Головна
ГоловнаЕкологіяЗагальна екологія → 
« Попередня Наступна »
А.В. Гапоненко. Загальна екологія. Лекції для студентів I курсу, 2006 - перейти до змісту підручника

БІОХІМІЧНА еволюції живих організмів.

Теорій виникнення протобіополімеров - основи життя на Землі кілька. Розглянемо найбільш найважливіші з них.

Теорія панспермії.

Даною точки зору дотримувалися Арреніус, Гельмгольц, Берг, Вернадський, мікробіолог Заварзін.

Згідно даної точки зору життя зародилося в космосі і перші живі істоти були привнесені на Землю з космосу разом з космічним пилом, метеоритами. Таким чином, життя на Землі існує стільки, скільки існує сама планета.

Однак постає питання, де з'явилася перша життя? На думку мікробіологів, життя могло виникнути в космосі, в межах Сонячної системи (космо-хімічна теорія). Ця хімічна, а потім біологічна еволюція відбувалася до утворення Землі.

Доказом є порівняльний аналіз речовини космосу і Землі: основними хімічними елементами всюди є О, Н, С, N.

Концентрація речовини в космосі дуже мала, тому, ймовірно, перші елементи життя пов'язані з космічним пилом, яка має наступну будову:

Під впливом ультрафіолетових променів, яких в космосі дуже багато, могли протікати хімічні та біологічні процеси. У метеоритах знайдені вуглеводні: пуринів, піримідинів, амінокислоти. Вперше органічні речовини в метеоритах виділені Берцелиусом. Життя на поверхню Землі могли доставляти і комети. Хімічний склад комет заперечує це. Органічні речовини в «замороженому» стані в метеоритах і кометах могли залишатися необмежено довгий час і, потрапивши на Землю, за сприятливих умов могли продовжити розвиток.

Аргументи проти даної теорії: *

тривале перебування в холоді має бути згубно, але експерименти підтверджують, що зародки простих мікроорганізмів протягом 6 міс. переживають температуру-200оС; *

ультрафіолетові промені згубні для в сього живого, але у відсутності кисню складні органічні сполуки можуть існувати не руйнуючись при жорсткому ультрафіолетовому випромінюванні; *

проходження метеоритів через атмосферу викликає значне підвищення температури, метеорити оплавляються, але є дані, що мікроорганізми можуть переносити високі температури і вони цілком могли зберегтися усередині метеоритів.

Таким чином, немає фактів, які доводять повну неспроможність цієї теорії.

Термічна теорія.

Реакції конденсації, які привели б до утворення полімерів з низькомолекулярних попередників, можуть здійснюватися шляхом нагрівання. Найбільш добре вивчений синтез поліпептидів. Ідея термічного синтезу поліпептидів належить американському вченому С. Фоксу, який тривало вивчав можливості утворення поліпептидів в умовах, що існували на первісній Землі.

Якщо суміш амінокислот нагріти до 180-2000 С при нормальних атмосферних умовах або в інертному середовищі, то утворюються продукти розщеплення, невеликі олігомери, в яких мономери з'єднані пептидними зв'язками, а також малі кількості поліпептидів. Поліпептиди, отримані термічним шляхом з амінокислот, - протеіноіди - проявляють багато специфічні властивості біополімерів протеїнового типу. Однак, більш складні структури отримати не вдалося. Чи не висунуті обгрунтовані теоретичні шляхи даного процесу.

Низькотемпературна теорія.

Автори - румунські вчені К. Сімонеску і Ф. Денеш, провідне значення як джерело енергії відводять енергії холодної плазми.

Холодна плазма широко поширена в природі. Деякі вчені вважають що 99% Всесвіту знаходяться в стані холодної плазми. На сучасній Землі вона представлена у вигляді блискавок, північних сяйв, іоносфери. На абиотической Землі цей вид енергії був здатний перетворювати молекули у вільні радикали, активні в хімічному відношенні. В результаті експериментів з холодною плазмою авторами теорії були отримані окремі мономери, полімери пептидного типу та ліпіди.

Теорія адсорбції.

Основним контраргументом в суперечках про абіогенне виникненні полімерних структур є концентраційний бар'єр і брак енергії для конденсації мономерів в розведених розчинах.

Дійсно, за деякими оцінками концентрація органічних молекул в «первинному бульйоні» становила близько 1%, що не могло забезпечити протікання реакцій полімеризації або поліконденсації в швидкі терміни, як це сталося на Землі за оцінками деяких учених. Одне з рішень цього питання, пов'язане з переборення концентраційного бар'єру, було запропоновано Дж. Д. Берналом, що вважали, що концентрування розведених розчинів відбувається шляхом «адсорбції в прісноводних чи морських відкладеннях дуже тонких глин».

