Биогенез и абиогенез Параграф 52. Исследователи предполагают, что абиогенез происходил не на Земле, а источник генетического разнообразия не обусловлен выбором мутаций. концепция, утверждающая, что между живой и неживой материей лежит непреодолимая преграда, а следовательно, всё живое может происходить лишь от живого. Споры между сторонниками абиогенеза(происхождение живого от живого) и биогенеза(происхождение живого от неживого) продолжались в XVIII веке и в I половине XIX века. Как только начинается работа с реальными условиями сразу же абиогенез идет как по маслу и сложнейшие переходы оказываются тривиальными.
1. Происхождение жизни на Земле
| Биогенез и Абиогенез. | Согласно гипотезе абиогенеза, жизнь возникла из неживой материи, и тем самым объясняет вечное существование Земли и жизни на ней, а все живые существа появились только от живых (биогенез). |
| Особенности и теория биогенеза / биология | Тем не менее, Томас Генри Хаксли выбрал термин «абиогенез» и переопределил биогенез до жизни, возникающей из существовавшей ранее жизни. |
| Этапы абиогенеза и происхождение жизни на Земле | и -генез), — процесс превращения неживой природы в живую. |
Биогенез: характеристика и теория
Против теории самозарождения выступил Франческо Реди 626—1698 — флорентийский врач, лейб-медик великого герцога Тосканского Фердинанда II Медичи, натуралист и поэт. Положив мясо в закрытый горшок, Реди показал, что в гнилом мясе личинки мясных мух самозародиться не могут. Однако результаты этого опыта не убедили сторонников самозарождения. Они утверждали, что самозарождение личинок не произошло потому, что в закрытый горшок не было необходимого притока свежего воздуха. Тогда Реди в 1668 г.
Он поместил кусочки мяса в несколько глубоких сосудов. Часть из них он оставил открытыми, другие прикрыл кисеей. Через некоторое время в открытых сосудах мясо кишело личинками мух, тогда как в банках, обвязанных кисеей, в гнилом мясе никаких мух не было. Опыт Реди произвел большое впечатление на современников.
Но никто не волен уйти от образа мыслей своего времени. Сам Реди, ставший одним из основателей паразитологии и гельминтологии, допускал возможность самозарождения мелких паразитических червей. Реди также считал, что мелкие насекомые—орехотворки, живущие в галлах — так называемых «чернильных орешках» — на листьях дуба из галлов делали чернила и они были тогда значительно шире известны, чем сейчас , могут возникнуть из растения. Правда, Реди утешал себя тем, что растение живое и, таким образом, живые насекомые возникают из живого растения.
Нидхэм был ведущим биологом-микроскопистом своего времени, работал в Лондоне член Королевского общества , Голландии, Бельгии где основал и возглавил Королевскую академию наук. В Париже он работал вместе с Бюффоном и Л. Добантоном, разделявшими концепцию самозарождения жизни. Они утверждали, что в живых организмах существует особая «жизненная сила».
Сторонники этой концепции получили название виталистов, от латинского «vita» — жизнь. По мнению виталистов, «жизненная сила» постоянно присутствует повсюду. Достаточно лишь в неживое вдохнуть «жизненную силу», и оно станет живым. Изобретение микроскопа привело к открытию микромира живого.
Наблюдения показывали, что в плотно закрытой колбе с мясным бульоном или сенным настоем через некоторое время обнаруживаются микроорганизмы. Нидхэм прокипятил мясо в закрытом сосуде и через некоторое время обнаружил в бульоне микроорганизмы. Казалось бы, самозарождение было доказано по крайней мере для микроорганизмов.
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.
