Биохимическая эволюция [Абиогенез, Теория Опарина, Возникновение жизни, Зарождение, Происхождение, Появление]

Теория абиогенной молекулярной эволюции жизни из неоргани­ческих веществ была создана русским учёным А. И. Опариным (1924) и английским учёным Дж. Холдейном (1929). По мнению естествоведов, Земля появилась примерно 4,5—7 млрд лет назад. Вначале Земля представляла собой пылевидное облако, температура которого колебалась в пределах 4000—8000°С. Постепенно в процессе охлаждения тяжёлые элементы начали располагаться в центре нашей планеты, а более лёгкие — по периферии.

Предполагается, что самые простые живые организмы на Земле появились 3,5 млрд лет назад. Жизнь есть результат сначала химической, а затем биологической эволюции.

Рис. 56. Возникновение жизни на Земле: 1 — первичная атмосфера; 2 — образование органических веществ; 3 — образование коацерватов; 4 — простое брожени...

Условия возникновения жизни

По утверждению Дарвина, жизнь может зародиться только в условиях её отсутствия. Вновь образовавшиеся органические ве­щества немедленно уничтожаются гетеротрофными микроорганиз­мами. Именно поэтому в настоящее время невозможно самозарож­дение жизни.

Вторым необходимым условием зарождения жизни на Земле является отсутствие кислорода в первичной атмосфере, так как наличие кислорода привело бы к расщеплению вновь образующихся органических веществ.

Этапы возникновения жизни

Основными этапами биохимической эволюции жизни считаются следующие.

  • Образование простых органических веществ в результате химических реакций.
  • Образование полимеров типа полипептидов и полинуклео­тидов из мономеров.
  • Образование коацерватов путём концентрации высокомолеку­лярных соединений.
  • Образование элементарных мембран, окружающих коацерваты.
  • Возникновение процесса обмена веществ.
  • Возникновение процессов самовоспроизведения на основе матричного синтеза (рис. 59).

Химическая эволюция

Первые органические вещества

Водород, азот, углерод, кислород, которые содержались в первичной атмосфере Земли, вступали в реакции взаимодействия и при этом образовывали такие простые органические соединения, как аммиак, метан, оксиды углерода, сероводород и водяные пары (рис. 56). Свободный кислород, бывший вначале в очень малых количествах, полностью вошёл в состав соединений. Биологические мономеры синтезировались абиогенным путём. В результате охлаждения Земли возникли первичные океаны. За счёт кислорода, который содержался в молекулах воды, про­исходило окисление простых органических веществ и образовались спирты, альдегиды, аминокислоты, и первичный океан все более и более насыщался сложными органическими веществами.

Загрузка...

Коацерваты

По мнению А. И. Опарина, белковые молекулы образовывали коллоидные соединения, которые превращались в коацерватные капли (коацерваты — от лат. coacervus — накопленный, собранный — это коллоидные гидрофильные комплексы белков). Коацерваты могли присоединять к себе различные вещества из воды и постепенно стали приобретать различные свойства, в них проис­ходили химические реакции, из них выделялись ненужные вещества. Однако коацерваты ещё не могут быть названы живыми существами.

Первичные клетки (протобионты)

На последующих этапах химической эволюции коацерваты начали расти, в них начало происходить нечто, подобное обмену веществ у живых существ. Предполагается, что коацерваты были окружены мембраной и приобрели способность делиться (рис. 58). Такие коацерваты называются протобионтами или первичными клетками.

Протобионты также ещё не являются законченной формой жизни. Предполагается, что у них постепенно абиогенным путём появлялись соединения, подобные ферментам (коферменты, собственно ферменты), АТФ.

Возникновение клетки (матричный синтез)

В превращении протобионтов в настоящие клетки большую роль сыграло возникновение матричного синтеза в результате взаимного приспособления и слияния функций белков и нуклеиновых кислот.

Матричный синтез — это биологический синтез белковых молекул на основе информации, содержащейся в нуклеиновых кислотах.

