Теория биогенеза предлагает происхождение жизни, начиная с уже существующих живых существ. Биогенез и абиогенез. Действия: Запустить. Биогенез и абиогенез. Описание ресурса. Характеристика основных групп гипотез происхожения жизни. Позже была развита идея самозарождения или абиогенеза. Таким образом, проблема биогенеза или абиогенеза, активно обсуждавшаяся и предшественниками, и современниками Дарвина, вряд ли может войти в круг тех направлений, синтез которых привел к становлению дарвинизма.
Биогенез и абиогенез
Гипотеза самозарождения — спонтанное появление живых существ из неживой материи. Слайд 5 Аристотель 384 - 322 гг. Слайд 6 Ян Баптиста ван Гельмонт 1580 - 1644 Описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, тёмный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван Гельмонт считал человеческий пот.
Одной из проблем при разработке научных моделей абиогенеза является объяснение того, как молекулы превращаются в клетки, которые стали самовоспроизводящимися. Одна теория включает протоклетки, которые представляют собой организованные коллекции липидов, которые образуют сферическую форму. Ссылки Биогенез. В википедии. Получено 23 мая 2017 г. В энциклопедии Британика онлайн. Навигация по записям.
Вывод: «жизненной силы» не существует, и в настоящее время микроорганизмы не самозарождаются из неживого субстрата. Эксперимент Пастера доказывает лишь невозможность зарождения микроорганизмов конкретно в тех питательных средах, которые он использовал, при весьма ограниченном диапазоне условий и в течение коротких промежутков времени. Но он не доказывает невозможность самозарождения жизни в течение сотен миллионов лет химической эволюции , в самых разных средах и при разных условиях особенно при условиях ранней Земли: в бескислородной атмосфере, наполненной метаном , углекислым газом , аммиаком и циановодородом , при пропускании электрических разрядов и т. Этот эксперимент в принципе не может касаться вопроса об изначальном зарождении жизни хотя бы потому, что в своих опытах Пастер использовал мясные и дрожжевые бульоны а также мочевину и кровь [6] , а до зарождения жизни не было ни дрожжей, ни мяса. И тем более эксперимент Пастера никак не опровергает современные научные теории и гипотезы о зарождении жизни в глубоководных горячих гидротермальных источниках , в геотермальных источниках , на минеральных кристаллах, в космическом пространстве, в протопланетной туманности, из которой сформировалась Солнечная система, и в тому подобных местах. Теория стационарного состояния[ править править код ] В статье есть список источников , но не хватает сносок. Без сносок сложно определить, из какого источника взято каждое отдельное утверждение. Вы можете улучшить статью, проставив сноски на источники , подтверждающие информацию. Сведения без сносок могут быть удалены. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности — либо изменение численности, либо вымирание. Однако гипотеза стационарного состояния в корне противоречит данным современной астрономии , которые указывают на конечное время существования любых звёзд и, соответственно, планетарных систем вокруг звёзд. Поэтому эта гипотеза не рассматривается академической наукой. Сторонники этой гипотезы не признают, что наличие или отсутствие определённых ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводят в качестве примера представителя кистепёрых рыб — латимерию. По палеонтологическим данным кистепёрые вымерли в конце мелового периода. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистепёрых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми остатками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, её сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определённом пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков. Теория стационарного состояния представляет собой только исторический или философский интерес, так как выводы этой теории противоречат научным данным. Теория Опарина — Холдейна[ править править код ] В 1924 году будущий академик Опарин опубликовал статью «Происхождение жизни», которая в 1938 году была переведена на английский и возродила интерес к теории самозарождения. Опарин предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации , которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней. Он назвал их коацерватные капли , или просто коацерваты. Согласно его теории, процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа: Возникновение органических веществ Возникновение белков Возникновение белковых тел Астрономические исследования показывают, что как звёзды , так и планетные системы возникли из газопылевого вещества. Наряду с металлами и их оксидами в нём содержались водород , аммиак , вода и простейший углеводород — метан. Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента появления первичного океана бульона.
