Ang teorya ng biopoiesis. Abiogenic na pinagmulan ng mga organikong monomer Buhay sa teorya ng abiogenesis

Tanong 1. Anong mga cosmic na kadahilanan sa mga unang yugto ng pag-unlad ng Earth ang mga kinakailangan para sa paglitaw ng mga organikong compound?

Sa mga unang yugto ng pag-unlad ng Earth, ang mga organikong compound ay nabuo mula sa mga di-organikong abiogenically. Ang pinagmumulan ng enerhiya para sa mga prosesong ito ay ultraviolet radiation mula sa Araw. Walang ozone o oxygen sa atmospera, kaya ang ultraviolet radiation ay hindi naantala ng anuman at umabot sa ibabaw ng planeta. Sa ilalim ng impluwensya nito, pati na rin sa pakikilahok ng mga de-koryenteng paglabas ng kidlat, ang pinakasimpleng mga organikong sangkap ay nabuo mula sa tubig at mga gas: formaldehyde, glycerin, amino acids, urea, atbp.

Tanong 2. Pangalanan ang mga pangunahing yugto ng paglitaw ng buhay ayon sa teorya ng biopoiesis.

Ayon sa teorya ng biopoiesis, na binuo noong 1947 ng English physicist at historian ng science na si John Bernal (1901-1971), tatlong yugto ng paglitaw ng buhay ay maaaring makilala:

1) abiogenic synthesis at akumulasyon ng mga organikong monomer (pagbuo ng "pangunahing sabaw");

2) ang pagbuo ng mga biological polymers at coacervates (mula sa Latin na coacervus - clot);

3) pagbuo ng mga istruktura ng lamad at pangunahing mga organismo (probionts).

Ang pangunahing lugar kung saan nagaganap ang lahat ng mga prosesong ito ay ang sinaunang karagatan.

Tanong 3. Paano nabuo ang mga coacervate, anong mga katangian ang mayroon sila, at sa anong direksyon sila umunlad?

Ang pagbuo ng mga coacervate ay magiging imposible nang walang pakikipag-ugnayan ng mga organikong sangkap sa isa't isa at sa mga hindi organikong compound. Bilang resulta ng pakikipag-ugnayang ito, nabuo ang mga lipid mula sa mga fatty acid at alkohol, mga peptide mula sa mga amino acid, at mga nucleic acid mula sa mga nucleotide. Ang mga lipid ay bumubuo ng mga pelikula sa ibabaw ng mga reservoir, at ang mga protina ay bumubuo ng mga polymer complex na natunaw sa tubig. Ang ganitong mga complex, na pinagsama sa isa't isa, ay nabuo ang mga coacervate - mga istruktura na nakahiwalay sa natitirang bahagi ng masa ng tubig. Ang mga Coacervate ay may kakayahang mag-concentrate ng iba't ibang mga sangkap sa pamamagitan ng pakikipagpalitan sa kapaligiran. Kaya, ang akumulasyon ng mga ion ng metal at ang kanilang pakikipag-ugnayan sa mga protina ay humantong sa pagbuo ng mga enzyme. Ang mga nucleic acid na nakulong sa coacervates ay may mas malaking pagkakataon na mapanatili ang kanilang istraktura at hindi masira. Ang mga Coacervate ay may ilang mga katangian ng buhay, ngunit walang sapat na mga biological na lamad upang baguhin ang mga ito sa mga unang nabubuhay na organismo.

Tanong 4. Sabihin sa amin kung paano lumitaw ang mga probiont.

Maaaring mabuo ang mga lamad ng probiont mula sa mga lipid film sa ibabaw ng mga katawan ng tubig, kung saan nakakabit ang mga coacervate na lumulutang sa tubig. Para sa ebolusyon ng buhay, ang mga coacervate na naglalaman ng hindi lamang protina, kundi pati na rin ang mga nucleic acid ay mahalaga. Sa kanilang mga complex na may mga lipid, tanging ang mga may kakayahang magparami ng sarili ng mga nucleic acid ay maaaring ituring na mga nabubuhay na organismo. Ganito lumitaw ang mga probiont - mga primitive heterotroph na nabubuhay sa mga organikong sangkap ng abiogenic na pinagmulan ("pangunahing sabaw"). Sa yugtong ito, natapos ang chemical evolution at nagsimula ang biological evolution.

Tanong 5. Ilarawan kung paano magiging mas kumplikado ang panloob na istruktura ng mga unang heterotroph.

Unti-unti, nagsimulang bumaba ang dami ng mga organikong sangkap ng abiogenic na pinagmulan. Ito ay humantong sa matinding kompetisyon sa pagitan ng mga probiont, na nagpabilis sa paglitaw ng mga autotroph na gumagamit ng enerhiya ng sikat ng araw upang lumikha ng organikong bagay. Ginamit ng mga unang autotroph ang anoxic na ruta ng photosynthesis. Nang maglaon, lumitaw ang cyanobacteria na may kakayahang photosynthesis at paglabas ng oxygen. Ang kinahinatnan ng akumulasyon ng oxygen sa atmospera ay, una, ang paglitaw ng mga aerobic na organismo, at pangalawa, ang pagbuo ng isang proteksiyon na ozone layer.

Kasabay nito, ang panloob na istraktura ng mga selula ay naging mas kumplikado, na sa huli ay humantong sa paglitaw ng mga eukaryotes. Ang ilang mga heterotroph ay pumasok sa symbiosis na may aerobic bacteria, na kumukuha sa kanila at ginagamit ang mga ito bilang "mga istasyon ng enerhiya" -sa hinaharap na mitochondria. Ang ganitong mga symbionts ay nagbunga ng mga hayop at fungi. Ang iba pang mga heterotroph, bilang karagdagan sa aerobic bacteria, ay nakakuha din ng mga autotroph-cyanobacteria, na naging mga chloroplast. Ito ay kung paano lumitaw ang mga nauna sa mga halaman.