С возникновением процесса матричного синтеза химическая эволюция уступила место биологической. Развитие жизни продолжалось теперь путём биологической эволюции.

Экспериментальные доказательства теории

А. И. Опарин первым выдвинул идею экспериментального изучения возникновения жизни. И действительно, С. Миллер (1953) создал опытную модель первичных условий Земли. Воздействуя на нагретый метан, аммиак, водород и водяные пары электрическим разрядом, он осуществил синтез таких аминокислот, как аспарагин, глицин, глутамин (в такой системе газы имитировали атмосферу, электрический разряд — молнии; рис. 57).

Д. Оро, нагревая цианистый водород, аммиак и воду, осуществил синтез аденина. Путём воздействия на метан, аммиак и воду иони­зирующими излучениями были синтезированы рибоза и дезокси­рибоза. Результаты подобных опытов подтвердились многочислен­ными исследованиями. В процессе эволюции мономеры постепенно превращались в биологические полимеры (полипептиды, полинук­леотиды), что также подтвердилось опытным путём. Так, в опытах С. Фокса были синтезированы протеиноиды (белковообразные вещества) путём нагревания смеси аминокислот. Впоследствии в опытах были синтезированы полимеры нуклеотидов.

Соединения, подобные коацерватам, были синтезированы опытным путём и досконально изучены А. И. Опариным и его учениками. Материал с сайта http://wikiwhat.ru

Генетическая гипотеза (РНК мир)

Однако было неизвестно, что в ходе биохимической эволюции жизни возникло прежде: белки или нуклеиновые кислоты. Согласно теории А. И. Опарина, первыми появились молекулы белка. Сторонники генетической гипотезы, наоборот, считали, что сначала возникли нуклеиновые кислоты. Такое предположение было выдвинуто в 1929 г. Г. Миллером. Лабораторные исследования доказали возможность репликации нуклеиновых кислот и без воздействия ферментов. По мнению учёных, первичные рибосомы состояли только из РНК, и свойство синтезировать белок у них могло появиться впоследствии. Позже были получены новые данные, подтверждающие это предположение. Репликация рибонуклеиновой кислоты без участия ферментов, обратная транскрипция, т. е. возможность синтеза ДНК на основе РНК — все это является доказательством генетической гипотезы.

Биологическая эволюция

Картинки (фото, рисунки)

  • Рис. 56. Возникновение жизни на Земле: 1 — первичная атмосфера; 2 — образование органических веществ; 3 — образование коацерватов; 4 — простое брожение; 5 — образование нуклеиновых кислот; 6 — образование фотосинтеза и процессов дыхания
  • Рис. 57. Опыт Миллера: 1 — электроды; 2 — образование элект­рического разряда; 3 — вытекание воды; 4 — охлаждающее устройство; 5 — по­ступление воды; 6 — охлаждённая вода, содержащая органические вещества; 7 — сифон; 8 — кипящая вода
  • Рис. 58. Образование коацерватных капель
  • Рис. 59. Схема пе­рехода от хими­ческой эволюции к биологической
На этой странице материал по темам:
  • Эволюция биохимическая

  • Значение теории биохимической эволюции

  • Биохимическая теория опредедение

  • Органические вещества и зарождение клетки

  • Гипотеза биохимической эволюции опарина доказательства

Вопросы к этой статье:
  • Кем была создана теория биохимической эволюции?

  • Возможно ли возникновение жизни абиогенным путём в нынешних условиях?

  • Перечислите основные этапы химической эволюции жизни.

  • Что такое коацерваты?

  • Объясните процесс образования коацерватов.

  • Укажите свойства коацерватов.

  • Как называются первичные клетки?

  • Какие данные подтверждают абиогенный синтез — синтез органических веществ из неорганических?

  • Определите факты, подтверждающие, что первыми образовались нуклеиновые кислоты.

  • Когда началась биологическая эволюция жизни?

Материал с сайта http://WikiWhat.ru