концепция, утверждающая, что между живой и неживой материей лежит непреодолимая преграда, а следовательно, всё живое может происходить лишь от живого.
Происхождение жизни
Креационисты не мешкая напоминают эволюционистам, что абиогенез и эволюция описывают события, которые вступают в прямое противоречие с установленным законом. Гипотеза биохимической эволюции Опарина — Холдейна (гипотеза абиогенеза): в далёком прошлом жизнь возникла абиогенным путём и эволюционировала от простых форм к сложным; в настоящее время процесс возникновения жизни невозможен. 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. Сторонники теории биогенеза (от греч. bios — «жизнь» и genesis — «происхождение») считают, что все живое происходит от живого, тогда как сторонники абиогенеза (греч. a — частица отрицания и «биогенез») считают возможным происхождение живого из неживой материи. В результате ряда экспериментов Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения.
Теория биогенеза и абиогенеза презентация
Стоит отметить, что абиогенез делится на несколько важных этапов, каждый из которых имеет свои определенные особенности. Абиогенез и биогенез Абиогенез — возникновение живого из неживого в процессе эволюции образование органических веществ, распространенных в живой природе вне организма. После своего возникновения Земля представляла знойную и горячую сферу без жизни. Спустя же 4,5 миллиарда лет фауна и флора оказались представлены многочисленными формами ныне живущих организмов. Термин биогенез был придуман Генри Чарльтон Бастиан означать создание формы жизни из неживых материалов; тем не мение, Томас Генри Хаксли выбрал термин абиогенез и пересмотрели биогенез жизни, возникшей из существовавшей ранее жизни.[4]. Биогенез и абиогенез.
Абиогенез, определение и обзор
- Возникновение жизни на Земле. Абиогенез - YouTube
- Биогенез и абиогенез презентация
- Миф об абиогенезе - современная критика
- Абиогенез и естественный отбор
- Биогенез и абиогенез основные различия идей
- Теория биогенеза объясняет возникновение жизни на земле - 90 фото
Похожие презентации
- Биогенез и абиогенез основные различия идей
- Смотрите также
- Абиогенез и алгоритмы естественного отбора / Хабр
- 1 | Введение: химический состав архея
- Теория биогенеза
- Ионная и хиральная асимметрии как физические факторы биогенеза и онтогенеза
Определены вероятные условия абиогенного синтеза полипептидов на ранней Земле
Фотосинтез, гликолиз Теория происхождения жизни от живого В чем основное различие между теориями биогенеза и абиогенеза? Ответ прост: в идеях, лежащих в их основе. Биогенез, или теория происхождения жизни от живого, предполагает, что все живое возникает из уже существующих живых организмов. Другими словами, жизнь может возникнуть только там, где уже есть жизнь. Эта идея укоренилась в научном сообществе в результате множества наблюдений и экспериментов.
Наоборот, абиогенез, или теория происхождения жизни от неживого, предполагает, что жизнь может возникнуть из неживой материи. Эта идея была предложена в разные периоды истории науки и является менее принятой в современной науке. Тем не менее, абиогенез все еще является объектом исследований и споров. Читайте также: Как проверить баланс подарочной карты на сайте rivegaucheru Основные принципы биогенеза Основное различие между теориями биогенеза и абиогенеза заключается в предположении о том, откуда происходит жизнь.
Теория биогенеза предполагает, что живые организмы возникают только из других живых организмов, в то время как теория абиогенеза утверждает, что жизнь может возникнуть из неживой материи. Один из основных принципов биогенеза заключается в том, что жизнь возникает только при определенных условиях. Например, для жизни необходима наличие воды, органических молекул и энергии. Эти условия обеспечивают наличие необходимых реакций и потенциальное синтез биомолекул.
Также, биогенез предполагает наличие генетического материала, такого как ДНК или РНК, который передается от предыдущего поколения к следующему. Это позволяет наследовать информацию и приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды. Другим важным принципом биогенеза является эволюция. Живые организмы способны изменяться со временем под воздействием естественного отбора и случайных генетических мутаций.
Это позволяет им адаптироваться к новым условиям и выживать. Таким образом, основное различие между идеями биогенеза и абиогенеза заключается в источнике жизни — живые организмы или неживая материя. Биогенез основывается на принципах возникновения жизни из жизни, подчинения определенным условиям, наличии генетического материала и способности к эволюции. Раздел 2: Абиогенез Основное различие между идеями биогенеза и абиогенеза заключается в том, что первая предполагает, что жизнь происходит от жизни, в то время как последняя утверждает, что жизнь может возникать самостоятельно из неорганических веществ и химических реакций.
Одной из основных идей абиогенеза является идея о протобионтах — простейших молекулярных структурах, которые могли образоваться из неорганических компонентов, таких как аминокислоты и нуклеотиды.
Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В. Толковый словарь.
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.
РНК — единственные известные молекулы, способные выполнять функцию хранения генетической информации и катализа химических реакций. Возможно, из ассоциаций молекул РНК возникли первые самовоспроизводящиеся системы, а затем первые клетки — ДНК-РНК-белковые системы, обособленные мембранными оболочками от внешней среды. Эта гипотеза находит всё больше подтверждений в настоящее время. Ещё в 1982 г. Затем были искусственно получены самовоспроизводящиеся РНК, то есть молекулы, способные катализировать синтез своих копий. Подобный процесс наблюдается в современных клетках: при биосинтезе белка на рибосомах каталитическая роль принадлежит рибосомной РНК. РНК участвует в критически важных процессах жизнедеятельности современных клеток.
Основной носитель энергии в клетках — это АТФ рибонуклеотид. Биосинтез белка осуществляется с помощью различных видов РНК. Многие вирусы хранят свой генетический материал в виде РНК. Все эти факты говорят в пользу того, что именно РНК выполняла все биологически значимые функции в первых живых системах, а уже затем часть функций перешла к ДНК хранение наследственной информации и белкам катализ, структурные функции. Это предположение называется гипотезой РНК-мира и пользуется поддержкой среди современных учёных. Свернуть Существует несколько гипотез возникновения жизни на Земле. Концепция креационизма: многообразие современных форм органического мира является результатом сотворения их Богом.
