kasabay nito, para sa isang tunay na siyentipiko, ang siyentipikong katotohanan ay hindi ganap, ito ay palaging naglalaman ng isang elemento ng hypothesis. Kaya, ang konsepto ng creationism ay awtomatikong inalis sa saklaw ng siyentipikong pananaliksik, dahil ang agham ay tumatalakay lamang sa mga phenomena na maaaring obserbahan, maaaring kumpirmahin o tanggihan sa kurso ng pananaliksik (ang prinsipyo ng falsifiability ng mga siyentipikong teorya). Sa madaling salita, hindi kailanman mapapatunayan o mapasinungalingan ng siyensya ang creationism.

Sunod sunod na henerasyon. Ayon sa teoryang ito, ang buhay ay bumangon at bumangon nang paulit-ulit mula sa walang buhay na bagay. Ang teoryang ito ay laganap sa sinaunang Tsina, Babylon, Egypt. Si Aristotle, na madalas na tinatawag na tagapagtatag ng biology, na bumubuo ng mga naunang pahayag ni Empedocles sa ebolusyon ng mga nabubuhay na bagay, ay sumunod sa teorya ng kusang henerasyon ng buhay. Naniniwala siya na "... ang mga nabubuhay na bagay ay maaaring lumitaw hindi lamang sa pamamagitan ng pagsasama ng mga hayop, kundi pati na rin sa pamamagitan ng agnas ng lupa.". Sa paglaganap ng Kristiyanismo, ang teoryang ito ay nauwi sa parehong "clip" na isinumpa ng simbahan na may okultismo, mahika, astrolohiya, bagaman ito ay patuloy na umiral sa isang lugar sa background hanggang sa ito ay eksperimento na pinabulaanan noong 1688 ng Italyano na biologist at manggagamot na si Francesco Redi. Ang prinsipyong "Buhay ay nagmumula lamang sa mga bagay na may buhay" ay natanggap sa agham ang pangalan ng Prinsipyo ng Redi. Ito ay kung paano nabuo ang konsepto ng biogenesis, ayon sa kung saan ang buhay ay maaaring lumitaw lamang mula sa isang nakaraang buhay. Sa kalagitnaan ng ika-19 na siglo, sa wakas ay pinabulaanan ni L. Pasteur ang teorya ng kusang henerasyon at pinatunayan ang bisa ng teorya ng biogenesis.

Teorya ng Panspermia. Ayon sa teoryang ito, ang buhay ay dinala sa Earth mula sa labas, samakatuwid, sa esensya, hindi ito maaaring ituring na isang teorya ng pinagmulan ng buhay tulad nito. Hindi ito nag-aalok ng mekanismo para ipaliwanag ang pinagmulan ng buhay, ngunit simple tinitiis ang problema ng pinagmulan ng buhay sa ibang lugar sa uniberso.

Teorya ng biochemical evolution. Ang buhay ay lumitaw sa mga tiyak na kondisyon ng sinaunang Daigdig bilang isang resulta ng mga proseso na sumusunod sa mga batas sa pisikal at kemikal.

Ang huling teorya ay sumasalamin sa mga modernong pananaw sa natural na agham at samakatuwid ay isasaalang-alang nang mas detalyado.

Ayon sa data ng modernong agham, ang edad ng Earth ay humigit-kumulang 4.5 - 5 bilyong taon. Sa malayong nakaraan, ang mga kondisyon sa Earth ay sa panimula ay naiiba mula sa mga modernong, na humantong sa isang tiyak na kurso ng ebolusyon ng kemikal, na isang paunang kinakailangan para sa paglitaw ng buhay. Sa madaling salita, ang biological evolution mismo ay nauna sa prebiotic ebolusyon na nauugnay sa paglipat mula sa hindi organikong bagay tungo sa organiko, at pagkatapos ay sa elementarya na mga anyo ng buhay. Ito ay posible sa ilalim ng ilang mga kundisyon na naganap sa Earth sa oras na iyon, katulad:

mataas na temperatura, humigit-kumulang 4000 ° C, atmospera na binubuo ng singaw ng tubig, CO 2, CH 3, NH 3, pagkakaroon ng mga sulfur compound (aktibidad ng bulkan), mataas na aktibidad ng kuryente ng kapaligiran, ultraviolet radiation ng Araw, na malayang umabot sa mas mababang mga layer ng atmospera at sa ibabaw ng Earth, dahil hindi pa nabubuo ang ozone layer.

Ang isa sa pinakamahalagang pagkakaiba sa pagitan ng teorya ng biochemical evolution at ang teorya ng kusang (kusang) henerasyon ay dapat bigyang-diin, ibig sabihin: ayon sa teoryang ito bumangon ang buhay sa mga kondisyon na hindi angkop para sa modernong biota!

Bumalik sa itaas ng dokumento

Oparin-Haldane hypothesis. Noong 1923, lumitaw ang sikat na hypothesis ni Oparin, na bumagsak sa mga sumusunod: ang unang kumplikadong hydrocarbon ay maaaring lumitaw sa karagatan mula sa mas simpleng mga compound, unti-unting maipon at humantong sa paglitaw ng isang "pangunahing sopas". Mabilis na nakuha ng hypothesis na ito ang bigat ng isang teorya. Dapat sabihin na ang mga kasunod na pang-eksperimentong pag-aaral ay nagpatotoo sa bisa ng gayong mga pagpapalagay. Kaya noong 1953, si S. Miller, na na-simulate ang inaasahang mga kondisyon ng sinaunang Earth (mataas na temperatura, ultraviolet radiation, mga de-koryenteng discharge), na-synthesize sa laboratoryo ang 15 amino acids na bumubuo sa buhay, ilang simpleng sugars (ribose). Nang maglaon, ang mga simpleng nucleic acid ay na-synthesize (Ordzhel). Sa kasalukuyan, lahat ng 20 amino acid na bumubuo sa batayan ng buhay ay na-synthesize.

Iminungkahi ni Oparin iyon ang mapagpasyang papel sa pagbabago ng walang buhay sa buhay ay kabilang sa mga protina. Nagagawa ng mga protina na bumuo ng mga hydrophilic complex: ang mga molekula ng tubig ay bumubuo ng isang shell sa kanilang paligid. Ang mga complex na ito ay maaaring humiwalay mula sa aqueous phase at bumubuo ng tinatawag na coacervates (<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.

(Inilathala ng English scientist na si Haldane (University of Cambridge) ang kanyang hypothesis noong 1929, ayon sa kung saan lumitaw din ang buhay sa Earth bilang resulta ng mga kemikal na proseso sa atmospera ng Earth na mayaman sa carbon dioxide, at ang mga unang nabubuhay na nilalang ay marahil ay "malaking molekula" . Hindi ito binanggit ni hydrophilic complex o coacervates, ngunit ang kanyang pangalan ay madalas na binabanggit sa tabi ng pangalan ng Oparin, at ang hypothesis ay tinawag na Oparin-Haldane hypothesis.)

Ang mapagpasyang papel sa paglitaw ng buhay ay kasunod na itinalaga sa hitsura ng mekanismo ng pagtitiklop ng molekula ng DNA. Sa katunayan, ang anumang arbitraryong kumplikadong kumbinasyon ng mga amino acid at iba pang kumplikadong mga organikong compound ay hindi pa buhay. Pagkatapos ng lahat, ang pinakamahalagang pag-aari ng buhay ay ang kakayahang magparami ng sarili nito. Ang problema dito ay ang DNA mismo ay "walang magawa", maaari itong gumana lamang sa pagkakaroon ng mga protina ng enzyme(halimbawa, isang molekula ng DNA polymerase na "nag-unwind" ng isang molekula ng DNA, inihahanda ito para sa pagtitiklop). Ito ay nananatiling isang bukas na tanong kung paano ang mga kumplikadong "mga makina" bilang pra-DNA at ang kumplikadong kumplikado ng mga protina-enzyme na kinakailangan para sa paggana nito ay maaaring kusang lumabas.