Hull D. Thermodynamics and kinetics of spontaneous generation. Nature 186:693, 694. Такие низкие концентрации ставят под сомнение идею самопроизвольного образования даже самых простых белковых молекул. Вероятность же самосборки сложных белков, состоящих из сотен L- аминокислот, соединённых между собой в определённой последовательности, - ещё меньше. Чтобы понять, какова она, приведём один весьма наглядный пример. Предположим, мы хотим получить белковую молекулу из ста аминокислот в результате хаотичного, самопроизвольного возникновения в «первобытном бульоне». Сколько времени для этого необходимо? Как известно, природные белки состоят из двадцати аминокислот. Вероятность того, что мы случайно отберём из двадцати аминокислот строго определённую - один шанс из двадцати или 0. Если мы хотим получить белок, аналогичный природному, - то все аминокислоты, входящие в него, должны быть L-изомерами. Вероятность того, что отобранная аминокислота будет именно L-изомером - один шанс из двух 0. Присоединение аминокислот к растущей пептидной цепочке возможно с двух её концов, следовательно, вероятность присоединения аминокислоты с «нужного» конца - один шанс из двух 0. Таким образом, для того, чтобы найти вероятность появления одной определённой L-изомерной формы аминокислоты в нужном месте белка, нам необходимо просто перемножить все найденные нами три вероятности. Искомое число будет - один шанс из восьмидесяти 0. Вероятность того, что две L-формы конкретных аминокислот расположатся в нужной последовательности в белке - один шанс из шести тысяч четырехсот или 0. Для ста аминокислот вероятность их случайного попадания в строго определённое место белка составляет один шанс из 4. Bradley WL. Information and the origin of life. In: Moreland JP, editor. The creation hypothesis: science evidence for an intelligent designer. Downers Grove, III. Оценочные расчёты, выполненные с целью определения примерного количества атомов в наблюдаемой части Вселенной, показывают, что вероятность найти конкретный атом методом проб и ошибок среди всех атомов Вселенной намного выше вероятности спонтанного возникновения белка из ста аминокислот, идентичного натуральному образующемуся в живом организме.
Биогенез и абиогенез презентация
Данное предположение спустя некоторое время опровергли с помощью опытов и исследований. Ученые не хотели применять гипотезу о сверхъестественном, и поэтому они поставили перед собой сложную задачу. Нужно было дать объяснение тому, как же появилась жизнь на нашей планете. В самом начале казалось, что ответ на этот вопрос никогда не найти, а в середине 19 столетия еще не умели получать органические вещества из неорганических. Поэтому большинство предполагало, что на самом деле есть какая-то непонятная химическая пропасть, существуют органические вещества, которые могут присутствовать исключительно в живых организмах. При этом существует некая неживая природа. В то же время не представляется возможным превратить неорганическую химию в полноценную органическую. Подтверждение теории абиогенеза В 19 столетии ученые смогли провести процесс синтеза липидов из неорганики. Спустя некоторое время химик Бутлеров открыл такое удивительное явление, как синтез углеводов, сахаров из формальдегида. В результате появилась автокаталитическая реакция Бутлерова.
За счет этого специалисты поняли, что не существует никакой четкой грани и органические вещества вполне можно получать из неорганических. Теория абиогенеза была окончательно подтверждена. Спустя некоторое время после этого появился еще один вопрос.
Атмосферные газы первобытной земли индуцировались молнией и другими источниками энергии для взаимодействия друг с другом, образуя простые органические соединения мономеры. Эти соединения накапливались в «первичном супе» с высокими концентрациями в некоторых точках, таких как океанические жерла и береговые линии. Последующая самосборка этих простых органических соединений образовала сложные органические соединения полимеры , такие как углеводы и белки. Это, в свою очередь, может само по себе стать живыми клетками. Рисунок 1: Александр Опарин справа в своей лаборатории Эксперимент Миллера-Юри 1953 Стэнли Миллер и Гарольд Юри провели эксперимент, пытаясь смоделировать условия первичной земной атмосферы. На дне колбы вода кипела в пар, а затем пар пропускался через аппарат, объединяющийся с водородом, аммиаком и метановыми газами. Полученная смесь была подвергнута искре на 50000 Вольт. Затем смесь охлаждали и полученное смолоподобное вещество собирали. Они нашли строительные блоки жизни, такие как аминокислоты в смолоподобном веществе. Рисунок 2: Эксперимент Миллера-Юри Этот эксперимент продемонстрировал, как органические соединения образовались спонтанно; тем самым он решительно поддерживает гипотезу об изначальном супе Опарина. Но газообразный кислород, присутствующий в исконной земле, может предотвратить образование органических соединений. Но в 1950-х годах ученые полагали, что в исконной земле было очень мало кислорода.