Фортера , эти реакции происходили в вирусах, а выгодой стало прохождение защитных систем клетки [25]. Белки стали промежуточным звеном построения липидной оболочки, а эволюция плоских структур РНК, превратила их в трёхмерные скопления покрытые мембраной [26]. Независимость от сульфида цинка была ещё невозможна, но появились пузыревидные структуры напоминающие вирусы не только механизмами репликации, но и размерами геномов. Эти кислоты использовали протоклетки позволяющие увеличивать размер и стабильность генома. Изобретение ДНК и совершенствование её копирования во множестве линий вирусов, привело к обильному разнообразию ферментов работающих с ней. Углубляясь в опыт прошлых глав, можно подытожить — надёжная репликация ДНК знаменует скорое объединение генетических элементов в большие геномы и последующий исход из источников возникновения не заставит себя ждать. Форму эукариота поддерживает цитоскелет из тонких и толстых белковых трубочек, а моторные белки перемещают компоненты клетки и обеспечивают её подвижность. Деление и слияние мембран регулируется специальными белками. Благодаря этому, большинство эукариот способны к фагоцитозу — поглощению частиц внешней среды внутрь. Ещё одними важными органеллами являются митохондрии, которые имеют собственную генетическую систему. Их сходство с аэробными бактериями и пластидами стало первым этапом понимания происхождения эукариот. Пластиды и митохондрии образуются только в процессе деления, указывающего на происхождение от бактериальных симбионтов попавших в цитоплазму [34]. В 2015 году найдены археи близкие к эукариотам во множестве компонентов рис. Экспедиция, изучавшая геотермальные поля в Северной Атлантике, после сбора осадков населённых бактериями и археями, провела анализ их ДНК. Он показал преобладание в той локации вида архей относящегося к некультивируемой группе глубоководных архей deep-sea Archaea group [35]. После сбора и прочтения генома средствами вычислительной биологии, установленный вид оказался ближе к эукариотам, чем все известные ранее. Вид обладает большим набором сигнальных белков, которые в эукариотах регулируют: перестроение цитоскелета, сигналы между мембраной, цитоплазмой и ядром, деление клеток и другие функции. Рисунок 4. Источник: собственная иллюстрация на основе материала книги Михаила Никитина «От туманности до клетки» В ходе эволюции эукариотам пришлось подчинить себе внутриклеточные симбиотические бактерии, вслед за тем, появился новый биохимический путь. После симбиоза с митохондриями аэробное дыхание повышает эффективность использования пищи. Десятки кластеров глубоководных организмов независимо друг от друга приручили бактерии, окисляющие сероводород или метан [1]. Благодаря этому, эукариоты приобрели функции фиксации азота, разложения целлюлозы, синтеза витаминов и пр. Но не надо захлёбываться серотониновой пеной, ведь такой вектор эволюции кажется эгоистичным. Сложно сказать, существуют ли живые организмы только для пользы репликации генома или нет. Но, в сравнении с короткой жизнью всего организма, часть информации нуклеиновых кислот существует невероятно продолжительное время передаваясь при размножении и создавая новую структуру носителя [22]. Заключение: Нами были описаны места возможного возникновения абиогенного синтеза органических соединений с содержанием нужных для этого веществ. А также на молекулярном уровне разобраны реакции получения органических соединений из простых микроэлементов на примерах работ А. Опарина и Д. Дальнейшую же эволюцию полученных биомолекул объясняют рассмотренные теории А. Маркова и П. Фортера, которые позже подтверждаются исследованиями в геотермальных полях Северной Атлантики. На протяжении всего текста можно было наблюдать уникальную биохимическую эволюцию и усложнение переносимой информации, закономерности которой описываются лишь свойствами химических веществ. Закончу статью словами эволюционного биолога Ричарда Докинза: «Все живое эволюционирует в результате дифференциального выживания реплицирующихся единиц». Литература: 1 — Михаил Никитин: «От туманности до клетки.
Каковы сходства между абиогенезом и биогенезом - Краткое описание общих черт 4. В чем разница между абиогенезом и биогенезом - Сравнение основных различий Ключевые слова: абиогенез, биогенез, эксперимент Миллера-Юрея, происхождение жизни, эксперимент Пастера, суп из первородного супа, гипотеза спонтанного поколения Что такое абиогенез Абиогенез относится к теории происхождения жизни, которая утверждает, что жизнь возникла из неорганических или неодушевленных веществ. Даже после того, как Дарвин сосредоточился на происхождении видов, некоторые ученые пытались описать эволюцию посредством абиогенеза. Гипотеза «Изначальный суп» 1924 Российский биохимик по имени Александр Опарин предположил, что жизнь на Земле постепенно возникла из неживых веществ в результате последовательности химических реакций. Атмосферные газы первобытной земли индуцировались молнией и другими источниками энергии для взаимодействия друг с другом, образуя простые органические соединения мономеры. Эти соединения накапливались в «первичном супе» с высокими концентрациями в некоторых точках, таких как океанические жерла и береговые линии. Последующая самосборка этих простых органических соединений образовала сложные органические соединения полимеры , такие как углеводы и белки. Это, в свою очередь, может само по себе стать живыми клетками. Рисунок 1: Александр Опарин справа в своей лаборатории Эксперимент Миллера-Юри 1953 Стэнли Миллер и Гарольд Юри провели эксперимент, пытаясь смоделировать условия первичной земной атмосферы. На дне колбы вода кипела в пар, а затем пар пропускался через аппарат, объединяющийся с водородом, аммиаком и метановыми газами. Полученная смесь была подвергнута искре на 50000 Вольт. Затем смесь охлаждали и полученное смолоподобное вещество собирали.