Tanong 6. Bakit imposible ang kusang henerasyon ng buhay sa ilalim ng modernong mga kondisyon?

Ang kusang henerasyon ng buhay sa Earth ay kasalukuyang imposible, dahil sa mga kondisyon ng modernong kapaligiran na mayaman sa oxygen, ang mga organikong compound ay mabilis na nawasak, hindi maipon at hindi umabot sa kinakailangang antas ng pagiging kumplikado. Bilang karagdagan, ang hitsura ng mga coacervates at probionts ay hindi nangyayari dahil sa malaking bilang ng mga heterotroph, na napakabilis na "kumakain" ng anumang akumulasyon ng mga organikong sangkap.

Sa 20-30s ng XX siglo. Ang agham ay bumalik sa ideya ng kusang henerasyon, na isinasaalang-alang ang pagpuna na ang konsepto ng abiogenesis ay sumailalim sa ika-19 na siglo. Ang kusang pinagmulan ng buhay ay imposible sa ilalim ng modernong mga kondisyon, ngunit ito ay maaaring nangyari sa isang mahabang panahon ang nakalipas, kapag ang mga kondisyon sa Earth ay naiiba. Sa simula ng ika-20 siglo. ang umiiral na paniniwala ay ang mga organikong sangkap na pinagbabatayan ng buhay (protina, taba, carbohydrates) sa ilalim ng mga natural na kondisyon ay maaari lamang lumabas sa biogenically, i.e. sa pamamagitan ng kanilang synthesis ng mga organismo mismo. Noong twenties A.I. Eksperimento na ipinakita nina Oparin at J. Haldane na sa mga solusyon ng mga high-molecular organic compound, maaaring lumitaw ang mga zone ng mas mataas na konsentrasyon - mga coacervate drop - na sa ilang kahulugan ay kumikilos tulad ng mga buhay na bagay: kusang lumaki, naghahati at nakikipagpalitan ng bagay sa nakapalibot na likido sa pamamagitan ng isang siksik na interface.

Ang biochemist ng Sobyet na si A.I. Iminungkahi ni Oparin (1894-1980) na sa pamamagitan ng malalakas na paglabas ng kuryente sa kapaligiran ng Earth, na 4-4.5 bilyong taon na ang nakalilipas ay binubuo ng ammonia, methane, carbon dioxide at singaw ng tubig, ang pinakasimpleng mga organikong compound na kinakailangan para sa paglitaw ng buhay ay maaaring lumitaw. Hula ni A.I. Ang Oparin ay nakatanggap ng malawak na pagkilala at nakumpirma ng mga eksperimento. Lalo na sikat ang mga eksperimento nina G. Ury at S. Miller (1955), na isinagawa sa Unibersidad ng Chicago. Sa pamamagitan ng pagpasa ng mga electrical discharge na may mga boltahe hanggang 60,000 V sa pamamagitan ng pinaghalong carbon dioxide, methane, ammonia, hydrogen at water vapor sa ilalim ng presyon ng ilang pascals sa temperatura na +80 * C, nakuha nila ang pinakasimpleng fatty acid, urea, acetic at formic acids at ilang amino acids, kabilang ang glycine at alanine. Ang diagram ng aparato ni Miller ay ipinapakita sa Fig. 49 Gaya ng nalalaman, ang mga amino acid ay ang "mga bloke ng gusali" kung saan nabuo ang mga molekula ng protina. Pagkaraan ng ilang oras, pinamamahalaang ni S. Fox na ikonekta ang huli sa maikling hindi regular na mga kadena - walang template na synthesis ng polypeptides; Ang mga katulad na polypeptide chain ay aktwal na natagpuan, bukod sa iba pang simpleng organikong bagay, sa meteorite matter. Ang pang-eksperimentong katibayan ng posibilidad ng pagbuo ng mga amino acid mula sa mga inorganic na compound ay nagbigay ng mga batayan upang ipalagay na ang unang hakbang patungo sa paglitaw ng buhay sa Earth ay ang abiogenic synthesis ng mga organikong sangkap (Fig. 39).

Sa kasalukuyan, ang abiogenic synthesis ng maraming biologically mahalagang monomer ay isinasagawa sa iba't ibang mga laboratoryo. Maraming impormasyon ang nakuha tungkol sa abiogenic synthesis ng mga amino acid (Talahanayan 14). Ang mga amino acid na nakalista sa talahanayan ay nabuo sa mga pinaghalong gas o tubig ng simpleng komposisyon bilang resulta ng pagkakalantad sa iba't ibang mga mapagkukunan ng enerhiya. Sa ilang komplikasyon ng pinaghalong reaksyon sa pamamagitan ng pagpapasok dito ng C2-, C3-hydrocarbons, acetaldehyde, hydroxylamine, hydrazine at iba pang mga compound, ang pagbuo nito ay madaling nangyayari sa mga kondisyon ng primitive Earth, isang makabuluhang mas malaking bilang ng mga amino acid ang na-synthesize. , kabilang ang mga hindi pa natuklasan bilang mga produkto ng reaksyon sa mga gas at may tubig na pinaghalong simpleng komposisyon. Napatunayan sa eksperimento na halos lahat ng mga amino acid na bumubuo sa mga natural na protina ay maaaring makuha sa laboratoryo sa pamamagitan ng pagtulad sa mga kondisyon ng primitive Earth.

Ang isang mahalagang hakbang sa landas ng ebolusyon ng kemikal ay ang synthesis ng mga nucleoside at nucleotides, at pangunahin ang mga adenine. Naipakita ng American biochemist na si K. Ponnamperuma na kapag ang pag-iilaw ng UV ng isang pinaghalong may tubig na solusyon ng adenine at ribose sa temperatura na 40 degrees Celsius sa pagkakaroon ng phosphoric acid, nangyayari ang isang reaksyon ng condensation, na humahantong sa pagbuo ng adenosine. Kung ang reaksyon ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagdaragdag ng ethyl metaphosphate sa pinaghalong reaksyon, ang pagbuo ng mga nucleotide ay nagaganap din: AMP, ADP, ATP. Ang pag-andar ng mga compound ng phosphorus sa mga kemikal na synthese na ito ay dalawa: gumaganap sila ng isang catalytic na papel at maaaring direktang isama sa mga produkto ng reaksyon. Ang abiogenic synthesis ng ATP, na resulta ng ilang medyo simpleng reaksiyong kemikal, ay nagmumungkahi ng posibleng maagang paglitaw ng tambalang ito. Ang mga unang nabubuhay na istruktura ay maaaring makakuha ng ATP mula sa kapaligiran.

