и -генез), — процесс превращения неживой природы в живую. Термин биогенез был придуман Генри Чарльтон Бастиан означать создание формы жизни из неживых материалов; тем не мение, Томас Генри Хаксли выбрал термин абиогенез и пересмотрели биогенез жизни, возникшей из существовавшей ранее жизни.[4]. Споры между сторонниками абиогенеза(происхождение живого от живого) и биогенеза(происхождение живого от неживого) продолжались в XVIII веке и в I половине XIX века. Группа ученых университета Дуйсбурга-Эссена в земле Северный Рейн-Вестфалия, ФРГ в ходе лабораторных экспериментов создали условия, в которых появилась первая, примитивная форма жизни, доказывая тем самым абиогенез.
Биогенез и абиогенез основные различия идей
Биогенез и абиогенез. Действия: Запустить. Биогенез и абиогенез. Описание ресурса. Характеристика основных групп гипотез происхожения жизни. В этой статье дается определение термина "абиогенез" и рассматриваются доказательства, подтверждающие эту теорию. Приверженцы абиогенеза и биогенеза сходились во мнении, что кипячение воды убивало любые живые существа, которые могли в ней находиться. Согласно гипотезе абиогенеза, жизнь возникла из неживой материи, и тем самым объясняет вечное существование Земли и жизни на ней, а все живые существа появились только от живых (биогенез). Биогенез и абиогенез Параграф 52.
Что такое абиогенез? Сущность гипотезы, сторонники концепции и эксперименты
Биогенез и абиогенез» на канале «Рисование с эмоцией: идеи для рисунка» в хорошем качестве и бесплатно, опубликованное 22 декабря 2023 года в 2:35, длительностью 00:06:27, на видеохостинге RUTUBE. Гипотеза биохимической эволюции Опарина — Холдейна (гипотеза абиогенеза): в далёком прошлом жизнь возникла абиогенным путём и эволюционировала от простых форм к сложным; в настоящее время процесс возникновения жизни невозможен. «Ответ пользователю @unawareof #христианскийтикток #вера #65доказательств #наукаибог #библия #биогенез #креационизм» от автора счастье в голове с композицией «Drivin» (исполнитель Willow Avalon).
Абиогенез: определение, теория, доказательства и примеры
Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В. Толковый словарь.
Но в составе других веществ эти элементы оставались.
После снижения температуры испарение и конденсация повторялись множество раз, шли сильные ливни с грозами. Горячая лава и вулканический пепел, оказавшись в воде, создавали разные условия среды. В каких-то могли протекать определенные реакции.
Таким образом, физические и химические условия на ранней Земле были благоприятны для образования органических веществ их неорганических. Атмосфера была восстановительного типа, свободного кислорода и озонового слоя в ней не было. Поэтому на Землю проникали ультрафиолетовое и космическое излучение.
Другими источниками энергии были теплота земной коры, которая еще не остыла, извергающиеся вулканы, грозы, радиоактивный распад. В атмосфере присутсвовали метан, оксиды углерода, аммиак, сероводород, цианистые соединения, а также пары воды. Из них синтезировались ряд простейших органических веществ.
Далее могли образовываться аминокислоты, сахара, азотистые основания, нуклеотиды и другие более сложные органические соединения. Многие из них послужили мономерами для будущих биологических полимеров. Отсутствие в атмосфере свободного кислорода благоприятствовало протеканию реакций.
Химическими опытами впервые в 1953 г. Миллер и Г. Юри , моделирующих условия древней Земли, была доказана возможность абиогенного синтеза органических веществ из неорганических.
При пропускании электрических разрядов через газовую смесь, имитировавшую первобытную атмосферу, в присутсвии паров воды были получены аминокислоты, органические кислоты, азотистые основания, АТФ и др. Следует отметить, что в древней атмосфере Земли простейшие органические вещества могли образовываться не только абиогенно. Они также заносились из космоса, содержались в вулканической пыли.
Причем это могли быть достаточно большие количества органики. Низкомолекулярные органические соединения накапливались в океане, создавая так называемый первичный бульон. Вещества адсорбировались на поверхности глинистых отложений, что повышало их концентрацию.
В определенных условиях древней Земли например на глине, склонах остывающих вулканов могла происходить полимеризация мономеров. Так образовались белки и нуклеиновые кислоты — биополимеры, ставшие в последствии химической основой жизни. В водной среде полимеризация маловероятна, так как в воде обычно происходит деполимеризация.
Теория самопроизвольного зарождения жизни: Сторонники этой теории Аристотель считали, что есть все необходимые условия для зарождения жизни из неживого лягушки могут родиться из ила, моль-из пыли 2. Теория Опарина-Холдейна : Процессы возникновения жизни делятся на три этапа: 1 Абиогенное возникновение биологических мономеров. Образование первичного бульона.
При этом он защищает органические молекулы от ультрафиолета эффективней слоя воды в десятки метров. Именно поэтому первые организмы могли укрываться в минеральных осадках, имея доступ к продуктам фотохимических реакций [1].
Осадки образуются из мелких частиц и имеют много пор. Подобные условия являются удобными для репликации органики из-за относительной изоляции. Откладывающиеся сульфидные минералы становятся катализаторами химических реакций для синтеза органических соединений [11]. Градиенты температур разделяют хиральные формы соединений. В таких условиях термодиффузии РНК и белки накапливаются в одной локации, например — в вышеупомянутых порах, где происходит концентрация в миллиарды раз [12].