Абиогенез и биогенез: основные различия
Пористые минеральные осадки, работающие в качестве катализаторов, и локации для репликации органических соединений. Испарение на местах при концентрации веществ, солей и кислот, где происходит образование цепочек РНК. Несколько путей получения органических молекул. Фотохимические реакции и расположенные рядом защищенные поры. Нагрев пор, где накапливаются нуклеотиды и РНК в высоких концентрациях. Теория условий: роль метана и лаборатория Манчестера В 2008 году вышло исследование об обнаруженных на дне океана колонн из светлого известняка высотой до 60 метров.
Нагрев происходил за счет реакций в глубине твердых пород, поэтому метан и кислоты этих вод образуются абиогенно, а изотопный состав углерода в них такой же, как в углекислом газе [11]. В атмосфере древнего мира метан реагировал с азотом, водой и углекислым газом, образуя формальдегид. Соединения фотолиза метана не накапливались, а выпадали с дождем рис. Синильная кислота и формальдегид растворимы в воде, поэтому они вымывались и на поверхность поступали формальдегид, цианамид и цианид — являющиеся прекурсорами для азотистых оснований и РНК [12]. Рисунок 2.
Источники и превращения метана CH4 иллюстрация автора статьи на основе [1] Это была бы вкусная шутка, но реакция получения нуклеотидов с помощью таких соединений была получена в 2009 году в Манчестере во время работы Д. Сазерленда и его коллег [13]. Они синтезировали пиримидиновые нуклеотиды путем смешения в одной установке предшественников сахаров и нуклеотидов с фосфатами рис. Приготовьтесь, сейчас придется немного похрустеть коркой головного мозга. Чтобы было проще, обратимся к рисунку 3 ниже, который будет иллюстрировать ход реакций.
Как можем видеть, первоначальные соединения представлены: цианоацетиленом, цианамидом, глицеральдегидом и гликольальдегидом. Рисунок 3. Описание синтеза пиримидиновых нуклеотидов иллюстрация автора статьи на основе [1] Фосфат в реакции не только облегчает синтез нуклеотидов, подавляя побочные реакции, но и направляет соединение цианамида с гликольальдегидом в сторону аминооксазола. А уже его соединение с глицеральдегидом образует арабинозо-аминооксазолин. В реакции же аминооксазолина с цианоацетиленом снова фосфат помогает реакции — он поддерживает кислотность и создает условия для получения арабинозо-ангидронуклеозида.
После достаточно подогреть реакционную смесь для получения циклического цитидин-монофосфата. Такой раствор освещается ультрафиолетом, чтобы превратить часть цитозина в урацил и избавиться от побочных продуктов. Аналогичным способом получены пуриновые нуклеотиды при добавлении синильной кислоты, вместо цианоацетилена. Всего из четырех простых соединений, получаются все нуклеотиды и десять из двадцати белковых аминокислот! Но главное, в реакциях почти не образуется соединений, не встречающихся в клетках.
Пусть этот момент станет сюжетной пружиной моего повествования. До того времени РНК считалась только связующим элементом ДНК и белков, но последующие исследования показали способность РНК заменять белки в качестве катализаторов реакций, а также их ключевое значение в организации синтеза белка. Появилась гипотеза «РНК мира». Согласно этой теории, реплицирующиеся рибозимы стали первыми органическими соединениями начавшими эволюцию. Спустя поколения, репликаторы предоставили каталитические функции белкам, а хранение генома практически полностью — ДНК [14].
Это стало величайшим прыжком мысли через синаптическую щель, однако без клеточных систем получение полноценных белков в водной среде невозможно. Вопрос решается нахождением условий, где участие воды в реакции снижено или у нее отсутствуют химически свободные молекулы — благо, примеры таких локаций мы уже с вами рассмотрели в предыдущих главах. РНК: естественный отбор палиндромов Двигаемся дальше. В условиях липидно-нуклеотидного раствора уже рассмотренных грязевых котлов, образуются последовательности РНК в 50—100 нуклеотидов. Липиды , к которым мы вернемся позже, при высыхании образуют слои и длинные цилиндры, где последовательности РНК упорядоченно накапливаются и сохраняют подвижность.
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.
Про неё я и постараюсь коротко вам рассказать. Теория абиогенеза Согласно современным научным представлениям жизнь на нашей планете зародилась примерно 4.