Ang susunod na yugto ng prebiological evolution ay ang karagdagang komplikasyon ng mga organikong compound na nauugnay sa polimerisasyon ng mga monomer. Ang lahat ng mga buhay na selula ay binubuo ng apat na pangunahing uri ng macromolecules: mga protina, nucleic acid, lipid at polysaccharides. Sa mga ito, ang mga protina at nucleic acid ay ang pinaka kumplikadong mga sangkap ng cell.

Isinagawa ni S. Fox ang abiogenic synthesis ng polypeptides na binubuo ng 18 natural na amino acid na may molecular weight na 3000 hanggang 10000 Da. Ang isang tampok ng pangunahing istraktura ng mga polimer na ito ay ang tiyak na pagkakasunud-sunod ng mga residue ng amino acid na matatagpuan sa kanila sa kadena, na marahil ay dahil sa mga tampok na istruktura ng mga amino acid mismo. Ang mga nagresultang polimer ay may maraming mga katangian na naglalapit sa kanila sa mga likas na protina: nagsilbing pinagmumulan ng nutrisyon para sa mga mikroorganismo, na-hydrolyzed ng mga proteinase, gumawa ng pinaghalong amino acid sa acid hydrolysis, nagkaroon ng catalytic na aktibidad at ang kakayahang bumuo ng mga microsystem na nahati mula sa ang kapaligiran sa pamamagitan ng mga layer sa ibabaw na tulad ng lamad. Dahil sa kanilang mahusay na pagkakapareho sa mga natural na protina, tinawag ang mga polypeptide na synthesize ng S. Fox

Tandaan!

Anong mga kemikal na elemento ang bumubuo sa mga protina at nucleic acid?

Ano ang biological polymers?

Anong mga organismo ang tinatawag na autotroph? Heterotrophs?

Teorya ng biochemical evolution. Pinakamalawak noong ika-20 siglo. nakatanggap ng teorya ng biochemical evolution, na nag-iisa na iminungkahi ng dalawang natatanging siyentipiko: ang Russian chemist na si A. I. Oparin (1894–1980) at ang English biologist na si John Haldane (1892–1964). Ang teoryang ito ay batay sa palagay na sa mga unang yugto ng pag-unlad ng Daigdig ay may mahabang panahon kung saan ang mga organikong compound ay nabuo nang abiogenically. Ang pinagmumulan ng enerhiya para sa mga prosesong ito ay ang ultraviolet radiation ng Araw, na sa oras na iyon ay hindi pinanatili ng ozone layer, dahil walang ozone o oxygen sa kapaligiran ng sinaunang Earth. Synthesized organic compounds na naipon sa sinaunang karagatan sa loob ng sampu-sampung milyong taon, na bumubuo ng tinatawag na "pangunahing sabaw", kung saan ang buhay ay malamang na lumitaw sa anyo ng mga unang primitive na organismo - probionts.

Ang hypothesis na ito ay tinanggap ng maraming mga siyentipiko mula sa iba't ibang mga bansa, at sa batayan nito noong 1947, ang English researcher na si John Desmond Bernal (1901–1971) ay bumalangkas ng modernong teorya ng pinagmulan ng buhay sa Earth, na tinatawag na ang teorya ng biopoiesis.

Tinukoy ni Bernal ang tatlong pangunahing yugto ng pinagmulan ng buhay: 1) abiogenic na paglitaw ng mga organikong monomer; 2) pagbuo ng biological polymers; 3) pagbuo ng mga istruktura ng lamad at pangunahing mga organismo (probionts). Tingnan natin kung ano ang nangyari sa bawat yugtong ito.

Abiogenic na paglitaw ng mga organikong monomer. Nagmula ang ating planeta mga 4.6 bilyong taon na ang nakalilipas. Ang unti-unting densification ng planeta ay sinamahan ng pagpapakawala ng isang malaking halaga ng init, mga radioactive compound na nabulok, at isang stream ng hard ultraviolet radiation ay nagmula sa Araw. Pagkatapos ng 500 milyong taon, ang Earth ay nagsimulang dahan-dahang lumamig. Ang pagbuo ng crust ng lupa ay sinamahan ng aktibong aktibidad ng bulkan. Mga gas na naipon sa pangunahing kapaligiran - mga produkto ng mga reaksyon na nagaganap sa bituka ng Earth: carbon dioxide (CO 2), carbon monoxide (CO), ammonia (NH 3), methane (CH 4), hydrogen sulfide (H 2 S) at marami pang iba. Ang mga naturang gas ay inilalabas pa rin sa atmospera sa panahon ng pagsabog ng bulkan.