Гипотеза самозарождения жизни: в далёком прошлом жизнь возникла абиогенным путём — так же, как некоторые живые организмы возникают из неживой материи в настоящее время. Опровергнута результатами опытов Ф. Реди, Л. Спалланцани, Л. Гипотеза стационарного состояния: Земля и жизнь на ней никогда не возникали, они существуют вечно. Опровергнута палеонтологическими находками. Гипотеза панспермии: жизнь занесена на Землю из космоса.
Не имеет прямых доказательств. Гипотеза биохимической эволюции Опарина — Холдейна гипотеза абиогенеза : в далёком прошлом жизнь возникла абиогенным путём и эволюционировала от простых форм к сложным; в настоящее время процесс возникновения жизни невозможен. Имеет экспериментальные доказательства: результаты опытов Миллера — Юри, палеонтологические данные.
Защитники абиогенеза Аристотель, Исаак Ньютон, Святой Августин и Рене Декарт являются примерами философов и исследователей, которые верили и влияли на теорию абиогенеза. Узнайте больше об Абиогенезе. Теория биогенеза Биогенез возник после абиогенеза и объяснил возникновение живых существ противоположным образом. Согласно этой теории живые существа могут рождаться только в процессе воспроизводства других живых существ. Биогенез возник из экспериментов ученого Луи Пастера, которому удалось доказать, что самопроизвольное поколение абиогенеза не существовало.
В его наблюдении было доказано, что рождение живых существ происходит от воспроизводства других ранее существовавших живых существ.
Биогенез и абиогенез
| ЗАКОН БИОГЕНЕЗА | теория, утверждающая, что всё живое происходит только от живого (Ю. Либих, Л. Пастер, Г. Гельмгольц, Ф. Реди,)Абиогенез (a - отрицание) - теория возникновения. |
| Биогенез и абиогенез | Одной из проблем при разработке научных моделей абиогенеза является объяснение того, как молекулы превращаются в клетки, которые стали самовоспроизводящимися. |
| Этапы абиогенеза и происхождение жизни на Земле - Блог Викиум | Стоит отметить, что абиогенез делится на несколько важных этапов, каждый из которых имеет свои определенные особенности. |
Что такое абиогенез? Сущность гипотезы, сторонники концепции и эксперименты
| Абиогенез и биогенез - что это такое? | В теория биогенеза предлагает происхождение жизни, начиная с ранее существовавших живых существ. |
| Абиогенез и естественный отбор | Одной из проблем при разработке научных моделей абиогенеза является объяснение того, как молекулы превращаются в клетки, которые стали самовоспроизводящимися. |
Презентация, доклад Представления о возникновении жизни на Земле
Отложил два стакана в сторону и оставил их в покое на несколько дней. Наблюдение Через несколько дней он заметил, что: В первом стакане без крышки на мясе развилось много личинок, а внутри и вокруг него присутствовали мухи. Во второй мензурке с крышкой не было ни опарышей, ни мух. Конечный результат Весь эксперимент опроверг идею самозарождения всех живых организмов, от мельчайших микробов до гигантских животных. Кроме того, он дал теорию биогенеза. Если говорить о его экспериментах, то он доказал, что микробы происходят от других микробов.
Согласно гипотезе Пастера: Все живые организмы возникают из клеток организмов на частицах пыли в воздухе, а не из самого воздуха. Процедура Выбрав несколько уникальных S-образных колб и разделив их на два разных набора, мы приготовили бульон. Приготовленный бульон добавляли в первый набор S-образных колб, затем кипятили и закрывали колбы крышками. Во вторую S-образную колбу добавили приготовленный бульон, вскипятили и открыли. После этого он разместил оба набора колб первый и второй в разных местах.
Наблюдение Через несколько дней он заметил, что: Пыль собиралась на горлышках колб. В первом наборе колб рост микробов не наблюдался. Во втором наборе колб также наблюдался микробный рост. Конечный результат Таким образом, он доказал, что микробы также присутствуют в воздухе, но не возникают из воздуха или пыли. В обоих наборах колб он кипятил бульон одинаково, но первый набор колб был запечатан, а второй набор оставлен открытым для проникновения, размножения и размножения микробов.
Первым гипотезу выдвинул Р. Вихров, но он не проводил экспериментов, подтверждающих ее сущность. Позже Л. Пастер провел эксперименты на группе микроорганизмов и смог доказать теорию биогенеза.
Ученые предполагают, что именно в таких условиях зародилась жизнь на Земле. Со временем, в емкости стали образовываться везикулы, при чем некоторые из них пережили смену поколений вобрав в себя элементы химического состава первичного «бульона». Далее, ученые стали разрушать некоторые везикулы для проверки передачи наследственной информации. Оказалось, что каждое следующее поколение, пришедшее на смену уничтоженного, принимало в свой состав белковую структуру предков, что говорит о классической наследственности. В голове прочно засела связь первичного океана и появления жизни. Ну и значит, решил провести эксперимент.