У результаті взаємодії речовин у процесі адсорбції деякі зв'язки послаблюються і рвуться, інші виникають, що призводить до руйнування одних і утворення інших речовин.

Коацерватной теорія.

У 1924р. Виходить у світ книга А.І. Опаріна «Походження життя», в якій він висуває гіпотезу, що походження життя на землі є результат тривалого еволюційного процесу на самій Землі. Зараз зародження життя не можливо, бо всі екологічні ніші зайняті і є кисень - сильний окислювач.

У 1929р. Виходить стаття Дж. Холдейна, де він незалежно від Опаріна приходить до таких же результатів. Але пріоритет відкриття Опаріна однозначний.

Опарін вважає, що життя на Землі могло виникнути абіогенним шляхом. Перші живі організми були гетеротрофами. Це могло статися за наявності певних хімічних речовин, джерел енергії, відсутності газоподібного кисню і за наявності безмежно тривалого часу.

Ймовірність самозародження життя на Опаріна 1/1000 випадків на рік, але часу було достатньо від виникнення Землі до появи перших прокаріотів (1 млрд років).

Опарін виділив 4 етапи виникнення життя на Землі.

1 етап. Освіта органічних речовин.

Спочатку маса Землі була розпечена, поступово вона остигала. У цей час вуглець з'єднувався з металами з утворенням карбідів:

С + Ме (Ni, Fe) = карбіду (виявлені в метеоритах).

У первинній атмосфері Землі були C, H, N.

C + 4H = CH4

C + N = CN

N + 3H = NH3

O2 + 2H2 = 2 H2O

C + O2 = CO2

Спектральні дослідження показали, що ці речовини присутні на сонці і інших зірках. Вільний кисень був відсутній. У міру остигання пари води могли конденсуватися з утворенням первинних водойм.

Джерелами енергії для первинної хімічної еволюції могли служити: *

розпад К40; *

ультрафіолетове випромінювання; *

вулканізм; *

удари метеоритів; *

блискавки.

У водному середовищі під впливом цих видів енергії могли з'явитися спирти, альдегіди, кислоти.

Гіпотеза Опаріна викликала багато суперечок і наукових досліджень.

У 1953р. Міллер сконструював спеціальну установку і провів наступні експерименти. Через суміш газів CH4, NH3, H2O і H2 він пропускав електричний струм. До кінця тижня були отримані амінокислоти аланін і глутамін.

Оро провів подібний експеримент, використовуючи як енергії ультрафіолетове випромінювання при високій температурі і отримав урацил, рибозу і дезоксирибозу.

Теорію Опаріна підтверджують і палеонтологічні дані. Перші органічні молекули знайдені в шарах, відповідних віку 3,8 млрд років тому.

2 етап. Полімеризація мономерів.

Довести полімеризацію в природних умовах важко, тому що полімери легко руйнуються. Тобто реакції полімеризації і поліконденсації могли йти тільки при м'яких умовах реакції при наявності каталізаторів. Ними могли бути ціаніди.

Дані реакції за пропозицією Дж. Д. Бернала могли здійснюватися на кордоні земля - вода, на скупченнях глин, які є чудовими адсорбентами. Багато видів глин ефективно адсорбують цукру, азотисті основи, кислоти. При високій концентрації потенційних мономерів при наявності зовнішньої енергії могли протікати процеси полімеризації.

3 етап. Поява коацерватов.

Молекули перший органічних сполук, в т.ч. і білків, перебували в розчинах. Вони утворювали колоїдний розчин. При змішуванні різних колоїдних розчинів виникали фазово-відокремлені органічні системи - краплі білків, що відрізняються один від одного - коацерватние краплі, які мають якусь структурну оболонку, утворену певним чином орієнтованими молекулами.

Ця оболонка відокремлює краплю від зовнішнього середовища, перетворюючи її на дискретну одиницю, що містить набір хімічних речовин, відмінний від зовнішнього середовища. Через цю оболонку можливий обмін речовин між коацерватів і зовнішнім середовищем за типом відкритих систем. Усередині коацерватов під дією каталізаторів могла відбуватися самосборка полімерних молекул в многомолекулярние фазово-відокремлені освіти - видимі під оптичним мікроскопом краплі. У них зосереджується більшість полімерних молекул, тоді як навколишнє середовище майже їх позбавлена. Коацервати можуть об'єднуватися, утворюючи більш складні структури, поглинати менші, ділитися на дочірні освіти. Таким чином, виникає найпростіший метаболізм. Речовина входить в краплю, полімеризується, обумовлюючи зростання системи, а при його розпаді продукти цього розпаду виходять у зовнішнє середовище, де їх раніше не було.