Первобытный океан. Коллаж, созданный с помощью нейросети Состав атмосферы и гидросферы в те времена сильно отличался от нынешнего. На поверхности планеты бушевали огромные бури, а активность тектонических процессов, вулканов и гейзеров просто зашкаливала. Всё это способствовало бурному протеканию химических реакций, постоянно распадались и синтезировались новые химические соединения.
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! Но, конечно, чтобы утверждать что-то действительно уверенно, потребуется получить больше доказательств. Пока остается лишь строить догадки, что все это значит на самом деле. Интересно, как соотносятся представленные здесь результаты с другими работами, посвященными теме пребиотической эволюции. Предполагается следующее объяснение: в растворах с низкой активностью воды то есть с высокой концентрацией соли полипептиды, образованные аминокислотами с одинаковой хиральностью, оказываются значительно более устойчивыми, так как в них могут формироваться спирали, стабилизированные большим количеством водородных связей между аминокислотами. Этот фактор «отбора» на химическом уровне перестает работать при высокой активности воды. В своей недавно опубликованной статье A Prerequisite for Life ученый приводит эти соображения в качестве дополнительного аргумента в пользу все более популярной версии наземных гидротермальных источников как наиболее вероятных «колыбелей» пребиотической эволюции эта гипотеза активно разрабатывается в настоящее время международным российско-американским коллективом авторов, в котором большую роль играет российский ученый Армен Мулкиджанян, см. Ведь как раз здесь могут формироваться насыщенные растворы и кристаллы солей, поднимаемых из недр источника, а также, собственно, аминокислоты и другие низкомолекулярные органические соединения, необходимые для последующего формирования компонентов будущих клеток. Теперь же у нас в руках есть еще один козырь в пользу этой теории.
Кроме того, согласно данным, которые предоставляют геологи, в гидротермальных источниках и вообще на ранней Земле формируются условия с весьма кислой средой низкими значениями pH. Авторы одной из недавних работ H. S Bernhardt, W. Tate, 2012. Primordial soup or vinaigrette: did the RNA world evolve at acidic pH?
Теория эволюции дает нам объяснение того, как жизнь началась с одноклеточных бактерий и распространилась на миллионы видов животных , растений, грибов и бактерий. Но откуда взялась первая живая клетка? Абиогенез — это научная теория, утверждающая, что жизнь на Земле появилась спонтанным естественным путем благодаря существующим в то время условиям. Другими словами, живая материя возникла из неживой. Абиогенез предполагает, что первые созданные формы жизни были очень примитивными и постепенно становились все более сложными.
Биогенезу , в котором жизнь возникает в результате воспроизводства другой жизни, предположительно предшествовал абиогенез, который стал невозможным, когда атмосфера Земли приняла свой нынешний состав. Ранняя Земля Представьте себе безжизненную Землю: постоянные извержения вулканов , мощные грозы, кипящие океаны, частые землетрясения и атмосфера с высоким уровнем токсичных газов. Так как же и почему возникла жизнь в этих условиях? Эта тема интересовала многих ученых, которые хотели найти достоверный ответ на столь важный вопрос. Теория Опарина — Холдейна В 20-х годах прошлого века британский ученый Холдейн, Джон Бёрдон Сандерсон и русский биохимик Александр Опарин независимо друг от друга выдвинули схожие идеи относительно условий, необходимых для возникновения жизни на Земле. Оба считали, что органические молекулы могут быть образованы из абиогенных материалов в присутствии внешнего источника энергии например, ультрафиолетового излучения , и что примитивная атмосфера была с очень низким количеством свободного кислорода и содержала аммиак, водяной пар, водород и метан. Оба также подозревали, что первые формы жизни появились в теплом примитивном океане и были гетеротрофными получая предварительно сформированные питательные вещества из соединений, существовавших на ранней Земле , а не автотрофными синтезирующими питательные вещества из солнечного света или неорганических веществ. 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.
Биогенез и абиогенез презентация
| Биогенез и абиогенез: принципиальные отличия основных идей | концепция, утверждающая, что между живой и неживой материей лежит непреодолимая преграда, а следовательно, всё живое может происходить лишь от живого. |
| 1. Происхождение жизни на Земле | две основные концепции, объясняющие происхождение жизни на Земле. |
| Биогенез и абиогенез презентация | К 1861 году ему, наконец, удалось утвердить биогенез как твердую теорию, а не спорную гипотезу. |
| Происхождение жизни и развитие органического мира. Эволюция | Гипотезы о происхождении жизни абиогенез и биогенез. |
Абиогенез и естественный отбор
Приверженцы абиогенеза и биогенеза сходились во мнении, что кипячение воды убивало любые живые существа, которые могли в ней находиться. В главное отличие между абиогенезом и биогенезом заключается в том, что абиогенез не подтвержден научными экспериментами, тогда как биогенез доказан научными экспериментами. Абиогенез и биогенез Абиогенез — возникновение живого из неживого в процессе эволюции образование органических веществ, распространенных в живой природе вне организма.