Чтобы иметь возможность согласовать оба результата, необходимо иметь в виду, что состав земной атмосферы сегодня полностью отличается от пребиотической атмосферы.. В клетке жизнь увековечена, и на этом принципе Пастер основывается на том, чтобы утверждать, что каждое живое существо должно происходить из другого существовавшего ранее.. Мир РНК Роль автокатализа во время абиогенеза имеет решающее значение, поэтому одна из самых известных гипотез о происхождении жизни - это мир РНК, который постулирует начало от простых цепных молекул со способностью к саморепликации.. Это понятие РНК предполагает, что первые биокатализаторы были не молекулами белковой природы, а молекулами РНК - или полимером, подобным этому - со способностью выполнять катализ. Это предположение основано на свойстве РНК синтезировать короткие фрагменты с использованием темперирования, которое направляет процесс, в дополнение к стимулированию образования пептидов, сложных эфиров и гликозидных связей.. Согласно этой теории, наследственная РНК была связана с некоторыми кофакторами, такими как металлы, пиримидины и аминокислоты. По мере развития и усложнения обмена веществ возникает способность синтезировать полипептиды.. Эти среды были заселены архебактериями, организмами, способными расти, развиваться и размножаться в экстремальных условиях, вероятно, очень похожих на пребиотические условия включая низкие концентрации кислорода и высокие уровни СО. Термостойкость этих сред, защита, которую они обеспечивают от внезапных изменений, и постоянный поток газов - вот некоторые из положительных качеств, которые делают морское дно и вулканические дымоходы подходящими средами для возникновения жизни.. Термины биогенез и абиогенез В 1974 году известный исследователь Карл Саган опубликовал статью, разъясняющую использование терминов биогенез и абиогенез. По словам Сагана, оба термина были неправильно использованы в статьях, связанных с объяснениями происхождения первых живых форм. Среди этих ошибок - использование термина биогенез в качестве собственного антонима. Таким образом, биогенез используется для описания происхождения жизни от других живых форм, тогда как абиогенез относится к происхождению жизни из неживой материи.. В этом смысле современный биохимический путь считается биогенным, а пребиологический метаболический путь - абиогенным. Поэтому необходимо уделить особое внимание использованию обоих терминов.. Пролог: структура и организация носителей информации Прежде чем перейти к химическим реакциям получения органических соединений, мы изучим молекулы, условия абиогенного синтеза которых будем искать большую часть статьи. Нуклеиновые кислоты делятся на дезоксирибонуклеиновые ДНК — находятся в хромосомах, митохондриях, хлоропластах, нуклеоидах и рибонуклеиновые РНК — транспортирующие генетическую информацию, обеспечивающие синтез белка, регуляцию генов и сплайсинг. При построении нуклеиновых кислот рибоза связывается с одним азотистым основанием, образуя молекулу нуклеозида. Такое соединение, вместе с фосфатными группами, образует уже молекулы нуклеотидов рис. Из них и строятся нуклеиновые кислоты присоединением новых нуклеотидов, где две фосфатные группы отделяются, а третья входит в состав цепи [3]. Моносахариды рибоза и дезоксирибоза, как компоненты сахарофосфатного скелета, являются альдозами из-за своей открытой альдегидной группы, с формулами С5H10O5 и С5H10O4. Дезоксирибоза отличается от рибозы лишь отсутствием гидроксильной группы, поэтому у неё она заменена атомом водорода. Производные пурина: Пиримидиновые производные: Таблица 1. Азотистые основания Фосфатные группы, которые обеспечивают образование фосфодиэфирной связи с другими нуклеотидами, представлены солями фосфорных кислот P-O-P связь и метиленом СН2 , связывающим фосфатные группы с сахаридами. При движении магмы в ядре магнитное поле благоприятствовало осаждению карбонатов и сдерживало целостность атмосферы [1]. Барьер из озона, образовавшийся в процессе реакции действия ультрафиолета фотолиза , создал нужный тепловой баланс к концу архейского эона [2]. Опарин и Д. Холдейн работали над концепцией коацервата. Их интересовало то, каким образом синтезируется сложная органика при разрядах молний, ультрафиолета и извержений вулканов [4]. Идея частично подтвердилась Г. Юри и С. Смесь соединений, имитирующих древнюю атмосферу, запаивалась в замкнутой установке и в колбу с водой пропускали электрический ток. Спустя две недели, на протяжении которых им периодически приходилось наблюдать за реакциями через стекло, они вскрыли колбу и выяснили, что теперь в ней присутствовали аминокислоты, сахара и органические кислоты [5]. Эксперимент показал реальность синтеза сложной органики из более простых химических веществ. Последующие эксперименты синтезировали производные пурина таблица 1 и расширили список получаемых аминокислот. Казалось бы, вот же переход от химической эволюции к биологической. Но как это бывает, бронежилет теории не выдерживает обстрела реальности — концепция коацервата имела серьёзные недостатки. Реакция соединения аминокислот в белок или нуклеотиды происходит с выделением воды, и длинные молекулы подвержены распаду [1]. Ещё одной проблемой стал способ размещения вокруг атома углерода связей, которые являются взаимно-зеркальными — хиральными [6]. Аминокислоты чаще представлены левыми изомерами, а рибозы — правыми. Такая характеристика нуклеотидов придаёт спиральную структуру ДНК и РНК, но в синтезе из простых соединений получается равное количество изомеров, поэтому белки такой смеси не способны функционировать. Если железа много в неживой природе, то меди с марганцем и цинком — не особенно. Парадоксально, но все они содержатся в клетках в намного большей концентрации, чем во внешней среде. Перечисленные металлы характерны в обильном количестве для гидротермальных источников, с которых мы начнём поиск условий для абиогенного синтеза органических соединений. Воды источников имеют чёрный цвет благодаря сульфидам, сероводороду и другими взвесям [10]. После контакта с океаном гидротермальные воды охлаждаются, а соединения железа, меди и никеля выпадают в осадок. При дальнейшем остывании вод сульфиды цинка и марганца осаждаются на уже сформированный рельеф.
Биогенез и Абиогенез.
Биогенезэто производство жизни. На латыни био означает жизнь, а генезис означает начало или происхождение. На протяжении всей истории человечество считало, что биогенез часто происходил путем спонтанного зарождения из земли или растительного вещества, наряду с воспроизводством, что, как мы теперь знаем, является единственным способом, которым биогенез никогда не происходит. Анаксимен и Анаксагор, доаристотелевские греческие натурфилософы, считали, что биогенез может происходить в результате воздействия Солнца на изначальную земную грязь, комбинацию воды и земли. Связанная с этим идея - это ксеногенез, который утверждает, что один тип формы жизни может возникнуть из другой, совершенно другой формы жизни.