Kamakailan lamang, ang ideya pinagmulan ng buhay batay sa RNA , ibig sabihin. ang mga unang organismo ay maaaring RNA, na, tulad ng ipinapakita ng mga eksperimento, ay maaaring umunlad kahit sa isang test tube. Ang mga kondisyon para sa ebolusyon ng naturang mga organismo ay sinusunod sa panahon ng clay crystallization . Ang mga pagpapalagay na ito ay batay, lalo na, sa katotohanan na sa panahon ng pagkikristal ng mga luad, ang bawat bagong layer ng mga kristal ay nakahanay alinsunod sa mga tampok ng nauna, na parang tumatanggap ng impormasyon tungkol sa istraktura mula dito. Ito ay kahawig ng mekanismo ng pagtitiklop ng RNA at DNA. Kaya, lumalabas na ang ebolusyon ng kemikal ay nagsimula sa mga hindi organikong compound, at ang mga unang biopolymer ay maaaring resulta ng mga autocatalytic na reaksyon. maliliit na molekula clay aluminosilicates.

Bumalik sa itaas ng dokumento

Mga hypercycle at ang pinagmulan ng buhay. Ang konsepto ng self-organization ay maaaring mag-ambag sa isang mas mahusay na pag-unawa sa mga proseso ng pinagmulan at ebolusyon ng buhay, batay sa teorya ng ebolusyon ng kemikal ni Rudenko, na isinasaalang-alang nang mas maaga, at ang hypothesis ng German physical chemist na si M. Eigen. Ayon sa huli, ang proseso ng paglitaw ng mga buhay na selula ay malapit na nauugnay sa pakikipag-ugnayan nucleotides ( nucleotides - mga elemento ng nucleic acid - cytosine, guanine, thymine, adenine), na mga materyal na tagapagdala ng impormasyon , at protina (polypeptides [ 1] ) na nagsisilbing mga katalista mga reaksiyong kemikal. Sa proseso ng pakikipag-ugnayan, ang mga nucleotide, sa ilalim ng impluwensya ng mga protina, ay nagpaparami ng kanilang mga sarili at nagpapadala ng impormasyon sa protina na sumusunod sa kanila, upang mayroong saradong autocatalytic circuit , na tinawag ni M. Eigen hypercycle . Sa kurso ng karagdagang ebolusyon, ang mga unang nabubuhay na selula ay lumitaw mula sa kanila, una hindi nukleyar (prokaryotes), at pagkatapos ay may mga nuclei - eukaryotes.

Dito, tulad ng nakikita natin, mayroong isang lohikal na koneksyon sa pagitan ng teorya ng ebolusyon ng mga catalyst at ang konsepto ng isang closed autocatalytic chain. Sa kurso ng ebolusyon, ang prinsipyo ng autocatalysis ay pupunan ng prinsipyo ng self-reproduction ng buong cyclically organized na proseso sa mga hypercycle, na iminungkahi ni M. Eigen. Ang pagpaparami ng mga bahagi ng mga hypercycle, pati na rin ang kanilang kumbinasyon sa mga bagong hypercycle, ay sinamahan ng isang pagtaas sa metabolismo na nauugnay sa synthesis ng mga molekula na may mataas na enerhiya at ang pag-aalis ng mga molekulang mahina sa enerhiya bilang "basura". ( Narito ito ay kagiliw-giliw na tandaan ang mga tampok ng mga virus bilang isang intermediate form sa pagitan ng buhay at di-buhay:sila ay pinagkaitan ng kakayahang mag-metabolize at, invading cells, simulan na gamitin ang kanilang metabolic system). Kaya, ayon kay Eigen, mayroong kompetisyon ng mga hypercycle, o mga siklo ng mga reaksiyong kemikal na humahantong sa pagbuo ng mga molekula ng protina. Ang mga cycle na gumagana nang mas mabilis at mas mahusay kaysa sa iba ay "manalo" sa kumpetisyon.

Kaya, ang konsepto ng self-organization ay ginagawang posible na magtatag ng isang koneksyon sa pagitan ng mga nabubuhay at di-nabubuhay na mga bagay sa kurso ng ebolusyon, upang ang paglitaw ng buhay ay hindi tila basta-basta at isang lubhang hindi malamang na kumbinasyon ng mga kondisyon at mga kinakailangan. para sa hitsura nito. Bilang karagdagan, ang buhay mismo ang naghahanda ng mga kondisyon para sa karagdagang ebolusyon nito.

Bumalik sa itaas ng dokumento

mga tanong sa pagsusulit

1. Ilista ang mga pangunahing yugto ng pagbuo ng planeta alinsunod sa rotational model. 2. Anong mga karaniwang katangian ng mga planeta ng solar system ang nagpapahiwatig ng iisang pinagmulan ng mga planeta? 3. Ipaliwanag ang kasaganaan ng mga elemento ng kemikal sa solar system. 4. Paano naganap ang pagkakaiba-iba ng mga bagay sa Mundo? Ipaliwanag ang istruktura ng daigdig. 5. Ano ang geochronology?

6. Anong mga bahagi (ayon sa antas ng kaalaman) ang nahahati sa kasaysayan ng Daigdig? 7. Anong mga elemento ang tinatawag na organogens at bakit? 8. Anong mga elemento ang bumubuo sa kemikal na komposisyon ng mga sistema ng buhay? 9. Ano ang self-organization? 10. Ano ang kakanyahan ng substrate at functional approach sa problema ng self-organization ng mga kemikal na sistema?

11. Ano ang evolutionary chemistry? 12. Ano ang masasabi tungkol sa natural na pagpili ng mga elemento ng kemikal at ang kanilang mga compound sa kurso ng ebolusyon ng kemikal? 13. Ano ang ibig sabihin ng self-development ng catalytic system? 14. Ano ang inilapat na halaga ng evolutionary chemistry? 15. Ilista ang mga pangunahing teorya ng pinagmulan ng buhay.

16. Ano ang creationism? Maaari bang pabulaanan ang creationism? Ipaliwanag ang iyong sagot. 17. Ano ang mahinang punto ng teoryang panspermia? 18. Paano naiiba ang teorya ng biochemical evolution sa teorya ng spontaneous (spontaneous) na pinagmulan ng buhay? 19. Anong mga kondisyon ang itinuturing na kinakailangan para sa paglitaw ng buhay bilang resulta ng biochemical evolution? 20. Ano ang prebiotic evolution?

21. Ano ang Oparin-Haldane hypothesis? 22. Ano ang pangunahing suliranin sa pagpapaliwanag ng paglipat mula sa "walang buhay" patungo sa "nabubuhay"? 23. Ano ang hypercycle?

Panitikan

1. Dubnishcheva T.Ya. Mga konsepto ng modernong natural na agham. - Novosibirsk: YuKEA, 1997. 2. Kuznetsov V.N., Idlis G.M., Gutina V.N. Likas na agham. - M.: Agar, 1996. 3. Gryadovoy D.N. Mga konsepto ng modernong natural na agham. Kurso sa istruktura ng mga pundasyon ng natural na agham. - M.: Uchped, 1999. 4. Mga konsepto ng modernong natural na agham / ed. S.I. Samygin. - Rostov n / a: Phoenix, 1997. 5. Yablokov A.V., Yusufov A.G. ebolusyonaryong doktrina. - M.: Mas mataas na paaralan, 1998. 6. Ruzavin G.I. Mga konsepto ng modernong natural na agham. - M.: "Kultura at isport", UNITI, 1997. 7. Solopov E.F. Mga konsepto ng modernong natural na agham. – M.: Vlados, 1998.