Важливо те, що в залежність від досконалості внутрішньої організації крапель одні з них можуть рости швидко, тоді як інші, перебуваючи в тому ж середовищі, уповільнені в своєму зростанні або піддаються розпаду. Таким чином, на моделі коацерватних крапель А.І Опаріну і його співробітникам вдалося експериментально показати предбиологический відбір, тобто зачатки природного відбору, який надалі з'явився рушійною силою всього еволюційного процесу.

Дослідження Опаріна підтверджені іншими вченими. Це «бульбашки» Гольдейкера, «мікросфери» Фокса, «джейвану» Бахадура. «Пробіонти» Егамі і багато інших.

4 етап. Виникнення матричного синтезу.

Грань, що відокремлює преджізні від життя - виникнення матричного синтезу. До цього моменту існували індивідууми, з появою матричного синтезу можна говорити про популяціях.

Синтез білків зазнавав еволюційні зміни.

Спочатку складання білків йшла на РНК, що знаходяться в цитоплазмі клітин. Це найпростіший спосіб, але при ньому не гарантувалося рівномірний розподіл інформації між дочірніми клітинами, тобто частина ознак могла зникнути з популяції.

Більш прогресивний спосіб виник з появою ДНК. ДНК були більш стійкими молекулами, оскільки мали двуцепочечной будову. На першому етапі РНК і ДНК конкурували і можливо еволюція пішла по дивергентному шляху. ДНК стала спеціалізуватися на самовідтворення, РНК - синтезі білків. ДНК влаштувалася в ядрі, РНК - в цитоплазмі. Утворилися 2 системи синтезу:

- синтез поліпептидів - відносно не точний;

- синтез білків - дуже точний.

Поступово виникла система генетичного коду, коли триплет нуклеотидів кодував амінокислоту. З появою примітивного генетичного апарату володіли їм протоклетки змогли передавати всім своїм нащадкам здатність синтезувати специфічні поліпептиди. Утворюються з них лінії давали сімейства споріднених протоклеток з успадкованими властивостями, які піддавалися природному відбору.

Перші живі організми були гетеротрофних і використовували готові органічні речовини первинного бульйону. Автотрофи швидше за все походять від гетеротрофов на наступному етапі еволюції. Причиною стало зменшення кількості готових органічних речовин в первинному бульйоні, т.к. збільшилася кількість протобионтов, а пізніше перших живих організмів. Це загострило конкуренцію перевага стали мати живі організми, що використовують альтернативні джерела енергії. Таким невичерпним джерелом енергії став сонячне світло. Спочатку це була ультрафіолетова частина спектра, пізніше, з появою кисню, в атмосфері почав формуватися озоновий екран - перешкода для ультрафіолетового випромінювання і перевагу отримали організми, що мають каталізатори, що дозволяють використовувати видиму частину спектра для здійснення окислювально-відновних реакцій. Виник фотосинтез. Це призвело до ще більшого збільшення вмісту кисню в атмосфері і виникнення процесу дихання. Накопичення кисню в атмосфері також призвело до закінчення абіогенного синтезу. 2.1.10.