Источниками достаточного количества этого вещества являются вулканы и горячие геотермальные источники. Они содержат фосфиты, пирофосфаты, или оксиды фосфора. При растворении эти соединения дают молекулы в пригодной для сахарофосфатов и нуклеотидов форме. В условиях кипения минеральных вод растворённые соединения разделяются, поэтому часть испаряется с водой и выходит в грязевых котлах. В виду подобной сепарации металлов поднимающийся пар магмы содержит бораты, калий, натрий и соли молибдена в концентрации такой же, как в органической клетке.
При добавлении гидроксиапатита в такую смесь на его поверхности откладывается рибоза [18][19], а соли молибдена превращают разветвлённые сахара в линейные, увеличивая синтез. Почувствуйте, как густые и горячие знания стекают вам на шею, ведь грязевые котлы обогащены всеми вышеописанными ранее элементами [15], потому и представляются одними из самых вероятных мест появления жизни, имея несколько преимуществ сразу: Условия, богатые необходимыми микроэлементами; Источник тепла с постоянными условиями; Пористые минеральные осадки, работающие в качестве катализаторов и локации для репликации органических соединений; Испарение на местах при концентрации веществ, солей и кислот, где происходит образование цепочек РНК; Несколько путей получения органических молекул; Фотохимические реакции и расположенные рядом защищённые поры; Нагрев пор, где накапливаются нуклеотиды и РНК в высоких концентрациях. Нагрев происходил за счёт реакций в глубине твёрдых пород, поэтому метан и кислоты этих вод образуются абиогенно, а изотопный состав углерода в них такой же, как в углекислом газе [16]. В атмосфере древнего мира метан реагировал с азотом, водой и углекислым газом, образуя формальдегид. Соединения фотолиза метана не накапливались, а выпадали с дождём рис.
Синильная кислота и формальдегид растворимы в воде, поэтому они вымывались и на поверхность поступали формальдегид, цианамид и цианид — являющиеся прекурсорами для азотистых оснований и РНК [17]. Рисунок 2. Источник: собственная иллюстрация на основе материала книги Михаила Никитина «От туманности до клетки» Реакция получения нуклеотидов с помощью таких соединений была получена в 2009 году в Манчестере, во время работы Д. Сазерленда и его коллег [20]. Они синтезировали пиримидиновые нуклеотиды путём смешения в одной установке предшественников сахаров и нуклеотидов с фосфатами рис.
Сейчас придётся хрустеть коркой головного мозга, но чтобы было проще, обратимся к рисунку 3 ниже, который будет иллюстрировать ход реакций. Как можем видеть, первоначальные соединения представлены: цианоацетиленом, цианамидом, глицеральдегидом и гликольальдегидом. Рисунок 3. Источник: собственная иллюстрация на основе материала книги Михаила Никитина «От туманности до клетки» Фосфат в реакции не только облегчает синтез нуклеотидов, подавляя побочные реакции, но и направляет соединение цианамида с гликольальдегидом в сторону аминооксазола. А уже его соединение с глицеральдегидом образует арабинозо-аминооксазолин.
В реакции же аминооксазолина с цианоацетиленом снова фосфат помогает реакции — он поддерживает кислотность и создаёт условия для получения арабинозо-ангидронуклеозида. После, достаточно подогреть реакционную смесь для получения циклического цитидин-монофосфата. Такой раствор освещается ультрафиолетом, чтобы превратить часть цитозина в урацил и избавиться от побочных продуктов. Аналогичным способом получены пуриновые нуклеотиды при добавлении синильной кислоты вместо цианоацетилена. Всего из четырёх простых соединений получаются все нуклеотиды и десять из двадцати белковых аминокислот.
Но главное, в реакциях почти не образуется соединений, не встречающихся в клетках. Этот момент станет сюжетной пружиной повествования.
Биогенез — определение, суть теории, примеры и сторонники
Далее биополимеры могли смываться дождями в первичный бульон. Это предохраняло их от разрушения под действием ультрафиолетового излучения озонового слоя еще не было. Следующий важный шаг на пути происхождения жизни — образование в воде коацерватных капель коацерватов из полипептидов, полинуклеотидов, других органических соединений. Подобные комплексы снаружи могли иметь слой, имитировавший мембрану и сохраняющий их стабильность. Опытным путем в коллоидных растворах были получены коацерваты. Белковые молекулы амфотерны. Они притягивают к себе молекулы воды так, что вокруг них образуется оболочка.
Получаются коллоидные гидрофильные комплексы, обособленные от водной массы. В результате в воде образуется эмульсия. Далее коллоиды сливаются между собой и образуются коацерваты процесс называется коацервацией. Коллоидный состав коацервата зависел от состава среды, в которой он образовывался. В разных водоемах древней Земли образовывались разные по химическому составу коацерваты. Какие-то из них были более устойчивыми и могли в определенной степени осуществлять избирательный обмен веществ с окружающей средой.