Tubig, patuloy na sumingaw mula sa ibabaw ng Earth, condensed sa itaas na mga layer ng atmospera at muling bumagsak sa anyo ng ulan sa mainit na ibabaw ng lupa. Ang unti-unting pagbaba ng temperatura ay humantong sa mga pagbuhos ng ulan, na sinamahan ng tuluy-tuloy na mga pagkidlat-pagkulog, na tumatama sa Earth. Nagsimulang mabuo ang mga reservoir sa ibabaw ng lupa. Ang mga atmospheric gas at ang mga sangkap na nahuhugas mula sa crust ng lupa ay natunaw sa mainit na tubig. Sa kapaligiran, ang mga simpleng organikong sangkap (formaldehyde, gliserin, ilang amino acid, urea, lactic acid, atbp.) ay nabuo mula sa mga bahagi nito sa ilalim ng impluwensya ng madalas at malakas na mga paglabas ng kidlat ng kuryente, malakas na ultraviolet radiation, at aktibong aktibidad ng bulkan, na kung saan ay sinamahan ng mga paglabas ng mga radioactive compound. Dahil wala pang libreng oxygen sa atmospera, ang mga compound na ito, na pumapasok sa tubig ng pangunahing karagatan, ay hindi na-oxidized at maaaring maipon, nagiging mas kumplikado sa istraktura at bumubuo ng isang puro "pangunahing sabaw." Nagpatuloy ito sa sampu-sampung milyong taon (Larawan 135).

kanin. 135. Ang mga pangunahing yugto ng pagbuo ng buhay

Noong 1953, ang Amerikanong siyentipiko na si Stanley Miller ay nagsagawa ng isang eksperimento kung saan ginaya niya ang mga kondisyon na umiral sa Earth 4 bilyong taon na ang nakalilipas (Larawan 136). Sa halip na mga paglabas ng kidlat at ultraviolet radiation, ginamit ng siyentipiko ang isang mataas na boltahe na electrical discharge (60 thousand volts) bilang pinagmumulan ng enerhiya. Ang paglabas ng discharge sa loob ng ilang araw ay tumutugma sa dami ng enerhiya sa isang panahon na 50 milyong taon sa sinaunang Earth. Matapos ang pagtatapos ng eksperimento, natuklasan ang mga organikong compound sa itinayong pag-install: urea, lactic acid at ilang simpleng amino acid.

Pagbuo ng biological polymers at coacervates. Ang unang yugto ng biochemical evolution ay nakumpirma ng maraming mga eksperimento, ngunit kung ano ang nangyari sa susunod na yugto, ang mga siyentipiko ay maaari lamang hulaan, umaasa sa kaalaman sa kimika at molekular na biology. Tila, ang mga nagresultang organikong sangkap ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa at sa mga hindi organikong compound na pumapasok sa mga anyong tubig. Ang ilan sa kanila ay nawasak, ang mga pabagu-bagong compound ay dumaan sa kapaligiran. Ang mataas na temperatura ay nagdulot ng patuloy na pagsingaw ng tubig mula sa mga pangunahing reservoir, na humantong sa maraming konsentrasyon ng mga organikong compound. Ang mga fatty acid, na tumutugon sa mga alkohol, ay nabuo ang mga lipid, na bumubuo ng mga mataba na pelikula sa ibabaw ng mga reservoir. Ang mga amino acid ay nagsasama-sama sa isa't isa upang bumuo ng mga peptide. Ang isang mahalagang kaganapan sa yugtong ito ay ang paglitaw ng mga nucleic acid - mga molekula na may kakayahang reduplication. Naniniwala ang mga modernong biochemist na ang mga maikling RNA chain ang unang nabuo, na maaaring ma-synthesize nang nakapag-iisa, nang walang paglahok ng mga espesyal na enzyme. Ang pagbuo ng mga nucleic acid at ang kanilang pakikipag-ugnayan sa mga protina ay naging isang kinakailangang paunang kinakailangan para sa paglitaw ng buhay, na batay sa mga reaksyon ng synthesis ng matrix at metabolismo.

kanin. 136. Ang eksperimento ni S. Miller na ginagaya ang mga kondisyon ng pangunahing kapaligiran ng Earth

Naniniwala si Oparin na ang mapagpasyang papel sa pagbabago ng mga di-nabubuhay na bagay sa mga buhay na bagay ay pag-aari ng mga squirrel. Dahil sa kanilang mga tampok na istruktura, ang mga molekula na ito ay nagagawang bumuo ng mga colloidal complex na umaakit sa mga molekula ng tubig, na bumubuo ng isang uri ng shell sa paligid ng mga protina. Ang ganitong mga kumplikado, na pinagsama sa bawat isa, ay nabuo coacervates– mga istrukturang nakahiwalay sa natitirang bahagi ng masa ng tubig. Nagawa ng mga Coacervate na makipagpalitan ng mga sangkap sa kapaligiran at piliing makaipon ng iba't ibang mga compound. Ang pagsipsip ng mga metal ions ng coacervates ay humantong sa pagbuo ng mga enzyme. Ang mga protina sa coacervates ay protektado ng mga nucleic acid mula sa mga nakakapinsalang epekto ng ultraviolet radiation. Ang ganitong uri ng mga sistema ay nagtataglay na ng ilang mga katangian ng buhay, ngunit wala silang biological na lamad upang baguhin ang mga ito sa mga unang nabubuhay na organismo.

Pagbuo ng mga istruktura ng lamad at mga pangunahing organismo (probionts). Ang mga lamad ay maaaring mabuo mula sa mga lipid film na sumasaklaw sa ibabaw ng mga reservoir, kung saan ang iba't ibang mga peptides na natunaw sa tubig ay nakakabit. Kapag may mga bugso ng hangin o kapag ang reservoir ay nabalisa, ang ibabaw na pelikula ay baluktot, at ang mga bula ay maaaring masira mula dito, tumaas sa hangin at bumabalik, na natatakpan ng pangalawang lipid-peptide layer (Fig. 137). Para sa karagdagang ebolusyon ng buhay, ang mga vesicle na naglalaman ng mga coacervate na may mga protina-nucleic acid complex ay mahalaga. Ang mga biological membrane ay nagbigay ng proteksyon at independiyenteng pag-iral para sa mga coacervate, na lumilikha ng kaayusan sa mga proseso ng biochemical. Kasunod nito, tanging ang mga istrukturang iyon na may kakayahang regulasyon sa sarili at pagpaparami ng sarili ang napanatili at binago sa pinakasimpleng mga nabubuhay na organismo. Ganito sila bumangon probionts- mga primitive heterotrophic na organismo na kumakain ng mga organikong sangkap ng primordial na sabaw. Nangyari ito 3.5–3.8 bilyong taon na ang nakalilipas. Natapos na ang ebolusyon ng kemikal, dumating na ang oras biyolohikal na ebolusyon nabubuhay na bagay (tingnan).