История Большинство ученых скептически относились к гипотезе самозарождения, особенно в последующие десятилетия. В 1858 году Рудольф Вирхов задумался над гипотезой биогенеза, но никаких опытов, подтверждающих ее, у него не было. После этого в 1859 году Луи Пастер поставил свои показательные эксперименты, чтобы доказать биогенез на бактериальном уровне изучения. К 1861 году ему, наконец, удалось утвердить биогенез как твердую теорию, а не спорную гипотезу. Он решил эту проблему, поставив свои собственные эксперименты для проверки. Биогенез Теория биогенеза утверждает, что новые живые организмы могут возникнуть только из других ранее существовавших живых организмов в результате размножения. В основном размножение может происходить половым или бесполым путем, поэтому жизнь может возникнуть только из живых клеток. Пример В основном половое и бесполое размножение являются примерами биогенеза. Организмы, которые получают половину своего генетического материала от двух родительских клеток, относятся к половому размножению. С другой стороны, бесполое размножение относится к организмам, которые получают весь свой биогенетический материал от одной-единственной родительской клетки. Спонтанное зарождение против биогенеза В то время разными учеными проводились эксперименты по опровержению теории самозарождения. Процедура Выбрали два больших и чистых стеклянных стакана. В стакан помещали такое же количество мяса. Держите открытым первый стакан. Второй стакан был накрыт или закрыт крышкой. Отложил два стакана в сторону и оставил их в покое на несколько дней.
Но давайте перенесем этот вопрос на первобытную среду, где произошло зарождение жизни. Биологи в настоящее время поддерживают гипотезу о том, что жизнь на Земле возникла из неживой материи, образовавшей молекулярные агрегаты. Эти агрегаты были способны адекватно размножаться и имели развитый обмен веществ — замечательные характеристики существ, которых мы считаем «живыми». Однако мы уже собрали доказательства того, что живое не может возникнуть из неживой материи. Так как же нам разрешить этот очевидный парадокс? Первобытная атмосфера Земли сильно отличалась от той, что есть сейчас. Концентрация кислорода была чрезвычайно низкой, были молнии, вулканическая активность, постоянные метеоритные бомбардировки, а ультрафиолетовое излучение было более интенсивным. В этих условиях могло происходить химическое развитие, которое через значительный период привело к появлению первых форм жизни.. Биогенез: теория и особенности Согласно теории биогенеза, жизнь возникла из других уже существовавших форм жизни. Однако теория биогенеза предполагает, что вся жизнь зарождается в жизни. Поэтому мы должны спросить себя, откуда взялась эта первая форма жизни или как она возникла?? Чтобы прийти к этому слабому и замкнутому аргументу, мы должны обратиться к теориям о том, как началась жизнь. На этот вопрос ответили несколько исследователей, в том числе А. Опарин и Дж. Сначала мы обсудим эксперименты, которые смогли подтвердить биогенез, а затем вернемся к этому вопросу.. Лишь в 1861 году французский химик Луи Пастер однозначно продемонстрировал ложность этих убеждений и предоставил доказательства в пользу теории биогенеза. Предложенный им эксперимент заключался в наполнении колб с длинным горлом, имеющих длинную S-образную форму. Этот силуэт пропускает воздух, но не микроорганизмы, поскольку они остаются в корзине. После заполнения колбу нагревали для уничтожения любых микроорганизмов, уже присутствующих в растворе. Полученный раствор оставался неизменным в течение нескольких недель, но если он сломал горлышко колбы, образец загрязнился в течение нескольких дней. Это показало, что микроорганизмы, растущие в инертном материале, на самом деле притягиваются к воздуху, а не возникают спонтанно. Импеданс биологической ткани Общее электрическое сопротивление биологической ткани переменному току. На низких частотах импеданс тканей определяется главным образом их резистивными свойствами. В эту область входят ткани с высокой электропроводностью нервная ткань. В диапазоне промежуточных частот основной вклад в импеданс вносят ткани, электрические свойства которых определяются как резистивными, так и емкостными свойствами паренхиматозные органы. В области высоких частот электрические свойства тканей носят емкостный характер мембраны, липиды.