Около 343 г. Аристотель написал книгу «История животных», в которой обосновал теорию самозарождения. Помимо подробных описаний бесчисленных видов рыб, ракообразных и других животных, книга также знакомит с теорией происхождения животных. Аристотель считал, что разные животные могут спонтанно возникать из разных форм неодушевленной материи - моллюсков и гребешков, устриц в песке в грязи, а также ракушек и блюдец в полостях скал.
Однако никто, похоже, не утверждал, что люди могут возникнуть из спонтанного зарождения, будучи высшими существами, которые, по-видимому, могут быть произведены только путем прямого воспроизводства другими людьми. Еще в 1668 году итальянский врач Франческо Реди предположил, что высшие формы жизни микробы не возникают спонтанно, и эта идея стала более популярной, но сторонники спонтанного зарождения все еще утверждали, что микробы возникли с помощью этих средств. В 1745 году Джон Нидхэм, английский биолог и римско-католический священник, добавил куриный бульон в неоткрытую кипяченую банку, которая, как он надеялся, затем наблюдала рост микробов, указывая на это как на пример спонтанного зарождения. В 1768 году Лаззаро Спалланцани повторил тот же эксперимент, но удалил из колбы весь воздух, и микробы не выросли внутри нее.
Это, должно быть, был один из старейших экспериментов, окончательно опровергающих спонтанное зарождение, но идея о том, что спонтанное зарождение было ложным, в то время не получила распространения. Переходя к 1859 году, французский биолог Луи Пастер окончательно опроверг спонтанное зарождение. Он варил говяжий бульон в бутылке с гусиной шеей. Гусиная шея позволяла летать в воздухе, но не позволяла, как говорили рассуждать, крошечные частицы воздуха.
Эксперимент показал, что рост микробов в баллоне не происходил до тех пор, пока баллон не вращался так, что частицы могли выпасть из кривых, и в этот момент водяное пятно быстро становилось мутным, что указывало на присутствие микроорганизмов. Спустя 2000 лет теория спонтанного зарождения биогенеза была окончательно остановлена. Сегодня на смену ей пришла клеточная биология и репродуктивная биология. Биогенез - Теория Втеория абиогенеза был подвергнут сомнению итальянским физиком Франческо Реди в столетии.
XVII 1668 г.
Опарин считал, что жизнь возникла из коацерватов, микроскопических спонтанно сформированных сферических агрегатов липидных молекул, которые удерживаются вместе за счет электростатических сил и, возможно, были предшественниками клеток. Работа Опарина с коацерватами подтвердила, что ферменты, лежащие в основе биохимических реакций метаболизма, функционируют более эффективно, когда они содержатся в мембраносвязанных сферах, чем когда они свободны в водных растворах. Холдейн, незнакомый с коацерватами Опарина, полагал, что сначала образуются простые органические молекулы, а в присутствии ультрафиолетового света они становятся все более сложными, в конечном итоге формируя клетки. Идеи Холдейна и Опарина легли в основу многих исследований абиогенеза, проводившихся в последующие десятилетия. В своем эксперименте они использовали аппарат с колбой, наполненной водой и химическими веществами, которые, как считалось, существовали на ранней Земле. Ученые обнаружили, что эти химические вещества при определенных условиях спонтанно образуют органические молекулы. Эксперимент предполагает, что органические молекулы могли самопроизвольно образоваться на молодой Земле, став фундаментом для появления первых живых существ. Некоторые ученые считают, что условия эксперимента Миллера — Юри не соответствовали реальным, но последующие эксперименты с измененной атмосферой показали аналогичные результаты спонтанного образования аминокислот, липидов и нуклеотидов.
ДНК служит основным средством хранения генетической информации. РНК — это рибонуклеиновая кислота, которая может выступать в качестве генетической библиотеки и катализировать реакции. Эта способность делает РНК идеальным кандидатом для зарождения первой жизни на Земле. Так откуда же взялась РНК? 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.
Фотохимические реакции и расположенные рядом защищенные поры. Нагрев пор, где накапливаются нуклеотиды и РНК в высоких концентрациях.
Теория условий: роль метана и лаборатория Манчестера В 2008 году вышло исследование об обнаруженных на дне океана колонн из светлого известняка высотой до 60 метров. Нагрев происходил за счет реакций в глубине твердых пород, поэтому метан и кислоты этих вод образуются абиогенно, а изотопный состав углерода в них такой же, как в углекислом газе [11]. В атмосфере древнего мира метан реагировал с азотом, водой и углекислым газом, образуя формальдегид. Соединения фотолиза метана не накапливались, а выпадали с дождем рис. Синильная кислота и формальдегид растворимы в воде, поэтому они вымывались и на поверхность поступали формальдегид, цианамид и цианид — являющиеся прекурсорами для азотистых оснований и РНК [12]. Рисунок 2. Источники и превращения метана CH4 иллюстрация автора статьи на основе [1] Это была бы вкусная шутка, но реакция получения нуклеотидов с помощью таких соединений была получена в 2009 году в Манчестере во время работы Д. Сазерленда и его коллег [13]. Они синтезировали пиримидиновые нуклеотиды путем смешения в одной установке предшественников сахаров и нуклеотидов с фосфатами рис.
Приготовьтесь, сейчас придется немного похрустеть коркой головного мозга. Чтобы было проще, обратимся к рисунку 3 ниже, который будет иллюстрировать ход реакций. Как можем видеть, первоначальные соединения представлены: цианоацетиленом, цианамидом, глицеральдегидом и гликольальдегидом. Рисунок 3. Описание синтеза пиримидиновых нуклеотидов иллюстрация автора статьи на основе [1] Фосфат в реакции не только облегчает синтез нуклеотидов, подавляя побочные реакции, но и направляет соединение цианамида с гликольальдегидом в сторону аминооксазола. А уже его соединение с глицеральдегидом образует арабинозо-аминооксазолин. В реакции же аминооксазолина с цианоацетиленом снова фосфат помогает реакции — он поддерживает кислотность и создает условия для получения арабинозо-ангидронуклеозида. После достаточно подогреть реакционную смесь для получения циклического цитидин-монофосфата. Такой раствор освещается ультрафиолетом, чтобы превратить часть цитозина в урацил и избавиться от побочных продуктов.