kanin. 137. Pagbubuo ng mga istruktura ng lamad (ayon sa A. I. Oparin)

Ang mga unang organismo. Ang mga unang nabubuhay na organismo ay mga anaerobic heterotroph, walang mga istrukturang intracellular at katulad ng istraktura sa mga modernong prokaryote. Nakatanggap sila ng pagkain at enerhiya mula sa mga organikong sangkap ng abiogenic na pinagmulan. Ngunit sa panahon ng ebolusyon ng kemikal, na tumagal ng 0.5–1.0 bilyong taon, nagbago ang mga kondisyon sa Earth. Ang mga reserba ng mga organikong sangkap na na-synthesize sa mga unang yugto ng ebolusyon ay unti-unting naubos, at ang matinding kumpetisyon ay lumitaw sa pagitan ng mga pangunahing heterotroph, na pinabilis ang paglitaw ng mga autotroph.

Ang pinakaunang mga autotroph ay may kakayahang photosynthesis, iyon ay, ginamit nila ang solar radiation bilang isang mapagkukunan ng enerhiya, ngunit hindi gumawa ng oxygen. Nang maglaon ay lumitaw ang cyanobacteria na may kakayahang photosynthesis sa paglabas ng oxygen. Ang akumulasyon ng oxygen sa atmospera ay humantong sa pagbuo ng ozone layer, na nagpoprotekta sa mga pangunahing organismo mula sa ultraviolet radiation, ngunit sa parehong oras ang abiogenic synthesis ng mga organikong sangkap ay tumigil. Ang pagkakaroon ng oxygen ay humantong sa pagbuo ng mga aerobic na organismo, na bumubuo sa karamihan ng mga nabubuhay na organismo ngayon.

Kaayon ng pagpapabuti ng mga proseso ng metabolic, ang panloob na istraktura ng mga organismo ay naging mas kumplikado: isang nucleus, ribosome, at mga organel ng lamad ay nabuo, ibig sabihin, ang mga eukaryotic na selula ay lumitaw (Larawan 138). Ang ilang pangunahing heterotroph ay pumasok sa mga symbiotic na relasyon sa aerobic bacteria. Nang makuha ang mga ito, nagsimulang gamitin sila ng mga heterotroph bilang mga istasyon ng enerhiya. Ito ay kung paano lumitaw ang modernong mitochondria. Ang mga symbionts na ito ay nagbunga ng mga hayop at fungi. Ang iba pang mga heterotroph ay nakuha hindi lamang aerobic heterotrophs, kundi pati na rin ang pangunahing photosynthetics - cyanobacteria, na pumasok sa symbiosis, na bumubuo ng kasalukuyang mga chloroplast. Ito ay kung paano lumitaw ang mga nauna sa mga halaman.

kanin. 138. Posibleng landas para sa pagbuo ng mga eukaryotic organism

Sa kasalukuyan, ang mga nabubuhay na organismo ay lumitaw lamang bilang isang resulta ng pagpaparami. Ang kusang henerasyon ng buhay sa modernong mga kondisyon ay imposible para sa maraming mga kadahilanan. Una, sa oxygen na kapaligiran ng Earth, ang mga organikong compound ay mabilis na nawasak, kaya hindi sila maaaring maipon at mapabuti. At pangalawa, sa kasalukuyan mayroong isang malaking bilang ng mga heterotrophic na organismo na gumagamit ng anumang akumulasyon ng mga organikong sangkap para sa kanilang nutrisyon.

Suriin ang mga tanong at takdang-aralin

1. Anong mga cosmic factor sa mga unang yugto ng pag-unlad ng Earth ang mga kinakailangan para sa paglitaw ng mga organic compound?

2. Pangalanan ang mga pangunahing yugto ng pinagmulan ng buhay ayon sa teorya ng biopoiesis.

3. Paano nabuo ang mga coacervate, anong mga katangian ang mayroon sila, at sa anong direksyon sila umunlad?

4. Sabihin sa amin kung paano lumitaw ang mga probiont.

5. Ilarawan kung paano magiging mas kumplikado ang panloob na istraktura ng mga unang heterotroph.

6. Bakit imposible ang kusang henerasyon ng buhay sa ilalim ng modernong mga kondisyon?

<<< Назад

Pasulong >>>

Para sa mga taong gustong patuloy na mapabuti, matuto ng isang bagay at patuloy na matuto ng bago, espesyal naming ginawa ang kategoryang ito. Naglalaman ito ng eksklusibong pang-edukasyon, kapaki-pakinabang na nilalaman na tiyak na masisiyahan ka. Ang isang malaking bilang ng mga video ay maaaring maging karibal kahit na ang edukasyon na ibinibigay sa atin sa paaralan, kolehiyo o unibersidad. Ang pinakamalaking bagay tungkol sa mga video ng pagsasanay ay sinusubukan nilang magbigay ng pinakabago, pinakanauugnay na impormasyon. Ang mundo sa paligid natin sa panahon ng teknolohiya ay patuloy na nagbabago, at ang mga naka-print na publikasyong pang-edukasyon ay walang oras upang magbigay ng pinakabagong impormasyon.

Kabilang sa mga video maaari ka ring makahanap ng mga pang-edukasyon na video para sa mga batang preschool. Doon ang iyong anak ay tuturuan ng mga titik, numero, pagbibilang, pagbabasa, atbp. Sumang-ayon, isa itong napakagandang alternatibo sa mga cartoon. Para sa mga mag-aaral sa elementarya maaari ka ring makahanap ng pagsasanay sa wikang Ingles at tulong sa pag-aaral ng mga paksa sa paaralan. Para sa mas matatandang mga mag-aaral, ang mga video na pang-edukasyon ay ginawa na makakatulong sa iyong maghanda para sa mga pagsusulit, pagsusulit, o palalimin lamang ang iyong kaalaman sa isang partikular na paksa. Ang nakuhang kaalaman ay maaaring magkaroon ng husay na epekto sa kanilang potensyal sa pag-iisip, at magpapasaya din sa iyo ng mahusay na mga marka.

