В этой статье дается определение термина "абиогенез" и рассматриваются доказательства, подтверждающие эту теорию. Абиогенез и биогенез Абиогенез — возникновение живого из неживого в процессе эволюции образование органических веществ, распространенных в живой природе вне организма. 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.
Особенности и теория биогенеза
Биогенез и абиогенез. Действия: Запустить. Биогенез и абиогенез. Описание ресурса. Характеристика основных групп гипотез происхожения жизни. Основное различие между абиогенезом и биогенезом состоит в том, что абиогенез не был доказан научными экспериментами, тогда как биогенез был доказан научными экспериментами. Исследователи предполагают, что абиогенез происходил не на Земле, а источник генетического разнообразия не обусловлен выбором мутаций. Стоит отметить, что абиогенез делится на несколько важных этапов, каждый из которых имеет свои определенные особенности. 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.
1.2 Опыт Реди. Биогенез и абиогенез
Эта теория называется биогенезом био означает «жизнь», а генезис означает «начало». Биогенез — это теория, согласно которой живой организм должен произойти от родительского организма, подобного ему самому. Термин биогенез может также относиться к биохимическим процессам, происходящим в живых организмах. Термин биогенез был придуман Генри Чарльтоном Бастианом для обозначения возникновения жизни из неживой материи, но Томас Генри Хаксли выбрал термин абиогенез и переопределил биогенез, чтобы обозначить жизнь, возникшую из ранее существовавшей жизни.
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.
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. Первая жизнь: альтернативные теории происхождения жизни на Земле Поскольку прогресс в области абиогенеза, по-видимому, заблокирован, были предложены альтернативные теории происхождения жизни. Жизнь, возможно, зародилась так же, как теория абиогенеза, но в геотермальные вентиляционные отверстия под морем или в пределах Земной корыи это могло случиться несколько раз в разных местах.
Ни одна из этих теорий не имеет более надежной поддержки данных, чем классический абиогенез. В другой теории, которая полностью отказывается от абиогенеза, ученые предположили, что сложные органические соединения или полные формы жизни, такие как вирусы, могли быть доставлены на Землю метеориты или кометы, Ранняя Земля примитивная Земля подвергалась сильной бомбардировке в гадейское время около 4—4,6 миллиардов лет назад , когда могла начаться жизнь. Без более точных данных, единственный вывод состоит в том, что как именно возникла жизнь на Земле, до сих пор остается загадкой.
Действительно, в этих и подобных им экспериментах удалось получить аминокислоты и азотистые основания. Напомним, что первые аминокислоты являются молекулярными кирпичиками, из которых построены белки, а вторые азотистые основания наряду с сахарами рибозой и дезоксирибозой и остатком фосфорной кислоты входят в состав нуклеиновых кислот. Однако, детальный анализ продуктов спонтанного синтеза, протекающего в лабораторном «первобытном бульоне», вызвал немало вопросов. Во-первых, в ходе этих экспериментов образовывались в равном количестве L- и D- изомеры аминокислот эти формы являются зеркальным отображением друг друга. Но белки живых организмов состоят только из L- аминокислот. Возникает закономерный вопрос: каким образом возникли белки, состоящие исключительно из L- аминокислот? На него до сих пор так и не был получен удовлетворительный ответ. Во-вторых, факты говорят о том, что концентрации аминокислот в «первобытном бульоне» должны были бы быть слишком маленькими. Химик Дональд Халл подсчитал, что концентрация самой простой аминокислоты, встречающейся в живых организмах - глицина, - не должна была быть больше 10-12 моля. Он пишет: «Даже максимально вероятное содержание аминокислоты является безнадежно низким, чтобы служить отправной точкой для самопроизвольного зарождения жизни». 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.
Хотя в лаборатории никогда не наблюдалось абиогенеза, некоторый механизм с его участием, вероятно, был связан с созданием более простых молекул липидов, углеводов, белков и т. 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.
Столетие исследованиям абиогенеза: великий квест продолжается
В теория биогенеза предлагает происхождение жизни, начиная с ранее существовавших живых существ. Биогенез и 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). две теории биологии, которые по-разному объясняют возникновение живых существ. Биогенез возник после абиогенеза и противоположным образом объяснял появление живых существ.