8. Nudelman R. Cambrian na kabalintunaan. - "Ang Kaalaman ay Kapangyarihan", Agosto, Setyembre-Oktubre 1988.

[ 1] polypeptides ay isang mahabang kadena ng mga amino acid

Bumalik sa itaas ng dokumento

Ang mga karapatang ipamahagi at gamitin ang kurso ay nabibilang Ufa State Aviation Technical University

Ang ebolusyon ng kemikal ay isang proseso ng mga hindi maibabalik na pagbabago na humahantong sa paglitaw ng mga bagong compound ng kemikal - mga produkto na mas kumplikado at lubos na organisado kumpara sa mga orihinal na sangkap. Ang mga prosesong ito ay nagsimulang aktibo at may layuning pag-aralan noong 1970s. na may kaugnayan sa pag-aaral ng problema ng patuloy na pagiging mas kumplikadong mga proseso ng kemikal sa isang antas na nag-ambag sa paglitaw ng buhay na bagay sa Earth. Ang interes sa mga prosesong ito ay bumalik sa matagal nang pagtatangka upang maunawaan kung paano nagmumula ang organiko, at pagkatapos ay ang buhay, mula sa hindi organikong bagay. Ang unang natanto ang mataas na kaayusan at kahusayan ng mga proseso ng kemikal sa mga buhay na organismo ay ang nagtatag ng organikong kimika na Y.Ya. Berzelius (huli ng ika-18 - unang bahagi ng ika-19 na siglo). Itinatag niya na ang batayan ng mga laboratoryo ng isang buhay na organismo ay biocatalysis. Malaking kahalagahan ang nakalakip sa catalytic na karanasan ng buhay na kalikasan noong ika-20 siglo. Kaya, ang Academician N.N. Itinuring ni Semenov ang mga proseso ng kemikal na nagaganap sa mga tisyu ng mga halaman at hayop bilang isang uri ng "produksyon ng kemikal" ng buhay na kalikasan.

Isaalang-alang natin sa madaling sabi ang mga yugto ng ebolusyon ng kemikal. Marahil, dapat itong kilalanin na nagsimula ito sa hitsura ng pinakasimpleng carrier - ang atom. Ayon sa konsepto ng Big Bang, ang mga kemikal na elemento na umiiral ngayon, ay bumangon sa proseso ng ebolusyon ng Uniberso mula sa isang superdense at superhot na estado hanggang sa modernong mundo ng mga bituin at kalawakan. Ipinapalagay na ang pinakasimpleng mga atomo (o sa halip, ang kanilang nuclei) ng hydrogen ang unang nabuo. Humigit-kumulang 1 s pagkatapos ng Big Bang, ang density ng bagay ay bumaba sa 1 t/cm 3, ang temperatura sa 100 bilyon K, at ang diameter ay tumaas sa 1500 bilyong km. Ang sangkap ay nasa estado ng isang ganap na ionized na plasma, na binubuo ng mga nucleon (proton at neutron) at mga electron. Pagkatapos ng isa pang 10 s, nang bumaba ang temperatura sa 10 bilyong K, lumitaw ang mga kondisyon para sa reaksyong nuklear upang bumuo ng mga deuteron - deuterium (mabigat na hydrogen) nuclei.

Gayunpaman, sa temperatura na ito, ang equilibrium ng reaksyong ito ay malakas na inilipat sa kaliwa (ito ay lumilipat sa kanan lamang sa temperatura na 1 bilyon K - humigit-kumulang 100 s pagkatapos ng Big Bang), at ang mga deuteron ay hindi maaaring maipon, dahil sa ilalim ng mga ito. mga kondisyon na nagiging helium nuclei (ang pamamaraan na ito ay lubos na kasiya-siya na nagpapaliwanag sa dami ng helium sa ating uniberso). Sa yugto ng prestellar ng pag-unlad ng bagay, ang nuclei ng iba pang mga elemento ng kemikal ay hindi nabuo, dahil ang density at temperatura ng lumalawak na Uniberso ay mabilis na bumabagsak. Sa kasong ito, ang proseso ng pagbuo ng 4 He (ang figure sa kaliwang tuktok ay ang kamag-anak na atomic mass, i.e. ang masa ng atom, na ipinahayag sa atomic mass units, na 1/12 ng mass ng carbon isotope na may isang mass number na 12-1.6605655 (86) 10 "27 kg), simula humigit-kumulang 2 minuto pagkatapos ng Big Bang, huminto sa pagtatapos ng ika-4 na minuto. Kapag ang Uniberso ay lumamig sa temperatura na 3500 K (pagkatapos ng humigit-kumulang 1 milyon taon), helium nuclei at ang natitirang hydrogen nuclei ay muling pinagsama sa mga electron: ang mga atomo ay nabuo helium at hydrogen - ang pinagmumulan ng materyal para sa interstellar gas at mga sistema ng bituin.

Ang karagdagang synthesis ng mga elemento ng kemikal ay nagpapatuloy sa loob ng mga bituin habang tumataas ang temperatura. Sa proseso ng condensation ng interstellar gas na binubuo ng hydrogen at helium sa isang protostar, bilang isang resulta ng gravitational compression, ang temperatura ay tumataas at ang reaksyon ng pagbuo ng helium mula sa hydrogen ay muling nagiging posible. Ang yugtong ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga temperatura na hindi hihigit sa 20 106 K.

Pagkatapos ng helium nuclei, 12 C at 16 O nuclei ang pinaka-stable. Ang thermonuclear epoch ng pagbuo ng naturang nuclei (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.

Maaaring ipagpalagay na may mataas na antas ng posibilidad na ang ilang mga yugto ng nuclear fusion ay nagbago sa solar system. Ang paghahambing ng kemikal na komposisyon ng Araw at ang kemikal na komposisyon ng stellar matter ay nagpapahintulot sa amin na tapusin na ang lahat ng mga proseso ng nuclear synthesis na inilarawan sa itaas ay naganap sa Solar System, at ang unang masa ng bituin na nabuo sa aming seksyon ng Galaxy ay lumampas. ang kritikal (katumbas ng 1.44 solar masa), at ito ay naging hindi matatag. Sa ilalim ng impluwensya ng gravitational attraction, ang protostar ay nagkontrata, ang temperatura nito ay tumaas, na nagbibigay ng mga unang yugto ng nuclear fusion. Ang enerhiya na inilabas sa kasong ito ay naging napakahusay, bilang isang resulta kung saan, pagkaraan ng ilang sandali, isang pagsabog ang naganap at ang nuclei ng pinakamabibigat na elemento ay nabuo. Bumaba ang masa ng bituin dahil sa pagbuga ng bagay. Ang prosesong ito ay paulit-ulit nang maraming beses hanggang ang masa ng gitnang napakalaking bituin ay mas mababa sa kritikal na limitasyon. Ang ganitong mekanismo ay nagbibigay ng sapat na pagitan ng oras para sa kemikal, heograpikal at biyolohikal na ebolusyon.

Sa kasalukuyan, maraming mga mananaliksik ang naniniwala na ang mga planeta ng solar system ay nabuo mula sa solar matter na inilabas mula sa Araw nang ito ay naging isang supernova. Ang paglamig ng hugis disc na gaseous nebula na nabuo sa paligid ng Araw ay naging posible upang pagsamahin ang mga atomo sa mga molekula, i.e. nagsimula ang ebolusyon ng kemikal.