Para sa mga kabataang nakapagtapos na ng pag-aaral, nag-aaral o hindi nag-aaral sa unibersidad, maraming mga kaakit-akit na educational videos. Matutulungan nila silang mapalalim ang kanilang kaalaman sa propesyon na kanilang pinag-aaralan. O kumuha ng propesyon, gaya ng programmer, web designer, SEO optimizer, atbp. Ang propesyon na ito ay hindi pa itinuturo sa mga unibersidad, kaya maaari kang maging isang espesyalista sa advanced at nauugnay na larangan na ito lamang sa pamamagitan ng self-education, na sinusubukan naming tulungan sa pamamagitan ng pagkolekta ng mga pinakakapaki-pakinabang na video.

Para sa mga may sapat na gulang, ang paksang ito ay may kaugnayan din, dahil madalas na nangyayari na pagkatapos magtrabaho sa isang propesyon sa loob ng maraming taon, naiintindihan mo na hindi ito bagay sa iyo at nais mong matuto ng isang bagay na mas angkop para sa iyong sarili at sa parehong oras kumikita. Kabilang din sa kategoryang ito ng mga tao, madalas mayroong mga video sa uri ng pagpapabuti ng sarili, pagtitipid ng oras at pera, pag-optimize ng kanilang buhay, kung saan sila ay nakakahanap ng mga paraan upang mamuhay ng mas mabuti at mas maligayang buhay. Kahit na para sa mga nasa hustong gulang, ang paksa ng paglikha at pagbuo ng iyong sariling negosyo ay napaka-angkop.

Kabilang din sa mga video na pang-edukasyon ay may mga video na may pangkalahatang pokus na angkop para sa halos anumang edad sa kanila maaari mong malaman ang tungkol sa kung paano nagsimula ang buhay, kung anong mga teorya ng ebolusyon ang umiiral, mga katotohanan mula sa kasaysayan, atbp. Perpektong pinalalawak nila ang mga abot-tanaw ng isang tao, ginagawa siyang mas matalino at kaaya-ayang intelektwal na kausap. Ang mga ganitong pang-edukasyon na video ay talagang kapaki-pakinabang para sa lahat na panoorin, nang walang pagbubukod, dahil ang kaalaman ay kapangyarihan. Nais namin sa iyo ng isang kaaya-aya at kapaki-pakinabang na panonood!

Sa panahon ngayon, kailangan lang maging tinatawag na "on the wave". Ito ay tumutukoy hindi lamang sa balita, kundi pati na rin sa pag-unlad ng sariling isip. Kung nais mong umunlad, galugarin ang mundo, maging in demand sa lipunan at maging kawili-wili, kung gayon ang seksyong ito ay para lamang sa iyo.

Ang hypothesis ng pinagmulan ng buhay sa Earth, na iminungkahi ng sikat na Russian biochemist Academician A. I. Oparin (1894-1980) at ang English biochemist na si J. Haldane (1892-1964), ay nakatanggap ng pinakamalaking pagkilala at pamamahagi noong ika-20 siglo. Ang kakanyahan ng kanilang hypothesis, na binuo nila nang nakapag-iisa sa bawat isa noong 1924-1928. at binuo sa kasunod na mga panahon, bumulusok hanggang sa pagkakaroon sa Earth ng mahabang panahon ng abiogenic na pagbuo ng isang malaking bilang ng mga organic compound. Ang mga organikong sangkap na ito ay puspos ng mga sinaunang karagatan, na bumubuo (ayon kay J. Haldane) ang tinatawag na "pangunahing sabaw". Kasunod nito, dahil sa maraming proseso ng lokal na pagbabaw at pagkatuyo ng mga karagatan, ang konsentrasyon ng "pangunahing sabaw" ay maaaring tumaas ng sampu at daan-daang beses. Ang mga prosesong ito ay nangyari laban sa background ng matinding aktibidad ng bulkan, madalas na paglabas ng kidlat sa kapaligiran at malakas na cosmic radiation. Sa ilalim ng mga kundisyong ito, maaaring mangyari ang unti-unting komplikasyon ng mga molekula ng mga organikong sangkap, ang paglitaw ng mga simpleng protina, polysaccharides, lipid, at mga nucleic acid. Sa paglipas ng maraming daan at libong taon, maaari silang bumuo ng mga kumpol ng mga organikong sangkap (coacervates). Sa ilalim ng mga kondisyon ng pagbawi, ang mga coacervate ay hindi nawasak, unti-unti silang naging mas kumplikado, at sa isang tiyak na punto sa kanilang pag-unlad ang mga unang primitive na organismo (probionts) ay maaaring mabuo mula sa kanila. Ang hypothesis na ito ay tinanggap at higit na binuo ng maraming mga siyentipiko mula sa iba't ibang mga bansa, at noong 1947 ang Ingles na siyentipiko na si John Bernal ay bumalangkas ng hypothesis ng biopoiesis. Tinukoy niya ang tatlong pangunahing yugto sa pagbuo ng buhay: 1) abiogenic na paglitaw ng mga organikong monomer; 2) pagbuo ng biological polymers; 3) pag-unlad ng mga istruktura ng lamad at ang mga unang organismo.

Isaalang-alang natin sa madaling sabi ang mga proseso at yugto ng biopoiesis.

Ang unang yugto ng biopoiesis ay isang serye ng mga proseso na tinatawag na chemical evolution, na humantong sa paglitaw ng mga probiont - ang unang nabubuhay na nilalang. Ang tagal nito ay tinatantya ng iba't ibang mga siyentipiko mula 100 hanggang 1000 milyong taon. Ito ang prehistory ng buhay sa ating planeta.