Аналогичным способом получены пуриновые нуклеотиды при добавлении синильной кислоты, вместо цианоацетилена. Всего из четырех простых соединений, получаются все нуклеотиды и десять из двадцати белковых аминокислот! Но главное, в реакциях почти не образуется соединений, не встречающихся в клетках. Пусть этот момент станет сюжетной пружиной моего повествования. До того времени РНК считалась только связующим элементом ДНК и белков, но последующие исследования показали способность РНК заменять белки в качестве катализаторов реакций, а также их ключевое значение в организации синтеза белка. Появилась гипотеза «РНК мира». Согласно этой теории, реплицирующиеся рибозимы стали первыми органическими соединениями начавшими эволюцию. Спустя поколения, репликаторы предоставили каталитические функции белкам, а хранение генома практически полностью — ДНК [14]. Это стало величайшим прыжком мысли через синаптическую щель, однако без клеточных систем получение полноценных белков в водной среде невозможно.
Вопрос решается нахождением условий, где участие воды в реакции снижено или у нее отсутствуют химически свободные молекулы — благо, примеры таких локаций мы уже с вами рассмотрели в предыдущих главах. РНК: естественный отбор палиндромов Двигаемся дальше. В условиях липидно-нуклеотидного раствора уже рассмотренных грязевых котлов, образуются последовательности РНК в 50—100 нуклеотидов. Липиды , к которым мы вернемся позже, при высыхании образуют слои и длинные цилиндры, где последовательности РНК упорядоченно накапливаются и сохраняют подвижность. При естественном отборе преимущество получают те последовательности, которые служат фрагментами для создания собственных копий — палиндромные цепи РНК [15]. Эта идея А. Маркова превращает необходимость фрагментов в фактор естественного отбора, который может привести к образованию рибозима среди длинных палиндромных молекул. Киньте в грудь мне раскаленных углей, если это не подтверждает геноцентричный взгляд на эволюцию Ричарда Докинза [16] , ведь палиндромный способ упаковки молекул наблюдается и в последовательностях соединений нынешних транспортных РНК. Устойчивость к ультрафиолету тоже может быть признаком отбора, при котором выживали более длинные цепи.
В таких молекулах защита соседних соединений осуществлялась за счет параллельных связей азотистых оснований — стэкинг-взаимодействия , похожего на «слоеный пирог» [17]. Важно то, что увеличение количества собственных копий способствует не только копированию, но и превращению простых органических веществ в нуклеотиды.
Организмы, которые получают половину своего генетического материала от двух родительских клеток, относятся к половому размножению. С другой стороны, бесполое размножение относится к организмам, которые получают весь свой биогенетический материал от одной-единственной родительской клетки.
Спонтанное зарождение против биогенеза В то время разными учеными проводились эксперименты по опровержению теории самозарождения. Процедура Выбрали два больших и чистых стеклянных стакана. В стакан помещали такое же количество мяса. Держите открытым первый стакан.
Второй стакан был накрыт или закрыт крышкой. Отложил два стакана в сторону и оставил их в покое на несколько дней. Наблюдение Через несколько дней он заметил, что: В первом стакане без крышки на мясе развилось много личинок, а внутри и вокруг него присутствовали мухи. Во второй мензурке с крышкой не было ни опарышей, ни мух.
Конечный результат Весь эксперимент опроверг идею самозарождения всех живых организмов, от мельчайших микробов до гигантских животных. Кроме того, он дал теорию биогенеза. Если говорить о его экспериментах, то он доказал, что микробы происходят от других микробов. Согласно гипотезе Пастера: Все живые организмы возникают из клеток организмов на частицах пыли в воздухе, а не из самого воздуха.
Процедура Выбрав несколько уникальных S-образных колб и разделив их на два разных набора, мы приготовили бульон. Приготовленный бульон добавляли в первый набор S-образных колб, затем кипятили и закрывали колбы крышками.
1.2 Опыт Реди. Биогенез и абиогенез
| Разница между абиогенезом и биогенезом | 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). |
| Особенности и теория биогенеза / биология | Thpanorama - Сделайте себя лучше уже сегодня! | Термин биогенез был придуман Генри Чарльтон Бастиан означать создание формы жизни из неживых материалов; тем не мение, Томас Генри Хаксли выбрал термин абиогенез и пересмотрели биогенез жизни, возникшей из существовавшей ранее жизни.[4]. |
| Разница между абиогенезом и биогенезом - Новости 2024 | 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. |
Биогенез: характеристика и теория
Этот эксперимент в принципе не может касаться вопроса об изначальном зарождении жизни хотя бы потому, что в своих опытах Пастер использовал мясные и дрожжевые бульоны а также мочевину и кровь [6] , а до зарождения жизни не было ни дрожжей, ни мяса. И тем более эксперимент Пастера никак не опровергает современные научные теории и гипотезы о зарождении жизни в глубоководных горячих гидротермальных источниках , в геотермальных источниках , на минеральных кристаллах, в космическом пространстве, в протопланетной туманности, из которой сформировалась Солнечная система, и в тому подобных местах. Теория стационарного состояния[ править править код ] В статье есть список источников , но не хватает сносок. Без сносок сложно определить, из какого источника взято каждое отдельное утверждение. Вы можете улучшить статью, проставив сноски на источники , подтверждающие информацию. Сведения без сносок могут быть удалены. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности — либо изменение численности, либо вымирание. Однако гипотеза стационарного состояния в корне противоречит данным современной астрономии , которые указывают на конечное время существования любых звёзд и, соответственно, планетарных систем вокруг звёзд. Поэтому эта гипотеза не рассматривается академической наукой.