Ang mga molekula ay hindi mabuo sa mga stellar na temperatura, kapag ang karamihan sa mga atomo ay umiiral sa anyo ng mga multiply charged ions (halimbawa, sa solar corona sa 1 milyong K, ang mga iron atom ay Fe 13+ ions). Ang mga molekula ng diatomic ay matatagpuan sa spectra ng mga pinakamalamig na bituin lamang na may temperatura sa ibabaw na 2000-3000 K (mga oxide ng Al, Mg, Ti, Zr, C, Si at ilang iba pang diatomic na molekula na may pinakamalakas na bono ng kemikal). Kasabay nito, ang isang malaking bilang ng mga molekula, kabilang ang mga medyo kumplikado, ay naroroon sa interstellar space. Ipinapalagay na ang komposisyon ng mga molekulang ito ay tumutugma sa komposisyon ng mga unang molekula na nabuo bilang resulta ng paglamig ng stellar matter. Ang iba pang mga molekula ay natagpuan din, ngunit sa mas maliit na dami.

Kapag ang temperatura ng protoplanetary nebula ay bumaba sa 1000-1800 K, nagsimula silang mag-condense, i.e. naging likido at solid, ang mga pinaka-matigas na sangkap, lalo na, ang mga droplet ng bakal ay nabuo, at kasunod na silicates (mga asin ng silicic acid).

Sa temperaturang 400–1000 K, ang iba pang mga metal at ang kanilang mga compound na may sulfur at oxygen ay nag-condensed. Ang mga nakapirming patak ng silicate na materyal sa anyo ng mga chondrules (maliit na spherical na katawan) ay nabuo, tila, sa kasunod na paghalay, maraming mga asteroid - ang pangunahing mga katawan ng chondrite meteorites. Maaaring ipagpalagay na bilang resulta ng pagkakaiba-iba ng pangunahing gas sa ilalim ng pagkilos ng solar wind (pag-agos ng solar corona plasma sa interplanetary space) at ang gradient ng temperatura, ang mga atomo ng pinakamagagaan na elemento ay itinapon sa periphery ng ang solar system at ang mga terrestrial na planeta na matatagpuan malapit sa Araw ay bumangon sa pamamagitan ng pagpapalapot ng pinakamataas na bahagi ng temperatura na may mataas na nilalamang bakal.

Sa pagbuo ng Earth bilang isang planeta, ang ebolusyon ng Earth ay nagsimulang maimpluwensyahan ang ebolusyon ng kemikal. Ang impluwensyang ito ay ipinahayag (at kasalukuyang ipinahayag) sa pagbabago ng pamamahagi ng konsentrasyon ng mga elemento ng kemikal sa katawan ng Earth at sa mga shell nito (sa atmospera, hydrosphere, crust, mantle, core), gayundin sa paglikha ng mga kondisyon (temperatura). , presyon) para sa pagbuo ng mga bagong sangkap .

Siyempre, ang kabaligtaran na epekto ay naganap din. Ang pagbuo ng mga bagong sangkap at ang paglitaw ng mga pagkakataon para sa mga bagong proseso ng kemikal ay nagdulot ng pagbuo ng mga bagong geological formations, tulad ng mga sedimentary na bato. Kaya, ang ebolusyong heolohikal at kemikal ay nagpapatuloy sa isang malaking lawak na magkakasama, na magkaparehong naiimpluwensyahan ang isa't isa. Ang ebolusyon ng kemikal ay humantong sa paglitaw ng buhay. Nangyari ito dahil sa pag-unlad hindi ng mga sangkap, ngunit ng mga kemikal na sistema at proseso na nagaganap sa kanila.

Pamamaraan para sa pag-aaral ng ebolusyon ng kemikal (teorya)

Ang pag-aaral ng ebolusyon ng kemikal ay kumplikado sa pamamagitan ng katotohanan na sa kasalukuyan ang kaalaman tungkol sa mga geochemical na kondisyon ng sinaunang Earth ay hindi sapat na kumpleto.

Samakatuwid, bilang karagdagan sa geological data, ang astronomical data ay kasangkot din. Kaya, ang mga kondisyon sa Venus at Mars ay itinuturing na malapit sa mga nasa Earth sa iba't ibang yugto ng ebolusyon nito.

Ang pangunahing data sa ebolusyon ng kemikal ay nakuha bilang isang resulta ng mga eksperimento ng modelo, kung saan posible na makakuha ng mga kumplikadong organikong molekula sa pamamagitan ng pagtulad sa iba't ibang mga kemikal na komposisyon ng kapaligiran, hydrosphere at lithosphere at klimatiko na mga kondisyon.

Batay sa magagamit na data, maraming hypotheses ang iniharap tungkol sa mga partikular na mekanismo at direktang puwersang nagtutulak ng ebolusyon ng kemikal.

Abiogenesis

Sa isang malawak na kahulugan, ang abiogenesis ay ang paglitaw ng mga nabubuhay na bagay mula sa mga di-nabubuhay na bagay, iyon ay, ang paunang hypothesis ng modernong teorya ng pinagmulan ng buhay. Noong 1920s, iminungkahi ng Academician Oparin na sa mga solusyon ng mga macromolecular compound, kusang-loob nabuo ang mga zone ng pagtaas ng konsentrasyon, na medyo hiwalay sa panlabas na kapaligiran at maaaring mapanatili ang isang palitan dito. Tinawag niya sila Mga patak ng Coacervate, o simple lang nagpapasama.

Pangkalahatang-ideya ng Paksa

Dapat ipaliwanag ng mga hypotheses ng ebolusyon ng kemikal ang mga sumusunod na aspeto:

1. Ang hitsura sa espasyo o sa Earth ng mga kondisyon para sa autocatalytic synthesis ng malalaking volume at isang makabuluhang pagkakaiba-iba ng mga molekula na naglalaman ng carbon, iyon ay, ang paglitaw sa mga proseso ng abiogenic ng mga sangkap na kinakailangan at sapat para sa simula ng ebolusyon ng kemikal.
2. Ang paglitaw ng medyo matatag na mga saradong pinagsama-samang mula sa naturang mga molekula, na nagpapahintulot sa kanila na ihiwalay ang kanilang mga sarili mula sa kapaligiran sa isang paraan na ang pumipili na pagpapalitan ng bagay at enerhiya ay nagiging posible kasama nito, iyon ay, ang paglitaw ng ilang mga protocellular na istruktura.
3. Ang hitsura sa naturang mga pinagsama-samang mga sistema ng impormasyon ng kemikal na may kakayahang baguhin ang sarili at pagtitiklop sa sarili, iyon ay, ang paglitaw ng mga elementarya na yunit ng namamana na code.
4. Ang hitsura ng mutual dependence sa pagitan ng mga katangian ng mga protina at ang mga function ng mga enzyme na may mga carrier ng impormasyon (RNA, DNA), iyon ay, ang paglitaw ng aktwal na code ng pagmamana, bilang isang kinakailangang kondisyon para sa biological evolution.