Разница между биогенезом и абиогенезом
Тем не менее, Томас Генри Хаксли выбрал термин «абиогенез» и переопределил биогенез до жизни, возникающей из существовавшей ранее жизни. На протяжении многих лет были разработаны многочисленные теории, пытающиеся выяснить происхождение живых существ, такие как абиогенез (спонтанное зарождение) и биогенез (жизнь возникает из другой формы жизни), но ни одна из них не могла удовлетворительно объяснить. Таким образом, проблема биогенеза или абиогенеза, активно обсуждавшаяся и предшественниками, и современниками Дарвина, вряд ли может войти в круг тех направлений, синтез которых привел к становлению дарвинизма.
Абиогенез и биогенез: основные различия
В этой статье дается определение термина "абиогенез" и рассматриваются доказательства, подтверждающие эту теорию. Возникновение жизни из неживого материала называется абиогенезом, и (согласно сторонникам абиогенеза) происходило в результате ступенчатой химической и молекулярной эволюции на протяжении миллионов лет. Если поставить на одну чашу весов "абиогенез" и "биогенез", то вероятнее всего жизнь пришла на Землю из космоса, что упорно доказывает теория панспермии. Абиогенез и биогенез — две научные теории, пытающиеся объяснить происхождение жизни на Земле.
Биогенез и абиогенез
Биогенез и абиогенез Параграф 52. и -генез), — процесс превращения неживой природы в живую. Основное различие между абиогенезом и биогенезом состоит в том, что абиогенез не был доказан научными экспериментами, тогда как биогенез был доказан научными экспериментами. АБИОГЕНЕЗ — (от а и биогенез), термин относится к теории происхождения жизни на Земле: процесс образования органических соединений в условиях первичной бескислородной атмосферы в результате неорганических (абиологич.) реакций, т. е. без участия живых. В главное отличие между абиогенезом и биогенезом заключается в том, что абиогенез не подтвержден научными экспериментами, тогда как биогенез доказан научными экспериментами. Их можно разделить на две группы: теории биогенеза(происхождение живого от живого) и абиогенеза (происхождение живого из неживого).
Биогенез - Biogenesis
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. Спалланцани установил, что в прокипяченных бульонах микроорганизмы не развиваются.
Окончательно это доказал в 1861 году французский учёный Л. Пастер , опыты которого не отрицают, однако, возможности абиогенного зарождения жизни в прежние геологические эпохи. Опыт Пастера В 1860 году проблемой происхождения жизни занялся Луи Пастер. К этому времени он уже многое сделал в области микробиологии и сумел разрешить проблемы, угрожавшие шелководству и виноделию. Он показал также, что бактерии вездесущи и что неживые материалы легко могут быть заражены живыми существами, если их не стерилизовать должным образом.
В результате ряда экспериментов, в основе которых лежали методы Спалланцани, Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг гипотезы спонтанного зарождения.
Но то, как именно информация кодируется в нуклеиновых кислотах ДНК и РНК , чтобы сформировать систему генетического наследования, и как все это трансформируется непосредственно в жизнь, остается загадкой. Другой, слегка неудобный для сторонников абиогенеза аспект заключается в том, что процесс этот, по-видимому, произошел в удивительно короткий промежуток времени. Эта теория требует, чтобы «первичный суп», из которого возникла самовоспроизводящаяся РНК, сформировался в течение 800 миллионов лет после стабилизации земной коры. Этот интервал времени, по мнению некоторых исследователей, слишком короткий. Несмотря на свои недостатки и нехватку конкретных данных, абиогенез — это компромисс. И единственная признанная наукой на сегодня гипотеза о происхождении жизни.
Гипотеза панспермии, однако, оспаривает почти все аспекты этой теории. Гипотеза панспермии Авторы работы утверждают, что «жизнь попала на Землю с метеоритами и кометами. Как только условия на планете позволили бы ей выжить и развиваться. Это произошло около 4,1 миллиарда лет назад. Живые организмы, такие как устойчивые к космическим условиям бактерии, вирусы, более сложные эукариотические клетки и, возможно, даже оплодотворенные яйцеклетки и семена растений непрерывно падали на Землю. До тех пор, пока условия на ней не позволили запуститься процессу биологической эволюции». Другими словами исследователи предполагают, что абиогенез происходил не на Земле.