1. Происхождение жизни на Земле
Существует также четвертый этап абиогенеза, который предполагает дальнейшее появление всего остального. Разнообразные системы для синтеза белка, для трансляции и транскрипции могли возникнуть значительно позже. Многие специалисты говорят о том, что дарвиновский эволюционный механизм был запущен сразу же после того, как возник самый первый репликатор. За счет того, что он обладал такими характеристиками, как наследственность, изменчивость, а также избирательное размножение определенных вариаций, он смог с помощью естественного отбора добиться совершенствования возникшей живой системы. Данный механизм очень тщательно изучили многие биологи, и поэтому можно с уверенностью сказать о том, что он невероятно мощный и вполне может принимать участие в создании очень сложных структур. Главным при этом остается его старт.
В конце прошлого столетия ученые открыли огромное количество механизмов прохождения каждого отдельного этапа столь трудного и невероятно долгого процесса, когда из неживой материи образовалась самая первая живая система. Сегодня синтез простого типа органических веществ из неорганики вполне может без особого труда происходить в естественной обстановке. Ученые отмечают, что для процесса даже не требуется планета, ведь он может происходить даже в космическом пространстве из наиболее простых молекул. В качестве катализаторов будут выступать более сложные частицы, в составе которых могут присутствовать никель и железо. В конечном результате произойдет образование простой органики.
Достаточно давно удалось установить, что весьма неплохим реактором для запуска производства органики могут выступать разнообразные гидротермальные источники. Еще в 2012 году провели исследование, которое продемонстрировало, что это самые вероятные места, где особенно активно происходил процесс синтеза веществ органического происхождения.
Этот прогресс в научном понимании встретил большое сопротивление, поскольку личные убеждения и индивидуальные предрассудки часто заслоняли факты. Уильям Харви 1578—1657 был одним из первых сторонников того, что вся жизнь начинается с яйца, omne vivum ex ovo. Франческо Реди итальянский врач еще в 1668 году доказал, что высшие формы жизни не возникают спонтанно, продемонстрировав, что личинки происходят из яиц мухи. Попытки опровергнуть самозарождение жизни из неживого продолжались в начале 19 века наблюдениями и экспериментами Франц Шульце и Теодор Шванн. Джон Нидхэм добавила в фляжку куриный бульон и вскипятила. Затем он дал ему остыть и стал ждать.
Теория панспермии: Согласно этой теории, жизнь была занесена из космоса Вероятно попадание организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью,потому что есть данные о высокой устойчивости некоторых организмов к вакууму, радиации, низким температурам Гипотеза не объясняет возникновение жизни в целом, а лишь объясняет появление её на нашей планете.
Абиогенез: 1. 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.
Долгое время, вплоть до 20-х годов прошлого века, ученые верили, что жизнь на Земле появилась в результате самозарождения из гнилого мяса, тины или грязи. Хотя в средневековье считали, что тараканы и мухи сами рождаются от грязи и бытовых отходов] Хотя р Долгое время, под влиянием различных религий, исследователи считали, что жизнь появилась под воздействием «активного начала» или «жизненной силы» которые помогали появлению живых существ. В 1924 году русский ученый биолог Александр Опарин предположил, что жизнь на Земле могла появиться в результате химических процессов и концентрации в определенных местах микроэлементов, необходимых для появления органических веществ, белков и белковых тел, этаких фундаментальных кирпичиков для примитивных клеток, которые видоизменялись под воздействием ультрафиолета Солнца. В дальнейшем, теории академика Опарина неоднократно подтверждались в ходе различных экспериментов. И только сейчас немецкие ученые смогли воссоздать условия в которых появились элементарные инструменты живых клеток — везикулы, необходимые для транспортировки питательных веществ. Суть эксперимента такова: в лабораторной емкости были воспроизведены условия, которые были на Земле 3,8 миллиардов лет назад в земной коре.