Abiogenic biosynthesis ng mga organikong compound

Ang Earth bilang isang planeta ay bumangon mga 4.5 bilyong taon na ang nakalilipas (ayon sa iba pang mga mapagkukunan - mga 13 bilyong taon na ang nakalilipas, ngunit wala pa silang matibay na ebidensya). Ang paglamig ng Earth ay nagsimula mga 4 na bilyong taon na ang nakalilipas, at ang edad ng crust ng mundo ay tinatayang nasa humigit-kumulang 3.9 bilyong taon. Sa puntong ito, nabuo din ang karagatan at ang pangunahing kapaligiran ng Earth. Ang mundo sa oras na ito ay medyo mainit-init dahil sa paglabas ng init sa panahon ng solidification at pagkikristal ng mga crustal na bahagi at aktibong aktibidad ng bulkan. Ang tubig ay nasa isang estado ng singaw sa loob ng mahabang panahon, sumingaw mula sa ibabaw ng Earth, namumuo sa itaas na mga layer ng atmospera at bumabagsak muli sa mainit na ibabaw. Ang lahat ng ito ay sinamahan ng halos palagiang pagkulog at pagkidlat na may malalakas na paglabas ng kuryente. Nang maglaon, nagsimulang mabuo ang mga reservoir at pangunahing karagatan. Ang sinaunang kapaligiran ng Earth ay hindi naglalaman ng libreng oxygen at puspos ng mga bulkan na gas, na kinabibilangan ng mga oxide ng asupre, nitrogen, ammonia, carbon oxide at dioxide, singaw ng tubig at isang bilang ng iba pang mga bahagi. Ang malakas na cosmic radiation at solar radiation (wala pang ozone layer sa atmospera), madalas at malakas na mga paglabas ng kuryente, aktibong aktibidad ng bulkan, na sinamahan ng pagpapalabas ng malalaking masa ng mga radioactive na bahagi, na humantong sa pagbuo ng mga organikong compound tulad ng formaldehyde, formic acid, urea, lactic acid, glycerin, glycine, ilang simpleng amino acids, atbp. Dahil walang libreng oxygen sa atmospera, ang mga compound na ito ay hindi nag-oxidize at maaaring maipon sa mainit at kahit kumukulong tubig at unti-unting nagiging mas kumplikado sa istraktura , na bumubuo ng tinatawag na "pangunahing sabaw." Ang tagal ng mga prosesong ito ay maraming milyon at sampu-sampung milyong taon. Ito ay kung paano natanto ang unang yugto ng biopoiesis - ang pagbuo at akumulasyon ng mga organikong monomer.

Yugto ng polimerisasyon ng mga organikong monomer

Ang isang makabuluhang bahagi ng mga nagresultang monomer ay nawasak sa ilalim ng impluwensya ng mataas na temperatura at maraming mga kemikal na reaksyon na naganap sa "pangunahing sabaw." Ang mga pabagu-bagong compound ay dumaan sa atmospera at halos nawala sa mga anyong tubig. Ang panaka-nakang pagpapatuyo ng mga anyong tubig ay humantong sa isang manifold na pagtaas sa konsentrasyon ng mga dissolved organic compounds. Laban sa background ng mataas na aktibidad ng kemikal ng kapaligiran, naganap ang mga proseso ng komplikasyon ng mga compound na ito, at maaari silang pumasok sa mga compound sa bawat isa (mga reaksyon ng condensation, polymerization, atbp.). Ang mga fatty acid, na pinagsama sa mga alkohol, ay maaaring bumuo ng mga lipid at bumuo ng mga fatty film sa ibabaw ng mga anyong tubig. Ang mga amino acid ay maaaring pagsamahin sa isa't isa upang bumuo ng lalong kumplikadong mga peptide. Ang iba pang mga uri ng compound ay maaari ding mabuo - mga nucleic acid, polysaccharides, atbp. Ang mga unang nucleic acid, tulad ng pinaniniwalaan ng mga modernong biochemist, ay maliliit na RNA chain, dahil ang mga ito, tulad ng oligopeptides, ay maaaring ma-synthesize nang kusang sa isang kapaligiran na may mataas na nilalaman ng mineral. mga bahagi, nang walang paglahok ng mga enzyme . Ang mga reaksyon ng polimerisasyon ay maaaring kapansin-pansing maisaaktibo na may makabuluhang pagtaas sa konsentrasyon ng solusyon (pagpatuyo ng reservoir) at kahit na sa basang buhangin o kapag ang mga reservoir ay ganap na natuyo (ang posibilidad ng naturang mga reaksyon na nagaganap sa isang tuyong estado ay ipinakita ng Amerikanong biochemist na si S. Fox). Ang mga kasunod na pag-ulan ay natunaw ang mga molekula na na-synthesize sa lupa at dinala ang mga ito gamit ang mga agos ng tubig sa mga reservoir. Ang ganitong mga proseso ay maaaring maging paikot sa kalikasan, na humahantong sa mas malaking pagiging kumplikado ng mga organikong polimer.

Pagbuo ng coacervates

Ang susunod na yugto sa pinagmulan ng buhay ay ang pagbuo ng mga coacervates, iyon ay, malalaking akumulasyon ng mga kumplikadong organikong polimer. Ang mga sanhi at mekanismo ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay hindi pa rin malinaw. Ang mga coacervate ng panahong ito ay isang mekanikal na halo pa rin ng mga organikong compound, na walang anumang mga palatandaan ng buhay. Sa ilang mga punto sa oras, ang mga koneksyon ay lumitaw sa pagitan ng mga molekula ng RNA at peptides, na nakapagpapaalaala sa mga reaksyon ng synthesis ng protina ng matrix. Gayunpaman, hindi pa rin malinaw kung paano na-encode ng RNA ang synthesis ng peptides. Nang maglaon, lumitaw ang mga molekula ng DNA, na, dahil sa pagkakaroon ng dalawang helice at ang posibilidad ng mas tumpak (kumpara sa RNA) na pagkopya sa sarili (pagtitiklop), ay naging pangunahing carrier ng peptide synthesis, na nagpapadala ng impormasyong ito sa RNA. Ang mga ganitong sistema (coacervates) ay kahawig na, ngunit hindi pa ganoon, dahil wala silang inayos na panloob na istraktura na likas sa mga nabubuhay na organismo at hindi nagagawang magparami. Pagkatapos ng lahat, ang ilang mga reaksyon ng peptide synthesis ay maaari ding mangyari sa noncellular homogenates.