А основной источник генетического разнообразия не обусловлен выбором естественных полезных мутаций. И, скорее всего, жизнь появилась из-за «дождя» из внеземного живого вещества. Который способствовал горизонтальному переносу генов. Помимо этого, исследование также утверждает, что различные массовые эпидемии связаны с появлением вирусов из космоса и что внеземные ретровирусы спровоцировали кембрийский взрыв. В работе также высказывается предположение, что осьминог может быть инопланетным существом. Можно было бы поддаться искушению посмеяться над такими выводами, если бы не объем убедительных свидетельств, которые предоставляют ученые. Доказательства Например, ретровирусы невероятно умны.
Материалы по теме: Элементы нуклеиновых кислот Экспериментальная основа абиогенеза В начале 1950-х годов американский аспирант Стэнли Миллер и его советник по выпуску Гарольд Юри решили проверить теорию абиогенеза Опарина-Холдейна, воссоздав раннюю земную среду. Они смешали простые соединения и элементы из теории в воздухе и выпустили искры через смесь. Когда они проанализировали полученные химические продукты реакции, они смогли обнаружить аминокислоты, созданные во время моделирования, Это доказательство того, что первая часть теории была правильной, подтверждается последующими экспериментами, в которых пытались создать реплицирующиеся молекулы из аминокислот.
Эти эксперименты оказались безуспешными. Последующие исследования показали, что в пребиотической атмосфере ранней Земли было больше кислорода и меньше других ключевых веществ, чем в образце, использованном в эксперименте Миллера-Юри. Это привело к сомнению, были ли выводы еще действительными.
С тех пор в некоторых экспериментах с использованием скорректированного состава атмосферы также были обнаружены органические молекулы, такие как аминокислоты, что подтверждает первоначальные выводы. Материалы по теме: Естественный отбор: определение, теория Дарвина, примеры и факты Дальнейшие теоретические объяснения абиогенеза Даже когда установлено, что условия для генерации простых органических соединений присутствовали на пребиотик земляПуть к живым клеткам был спорным. Существует три возможных способа, которыми относительно простые соединения, такие как аминокислоты, могут в конечном итоге стать самостоятельной жизнью: Переход от включения аминокислот был серьезной проблемой, и ни один из различных теоретических путей, по состоянию на май 2019 года, не был успешно смоделирован.
Специфические проблемы со второй частью абиогенеза Нет сомнений, что моделирование ранней атмосферы Земли может производить сравнительно сложные молекулы, которые являются строительными блоками органических молекул, найденных в живых клетках. Однако существует несколько проблем, связанных с переходом от сложных молекул к реальным формам жизни. Они включают: Если абиогенез не происходит так, как описывает теория, альтернативные идеи должны быть рассмотрены.
Добрый день, расскажите, пожалуйста как появилась жизнь? Интересно, именно в какой момент и как произошёл переход от ничего к первым живым существам. Ответ: На данный момент существует три основные теории возникновения жизни на нашей планете.
Божественная теория жизнь создана богом или каким-то другим сверхразумом ; Панспермия жизнь попала на Землю из космоса ; Теория абиогенеза жизнь возникла из химических веществ ; Основные теории возникновения жизни: божественная, панспермия, абиогенез Все три теории имеют право на существование, однако наиболее научной и проработанной является последняя из них - теория абиогенеза. Про неё я и постараюсь коротко вам рассказать. Теория абиогенеза Согласно современным научным представлениям жизнь на нашей планете зародилась примерно 4.
Биогенез - Biogenesis
Креационизм, абиогенез и биогенез — основные концепции, которые по-разному трактуют начало жизни на планете. биогенез — БИОГЕНЕЗ — одна из теорий происхождения жизни на Земле, согласно которой зародыши живых существ были занесены в состоянии анабиоза с более древних небесных тел. Узнайте больше о значении абиогенеза и разнице между абиогенезом и биогенезом. 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.
Теория биогенеза объясняет возникновение жизни на земле - 90 фото
Несмотря на загадочность и привлекательность гипотезы гидротерм, в настоящее время ее все чаще называют несостоятельной. Это предположение вполне оправдано, ведь молекула рибонуклеиновой кислоты может выполнять множество функций — от каталитической до кодирующей — и порой успешно заменяет собой ДНК и белки. Однако энергичные попытки ученых воспроизвести эту « прародительскую РНК » с основными свойствами живого так и не принесли результата. Чтобы справиться с этим ограничением, ученые предложили гипотезы первичной пиццы и первичного майонеза. Согласно первой, изолированные скопления биомолекул возникали в глине, согласно второй — в пузырьках из жироподобных соединений. Подводя итог, нам стоит признать, что великий квест — попытки человечества узнать тайну зарождения жизни — отнюдь на завершен и в наши дни.