Происходил своего рода биохимический естественный отбор. Коацерваты способны избирательно поглощать из окружающей среды некоторые вещества и выделять в нее некоторые продукты протекающих в них химических реакций. Это напоминает обмен веществ. По мере накопления веществ коацерваты росли, а при достижении критических размеров распадались на части, каждая из которых сохраняла черты исходной организации. В самих коацерватах могли происходить химические реакции. При поглощении коацерватами ионов металлов могли образовываться ферменты.
В процессе эволюции остались лишь такие системы, которые были способны к саморегуляции и самовоспроизведению. Это знаменовало наступление следующего этапа происхождения жизни — возникновение протобионтов по некоторым источникам это то же самое, что коацерваты — тел, имеющие сложный химический состав и ряд свойств живых существ. Протобионты можно рассматривать как наиболее устойчивые и удачно получившиеся коацерваты. Мембрана могла образоваться следующим образом. Жирные кислоты соединялись со спиртами и образовывали липиды. Липиды формировали пленки на поверхности водоемов.
Лана Магальяйнс Профессор биологии Теория биогенеза допускает, что все живые существа произошли от других ранее существовавших живых существ. До биогенеза общепринятой теорией, объясняющей происхождение живых существ, был абиогенез. Abiogenesis утверждал, что живые существа возникают спонтанно. Например, черви, появившиеся на трупах людей и животных, считались результатом самопроизвольного зарождения процесса гниения. Многие ученые в то время сомневались в абиогенезе. Луи Пастер был ответственен за окончательное свержение абиогенеза. Однако, пока это не произойдет, несколько ученых проводят эксперименты, чтобы доказать и укрепить каждую из теорий. В настоящее время биогенез является общепринятой теорией, объясняющей, как живые существа появились на Земле. Абиогенез x Биогенез: защитники Первой возникла теория абиогенеза.
Таким образом, его защитники уходят корнями в прошлое. Абиогенез х Биогенез: эксперименты В 1668 году Франческо Реди первым поставил под сомнение теорию абиогенеза.
Затем он дал ему остыть и стал ждать. Микробы выросли, и он предложил это как пример самозарождения. В 1768 году Лаззаро Спалланцани повторил эксперимент Нидхема, но удалил из колбы весь воздух. Роста не произошло.
В 1854 году Генрих Г. Шредер 1810—1885 и Теодор фон Душ , а в 1859 году только Шредер повторили эксперимент по фильтрации Гельмгольца и показали, что живые частицы можно удалить из воздуха, фильтруя его через вату. В 1864 году Луи Пастер наконец объявил о результатах своих научных экспериментов.
Как писала группа исследователей во главе с микробиологом Мэтью Б Салливаном в 2016 году, «вирусы модулируют функции и эволюцию всех живых существ, но в какой именно степени остается загадкой». Правда состоит в том, что вокруг невероятно много вирусов. Вирусолог Кертис Саттл из Университета Британской Колумбии в Канаде и его коллеги в прошлом году опубликовали исследование о количестве вирусов, осаждаемых на Землю из атмосферы. Цифра колеблется около миллиарда в день на каждый квадратный метр Земли. Вирусы являются вездесущими. В 2017 году Пакорн Айессакун и Арис Кацууракис из Оксфордского университета в Великобритании опубликовали статью в Nature Communications, в которой пришли к выводу, что «ретровирусы возникли вместе со своими позвоночными хозяевами в океане» по меньшей мере 460 миллионов лет назад. Они также установили, что связанные объекты демонстрируют интересные модели.
Когда организмы-хозяева превращаются в новые виды, их вирусные аналоги трансформируются аналогичным образом. Массовые вымирания и Кембрийский взрыв Появление таких ретровирусов, вероятно предшествует Кембрийскому взрыву, периоду, когда на Земле внезапно и беспрецедентно быстро возникло биологическое разнообразие сложных форм жиз н и. Они также появляются на сцене вскоре после массового вымирания в конце периода Эдиакарий, случившемуся 542 миллиона лет назад. Авторы объясняют эти процессы таким образом: массовое вымирание Эдиакария было скорее всего вызвано кометами, которые принесли с собой сложные ретровирусы. Также именно ретровирусы были основным фактором, спровоцировавшим Кембрийский взрыв. Они интегрировались в геномы бесчисленных наземных видов, вводя в них новый генетический материал, что привело к взрыву разнообразия живых форм. Ретровирусы интегрировались быстро и легко, в очень короткое время , потому что они прибыли на Землю уже готовые для этого. Это связано с тем, что гипотеза панспермии подразумевает космическую биологию, при которой, как пишут исследователи, «вся галактика и, возможно, локальная группа галактик представляет собой одну связанную биосферу». Согласно этой точке зрения, вся жизнь, как наземная, так и внеземная, связана общей биосферой. Существует базовое биохимическое единство всей жизни, отличающееся только тем, что в ее основе могут использовать разные изотопы важных элементов для жизни в разных частях Вселенной.
Мысль о том, что абиогенез произошел на ничем не примечательной Земле в крайне короткий промежуток времени, в лучшем случае делает его маловероятным событием. Жизнь на других планетах Солнечной системы Ученых спросили, если их теория верна, почему мы не обнаружили явных признаков микробной жизни в других местах в Солнечной системе? Они ответили, что такие доказательства фактически найдены.