Ang isang malaking kontribusyon sa paglilinaw ng mga isyung ito, bukod sa iba pa, ay ginawa ng mga sumusunod na siyentipiko:

• Harold Urey at Stanley Miller noong 1953: Ang paglitaw ng mga simpleng biomolecule sa isang simulate na sinaunang kapaligiran.
• Sydney Fox: Microspheres mula sa mga protenoid.
• Thomas Check (University of Colorado) at Sydney Altman (University of Yale New Haven Connecticut) noong 1981: Autocatalytic RNA fission: Pinagsasama ng "Ribozymes" ang catalysis at impormasyon sa isang molekula. Nagagawa nilang putulin ang kanilang sarili sa mas mahabang RNA chain at muling sumali sa natitirang mga dulo.
• Si Walter Gilbert (Harvard University of Cambridge) ay binuo noong 1986 ang ideya ng isang mundo ng RNA.
• Ipinakita ni Gunther von Kiedrowski (Ruhr-University Bochum) noong 1986 ang unang DNA-based na self-replicating system, isang mahalagang kontribusyon sa pag-unawa sa mga function ng paglago ng self-replicating system
• Manfred Eigen (Max Planck Institute, Faculty of Biophysical Chemistry, Göttingen): Ebolusyon ng mga ensemble ng RNA molecules. Hypercycle.
• Si Julius Rebeck (Cambridge) ay lumilikha ng isang artipisyal na molekula (Aminoadenosintriazidester) na self-replicates sa chloroform solution. Ang mga kopya ay magkapareho pa rin sa pattern, kaya imposible ang ebolusyon para sa mga molekulang ito.
• John Corlis (Goddard Space Flight Center - NASA): Ang mga thermal spring ng mga dagat ay nagbibigay ng enerhiya at mga kemikal na ginagawang hiwalay ang ebolusyon ng kemikal sa kapaligiran ng kalawakan. Kahit ngayon sila ang buhay na kapaligiran para sa archaeobacteria (Archaea), na orihinal sa maraming paraan.
• Günther Wächtershäuser (ur. Gunter_Wächtershauser ) (Munich): Ang unang self-replicating na mga istruktura na may metabolismo ay lumitaw sa ibabaw ng pyrite. Ang pyrite (iron sulfide) ay nagbigay ng kinakailangang enerhiya para dito. Sa lumalaki at muling nabubulok na mga kristal na pyrite, ang mga sistemang ito ay maaaring lumaki at dumami, at ang iba't ibang populasyon ay humarap sa iba't ibang mga kondisyon sa kapaligiran (kondisyon sa pagpili).
• Nakikita nina A. G. Cairns-Smith (University of Glasgow) at David K. Mauerzall (Rockefeller-Universität New York, New York) sa mga clay mineral ang isang sistema na sa una ay napapailalim sa ebolusyon ng kemikal, na nagdudulot ng maraming iba't ibang, self-replicating mga kristal.. Ang mga kristal na ito ay umaakit ng mga organikong molekula sa kanilang electric charge at pinapagana ang synthesis ng mga kumplikadong biomolecules, at ang dami ng impormasyon ng mga istrukturang kristal ay unang nagsisilbing isang matrix. Ang mga organikong compound na ito ay nagiging mas kumplikado hanggang sa maaari silang dumami nang walang tulong ng mga mineral na luad.
• Ipinakita ni Wolfgang Weigand, Mark Derr et al.(Max Planck Institute Faculty of Biogeochemistry, Jena) noong 2003 na ang iron sulfide ay maaaring catalyze ang synthesis ng ammonia mula sa molecular nitrogen.

Ang isang pinag-isang modelo ng ebolusyon ng kemikal ay hindi pa nabubuo, marahil dahil ang pinagbabatayan na mga prinsipyo ay hindi pa natuklasan.

Preliminaries

Mga biomolecule

Ang prebiotic synthesis ng mga kumplikadong compound ng mga molekula ay maaaring nahahati sa tatlong magkakasunod na yugto:

1. Ang paglitaw ng mga simpleng organic compound (alcohols, acids, heterocyclic compounds: purines, pyrimidines at pyrroles) mula sa inorganic na materyales.
2. Synthesis ng mas kumplikadong mga organikong compound - "biomolecules" - mga kinatawan ng pinakakaraniwang mga klase ng metabolites, kabilang ang mga monomer - mga istrukturang yunit ng biopolymers (monosaccharides, amino acids, fatty acids, nucleotides) mula sa mga simpleng organic compound.
3. Ang paglitaw ng mga kumplikadong biopolymer (polysaccharides, protina, nucleic acid) mula sa pangunahing mga yunit ng istruktura - monomer.

Ang isa sa mga tanong ay ang kemikal na komposisyon ng daluyan kung saan isinagawa ang prebiological synthesis, kabilang ang kung aling mga inorganikong sangkap ang pinagmumulan ng iba't ibang elemento na bumubuo sa iba't ibang mga organikong compound.

Mga posibleng inorganic na mapagkukunan ng mga elemento:

Ang lahat ng mga hypotheses ay nagpapatuloy mula sa katotohanan na, bilang karagdagan sa tubig at mga pospeyt, sa mga unang yugto ng kasaysayan ng Daigdig, ang mga pinababang anyo lamang ang naroroon sa atmospera at hydrosphere sa sapat na dami, na naiiba sa mga compound ng kemikal na karaniwan sa modernong panahon, dahil ang sinaunang kapaligiran ay hindi naglalaman ng molecular oxygen.

Sa oras na iyon, ang ultraviolet radiation mula sa Araw, init mula sa mga proseso ng bulkan, ionizing radiation mula sa radioactive decay, at mga electrical discharge ay maaaring kumilos bilang isang mapagkukunan ng enerhiya na nagpasimula ng synthesis. Mayroon ding mga teorya kung saan ang mga proseso ng redox sa pagitan ng mga gas ng bulkan (reducing agent) at bahagyang nag-oxidize ng sulfide na mga mineral, tulad ng pyrite (FeS 2) ay maaaring magsilbi bilang isang mapagkukunan ng enerhiya na kinakailangan para sa paglitaw ng mga biomolecules.

Pag-unlad ng Sinaunang Atmospera

Ang pag-unlad ng atmospera ng daigdig ay bahagi ng ebolusyon ng kemikal at, bukod dito, isang mahalagang elemento sa kasaysayan ng klima. Ngayon ito ay nahahati sa apat na mahahalagang yugto ng pag-unlad.

Sa una, ang pagbuo ng mga elemento ng kemikal sa kalawakan at ang hitsura ng lupa mula sa kanila ay naganap - humigit-kumulang 4.56 bilyong taon na ang nakalilipas. Malamang, ang ating planeta ay maagang nagkaroon ng atmospera ng hydrogen (H 2) at helium (He), na, gayunpaman, ay muling nawala sa kalawakan. Ipinapalagay din ng mga astronomo na dahil sa medyo mataas na temperatura at mga epekto ng solar wind, kaunting light chemical elements lamang (kabilang ang carbon, nitrogen at oxygen) ang maaaring manatili sa lupa at iba pang planeta na malapit sa araw. Ang lahat ng mga elementong ito, na ngayon ay bumubuo sa pangunahing bahagi ng biosphere, ay dinala, ayon sa teoryang ito, sa pamamagitan ng mga epekto ng kometa mula sa higit pang mga panlabas na bahagi ng solar system pagkatapos lamang ng mahabang panahon, nang medyo lumamig ang mga protoplanet. Sa unang ilang milyong taon pagkatapos ng paglitaw ng solar system, ang mga banggaan sa mga celestial na katawan ay patuloy na paulit-ulit, ang mga banggaan na dulot ng mga ito ay sumisira sa mga buhay na sistema na nabuo sa oras na iyon ng mga pandaigdigang isterilisasyon. Samakatuwid, ang paglitaw ng buhay ay maaaring magsimula lamang pagkatapos ng akumulasyon ng tubig sa loob ng mahabang panahon, hindi bababa sa pinakamalalim na mga depresyon.