Сторонники этой гипотезы не признают, что наличие или отсутствие определённых ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводят в качестве примера представителя кистепёрых рыб — латимерию. По палеонтологическим данным кистепёрые вымерли в конце мелового периода. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистепёрых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми остатками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, её сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определённом пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков. Теория стационарного состояния представляет собой только исторический или философский интерес, так как выводы этой теории противоречат научным данным. Теория Опарина — Холдейна[ править править код ] В 1924 году будущий академик Опарин опубликовал статью «Происхождение жизни», которая в 1938 году была переведена на английский и возродила интерес к теории самозарождения.
Опарин предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации , которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней. Он назвал их коацерватные капли , или просто коацерваты. Согласно его теории, процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа: Возникновение органических веществ Возникновение белков Возникновение белковых тел Астрономические исследования показывают, что как звёзды , так и планетные системы возникли из газопылевого вещества. Наряду с металлами и их оксидами в нём содержались водород , аммиак , вода и простейший углеводород — метан. Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента появления первичного океана бульона. В водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы. Наука доказала, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно синтезировать не только аминокислоты , но и другие органические вещества.
Такая идея подтверждается современными научными открытиями и экспериментами, которые показывают, что жизнь может возникнуть только из жизни. Абиогенез же предполагает, что жизнь может возникнуть прямо из неживой материи, без участия живых организмов. Эта идея была популярна в прошлом, но с развитием науки и открытием законов биологии, абиогенез стал рассматриваться как маловероятное объяснение происхождения жизни. Чем отличаются основные идеи биогенеза и абиогенеза? Основная идея биогенеза заключается в том, что жизнь возникает только из жизни. Это подтверждается наблюдениями и экспериментами, которые показывают, что все живые организмы произошли от предшествующих живых организмов.
Биогенез поддерживается научными доказательствами и является основой современной биологии. Абиогенез, в свою очередь, предполагает возможность возникновения жизни из неживой материи. Такая идея была популярна в прошлом, особенно вплоть до открытия микроорганизмов. Однако с появлением новых знаний и технологий, большинство ученых отвергают абиогенез как несостоятельную теорию. В целом, различие между биогенезом и абиогенезом заключается в понимании происхождения жизни. Биогенез утверждает, что жизнь возникает только из жизни, в то время как абиогенез предполагает возможность возникновения жизни из неживой материи.
Однако, биогенез является основным представлением в современной биологии и подтверждается множеством научных данных. Раздел 4: Доказательства биогенеза и абиогенеза Основное различие между абиогенезом и биогенезом заключается в представлении о том, как жизнь возникла. По теории абиогенеза жизнь возникла из неорганических веществ в результате химических реакций. Эта идея подразумевает, что жизнь может возникнуть естественным путем без участия живых организмов. С другой стороны, теория биогенеза гласит, что жизнь может возникнуть только из других живых организмов или живых компонентов. Существует множество доказательств и аргументов в пользу как абиогенеза, так и биогенеза.
Некоторые ученые считают, что абиогенез мог быть основным механизмом возникновения жизни на Земле, и приводят в пример лабораторные эксперименты, в которых удалось создать простейшие жизненные формы из неорганических веществ. Другие исследователи утверждают, что все жизненные формы, которые существуют сегодня, происходят от предшествующих живых организмов, и приводят в качестве доказательства фоссилии, генетические исследования и теорию естественного отбора. В целом, спор о биогенезе и абиогенезе продолжается, и ученые продолжают проводить исследования, чтобы получить больше доказательств и более точное понимание того, как именно возникла жизнь на Земле. Опыты, подтверждающие биогенез Основное различие между идеями биогенеза и абиогенеза заключается в том, что биогенез утверждает, что жизнь может возникать только из жизни, тогда как абиогенез утверждает, что жизнь может возникнуть из неорганических веществ.
Наиболее известная и широко признанная теория — появление Земли из облака космической пыли. Такие объекты имеют все необходимые химические элементы и могут спрессовываться со временем, принимая форму раскаленного шара. С поверхности будущей планеты постоянно поднимался горячий пар, который охлаждался и превращался в воду. Это приводило к тому, что на молодой Земле постоянно шли сильные дожди. Попадая на раскаленную поверхность, капли снова превращались в пар и уходили обратно наверх. Так планета существовала в течение долгих миллионов лет. За это время она успела остыть, потеряв большую часть своего тепла. Из-за этого раскаленная разжиженная поверхность начала твердеть, постепенно превращаясь в кору. Земля до возникновения жизни Остывание поверхности продолжалось еще несколько миллионов лет, пока дождевая вода наконец не перестала полностью превращаться в пар. Это привело к образованию первых водоемов. Температура все снижалась, сильные дожди не прекращались, воды становилось все больше, и начался огромный потоп. Вследствие этого водоемы стали разрастаться, перетекая в огромные впадины, образуя первый доисторический океан. Никакой жизни на планете тогда еще не было, а вода постепенно делала свое дело, размывая горные массивы и создавая равнины. Она начала стекать во все доступные ущелья, образуя реки и ручьи. Все это происходило на протяжении еще многих миллионов лет, пока баланс между сушей и водой не начал приходить в норму. Образование баланса между сушей и водой Наконец-то влаги в облаках стало намного меньше, и они постепенно начали рассеиваться, позволяя Солнцу освещать Землю своим светом. Дожди закончились, океан обрел свои границы, заняв почти всю поверхность планеты. Соли и различные минеральные вещества постепенно вымывались с суши и уносились в океан, из-за чего он стал соленым. Вода с его поверхности начала испаряться, превращаясь в облака, и на Земле стали появляться кристаллические вещества. Они постепенно росли и подпитывались другими составляющими. Солнечные лучи и атмосферные молнии подпитывали их энергией и, возможно, из этих веществ и появились самые первые живые существа Земли — прокариоты. Прокариоты описываются как предки современных бактерий. Это одноклеточные организмы, у которых отсутствует ядро. Питались они анаэробным способом, но дышали не кислородом, так как в то время ему было еще неоткуда взяться в атмосфере. Обитали прокариоты либо на океанском дне, либо на влажных участках суши. Возможно, они действительно были предками всех современных простейших микроорганизмов. Но теорий возникновения жизни на Земле достаточно много и некоторые из них утверждают, что прокариоты появились и развивались независимо от бактерий. Настало время наконец поговорить об этих предположениях, а именно о десяти самых популярных из них. Прокариоты Кометы и метеориты Данную теорию о возникновении жизни на Земле выдвинул палеонтолог, профессор Техасского технологического университета Санкар Чаттерджи. Впервые он рассказал о ней на 125-ом собрании американского геологического общества. Профессор собрал огромную базу информации о раннем периоде жизни нашей планеты, сопоставил их с различными теориями эволюции и выдвинул свое предположение о том, как могла появиться жизнь на Земле — с помощью комет и метеоритов.