Однако нет сомнений, что в этом вопросе наметился большой прогресс, связанный с новым подходом — с ним исследователи абиогенеза связывают особые надежды. Он предполагает, что все основные компоненты клетки — нуклеиновые кислоты, белки и липидные оболочки — возникли одновременно, были вместе с самого начала и помогали друг другу уцелеть в не самых уютных условиях юной Земли. Более того, первые клетки тоже могли быть не вполне автономны, иметь проницаемую оболочку и жить своеобразной «коммуной». Не исключено, что благодаря этому они обменивались друг с другом продуктами обмена и получали взаимную поддержку. Итак, исследования зарождения жизни имеют богатую вековую историю, и история эта продолжается.
Познакомиться с ней — а заодно узнать много любопытного о ее основных действующих лицах — можно на страницах книги Майкла Маршалла «Великий квест». Читателю предстоит встреча с замечательными учеными, исследователями абиогенеза и не только. Он может подняться в Альпы в компании Луи Пастера, держащего в руках колбу с мочой и свекольным соком; вместе с экипажем научно-исследовательского суда «Кнорр» открыть в темных глубинах океана небывалую жизнь гидротерм; вместе с британским школьником Роджером Мейсоном случайно обнаружить древние остатки многоклеточного существа и многое другое. Все эти истории, пережитые вместе с учеными — «гениями и чудаками» согласно оригинальному заглавию книги — заставляют науку ожить и дают понять, до чего же это увлекательное занятие.
Дезоксирибоза отличается от рибозы лишь отсутствием гидроксильной группы, поэтому у неё она заменена атомом водорода. Производные пурина: Пиримидиновые производные: Таблица 1. Азотистые основания Фосфатные группы, которые обеспечивают образование фосфодиэфирной связи с другими нуклеотидами, представлены солями фосфорных кислот P-O-P связь и метиленом СН2 , связывающим фосфатные группы с сахаридами. При движении магмы в ядре магнитное поле благоприятствовало осаждению карбонатов и сдерживало целостность атмосферы [1]. Барьер из озона, образовавшийся в процессе реакции действия ультрафиолета фотолиза , создал нужный тепловой баланс к концу архейского эона [2]. Опарин и Д. Холдейн работали над концепцией коацервата.
Их интересовало то, каким образом синтезируется сложная органика при разрядах молний, ультрафиолета и извержений вулканов [4]. Идея частично подтвердилась Г. Юри и С. Смесь соединений, имитирующих древнюю атмосферу, запаивалась в замкнутой установке и в колбу с водой пропускали электрический ток. Спустя две недели, на протяжении которых им периодически приходилось наблюдать за реакциями через стекло, они вскрыли колбу и выяснили, что теперь в ней присутствовали аминокислоты, сахара и органические кислоты [5]. Эксперимент показал реальность синтеза сложной органики из более простых химических веществ. Последующие эксперименты синтезировали производные пурина таблица 1 и расширили список получаемых аминокислот.
Казалось бы, вот же переход от химической эволюции к биологической. Но как это бывает, бронежилет теории не выдерживает обстрела реальности — концепция коацервата имела серьёзные недостатки. Реакция соединения аминокислот в белок или нуклеотиды происходит с выделением воды, и длинные молекулы подвержены распаду [1]. Ещё одной проблемой стал способ размещения вокруг атома углерода связей, которые являются взаимно-зеркальными — хиральными [6]. Аминокислоты чаще представлены левыми изомерами, а рибозы — правыми. Такая характеристика нуклеотидов придаёт спиральную структуру ДНК и РНК, но в синтезе из простых соединений получается равное количество изомеров, поэтому белки такой смеси не способны функционировать. Если железа много в неживой природе, то меди с марганцем и цинком — не особенно.