Столетие исследованиям абиогенеза: великий квест продолжается
Поскольку живые организмы - это машины, второй закон применим и к жизни. Получение свободной энергии Бернал сказал об эксперименте Миллера-Юри, что недостаточно объяснить образование таких молекул, что необходимо, это физико-химическое объяснение происхождение этих молекул предполагает наличие подходящих источников и стоков для свободной энергии. На ранней Земле для химических реакций было доступно множество источников энергии. Например, тепло например, от геотермальных процессов является стандартным источником энергии для химии. Среди других примеров - солнечный свет и электрические разряды молния. На самом деле, молния является вероятным источником энергии для зарождения жизни, учитывая, что только в тропиках молния ударяет около 100 миллионов раз в год. Компьютерное моделирование также предполагает, что кавитация в изначальном водохранилища, такие как морские волны, ручьи и океаны, могут потенциально привести к синтезу биогенных соединений. Неблагоприятные реакции также могут быть вызваны очень благоприятными, как в случае химии железа и серы. Например, это, вероятно, было важно для фиксации углерода преобразования углерода из его неорганической формы в органическую.
Поверхности, содержащие железо-серу, которые в изобилии встречаются около гидротермальных источников, также способны производить небольшие количества аминокислот и других биологических метаболитов. Самоорганизация Герман Хакен Дисциплина синергетики изучает себя -организация в физических системах. В своей книге Синергетика Герман Хакен указал, что разные физические системы можно рассматривать одинаково. Он приводит в качестве примеров самоорганизации несколько типов лазеров, нестабильности в гидродинамике, включая конвекцию, а также химические и биохимические колебания. В своем предисловии он упоминает происхождение жизни, но только в общих чертах: Спонтанное образование хорошо организованных структур из микробов или даже из хаоса - одно из самых захватывающих явлений и самых сложных проблем, с которыми сталкиваются ученые.
Oбразование вне организма свойственных живой природе органических веществ: в широком понимании А.
Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.
Возникновение жизни из неживой материи называется абиогенезом, и считается, что этот процесс происходил по крайней мере один раз в истории Земли, когда жизнь впервые возникла. Ионная и хиральная асимметрии как физические факторы биогенеза и онтогенеза В основе разработанного подхода лежит общий физический принцип формирования закономерностей эволюции Вселенной и жизни на Земле через серию возникновения и разрушения новых симметричных и асимметричных состояний сложных систем. Предлагается и обосновывается гипотеза, в которой филогенетический закон Геккеля «каждый биологический вид повторяет свою эволюционную историю в ходе своего онтологического развития» может быть распространен на два процесса, сравнимых с точки зрения биофизики, — процесс возникновения дискретные предшественники живых клеток в древнем море и на начальных стадиях эмбриогенеза. Обосновано новое положение: первоначальные процессы, связанные с формированием двух фундаментальных асимметрий клеточной ионной и молекулярной хиральной , подобны и представляют собой сопряженные бифуркации, дающие начало жизни на древней Земле и индивидуальной жизни многоклеточного организма. Немного предыстории Давайте вернемся немного назад. Во что верили люди в течение 200 лет после открытия Левенгука? Ответ: в так называемом спонтанном зарождении, когда живое просто появляется, обычно благодаря пище. На самом деле раньше люди думали, что дело не только в микроорганизмах.
Например, если оставить еду в углу дома, появятся мыши. Их появление объясняли как спонтанное зарождение, то есть они буквально появились там. Когда были открыты микроорганизмы, мало кто верил, что животные высшего порядка, такие как мыши, произошли от спонтанного зарождения. Однако почти 200 лет существовало мнение, что микробы образовались именно таким образом. Эксперимент Реди Этот учёный разработал эксперимент, чтобы продемонстрировать, что насекомые не размножаются спонтанно. Для этого он поместил восемь разных видов мяса в восемь стеклянных банок, оставив четыре из них совершенно открытыми, а другую половину накрыв марлей, которая пропускала воздух, но не насекомые. Через несколько дней на открытой плоти были обнаружены личинки, но покрытые не выглядели живыми. Результат эксперимента показал, что для появления других видов мухи должны откладывать яйца в мясо. Это эксперимент, связанный с теорией биогенеза, и он был бы успешным, если бы не вытеснил самопроизвольное зарождение, если бы не открытия голландца Антона Ван Левенгука, отца микробиологии. Левенгук через несколько лет после того, как итальянец провел свои исследования, повторил эксперимент Реди, но на этот раз исследовал мясо под микроскопом.
Микроорганизмы можно было наблюдать как в обнаженной, так и в покрытой плоти, что делало возможной идею самопроизвольного зарождения, по крайней мере, для этих живых организмов. Теория биогенеза и ее актуальность Как было сказано, теория биогенеза не таит в себе много загадок, хотя в случае рождения животных это легко увидеть, в других областях, например, в гниении, разобраться было не так просто. Однако теория биогенеза не объясняет происхождения жизни, поскольку не может указать, каким был первый живой организм. По этой причине существуют и другие теории происхождения, многие из которых являются абиогенезом, то есть зарождение жизни произошло из неорганической материи, но только в принципе. Существуют даже теории экзогенеза, согласно которым жизнь пришла из-за пределов планеты Земля. Несмотря на это, происхождение жизни остается загадкой. Теория биогенеза Некоторые ученые скептически относились к гипотезе самозарождения, особенно в более поздний период. В 1858 году учёный Рудольф Вирхов выдвинул контргипотезу, утверждая, что жизнь может возникнуть только из жизни.