Mga Palatandaan ng Aktibidad ng Bulkan: Mga Deposito ng Sulfur sa mga Gilid ng Halema'uma'u Crater ng Mauna Loa sa Hawaii

Ang pagsabog ng bulkan ay ang pinakakahanga-hangang anyo ng aktibidad ng bulkan

Sa mabagal na paglamig ng lupa, aktibidad ng bulkan (paglabas ng mga gas mula sa bituka ng lupa) at ang pandaigdigang pamamahagi ng mga materyales mula sa mga nahulog na kometa, lumitaw ang pangalawang kapaligiran sa lupa. Malamang, binubuo ito ng singaw ng tubig (H 2 O hanggang 80%), carbon dioxide (CO 2; hanggang 20%), hydrogen sulfide (hanggang 7%), ammonia at methane. Ang mataas na porsyento ng singaw ng tubig ay dahil sa ang katunayan na ang ibabaw ng mundo sa oras na iyon ay masyadong mainit para sa pagbuo ng mga dagat. Una sa lahat, ang maliliit na organikong molekula (mga acid, alkohol, amino acid) ay maaaring mabuo mula sa tubig, mitein at ammonia sa ilalim ng mga kondisyon ng isang batang lupa, sa kalaunan ay mga organikong polymer (polysaccharides, fats, polypeptides), na hindi matatag sa isang acidic na kapaligiran. .

Matapos lumamig ang atmospera sa ibaba ng kumukulong punto ng tubig, nagsimula ang napakahabang yugto ng pag-ulan, na nabuo ang mga karagatan. Ang saturation ng iba pang mga atmospheric gas na nauugnay sa singaw ng tubig ay tumaas. Ang matinding ultraviolet irradiation ay sanhi ng photochemical decomposition ng tubig, methane at ammonia, na nagreresulta sa akumulasyon ng carbon dioxide at nitrogen. Ang mga magaan na gas - hydrogen at helium - ay dinala sa kalawakan, ang carbon dioxide ay natunaw sa maraming dami sa karagatan, na nagpapataas ng kaasiman ng tubig. Bumaba ang pH value sa 4. Ang inert at bahagyang natutunaw na nitrogen N 2 ay naipon sa paglipas ng panahon at nabuo ang pangunahing bahagi ng atmospera mga 3.4 bilyong taon na ang nakalilipas.

Ang pag-ulan ng dissolved carbon dioxide ay tumutugon sa mga metal ions (carbonates) at ang karagdagang pag-unlad ng mga buhay na nilalang na nag-assimilated ng carbon dioxide ay humantong sa pagbaba sa CO 2 -konsentrasyon at pagtaas ng pH sa mga anyong tubig.

Ang Oxygen O 2 ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa karagdagang pag-unlad ng atmospera. Nabuo ito sa pagdating ng mga photosynthetic na nabubuhay na nilalang, maaaring cyanobacteria (asul-berdeng algae) o katulad na mga prokaryote. Ang asimilasyon ng carbon dioxide sa kanila ay humantong sa isang karagdagang pagbaba sa kaasiman, ang saturation ng atmospera na may oxygen ay nanatiling medyo mababa. Ang dahilan nito ay ang agarang paggamit ng oxygen na natunaw sa karagatan para sa oksihenasyon ng divalent iron ions at iba pang mga oxidizable compound. Mga dalawang bilyong taon na ang nakalilipas, natapos ang prosesong ito, at ang oxygen ay nagsimulang unti-unting naipon sa atmospera.

Ang mataas na reaktibong oxygen ay madaling nag-oxidize ng madaling kapitan ng mga organikong biomolecule at sa gayon ay nagiging isang kadahilanan sa pagpili sa kapaligiran para sa mga naunang organismo. Iilan lamang na anaerobic na organismo ang nakalipat sa walang oxygen na ecological niches, ang iba pang bahagi ay nakabuo ng mga enzyme (halimbawa, catalases) na ginagawang hindi mapanganib ang oxygen. Sa ilang mga mikroorganismo, mula sa mga naturang enzyme, nabuo ang mga kumplikadong enzyme ng lamad - mga huling oxidases na metabolically na gumagamit ng oxygen na naroroon upang maipon ang enerhiya na kinakailangan para sa paglaki ng kanilang sariling mga cell - ang huling yugto ng oksihenasyon sa aerobic respiration chain. Depende sa organismo, mayroong iba't ibang anyo ng mga terminal oxidases, halimbawa, quinol oxidase o cytochrome C oxidase, na naiiba sa mga aktibong sentro na naglalaman ng mga copper ions at hemes. Nagbibigay ito ng dahilan upang maniwala na sila ay nagmula sa iba't ibang parallel na paraan ng pag-unlad. Sa maraming kaso, ang iba't ibang uri ng terminal oxidases ay nangyayari sa parehong organismo. Ang mga enzyme na ito ay ang huli sa isang chain ng sequential enzyme complexes na nagtitipid ng redox energy sa pamamagitan ng paglilipat ng mga proton o sodium ions sa anyo ng isang transmembrane electrical potential. Ang huli ay muling binago sa kemikal na enerhiya sa anyo ng ATP sa pamamagitan ng isa pang complex ng mga enzyme. Ang synthesis ng ATP at iba pang mga bahagi ng respiratory chain sa evolutionary light ay mas matanda kaysa sa panghuling oxidases, dahil mayroon na silang mahalagang papel sa maraming aerobic metabolic na proseso (aerobic respiration, maraming proseso ng fermentation, methanogenesis), pati na rin sa anoxygenic. at oxygenic photosynthesis.

Isang bilyong taon na ang nakalilipas, ang nilalaman ng oxygen sa atmospera ay tumawid sa bar ng isang porsyento at pagkalipas ng ilang milyong taon ay nabuo ang ozone layer. Ang nilalamang oxygen ngayon na 21% ay naabot lamang 350 milyong taon na ang nakalilipas at nanatiling matatag mula noon.

Ang kahalagahan ng tubig para sa pinagmulan at pangangalaga ng buhay

Ang H 2 O ay isang kemikal na tambalang naroroon sa ilalim ng mga normal na kondisyon sa lahat ng tatlong estado ng pagsasama-sama.

Bagaman ipinakita nito ang posibilidad ng natural na pagbuo ng mga organikong molekula, ang mga resultang ito ay minsan ay pinupuna ngayon. Sa primordial na eksperimento ng sopas, ipinapalagay na ang kapaligiran sa oras na iyon ay may alkaline na karakter, na tumutugma sa mga ideyang pang-agham noong panahong iyon. Ngayon, sa kabilang banda, ang bahagyang alkaline o kahit na neutral na kalikasan ng atmospera ay ipinapalagay, bagaman ang isyu ay hindi pa nalutas sa wakas at ang mga lokal na kemikal na paglihis ng mga kondisyon ng atmospera ay tinalakay din, halimbawa, sa paligid ng mga bulkan. Pinatunayan ng mga eksperimento sa ibang pagkakataon ang posibilidad ng paglitaw ng mga organikong molekula kahit na sa ilalim ng mga kondisyong ito, kahit na ang mga hindi nakuha sa mga unang eksperimento, ngunit sa mas maliit na dami. Madalas itong pinagtatalunan na ang pinagmulan ng mga organikong molekula sa ibang paraan ay gumaganap ng hindi bababa sa isang karagdagang papel. Ang mga teorya ng pinagmulan ng mga organiko sa paligid ay ibinigay din.