Микробы выросли, и он предложил это как пример самозарождения. В 1768 г. Лаззаро Спалланцани повторил эксперимент Нидхема, но удалил из колбы весь воздух. Роста не произошло. В 1854 г. Генрих Г.
Что означает абиогенный путь возникновения жизни на земле кратко
Споры между сторонниками абиогенеза(происхождение живого от живого) и биогенеза(происхождение живого от неживого) продолжались в XVIII веке и в I половине XIX века. Теория биогенеза и абиогенеза Биогенез Абиогенез Утверждение, что все живое происходит только от живого. биогенез — БИОГЕНЕЗ — одна из теорий происхождения жизни на Земле, согласно которой зародыши живых существ были занесены в состоянии анабиоза с более древних небесных тел. В этой статье дается определение термина "абиогенез" и рассматриваются доказательства, подтверждающие эту теорию. Биогенез и абиогенез» на канале «Рисование с эмоцией: идеи для рисунка» в хорошем качестве и бесплатно, опубликованное 22 декабря 2023 года в 2:35, длительностью 00:06:27, на видеохостинге RUTUBE. Биогенез и абиогенез» на канале «Рисование с эмоцией: идеи для рисунка» в хорошем качестве и бесплатно, опубликованное 22 декабря 2023 года в 2:35, длительностью 00:06:27, на видеохостинге RUTUBE.
Биология. 11 класс
Они отличаются тем, что современная гипотеза абиогенеза остается принятой и сегодня. Фактически, это одна из широко распространенных теорий, описывающих историю жизни. Следовательно, изначальная Земля была убежищем для первых форм жизни, возникших из неживой материи, например, органических соединений. Эти примитивные живые существа не были такими сложными, как те живые существа, которые мы знаем сегодня. Они менее продуманы по форме, структуре и функциям. Появление живых существ из неживых существ происходило постепенно и медленно, на протяжении миллионов лет. По мере того, как живые существа продолжают разнообразиться, они в конечном итоге становятся более сложными с точки зрения физических и генетических атрибутов. Таким образом, в то время как современная гипотеза абиогенеза требует миллионов лет, спонтанное зарождение описывает процесс, который включает относительно более короткий период времени например, минуты, часы, дни или годы.
Биогенез относится к процессу, в котором жизнь возникает из одинаковых форм жизни. Принцип биогенеза противоположен принципу спонтанного зарождения. Человек, который первым придумал термин биогенез, был Генри Чарльтон Бастиан 1837-1915 гг. Он предложил использовать термин биогенез вместо спонтанного зарождения. Позже Томас Генри Хаксли 1825-1895 предложил использовать термин «абиогенез» для обозначения процесса спонтанного зарождения, а термин «биогенез» - для процесса, в котором жизнь возникает из подобной жизни. Эти определения преобладали. Таким образом, биогенез противоположен спонтанному зарождению.
Он утверждает, что живые существа могут быть произведены только другим живым существом, а не неживым существом. Еще одна важная концепция, которую следует отметить, - это однозначное поколение, которое относится к процессу, в результате которого потомство происходит от родителей одного и того же вида. Это контрастирует с двусмысленным поколением, которое относится к процессу, при котором вид производится из неродственных видов, не обязательно вовлекая половое размножение. Например, когда-то считалось, что ленточный червь был произведен его хозяином. Биогенез - Резюме Луи Пастер, 1822-1895 - Спонтанное зарождение Неудовлетворенные теорией абиогенеза, ученые проводили эксперименты, которые шли шаг за шагом, подрывая теорию абиогенеза. Франческо Реди 1626—1697 , итальянский ученый, разработал эксперимент, чтобы опровергнуть теорию абиогенеза. Это были этапы вашего опыта: Он положил куски мяса в несколько банок; Некоторые бутылки были оставлены открытыми, а другие закрытыми.
Импеданс биологической ткани Определение биогенеза Откуда берутся котята? А что насчет кур? Нет, это не философские вопросы. От кошек рождаются котята, а из птичьих яиц вылупляются птенцы. Точно так же микроорганизмы происходят от других микроорганизмов. Это кажется довольно очевидным, не так ли? Ну, так было не всегда. Действительно, происхождение микроорганизмов стало предметом серьезных дискуссий с момента их открытия в 1670-х годах Антонисом ван Левенгуком.
И только в 1850-х и 1860-х годах, почти 200 лет спустя, учёные пришли к выводу, что все живые организмы происходят от других живых организмов. 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.
Такие явления - это опыт нашей повседневной жизни, когда мы наблюдаем рост растений и животных. Думая о гораздо более крупных временных масштабах, ученые сталкиваются с проблемами эволюции и, в конечном итоге, происхождения живой материи. Когда мы пытаемся объяснить или понять в некотором смысле эти чрезвычайно сложные биологические явления, возникает естественный вопрос, могут ли процессы самоорганизации обнаруживаться в гораздо более простых системах неодушевленного мира. В последние годы становится все более и более очевидным, что существует множество примеров в физических и химических системах, где хорошо организованные пространственные, временные или пространственно-временные структуры возникают из хаотических состояний. Более того, как и в живых организмах, функционирование этих систем может поддерживаться только потоком энергии и вещества через них.