Биогенез — определение, суть теории, примеры и сторонники
В дальнейшем сохранялись только те простейшие живые структуры, которые были способны к саморегуляции и самовоспроизводству. Так появились первые живые клетки — пробионты, или протобионты от др. Так закончилась химическая эволюция и наступило время биологической эволюции живой материи. Свернуть Узнать больше: вероятное начало биологической эволюции 9—11 кл. В начале биологической эволюции источником питания, вероятно, служили запасы органических веществ, созданных абиогенным путём. Первые клетки были, скорее всего, анаэробными осмотрофными гетеротрофами, поскольку атмосфера древней Земли не содержала кислорода, а «первичный бульон» отличался высокой концентрацией органических веществ. Протобионты не были способны производить вещества своих тел самостоятельно и поглощали их из «первичного бульона». Со временем запасы органических соединений, накопившиеся за миллионы лет в виде «бульона», истощились, и организмы были вынуждены начать синтез необходимых органических веществ из неорганических внутри клетки. Так появились автотрофные организмы — хемотрофы и фототрофы. Самые древние остатки живых существ принадлежат фотосинтезирующим организмам. Это окаменевшие цианобактериальные маты — строматолиты от др.
Современные строматолиты на побережье Австралии а ; спил древнего строматолита б — видны слои, образованные микроорганизмами. Жизнедеятельность фотосинтезирующих организмов вызвала накопление в атмосфере кислорода и появление озонового слоя. Количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности Земли, уменьшилось, это затрудняло абиогенный синтез органических веществ и их накопление в древнем океане. Но плотность организмов в водной среде увеличилась, поэтому часть гетеротрофов получила возможность перейти от осмотрофного питания к хищничеству, то есть поглощению других клеток. Молекулярный кислород ядовит для анаэробных организмов, а обитатели древней Земли были анаэробами. Учёные считают, что насыщение атмосферы кислородом стало первой глобальной экологической катастрофой, которая привела к вымиранию многих организмов. Выжившие приспособились, выработав системы защиты от действия кислорода, а некоторые научились использовать его для окисления органических веществ. Так появилось и распространилось кислородное дыхание, а анаэробные формы жизни сохранились только в тех местах, где наблюдается недостаток кислорода на дне океана, в воде горячих источников. Использование кислорода позволило получать дополнительную энергию по сравнению с бескислородным обменом веществ, поэтому аэробы получили конкурентное преимущество. Между разными группами организмов сформировались экологические связи: пищевые взаимоотношения хищников и жертв, выделение кислорода фотосинтетиками и поглощение его аэробами и др.
Так появились первые экосистемы. Постепенно благодаря спонтанным изменениям наследственного материала мутациям и процессу естественного отбора появились все живые организмы, существующие на Земле. Именно от аэробных организмов произошло большинство современных видов, а озоновый слой, поглощающий жёсткое ультрафиолетовое излучение, позволил жизни выйти на сушу. Свернуть Узнать больше: гипотеза о хемотрофах-первопроходцах 9—11 кл. В настоящее время учёные склоняются к тому, что первыми живыми организмами на Земле были не гетеротрофные, а хемотрофные прокариоты. Они жили на дне морей и окисляли неорганические соединения без участия кислорода, а полученную энергию использовали для синтеза органических веществ из углекислого газа. Гетеротрофы и фототрофы, согласно этой гипотезе, возникли позднее. Узнать больше: эксперименты Миллера — Юри и их последователей 9—11 кл. В середине ХХ в. Опарина и Дж.
Холдейна получила экспериментальное подтверждение. Установка состояла из двух колб «океана» и «атмосферы» , соединённых трубками. В «атмосферу» помещалось устройство, имитирующее молнии, — два электрода, между которыми периодически проходил разряд напряжением около 60 тыс. В «океане» вода периодически нагревалась до кипения. Установку заполнили газовой смесью, схожей по составу с атмосферой, предположительно существовавшей на древней Земле: метаном, водородом, аммиаком, азотом, сероводородом. Водорастворимые продукты реакций конденсировались в холодильнике и снова стекали в «океан». Установка Миллера-Юри. Через неделю после начала работы аппарата был исследован состав «океанической воды». В растворе было обнаружено некоторое количество простейших органических веществ муравьиная и молочная кислоты, мочевина , в том числе аминокислоты — глицин, аланин, глутаминовая и аспарагиновая кислоты. Публикация данных эксперимента Миллера — Юри вызвала огромный интерес.