Ang paglitaw ng mga biological membrane

Imposible ang ordered biological structures kung walang biological membranes. Samakatuwid, ang susunod na yugto sa pagbuo ng buhay ay ang pagbuo ng tiyak na mga istrukturang ito, na naghihiwalay at nagpoprotekta sa mga coacervate mula sa kapaligiran, na nagiging mga autonomous formations. Ang mga lamad ay maaaring nabuo mula sa mga lipid film na lumitaw sa ibabaw ng mga anyong tubig. Ang mga peptide na dala ng ulan ay dumadaloy sa mga anyong tubig o nabuo sa mga anyong ito ng tubig ay maaaring ikabit sa mga molekulang lipid. Kapag nabalisa ang mga anyong tubig o bumagsak ang ulan sa ibabaw ng mga ito, maaaring lumitaw ang mga bula na napapalibutan ng mga compound na parang lamad. Para sa paglitaw at ebolusyon ng buhay, ang mga vesicle na nakapaligid sa coacervates na may mga protina-nucleotide complex ay mahalaga. Ngunit ang gayong mga pormasyon ay hindi pa nabubuhay na mga organismo.

Ang paglitaw ng probionts - ang unang self-reproducing organisms

Tanging ang mga coacervate na may kakayahang mag-regulasyon sa sarili at pagpaparami ng sarili ang maaaring maging mga buhay na organismo. Kung paano lumitaw ang mga kakayahan na ito ay hindi pa rin malinaw. Ang mga biological membrane ay nagbigay ng awtonomiya at proteksyon sa mga coacervate, na nag-ambag sa paglitaw ng makabuluhang kaayusan sa mga biochemical na reaksyon na nagaganap sa mga katawan na ito. Ang susunod na hakbang ay ang paglitaw ng pagpaparami sa sarili, nang ang mga nucleic acid (DNA at/o RNA) ay nagsimula hindi lamang upang matiyak ang synthesis ng mga peptides, kundi pati na rin sa tulong nito upang ayusin ang mga proseso ng pagpaparami ng sarili at metabolismo. Ito ay kung paano lumitaw ang isang cellular na istraktura na may metabolismo at ang kakayahang magparami mismo. Ang mga anyong ito ang napangalagaan sa pamamagitan ng proseso ng natural selection. Ito ay kung paano naging mga unang nabubuhay na organismo ang coacervates - mga probiont.

Ang yugto ng ebolusyon ng kemikal ay natapos na, at ang yugto ng biyolohikal na ebolusyon ng bagay na may buhay ay nagsimula na. Nangyari ito 3.5-3.8 bilyong taon na ang nakalilipas. Ang hitsura ng isang buhay na cell ay ang unang pangunahing aromorphosis sa ebolusyon ng organikong mundo.

Ang mga unang nabubuhay na organismo ay malapit sa istraktura sa mga prokaryote wala pa silang malakas na pader ng selula at anumang mga istrukturang intracellular (sila ay natatakpan ng isang biological na lamad, ang mga panloob na liko na nagsisilbing mga istruktura ng selula). Marahil ang mga unang probiont ay may namamana na materyal na kinakatawan ng RNA, at ang mga genome na may DNA ay lumitaw nang maglaon sa proseso ng ebolusyon. May isang opinyon na ang karagdagang ebolusyon ng buhay ay nagmula sa isang karaniwang ninuno, kung saan nagmula ang mga unang prokaryote. Ito ang nagsisiguro ng malaking pagkakatulad sa istruktura ng lahat ng prokaryote, at kasunod na mga eukaryote.

Ang imposibilidad ng kusang henerasyon ng buhay sa mga modernong kondisyon

Ang tanong ay madalas itanong: bakit ang kusang henerasyon ng mga nabubuhay na nilalang ay hindi nangyayari sa kasalukuyang panahon? Pagkatapos ng lahat, kung ang mga buhay na organismo ay hindi lilitaw ngayon, kung gayon sa anong batayan tayo makakalikha ng mga hypotheses tungkol sa pinagmulan ng buhay sa malayong nakaraan? Nasaan ang criterion para sa posibilidad ng hypothesis na ito? Ang mga sagot sa mga tanong na ito ay maaaring ang mga sumusunod: 1) ang hypothesis sa itaas ng biopoiesis sa maraming paraan ay isang lohikal na konstruksyon lamang, hindi pa ito napatunayan, naglalaman ng maraming kontradiksyon at hindi malinaw na mga punto (bagaman mayroong maraming data, parehong paleontological at pang-eksperimentong, na nagpapahintulot sa amin na ipagpalagay na tiyak ang gayong pag-unlad ng biopoiesis ); 2) ang hypothesis na ito, kasama ang lahat ng hindi kumpleto nito, gayunpaman ay sinusubukang ipaliwanag ang paglitaw ng buhay batay sa mga tiyak na makalupang kondisyon, at ito ay tiyak kung saan ang halaga nito ay namamalagi; 3) ang pagbuo sa sarili ng mga bagong nilalang sa kasalukuyang yugto ng pag-unlad ng buhay ay imposible para sa mga sumusunod na kadahilanan: a) ang mga organikong compound ay dapat na umiiral nang mahabang panahon sa anyo ng mga kumpol, unti-unting nagiging mas kumplikado at nagbabago; sa mga kondisyon ng oxidizing na kapaligiran ng modernong Earth ito ay imposible, mabilis silang masisira; b) sa modernong mga kondisyon mayroong maraming mga organismo na maaaring napakabilis na gumamit ng kahit na menor de edad na akumulasyon ng mga organikong sangkap para sa kanilang nutrisyon.