Как создаются клеточные мембраны? Липиды — это молекулы, которые составляют слой клеточной мембраны. Как стало ясно из эксперимента Миллера — Юри, липиды могут спонтанно образовываться при определенных атмосферных условиях. Они имеют гидрофильную и гидрофобную стороны. В то время как гидрофильная сторона может взаимодействовать с водой, гидрофобная сторона — нет, и поэтому они образуют кластеры в воде. Гидрофильная сторона, обращена наружу, а гидрофобная — внутрь. Это похоже на то, как масло в лавовой лампе никогда не смешивается с жидкостью. В липидном бислое молекулы ориентированы таким образом, что их полярные части направлены в сторону водной фазы и формируют две гидрофильные стороны, а неполярные «хвосты» формируют гидрофобную внутри бислоя. Это препятствует прохождению воды между ними и образует мембрану клетки. Вода из клетки не выходит наружу, и вода снаружи клетки не проникает внутрь. Из-за структуры липида он может спонтанно собираться в бислой в присутствии воды. Зная все это, можно предположить, что некоторые из первых структур РНК были заключены в примитивную клетку, состоящую из липидного бислоя, заполненного водой, неорганическими и органическими молекулами. Эти примитивные клетки затем дали начало первым живым клеткам. Другие гипотезы Хотя научные доказательства абиогенеза являются авторитетной научной теорией, некоторые ученые сформулировали другие гипотезы для объяснения происхождения жизни на Земле. Одной из таких гипотез является панспермия , которая утверждает, что жизнь прибыла на Землю из космоса и, следовательно, возникла в других частях галактики.
Теория биогенеза
Биогенез и абиогенез. Действия: Запустить. Биогенез и абиогенез. Описание ресурса. Характеристика основных групп гипотез происхожения жизни. До биогенеза общепринятой теорией, объясняющей происхождение живых существ, был абиогенез. Все многообразие точек зрения ученых-материалистов о происхождении живого на Земле без участия божественной силы сводится к двум противоположным позициям: биогенезу и абиогенезу. Теория абиогенеза была подтверждена ещё в 1955 году американским учёным Мюллером-Юри.
Биология. 11 класс
Абиогенез и биогенез — две научные теории, пытающиеся объяснить происхождение жизни на Земле. Абиогенез биогенез зарождения жизни теории. Теория биогенеза Биогенез возник после абиогенеза и объяснил возникновение живых существ противоположным образом. В результате ряда экспериментов Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения. В главное отличие между абиогенезом и биогенезом заключается в том, что абиогенез не подтвержден научными экспериментами, тогда как биогенез доказан научными экспериментами. В теория биогенеза предлагает происхождение жизни, начиная с ранее существовавших живых существ.
Биогенез - Biogenesis
Следующий важный шаг на пути происхождения жизни — образование в воде коацерватных капель коацерватов из полипептидов, полинуклеотидов, других органических соединений. Подобные комплексы снаружи могли иметь слой, имитировавший мембрану и сохраняющий их стабильность. Опытным путем в коллоидных растворах были получены коацерваты. Белковые молекулы амфотерны. Они притягивают к себе молекулы воды так, что вокруг них образуется оболочка. Получаются коллоидные гидрофильные комплексы, обособленные от водной массы. В результате в воде образуется эмульсия. Далее коллоиды сливаются между собой и образуются коацерваты процесс называется коацервацией. Коллоидный состав коацервата зависел от состава среды, в которой он образовывался. В разных водоемах древней Земли образовывались разные по химическому составу коацерваты. Какие-то из них были более устойчивыми и могли в определенной степени осуществлять избирательный обмен веществ с окружающей средой.
Происходил своего рода биохимический естественный отбор. Коацерваты способны избирательно поглощать из окружающей среды некоторые вещества и выделять в нее некоторые продукты протекающих в них химических реакций. Это напоминает обмен веществ. По мере накопления веществ коацерваты росли, а при достижении критических размеров распадались на части, каждая из которых сохраняла черты исходной организации. В самих коацерватах могли происходить химические реакции. При поглощении коацерватами ионов металлов могли образовываться ферменты. В процессе эволюции остались лишь такие системы, которые были способны к саморегуляции и самовоспроизведению. Это знаменовало наступление следующего этапа происхождения жизни — возникновение протобионтов по некоторым источникам это то же самое, что коацерваты — тел, имеющие сложный химический состав и ряд свойств живых существ. Протобионты можно рассматривать как наиболее устойчивые и удачно получившиеся коацерваты. Мембрана могла образоваться следующим образом.
Жирные кислоты соединялись со спиртами и образовывали липиды. Липиды формировали пленки на поверхности водоемов. Их заряженные головки обращены в воду, а неполярные концы — наружу. Плавающие в воде белковые молекулы притягивались к головкам липидов, в результате чего образовывались двойные липопротеиновые пленки.