Другие учёные стали повторять этот опыт и обнаружили, что видоизменение условий даёт возможность получать другие продукты реакции: четырёх- и пятиуглеродные сахара, жирные кислоты, альдегиды. Если добавить в реакционную смесь цианиды или синильную кислоту, то можно получить пуриновые основания — аденин и гуанин. К 2008 г. Свернуть Узнать больше: проблемы гипотезы абиогенеза 9—11 кл. Этот материал будет полезен тем, кто готовится к олимпиадам. Проблема сложности известных самовоспроизводящихся систем Даже самые примитивные современные прокариотические клетки очень сложно устроены. Они имеют геном из миллионов нуклеотидов, кодирующий тысячи белков. Для работы генома требуются молекулярные машины синтеза белка рибосомы , синтеза ДНК ферменты и белки репликационной вилки , энергоснабжения ферменты гликолиза. Науке неизвестны биологические системы проще бактериальной клетки, способные к самостоятельному воспроизведению. Механизм воспроизведения вирусных частиц проще, но они не способны к самостоятельному самокопированию: вирусы размножаются только в живых клетках.
Приблизительная оценка времени, необходимого для случайного образования сложно устроенной первой клетки из смеси органических веществ, превосходит время существования Земли, а по некоторым оценкам — даже возраст Вселенной. Проблема хиральной чистоты Все известные в настоящее время живые организмы содержат только определённые оптические изомеры аминокислот и сахаров: L-аминокислоты и D-сахара. Противоположные изомеры встречаются в клетках крайне редко, например в клеточной стенке бактерий. Это свойство живых систем называется хиральной чистотой. Она поддерживается за счёт пространственного соответствия молекул ферментов биологических катализаторов химических реакций только одному из оптических изомеров. В неживых системах большинство химических реакций протекает с участием изомеров обеих форм с равной вероятностью. Проблема отсутствия восстановителя в первичной атмосфере По данным современной науки, концентрации водорода и угарного газа в атмосфере древней Земли были незначительными. Изучение газов, заключённых в пузырьках древнейших магматических пород, позволило уточнить состав древней атмосферы. Экспериментально показано также, что такой состав газовой смеси приводит к малой эффективности процесса синтеза органических веществ из-за отсутствия восстановителей. Свернуть Узнать больше: гипотеза РНК-мира 9—11 кл.
РНК-мир, по мнению современных учёных, мог быть первым этапом возникновения жизни на Земле.
Таким образом, его защитники уходят корнями в прошлое. Абиогенез х Биогенез: эксперименты В 1668 году Франческо Реди первым поставил под сомнение теорию абиогенеза. Для этого он провел эксперимент с кусками сырого мяса в закрытых и открытых банках. Через несколько дней личинки появлялись только в открытых колбах. Реди пришел к выводу, что мухи откладывают яйца в открытых банках. Поскольку личинки не появлялись в закрытых колбах, было продемонстрировано, что живые существа не появлялись спонтанно. Эксперимент Реди доказал, что живые организмы могут возникнуть только из другой ранее существовавшей формы жизни. Узнайте больше об эксперименте Redi. Однако в 1745 году Джон Нидхэм снова укрепил теорию абиогенеза.
Он провел эксперимент, в котором в пробирках разогревал питательные бульоны с едой. Пробирки были закрыты, чтобы предотвратить попадание воздуха и повторного нагрева форм жизни.
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. 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.
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.
В условиях липидно-нуклеотидного раствора уже рассмотренных грязевых котлов образуются последовательности РНК в 50-100 нуклеотидов. Липиды, к которым мы вернёмся позже, при высыхании образуют слои и длинные цилиндры, где последовательности РНК упорядоченно накапливаются и сохраняют подвижность. При естественном отборе преимущество получают те последовательности, которые служат фрагментами для создания собственных копий — палиндромные цепи РНК [21].