Парадоксально, но все они содержатся в клетках в намного большей концентрации, чем во внешней среде. Перечисленные металлы характерны в обильном количестве для гидротермальных источников, с которых мы начнём поиск условий для абиогенного синтеза органических соединений. Воды источников имеют чёрный цвет благодаря сульфидам, сероводороду и другими взвесям [10]. После контакта с океаном гидротермальные воды охлаждаются, а соединения железа, меди и никеля выпадают в осадок. При дальнейшем остывании вод сульфиды цинка и марганца осаждаются на уже сформированный рельеф. Сульфиды цинка способны к фотохимическому восстановлению, поглощая ультрафиолет и фосфоресцируя. В таком состоянии возбуждённый электрон восстанавливает соединения диоксида углерода до муравьиной и других органических кислот, а при ультрафиолете восстанавливает азот до аммиака.
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]. Реакция получения нуклеотидов с помощью таких соединений была получена в 2009 году в Манчестере, во время работы Д.
При 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 [8] , [9] , а соли молибдена превращают разветвленные сахара в линейные, увеличивая синтез. Почувствуйте, как густые и горячие знания стекают вам на шею, ведь грязевые котлы обогащены всеми вышеописанными ранее элементами [10] , 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 защищенные поры. Нагрев пор, где накапливаются нуклеотиды и РНК в высоких концентрациях. Теория условий: роль метана и лаборатория Манчестера В 2008 году вышло исследование об обнаруженных на дне океана колонн из светлого известняка высотой до 60 метров. Нагрев происходил за счет реакций в глубине твердых пород, поэтому метан и кислоты этих вод образуются абиогенно, а изотопный состав углерода в них такой же, как в углекислом газе [11]. В атмосфере древнего мира метан реагировал с азотом, водой и углекислым газом, образуя формальдегид. Соединения фотолиза метана не накапливались, а выпадали с дождем 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 [12]. Рисунок 2. Источники и превращения метана CH4 иллюстрация автора статьи на основе [1] Это была бы вкусная шутка, но реакция получения нуклеотидов с помощью таких соединений была получена в 2009 году в Манчестере во время работы Д. Сазерленда и его коллег [13]. Они синтезировали пиримидиновые нуклеотиды путем смешения в одной установке предшественников сахаров и нуклеотидов с фосфатами рис. Приготовьтесь, сейчас придется немного похрустеть коркой головного мозга.
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. Описание синтеза пиримидиновых нуклеотидов иллюстрация автора статьи на основе [1] 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 создает 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 четырех простых соединений, получаются все нуклеотиды и десять из двадцати белковых аминокислот! Но главное, в реакциях почти не образуется соединений, не встречающихся в клетках. Пусть этот момент станет сюжетной пружиной моего повествования.
До того времени РНК считалась только связующим элементом ДНК и белков, но последующие исследования показали способность РНК заменять белки в качестве катализаторов реакций, а также их ключевое значение в организации синтеза белка. Появилась гипотеза «РНК мира». Согласно этой теории, реплицирующиеся рибозимы стали первыми органическими соединениями начавшими эволюцию. Спустя поколения, репликаторы предоставили каталитические функции белкам, а хранение генома практически полностью — ДНК [14]. Это стало величайшим прыжком мысли через синаптическую щель, однако без клеточных систем получение полноценных белков в водной среде невозможно. Вопрос решается нахождением условий, где участие воды в реакции снижено или у нее отсутствуют химически свободные молекулы — благо, примеры таких локаций мы уже с вами рассмотрели в предыдущих главах.
РНК: естественный отбор палиндромов Двигаемся дальше. В условиях липидно-нуклеотидного раствора уже рассмотренных грязевых котлов, образуются последовательности РНК в 50—100 нуклеотидов. Липиды , к которым мы вернемся позже, при высыхании образуют слои и длинные цилиндры, где последовательности РНК упорядоченно накапливаются и сохраняют подвижность.
Всё это способствовало бурному протеканию химических реакций, постоянно распадались и синтезировались новые химические соединения. Схема эксперимента Миллера - Юри, в ходе которого имитировались условия раннего периода развития Земли для проверки возможности химической эволюции В какой-то момент из простых соединений под действием постоянного притока энергии возникали всё более и более сложные, пока наконец не появились первые самовоспроизводящиеся молекулы или целая экосистема из взаимозависимых молекул. Главная их особенность состояла в способности самовоспроизводиться и создавать собственные копии из других химических веществ, находящихся поблизости. Эта белковая молекула обладает способностью к самовоспроизведению Чуть больше про прионы можно почитать тут.
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.