Джеймс Гулд: Большинство словарей определяют жизнь как свойство, которое отличает живых от мертвых, и определяют мертвых как лишенных жизни. Эти необычно круглые и неудовлетворительные определения не дают нам ни малейшего представления о том, что у нас общего с простейшими и растениями.
Это различие также можно найти в книгах о происхождении жизни. Джон Касти дает одно предложение: По более или менее общему мнению, в настоящее время сущность считается «живой», если она способна выполнять три основных функциональных действия: метаболизм, самовосстановление и репликацию. Дирк Шульце-Макух и Луи Ирвин, напротив, проводят всю первую главу своей книги на эту тему. Ферментация Цикл лимонной кислоты Общая диаграмма химических реакций метаболизма в цикл лимонной кислоты можно распознать как кружок чуть ниже середины рисунка Альберт Ленингер примерно в 1970 году заявил, что ферментация, включая гликолиз, является подходящим примитивным источником энергии для зарождения жизни. Поскольку живые организмы, вероятно, впервые возникли в атмосфере, лишенной кислорода, анаэробная ферментация является самым простым и наиболее примитивным типом биологического механизма получения энергии из молекул питательных веществ. Ферментация включает гликолиз, который довольно неэффективно преобразует химическую энергию сахара в химическую энергию АТФ.
Хемиосмос Окислительное фосфорилирование Хемиосмотическое связывание митохондрий Поскольку Ферментация была выяснена примерно в 1970 году, в то время как механизм окислительного фосфорилирования не был выяснен, и некоторые споры все еще существуют, ферментация могло показаться слишком сложным для исследователей происхождения жизни в то время. Хемиосмос Питера Митчелла теперь общепризнан как правильный. Даже сам Питер Митчелл предполагал, что брожение предшествовало хемиосмосу. Однако хемиосмос встречается в жизни повсеместно. И дыхание митохондриями, и фотосинтез в хлоропластах используют хемиосмос для генерации большей части их АТФ. Сегодня источник энергии всего живого можно связать с фотосинтезом, и говорят о первичном производстве солнечным светом.
Концепция абиогенеза До середины XIX века под абиогенезом понималось самопроизвольное зарождение, т. Так, ещё в XVII веке верили в самозарождение червей, рыб, лягушек и даже мышей из росы, ила, грязи. Однако итальянский учёный Ф. Реди в 1668 году показал, что личинки мух в гниющем мясе появляются только из отложенных мухами яиц. Опыты Ф. Реди «Убеждённость была бы тщетной, если бы её нельзя было подтвердить экспериментом. Поэтому в середине июля я взял четыре больших сосуда с широким горлом, поместил в один из них змею, в другой — немного рыбы, в третий — угрей из Арно, в четвёртый — кусок молочной телятины, плотно закрыл их и запечатал. Затем я поместил то же самое в четыре других сосуда, оставив их открытыми...
Вскоре мясо и рыба в незапечатанных сосудах зачервивели; можно было видеть, как мухи свободно залетают в сосуды и вылетают из них. Но в запечатанных сосудах я не видел ни одного червяка, хотя прошло много дней, после того как в них была положена дохлая рыба». Франческо Реди, 1688 год. Сто лет спустя, в 1770 г.
Хотя его восстановление без качественных катализаторов медленное, мы помним, что при абиогенном восстановлении реакция происходит под действием ультрафиолета или температуры. Выбор между способами использования углерода в обмене веществ зависит от среды. Рибулозо-монофосфатный цикл питаемый формальдегидом [23] похож на древнейший синтез сахаров, а участие муравьиной кислоты в синтезе пуринов таблица 1 , предполагает формирование этой реакции до появления ферментов фиксации диоксида углерода. Электроны связей молекулы воды смещены из-за большей электроотрицательности кислорода. Вследствие этого, одна сторона молекулы несёт положительный заряд, а другая — отрицательный [27]. Поэтому вещества с полярными молекулами гидрофильные притягиваются и смешиваются с водой, а неполярные молекулы гидрофобные — нет [28].
В живых организмах клетки окружены мембраной из двух слоёв липидов, при смешивании их молекул в воде получается эмульсионная взвесь, а не растворение [29]. Наружная сторона мембраны несёт положительный заряд, а внутренняя — отрицательный. Такой электрический потенциал используется при передаче и хранении энергии, а также транспорта веществ вместе с протонами для компенсации заряда мембраны [30][31]. Вероятно, протоклетки имели примитивные оболочки из липидов, которые пропускали протоны и ионы металлов, но задерживали белки и РНК, поэтому выход из геотермальных водоёмов в среду с высоким содержанием натрия потребовал создания клетками способа его «откачки» [32]. Появления натриевых насосов использующих энергию реакций и освоение новых кислых сред, подтверждает образование мембран в тот период, когда аденозинтрифосфаты уже были в наличии. Реакция превращения рибозы в дезоксирибозу связана с образованием опасных радикалов , поэтому рибозимы не могут её осуществлять. Реакцию проводят ферменты — большие белки, для кодирования которых нужны минимум тысячи нуклеотидов. Эволюция предковых образований клеток тесно связана с вирусами. Так, П. Фортер считает главной стадией жизни вируса — её активную часть в заражённой клетке [24].