Bilang isang argumento laban sa pinagmulan ng mga organikong molekula mula sa primordial na sabaw, ang katotohanan ay minsan binanggit na sa panahon ng eksperimento ay nakuha ang isang racemate, iyon ay, isang pantay na pinaghalong L at D na mga anyo ng mga amino acid. Alinsunod dito, dapat ay nagkaroon ng natural na proseso kung saan mas gusto ang isang partikular na variant ng chiral molecules. Ang ilang mga biologist sa kalawakan ay nagtaltalan na mas madaling patunayan ang pinagmulan ng mga organikong compound sa kalawakan, dahil, sa kanilang opinyon, ang mga proseso ng photochemical na may circularly polarized radiation, tulad ng mula sa mga pulsar, ay magagawa lamang na sirain ang mga molekula ng isang tiyak na pag-ikot. Sa katunayan, ang mga organikong molekula ng chiral na natagpuan sa mga meteorite ay pinangungunahan ng 9% na kaliwete. Gayunpaman, noong 2001 Alan Saghatelian ay nagpakita na ang self-replicating peptide system ay nagagawa ring mahusay na pumili ng mga molecule ng isang tiyak na pag-ikot sa isang racemic mixture, na ginagawang posible ang terrestrial na pinagmulan ng mga polymer mula sa ilang optical isomers.

Mga karagdagang reaksyon

Mula sa mga intermediate na produkto ng aldehydes at hydrocyanic acid HCN na lumilitaw sa eksperimento ng Miller-Urey, ang karagdagang biomolecules ay maaaring makuha sa ilalim ng kunwa na kondisyon ng lupa 4.5 bilyong taon na ang nakalilipas. Kaya, nagtagumpay si Juan Oro noong 1961 upang isagawa ang synthesis ng adenine:

Mula sa ribose, adenine at triphosphate, lumitaw ang adenosine triphosphate (ATP), na ginagamit sa mga organismo bilang isang unibersal na carrier ng enerhiya at elemento ng gusali (bilang monophosphate) ng mga ribonucleic acid (RNA).

Paglahok ng mga mineral at bato

• Ang mga kristal na ibabaw ay maaaring magsilbi bilang isang matrix para sa lumalaking macromolecules. Sa kasong ito, ang iba't ibang mga mala-kristal na ibabaw ay maaaring magbigkis ng ilang mga enantiomer ng mga molekula. Ang L at D amino acid ay nakakabit sa iba't ibang lugar sa calcite crystal.
• Ipinakita ni Aaron Kachalssky (Weizmann Institute, Israel) na sa isang may tubig na solusyon na naglalaman ng montmorillonite (isa sa mga mineral na luad), posible na mag-synthesize ng mga protina na may haba ng chain na higit sa 50 amino acid na may halos 100% na ani.
• Ang mga ion ng metal ay maaaring kumilos bilang mga katalista, mga donor ng elektron, o maisama sa mga biomolecule.
• Ang mga mineral na luad sa mga may tubig na solusyon ay kadalasang nagdadala ng pang-ibabaw na singil sa kuryente at sa gayon ay maaaring makaakit at humawak ng magkasalungat na sisingilin na mga organikong molekula.
• Ang mga molekula ng mga organikong compound sa microcavities ng mga bato ay protektado mula sa ultraviolet irradiation.

Teorya ni Wächterhäuser

Ang isang partikular na masinsinang anyo ng kontribusyon ng mga mineral at bato sa prebiotic synthesis ng mga organikong molekula ay dapat maganap sa ibabaw ng mga mineral na bakal na sulfide. Ang teorya ng Miller-Urey ay may makabuluhang mga limitasyon, lalo na dahil sa maling paliwanag para sa polimerisasyon ng mga monomeric constituent ng isang biomolecule.

Ang anaerobic bacteria, ang metabolismo na kung saan ay nangyayari sa paglahok ng bakal at asupre, ay umiiral pa rin ngayon.

Intergrowth ng mga kristal ng iron sulfide FeS 2

Isang alternatibong senaryo ang binuo mula noong unang bahagi ng 1980s ni Günter Wächterhäuser. Ayon sa teoryang ito, ang buhay sa lupa ay lumitaw sa ibabaw ng iron-sulfur mineral, iyon ay, sulfides, na nabuo pa rin ngayon sa pamamagitan ng mga prosesong geological, at sa batang lupa ay dapat na mas karaniwan. Ang teoryang ito, sa pagsalungat sa RNA World Hypothesis, ay nagmumungkahi na ang metabolismo ay nauna sa paglitaw ng mga enzyme at gene. Bilang isang angkop na lugar, ang mga itim na naninigarilyo ay iminungkahi sa ilalim ng mga karagatan kung saan mayroong mataas na presyon, mataas na temperatura, walang oxygen at iba't ibang mga compound ay abundantly na ipinakita na maaaring magsilbing materyales sa pagbuo ng "mga brick ng buhay" o isang katalista sa isang hanay ng mga reaksiyong kemikal. Ang mahusay na bentahe ng konseptong ito sa mga nauna nito ay sa unang pagkakataon ang pagbuo ng mga kumplikadong biomolecules ay nauugnay sa isang palaging maaasahang mapagkukunan ng enerhiya. Ang enerhiya ay inilalabas sa panahon ng pagbabawas ng bahagyang na-oxidized na iron-sulfur na mineral, tulad ng pyrite (FeS 2), na may hydrogen (reaksyon equation: FeS 2 + H 2 FeS + H 2 S), at ang enerhiya na ito ay sapat para sa endothermic synthesis ng monomeric structural elements ng biomolecules at ang kanilang polymerization:

Fe 2+ + FeS 2 + H 2 2 FeS + 2 H + ΔG°" = −44.2 kJ/mol

Ang iba pang mga metal, tulad ng bakal, ay bumubuo rin ng mga hindi matutunaw na sulfide. Bilang karagdagan dito, ang pyrite at iba pang mineral na iron-sulfur ay may positibong sisingilin na ibabaw, kung saan ang mga biomolecules na nakararami sa negatibong sisingilin (organic acid, phosphoric esters, thiols) ay matatagpuan, puro at reaksyon sa isa't isa. Ang mga sangkap na kailangan para dito (hydrogen sulfide, carbon monoxide at ferrous salts) ay nahuhulog mula sa solusyon papunta sa ibabaw nitong "iron-sulfur world". Si Wächterhäuser ay kumukuha sa umiiral na mga pangunahing mekanismo ng metabolismo para sa kanyang teorya at nagmula sa kanila ng isang saradong senaryo para sa synthesis ng mga kumplikadong organikong molekula (organic acid, amino acid, asukal, nitrogenous base, fats) mula sa mga simpleng inorganic compound na matatagpuan sa mga bulkan na gas (NH 3, H 2 , CO, CO 2 , CH 4 , H 2 S).

Kabaligtaran sa eksperimento ng Miller-Urey, walang pinagkukunan ng enerhiya ang kasangkot mula sa labas, sa anyo ng kidlat o ultraviolet radiation; bilang karagdagan, ang mga unang yugto ng synthesis sa mataas na temperatura at presyon ay nagpapatuloy nang mas mabilis (halimbawa, mga reaksiyong kemikal na na-catalyze ng mga enzyme). Sa temperatura ng mga bulkan sa ilalim ng tubig hanggang sa 350 ° C, ang paglitaw ng buhay ay lubos na naiisip. Sa paglaon lamang, sa paglitaw ng mga katalista na sensitibo sa mataas na temperatura (bitamina, protina), ang ebolusyon ay dapat na naganap sa mas mababang temperatura.