« Попередня Наступна »
= Перейти до змісту підручника =
Інформація, релевантна " БІОХІМІЧНА еволюції живих організмів. "
  1. I. Необхідність подальшого тлумачення
    організмом і його середовищем. Ми повинні вказати фізичний процес, за допомогою якого зовнішнє відношення, постійно діюче на організм, викликає в цьому організмі приспособительное внутрішнє
  2. I. Попереднє пояснення
    еволюції, вчить, що вони виникли поступово і під впливом факторів, подібних тим, які ми звичайно спостерігаємо. Обидві гіпотези припускають невідому Причину. Подивимося, яка з них краще узгоджується з встановленими
  3. X. Внутрішні Фактори
      еволюції взагалі, ми вказали вельми побіжно на основні риси і причини змін, що становлять органічну еволюцію. Тепер потрібно буде розглянути деякі випливають звідси процеси, що відбуваються одночасно і у індивідів, і у видів. § 154. Закон нестійкості однорідного (Основні Почала, § 149 155) має тут троїстий королларій. Розглянутий у зв'язку з постійно
  4. VIII. Чим обумовлена органічна Еволюція?
      еволюції. § 144. Ідея de Mailtet (1735), що суперечила догматам його часу, була великим кроком вперед. Перш ніж ми дізнаємося, яким чином організовані істоти поступово розвинулися, потрібно дійти до переконання, що вони дійсно поступово розвинулися; і це переконання було досягнуто. Дикі поняття de Mai I let про те, яким чином природні агенти виробили рослини і тварин, не
  5. Системи Органів
      еволюції соціальних організмів представляють, в принципі, аналогічне явище. Виникає клас панів, які в якості воїнів виконують оборонну і наступальну діяльність і, таким чином, спеціально знаходяться у зв'язках з оточуючими діячами; виникає також клас рабів, які виконують внутрішні діяльності, спрямовані до підтримання всього суспільства, тобто перш за все їх
  6. IV. Доводи з класифікації
      еволюції? § 123. Вражаючим обставиною є те, що натуралісти поступово змушені були розподілити організми по групам, що входять до складу великих груп, і що це є саме те розподіл, який є наслідком походження через розмноження, як у окремих родин, так і серед людських рас. § 124. Та обставина, що між самими маленькими
  7. VI. Доводи з Морфології
      еволюції. Не може бути випадковим те обставина, що бабка, сонечко, метелик, блоха і комар - всі ці тварини мають по двадцять сегментів. Деякі відхилення від цього плану, наприклад у павуків і кліщів, що мають менше двадцяти сегментів, завдаючи удару теорії приречення, приводять до висновку, що органічні форми виникли із загального кореня шляхом постійних розбіжностей. § 134.
  8. 2.14.5. Нерівномірність історичного розвитку. Суперіорние і інферіорние соціори. Історичні світи
      еволюції. Вони знаходяться на магістралі історичного розвитку, є магістрал'ниті. Багато хто (але не всі) інферіорние соціоісторіческіе організми належать до типів, які раніше перебували на магістралі всесвітньо-історичного розвитку. З появою більш високого типу вони з магістральних перетворилися на колишні магістральні (Ексмо-гістрая'ние). Такий підрозділ соціоісторіческіх
  9. 7.2. Еволюція видів і біосфери
      еволюції життя Вернадський розвивав з точки зору процесів біохімії, чому свідчення доповідь, прочитаний ним в 1928 р. [32, с. 116]. З метою оцінки цих процесів вводилися константи: 1) середньої ваги організму, 2) його середній елементарний хімічний склад, 3) середня геохимическая енергія, вимірювана величиною міграції хімічних елементів в середовищі його життя. При цьому підкреслюється, що
  10. 2.14.7. Суперіорізація
      організму. У деяких випадках він перетворюється на соціоісторіческій організм того ж типу, що й впливають на нього, І.Е. піднімається на найвищу для даної епохи стадію розвитку. Подібного роду трансформацію інферіорних соціоров в суперіорние можна назвати, формаційним підтягуванням, формаціонньм піднесенням, або суперіорізація. Якщо інферіорний соціор належав до стадіального типу,
  11. I. Завдання Морфології
      еволюції у всіх цих явищах. Фактори двох родів повинні бути прийняті до уваги Фактори першого класу суть ті, які прямо прагнуть змінити органічний агрегат, змушуючи його перейти від форми простіший, яка не знаходиться в рівновазі зі зовнішніми силами, до більш складної, врівноваженою формі. Фактори другого класу - це формообразовательние прагнення самих організмів: нахили,
  12. 4.5. Біологічне різноманіття
      еволюції сформувалося біологічне різноманіття (біорізноманіття) - сукупність видів всіх організмів. "Бухгалтерія" цього розмаїття наступна. Загальне число нині відомих видів становить близько 2,5 млн., причому, майже 1,5 млн. з них - комахи, ще 300 тисяч - квіткові рослини. Всіх інших тварин приблизно стільки ж, скільки квіткових рослин. Водоростей відомо небагатьом
  13.  2. Експертиза живих осіб
      живих
  14. Органічна теорія.
      еволюції тваринного світу від нижчого до вищого. «Некоректність органічної теорії походження держави і визначається наступним:« Усе, що існує має різні рівні прояву, буття і життєдіяльності. Розвиток кожного рівня визначається властивими цьому рівню законами. І так само, як не можна пояснити еволюцію тваринного світу виходячи лише з законів фізики і хімії, так неможливо
  15. XII. Еволюція Професій
      еволюції, дає особливо живі приклади первісного об'єднань нения політичних, церковних та професійних відправлень. § 722. На прикладі професійних установ ми особливо ясно бачимо процес соціальної еволюції. Жодна група закладів не ілюструє краще цього процесу, жодна не показує ясніше, до якої міри соціальна еволюція узгоджується із загальним законом еволюції.
© 2014-2020  ibib.ltd.ua