Вирусы образуют кластеры сочетающие клеточные и вирусные белки, где клетки синтезируют копии вируса при контроле вирусного генома. На этом этапе видно, что задача хранения генетической информации осуществляется разными вариациями соединений, но естественным отбором избраны содержащиеся в нынешних клетках. К слову, синтетическая биология достигла больших результатов, создавая альтернативные нуклеотиды. В 2014 году «нуклеотидный алфавит» был расширен до шести букв за счет включения нескольких синтетических пар гидрофобных нуклеиновых оснований [8]. При этом, смена геномного материала сопровождается преобразованием фермента отвечающего за копирование — полимеразы. Согласно идее П. Фортера , эти реакции происходили в вирусах, а выгодой стало прохождение защитных систем клетки [25]. Белки стали промежуточным звеном построения липидной оболочки, а эволюция плоских структур РНК, превратила их в трёхмерные скопления покрытые мембраной [26]. Независимость от сульфида цинка была ещё невозможна, но появились пузыревидные структуры напоминающие вирусы не только механизмами репликации, но и размерами геномов. Эти кислоты использовали протоклетки позволяющие увеличивать размер и стабильность генома.
Изобретение ДНК и совершенствование её копирования во множестве линий вирусов, привело к обильному разнообразию ферментов работающих с ней. Углубляясь в опыт прошлых глав, можно подытожить — надёжная репликация ДНК знаменует скорое объединение генетических элементов в большие геномы и последующий исход из источников возникновения не заставит себя ждать. Форму эукариота поддерживает цитоскелет из тонких и толстых белковых трубочек, а моторные белки перемещают компоненты клетки и обеспечивают её подвижность. Деление и слияние мембран регулируется специальными белками. Благодаря этому, большинство эукариот способны к фагоцитозу — поглощению частиц внешней среды внутрь. Ещё одними важными органеллами являются митохондрии, которые имеют собственную генетическую систему. Их сходство с аэробными бактериями и пластидами стало первым этапом понимания происхождения эукариот. Пластиды и митохондрии образуются только в процессе деления, указывающего на происхождение от бактериальных симбионтов попавших в цитоплазму [34].
Абиогенез и биогенез: основные различия
Возникновение жизни из неживого материала называется абиогенезом, и (согласно сторонникам абиогенеза) происходило в результате ступенчатой химической и молекулярной эволюции на протяжении миллионов лет. Все самое интересное и актуальное по теме "Абиогенез". На протяжении многих лет было разработано множество теорий, пытающихся выяснить происхождение живых существ, таких как абиогенез (самозарождение) и биогенез (Жизнь возникает из другой формы жизни). К 1861 году ему, наконец, удалось утвердить биогенез как твердую теорию, а не спорную гипотезу.
Биогенез - Biogenesis
С тех пор было создано множество концепций так называемого абиогенеза, то есть превращения неживой материи в живую: гипотеза мира РНК, первичного майонеза, первичной пиццы, цинкового мира, «живой глины» и так далее. Нет сомнения, что все они так или иначе приближают нас к разгадке великой тайны зарождения жизни. Однако вряд ли мы когда-нибудь в точности узнаем, что случилось на юной Земле почти четыре миллиарда лет назад. Но пытаться разобраться с этим, безусловно, стоит! Об этом можно узнать из новой книги Майкла Маршалла «Великий квест», только что вышедшей в переводе на русский язык. Она не только вызывает восторг, любопытство и эстетическое удовольствие, но и представляет собой притягательную загадку , которую человеческий ум неутомимо решает уже много веков. К началу XXI века биологи смогли очень многое узнать о живой материи и даже научиться ее остроумно использовать для биотехнологий, медицины и не только , однако на месте разгаданных загадок всегда появляются все новые. Примером сложных или даже нерешаемых задач науки о живом можно назвать проблему абиогенеза , то есть самопроизвольного образования живой клетки из исходно неживых компонентов. Разумеется, возникновение Вселенной, живых существ и человека вызывала жгучий интерес у людей с древности, что породило множество замысловатых легенд и мифов-космогоний. Однако ученые, как ни странно, обратили свое внимание на проблему зарождения живого сравнительно недавно — лишь в прошлом веке, начиная с 1924 года, когда была впервые предложена концепция первичного бульона. Она положила начало череде гипотез, споров и экспериментов, за которыми стоят множество ярких личностей — самобытных ученых.
Эту историю, которая длится вот уже сто лет, можно узнать благодаря только что вышедшей на русском языке книге Майкла Маршалла «Великий квест». Книга Маршалла — это безусловно, научно-популярное издание в лучших традициях, из которого любитель биологии и химии в том числе школьник может почерпнуть много нового и полезного. В книге просто и увлекательно обсуждаются важные и отнюдь не простые концепции естественных наук — включая определение жизни, химические реакции, устройство клетки, процессы в ее мембране и даже ряд вопросов, касающихся астрономии и геологической истории Земли. При этом все они помещены в исторический контекст и описываются в связке с яркими персоналиями ученых, открывших или описавших их. Поэтому «Великий квест» — это не только научпоп, но и пример хорошей беллетристики, которая живым языком описывает хитросплетение человеческих судеб. Согласно его гипотезе, первые подобия клеток — коацерваты — возникли сами по себе в древнем океане, который представлял собой насыщенный горячий раствор органики.