Ang senaryo ng Wächterhäuser ay angkop na angkop sa mga kondisyon ng malalim na dagat na hydrothermal vent, dahil ang pagkakaiba ng temperatura doon ay nagbibigay-daan sa isang katulad na pamamahagi ng mga reaksyon. Ang pinakamatandang nabubuhay na microorganism ay ang pinaka-lumalaban sa init, ang limitasyon na alam na maximum na temperatura para sa kanilang paglaki ay +122 °C. Bilang karagdagan, ang mga aktibong sentro ng iron-sulfur ay kasangkot pa rin sa mga proseso ng biochemical, na maaaring magpahiwatig ng pangunahing pakikilahok ng mga mineral na Fe-S sa pag-unlad ng buhay.

Pagbuo ng macromolecules

Ang biomacromolecules ay mga protina at nucleic acid. Ang pagtaas sa mga molecular chain (polymerization) ay nangangailangan ng enerhiya at nangyayari sa paglabas ng tubig (condensation). Sa panahon ng paghahati ng macromolecules (hydrolysis), ang enerhiya ay inilabas. Dahil ang equilibrium ng kemikal ay napakalakas na lumipat patungo sa mga monomer na ang reaksyon ay nagpapatuloy sa thermodynamically irreversibly patungo sa hydrolysis ng mga polimer, ang synthesis ng mga polimer ay imposible nang walang patuloy na supply ng enerhiya. Kahit na may teoretikal na suporta ng pagsingaw ng tubig, pagdaragdag ng mga asing-gamot (nagbubuklod na tubig) o pagkasira ng mga produkto, ang ekwilibriyo ay bahagyang nababago. Bilang resulta, ang paglitaw ng buhay ay malamang na nauugnay sa isang maaasahang mapagkukunan ng enerhiya na gagamitin para sa polimerisasyon.

[Monomer] n + H 2 O n Monomer + Heat,

Enerhiya + Monomer [Monomer] n + H 2 O.

Ang ATP ay madalas na ginagamit bilang isang mapagkukunan ng enerhiya sa biochemistry, para sa pagbuo ng kung saan kinakailangan ang mga umiiral na enzyme. Sa mga kondisyon ng isang batang lupa, posibleng magbigay ng enerhiya para sa synthesis ng polymers sa pamamagitan ng hydrolytic cleavage ng polyphosphates, na ginagamit ng ilang enzymes sa halip na ATP cleavage ngayon. Ngunit hindi malamang na ang mga polyphosphate ay nasa kinakailangang halaga, dahil maaari silang kusang mabuo, sa pagsingaw ng mga solusyon na naglalaman ng pospeyt, ngunit mabilis din ang hydrolyze, na natutunaw sa tubig. Maaaring maganap ang mga katulad na proseso sa baybayin na may regular na pagtaas at pagbaba ng tubig. Ngunit sa kasong ito, ang lahat ng mga prosesong umaasa sa tubig ay patuloy na maaantala, na magpapabagal ng labis na synthesis ng mga kumplikadong compound. Samakatuwid, lumiko tayo sa isang ganap na magkakaibang sistema, kung saan ang parehong synthesis ng mga monomeric na sangkap at ang pagbuo ng mga polimer na nakasalalay sa isang pare-parehong mapagkukunan ng enerhiya ay nagaganap - ang mga anaerobic redox na reaksyon na may metal sulfides.

Ang equilibrium ng polymer synthesis ay inililipat patungo sa pagbuo ng mga polimer sa pamamagitan ng pagtaas ng konsentrasyon ng mga monomer at pag-aalis ng tubig ng mga produkto ng reaksyon. Ang kondisyon para dito ay ang paghihigpit ng medium ng reaksyon, na may limitadong pagpapalitan ng mga sangkap sa panlabas na kapaligiran. Tradisyonal na pinaniniwalaan na ang mga ganitong proseso ay nagaganap sa maliliit na lawa na may mataas na pagsingaw, na batay sa mga gawa ni C. Darwin. Sa ngayon, ang mga bulkan na rehiyon ng mga karagatan na may mga metal sulfide na idineposito mula sa mga hydrothermal vent ay itinuturing na isang angkop na lugar para sa pagbuo ng gayong senaryo.

Ang ibang mga solusyon sa problema ay may matinding limitasyon at mahirap ikumpara sa mga kondisyon ng unang bahagi ng mundo. Ito ay kapaki-pakinabang na kinakailangan para sa isa o higit pang mga hakbang upang ibukod ang tubig, na napakadaling gawin sa laboratoryo, ngunit hindi sa itinuturing na oras sa lupa. Ang isang ganoong sistema ay ang polymerization ng carbamides (R-N=C=N-R) o cyanogen (N≡C-C≡N) sa isang anhydrous medium. Sa kasong ito, ang paghalay ng mga paunang sangkap ay nagpapatuloy na kahanay sa reaksyon ng urea, kung saan ang kinakailangang enerhiya ay inilabas:

Enerhiya + + + H 2 O (H-X-OH = monomer gaya ng amino acid o ribose)

H 2 O + Enerhiya (kung mangyari ang R = H urea)

Sa ultraviolet radiation, ang cyanide ay nabuo mula sa hydrocyanic acid, gayunpaman, sa isang drying bog, ang volatile molecule ay mabilis na sumingaw. Kung ang isang tuyong pinaghalong amino acid ay pinainit sa 130 ° C sa loob ng ilang oras, ang mga macromolecule na tulad ng protina ay nabuo. Sa pagkakaroon ng polyphosphates, sapat na ang 60 °C. Maaaring mabuo ang mga kundisyong ito kung ang tubig na may mga natunaw na amino acid ay nadikit sa mainit na abo ng bulkan.

Kung ang pinaghalong nucleotide ay pinainit sa pagkakaroon ng mga polyphosphate sa 55 °C, kung gayon, kahit na lumilitaw ang polynucleotides, ang koneksyon ay mas malamang dahil sa 5'- at 2'-C-atoms ng ribose, dahil mas madali itong nagpapatuloy kaysa sa sa lahat ng organismo.5'-3'-bond. Ang mga double chain ay nabuo mula sa parehong uri ng polynucleotides (ihambing sa istraktura ng DNA). Siyempre 5'-3'-double chain ay mas matatag kaysa 5'-2'.

Kung walang hydroxyl group sa 2' carbon atom ng ribose, ang deoxoribose ay nakuha. Ang tipikal na DNA 5'-3' bond ay maaari na ngayong mabuo.

Pagbubuo ng mga prebiotic na istruktura (mga cell precursor)

Sinusuportahan ng mga cell ang kanilang mga pag-andar sa pamamagitan ng pagbibigay ng limitadong kapaligiran ng reaksyon upang paghiwalayin ang mga metabolic na proseso sa isa't isa at upang ibukod ang mga hindi gustong reaksyon. Ang mga pagkakaiba sa konsentrasyon ay maaaring malikha nang sabay.

nagpapasama

Ito ay kilala na sa pagtaas ng konsentrasyon, maraming mga organikong compound, ang mga molekula na naglalaman ng parehong hydrophilic at hydrophobic na mga site, ay may kakayahang pagbuo ng micelle sa mga may tubig na solusyon, iyon ay, ang pagpapakawala ng mga microdroplet ng organikong yugto. Ang micellization ay sinusunod din sa panahon ng pag-asin, iyon ay, na may pagtaas sa konsentrasyon ng mga asing-gamot sa mga colloidal na solusyon ng biopolymers-polyelectrolytes, habang ang mga microdroplet na may diameter na 1-500 μm ay pinakawalan, na naglalaman ng mataas na konsentrasyon ng mga biopolymer.