Эта идея А.
Таким образом, Больцман понял, что живые системы, как и все необратимые процессы , зависят от диссипации обобщенного химического потенциала для своего существования. В своей книге «Что такое жизнь» физик 20 века Эрвин Шредингер подчеркнул важность глубокого понимания Больцманом необратимой термодинамической природы живых систем, предполагая, что это были физика и химия, лежащие в основе происхождения и эволюция жизни. Однако необратимые процессы, а тем более живые системы, не могли быть удобно проанализированы с этой точки зрения, пока Ларс Онсагер , а позже Илья Пригожин не разработал элегантный математический формализм для рассмотрения «самоорганизации» материала под действием обобщенного химического потенциала. Этот формализм стал известен как классическая необратимая термодинамика, и Пригожин был удостоен Нобелевской премии по химии в 1977 году «за свой вклад в неравновесную термодинамику , в частности теорию диссипативных структур. Анализ, проведенный Пригожиным, показал, что если системе дать возможность развиваться под наложенным внешним потенциалом, материал может спонтанно организоваться снизить свою энтропию , образуя то, что он назвал «диссипативными структурами», которые будут увеличить диссипацию внешнего навязанного потенциала увеличить производство глобальной энтропии.
С тех пор неравновесная термодинамика успешно применялась для анализа живых систем, от биохимического производства АТФ до оптимизации бактериальных метаболических путей и завершенных экосистем. Текущая жизнь, результат абиогенеза. С этим определением несколько разошлись хотя и следует тем же основным принципам , потому что разные учебники биологии определяют жизнь по-разному. 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.
Биогенез - Biogenesis
две теории биологии, которые по-разному объясняют возникновение живых существ. Главная» Новости» Оценка доказательности доводов креационизм абиогенез биогенез. новостей и на странице Марка на [1] (см. также [2]. 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).
Презентация, доклад Представления о возникновении жизни на Земле
Ключевые слова: абиогенез, биогенез, эксперимент Миллера-Юри., Происхождение Жизни, Эксперимент Пастера, Изначальный Суп, Гипотеза Спонтанного Поколения. Их можно разделить на две группы: теории биогенеза(происхождение живого от живого) и абиогенеза (происхождение живого из неживого). Теория абиогенеза была подтверждена ещё в 1955 году американским учёным Мюллером-Юри. Хотя Левенгук сам не вступал в спор между сторонниками теорий биогенеза и абиогенеза, его наблюдения стимулировали новые исследования со стороны других ученых.
Происхождение жизни и развитие органического мира. Эволюция
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.
Арефьев В.
Толковый словарь.
Может ли РНК самопроизвольно образовываться? Если они могут быть синтезированы самопроизвольно в условиях ранней Земли, тогда можно будет решить большую часть головоломки о том, как зародилась жизнь. И вот, недавно было обнаружено, что некоторые молекулы действительно могут образовывать все четыре нуклеотида в присутствии ультрафиолетового излучения или солнечного света. Первые клетки Итак, если органические молекулы и РНК могут спонтанно образовываться, то как насчет клеток? 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.
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. Разумеется, Майкл Маршалл начинает рассказ с хрестоматийного первичного бульона Александра Опарина, колоритного советского биохимика с противоречивой биографией. Согласно его гипотезе, первые подобия клеток — коацерваты — возникли сами по себе в древнем океане, который представлял собой насыщенный горячий раствор органики. Удивительно, но впервые свое предположение Опарин высказал не в научном труде, а в скромной научно-популярной брошюре. Она была озаглавлена «Возникновение жизни» и вышла в 1924 году. Хорошие идеи порой витают в воздухе — и потому могут прийти разом в две светлые головы или более. Так случилось и в этот раз — спустя всего пять лет ничего не знавший об Опарине британский эволюционист и генетик Джон Бердон Сандерсон Холдейн или попросту JBS опубликовал собственную, очень близкую гипотезу абиогенеза. Однако в ней больший акцент сделан на самокопирование протоклеток, а не их обмен веществ.