А началось все в 1953 году, когда химики Стенли Миллер и Гарольд К. Юри провели эксперимент с первичным бульоном среда, похожая на предбиотическую на Земле. Приток энергии до 60 тысяч В под давлением и при температуре 80 градусов по Цельсию привел к образованию жирных кислот, мочевины и нескольких аминокислот мономеров белка. А уже в 2008 году американские биологи создали «протоклетку» с мембраной, в 2011 году японские биологи опубликовали работы по созданию везикулы с оболочкой и способностью к делению. Шаткость позиций Не смотря на успехи биологов в экспериментальных попытках подтверждения теории Опарина-Холдейна о зарождении жизни на планете в коацерватах, всё же все полученные структуры далеки от строения живой клетки. Мировое сообщество не признает эти опыты как неоспоримое доказательство именно такого зарождения жизни. Как биогенез, так и абиогенез — это теории на сегодня не подтвержденные экспериментально. Учитывая, что путь от неорганических молекул к живой клетке был долгим, со множеством развилок и остановок, ученым остается пока только строить гипотезы, как мог быть пройден данный путь. Но все эти гипотезы не доказывают, что все именно так и случилось на Земле много миллиардов лет назад. Вероятность совершенно невероятна Случайность возникновения живой клетки в первичном бульоне подсчитана математически. Британский математик Фред Холл с использованием современных компьютеров подсчитал вероятность случайного образования белка амебы. Напомним, что это при некоторых идеальных условиях. И это наводит на определенные размышления и дает аргументы сторонникам других теорий и концепций возникновения жизни на нашей планете. Невероятное вероятно Но, как известно, все относительно. На нашей планете и в нашем мире — это неоспоримый факт. Вот несколько примеров, которые заставят задуматься — так ли уж невозможна такая случайность, как возникновение жизни в первичном бульоне. Вероятность выиграть в лотерею Cool Million составляет 1 к 5 200 000. И тем не менее американка Валери Вильсон выиграла главный приз дважды: в 2002 и в 2006 годах.
Они ссылаются на работу Гилберта Левина, главного исследователя миссии «Викинг» 1976 года, работавшей на Марсе. Результаты, полученные от «Викинга» указывали на наличие метаболизма в марсианских почвах, но не смогли обнаружить какой-либо органический материал. Результат был получен интересный, но неубедительный. Авторы также настаивают на том, что ископаемые микробы уже были найдены в различных метеоритах, включая знаменитый Мурчисонский метеорит, который упал в штате Виктория, Австралия, в 1969 году. Опять же, доказательства наличия в этом метеорите внеземных форм жизни весьма являются спорными. Совсем недавно следы отложений углерода, возможно биологического происхождения, были обнаружены в породах, предшествующих по времени возникновению жизни, в период интенсивной бомбардировки Земли кометами и астероидами. Авторы рассматривают это как свидетельство жизни, переносимой на Землю, однако, как предлагают некоторые исследователи, есть и другие причины, по которым может существовать такой углерод. Более интригующим является открытие бактерий и микробов в маловероятных местах, таких как стратосфера, на расстоянии 30-40 километров над поверхностью планеты , и даже на поверхности Международной космической станции. Возможно, самый спорный аспект новой статьи касается истории осьминогов. Обсуждение начинается, как это часто бывает в документе, с некоторых интригующих доказательств. Осьминоги из космоса Цефалоподы группа, состоящая из кальмаров, каракатиц, наутилусов и осьминога имеют несколько запутанное эволюционное дерево, впервые появившись в поздний кембрийский период и, по-видимому, происходящее от примитивного первобытного наутилоида. Из них осьминог является самым интересным объектом с уникальными особенностями, такими как сложная нервная система, сложные глаза и способностью к маскировке, которые появляются совершенно неожиданно в его эволюции. Гены, необходимые для такой трансформации, по мнению авторов, отсутствуют в его родословной. Исследователи считают, что «правдоподобно предположить, что эти гены, заимствованы из далекого «будущего» в терминах земной эволюции или, что более реалистично, из космоса». Интересно, что осьминог имеет некоторые реальные биохимические отличия от наутилуса, предположительно его ближайшего живого родственника. В частности, имеются свидетельства обширных изменений в РНК и, следовательно, белках, обнаруженных в нервных структурах головоногих моллюсков. Понравилась статья? Поделитесь ей в социальных сетях! Огромное спасибо! Оставьте комментарий!
Поскольку самокопирование не было идеальным, то и дело возникали различные отклонения, а те формы молекул, которые могли эффективнее поддерживать этот процесс, получали энергетическое преимущество над остальными в борьбе за ресурсы химические вещества, необходимые для воспроизводства. Процесс кристаллизации под микроскопом Таким образом была запущена химическая эволюция, в результате которой образовались макромолекулы белков и других соединений, ставших основой для первых живых организмов. Критика Несмотря на критику и явные пробелы в теории абиогенеза учёные до сих пор полностью не восстановили схему перехода от простых химических соединений к самовоспроизводящимся молекулам , она считается наиболее проработанной и вероятной, поскольку позволяет экспериментально проверить свои выводы. Видеоформат Спасибо друзья, больше материалов про биологию и микромир Вы можете найти в моём профиле. Подписывайтесь на канал и до скорых встреч.