В отличие от машин, созданных руками человека, которые предназначены для демонстрации особых структур и функций, эти структуры развиваются спонтанно - они самоорганизуются.... Множественные диссипативные структуры Эта теория постулирует, что отличительной чертой происхождения и эволюции жизни является микроскопическое диссипативное структурирование органических пигментов и их распространение по всей поверхности Земли. Современная жизнь увеличивает производство энтропии Земли в ее солнечной среде, рассеивая ультрафиолетовые и видимые фотоны в тепло через органические пигменты в воде. Затем это тепло катализирует множество вторичных диссипативных процессов, таких как круговорот воды , океан и ветровые течения, ураганы и т. Самоорганизация с помощью диссипативных структур Илья Пригожин 1977c Физик XIX века Людвиг Больцман впервые осознал, что борьба за существование живых организмов идет не из-за сырья или энергия , но вместо этого имело отношение к производству энтропии , полученному в результате преобразования солнечного спектра в тепло этими системами. 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.
Такой сценарий, без катастрофических событий вроде дождей и приливных волн, кажется более подходящим для постепенного устойчивого формирования все более и более длинных пептидных цепочек. Гипотеза красивая. Осталось проверить, насколько хорошо все это будет работать в реальном эксперименте. Для этого надо было ответить на следующие вопросы: 1 Действительно ли эффект гидратации соли за счет атмосферной влаги может обеспечить достаточную меру увлажнения реакционной смеси после полного высушивания?
Авторы провели эксперименты во множестве вариантов. Во-первых, были проверены разные соли. Как можно видеть, часть солей проявили нужное свойство — при достижении определенного уровня влажности в атмосфере сухая соль превращалась в насыщенный раствор. Проверка способности различных солей переходить в раствор во влажной атмосфере. Красными рамками выделены лунки, в которых наблюдался данный процесс лунки с жидким раствором выглядят темными, а сухие соли светлые. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications Во всех экспериментах в смесь добавляли аминокислоту глицин — это наиболее простая по структуре аминокислота, и реакции спонтанной полимеризации с ней проходят более эффективно, чем с другими аминокислотами.
Надо отметить, что здесь в реакционную смесь не добавлялись какие-либо дополнительные органические соединения вроде гидроксикислот, как это было в работе, которая обсуждалась выше. Пожалуй, наиболее заметным отличием этой работы от всех предшествующих является то, что эксперимент длился достаточно продолжительное время 10 суток и предусматривал многократные ежедневные повторения циклов смачивания и высушивания. Каждый цикл длился 24 часа. Авторы отмечают, что, хотя в условиях ранней Земли 4 миллиарда лет назад смена дня и ночи происходила в несколько раз чаще по расчетам астрофизиков, сутки тогда длились около 6 часов , 24-часовой цикл позволил исследователям обеспечить необходимый контроль хода эксперимента и регулярно забирать пробы для анализа. Результаты одной из серий экспериментов по полимеризации аминокислоты показаны на рис. Здесь глицин смешивали с четырьмя компонентами: хлоридами натрия и калия, а также гидроксидами калия и натрия.
Оценка эффективности полимеризации глицина при разных условиях реакции. Во всех случаях глицин находился в смеси из хлорида натрия, хлорида калия, гидроксида натрия и гидроксида калия. Циклы режимов влажности RH — relative humidity указаны на левом графике. На правом графике черная линия повторяет голубую линию левого графика. По горизонтальной оси отложено число циклов и дней реакции, по вертикальной оси — доля молекул глицина, которые вошли в состав полипептидных цепочек. График справа наглядно демонстрирует, насколько эффективнее идет реакция в такого рода системе по сравнению с простым приливанием внушительного объема воды здесь — 20 мл.
При таком подходе, имитирующем «дождь», эффективность реакции, фактически, приближается к нулю. На каждом цикле после этапа высушивания экспериментаторы отбирали пробы для анализа полученных продуктов, который проводили с использованием методов жидкостной хроматографии и МАЛДИ масс-спектрометрии. Их интересовало, во-первых, насколько большая доля аминокислоты войдет в состав полипептидов, а во-вторых, насколько длинные цепочки будут получены при тех или иных условиях. В следующей серии экспериментов результаты которых показаны на рис. Первая соль образует раствор во влажной атмосфере, а вторая — нет. График слева отчетливо показывает, что этот фактор критически сказывается на результате: полипептиды образуются почти исключительно в смеси с гидрофосфатом калия.
Это, в общем-то, вполне ожидаемый результат, но в науке принято проверять все теоретические ожидания, даже достаточно очевидные. График справа отображает наращивание цепочек полипептида по мере добавления циклов высушивания-увлажнения в присутствии гидрофосфата калия. И хотя преобладающими оставались всегда дипептиды, можно заметить, что после десяти циклов реакции формировались также цепочки длиной вплоть до 11 аминокислотных остатков. На сегодняшний день это действительно рекорд! Формирование полипептидных цепочек из глицина в циклах высушивания-увлажнения смесей аминокислоты с солью. Слева — сравнение эффективности реакции в смеси с гидрофосфатом натрия и калия только вторая соль обладает свойством переходить в раствор во влажной атмосфере.
Справа — результаты реакции полимеризации глицина в смеси с гидрофосфатом калия. Столбики отражают долю молекул глицина, вошедших в цепочки разной длины на разных циклах реакции. Из графика видно, что самые длинные цепочки включали 5 аминокислотных остатков после одного и двух циклов, 6 — после трех, девять — после пяти, и 11 — после десяти циклов. RH — относительная влажность. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications Фосфаты здесь решили взять неспроста: фосфатные группы играют особую роль в клеточной биохимии и, вероятно, в той среде, где начиналась предыстория клеточной жизни, этих солей должно было присутствовать достаточно много. Тот факт, что именно калийная соль дает желаемый результат тоже примечателен, поскольку во всех современных клетках в цитоплазме стабильно поддерживается высокая концентрация ионов калия и низкая концентрация ионов натрия — клетка постоянно тратит большое количество энергии в виде АТФ, чтобы поддерживать именно такой баланс.
Есть сильный соблазн предположить, что результаты эксперимента и указанные факты из клеточной физиологии — не просто совпадение!