Что такое абиогенез? Сущность гипотезы, сторонники концепции и эксперименты
Биогенез - концепция, утверждающая, что между живой и неживой материей лежит непреодолимая преграда, а следовательно, всё живое может происходить лишь от живого. Остальные ответы Константин Соколов Гуру 3903 6 лет назад Теория абиогенеза утверждает возможность происхождения живого из неживого. К ним относят гипотезу самозарождения, креационизм, теорию биохимической эволюции А.
Впрочем, немецкий натурфилософ Лоренц Окен еще в своей книге «Зарождение» 1805 выступил убежденным сторонником биогенеза[211]. Окен был одним из провозвестников клеточной теории. Задолго до В.
Вернадского он писал о том, что масса живого вещества на Земле есть величина постоянная. Окен заключил «Зарождение» словами: Nullum vivum ex ovo! Нет живого не из яйца! Все живое от живого. С новой силой разгорелись споры вокруг проблемы самозарождения в середине XIX в.
Пуше повторил опыты предшественников и настаивал на том, что в присутствии «жизненной силы» возможно самозарождение микроорганизмов. Как уже говорилось, в разгар спора в том же 1859 г. Французская академия назначила специальную премию за окончательное разрешение вопроса о возможности самозарождения жизни. Эту премию в 1862 г. Пастер провел эксперимент, соперничающий по своей простоте со знаменитым опытом Реди.
Он кипятил в колбе различные питательные среды, в которых могли развиваться микроорганизмы. При длительном кипячении погибали не только микроорганизмы, но и их споры. Помня о возражениях виталистов против опытов Спалланцани, что «жизненная сила» не может проникнуть в запаянную колбу, Пастер соединил колбу с наружным воздухом длинной S-образно изогнутой трубкой. Споры микроорганизмов оседали на стенках тонкой S-образной трубки и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипяченная питательная среда оставалась стерильной, в ней не наблюдалось самозарождение микроорганизмов, хотя доступ воздуха а с ним и пресловутой «жизненной силы» был обеспечен.
Витализму был нанесен сокрушительный удар. Блестящий экспериментатор, Пастер не был склонен к теоретизированию. Он считал, что смог точным экспериментом разрушить безосновательные домыслы Пуше. Сама проблема возникновения жизни на Земле не слишком волновала Пастера. Выводы за него нередко делали другие.
К числу тех, кто делал выводы за Пастера, принадлежал Д.
Затем он снял шейку лебедя с одной из колб. Через несколько часов в бульоне образовалась дымка, что указывало на рост и размножение микробов. Самыми ранними формами жизни на Земле были микроорганизмы, которые впервые появились где-то между 3,8 млрд и 4,3 млрд лет назад. Эти микроорганизмы могли образоваться в горячих тепловых отверстиях в океанах. На изображении выше показана колба с лебединой шеей, которую Луи Пастер использовал в своем знаменитом эксперименте, который помог опровергнуть теорию самозарождения. Уникальный дизайн позволял атмосфере проникать в колбу, но предотвращал попадание в нее частиц. Абиогенез Еще до времен древних греков люди думали, что мыши пришли из соломы, что гниющее мясо превратится прямо в мух, и что блохи были созданы из песка.
Генрих Г. Шредер 1810—1885 и Теодор фон Душ , и в 1859 году только Шредер повторил Гельмгольца фильтрационный эксперимент [12] и показал, что живые частицы можно удалить из воздуха, фильтруя его через вату. В 1864 г. Луи Пастер наконец огласил результаты своих научных экспериментов. В серии экспериментов, подобных тем, которые были выполнены ранее Нидхэмом и Спалланцани, Пастер продемонстрировал, что жизнь не возникает в областях, которые не были загрязнены существующей жизнью. Эмпирические результаты Пастера были резюмированы фразой Omne vivum ex vivo, Латинское для «все живое [есть] от жизни».
Основные этапы абиогенеза
Существует две основных концепции возникновения жизни на Земле: концепция абиогенеза и концепция биогенеза. Одной из проблем при разработке научных моделей абиогенеза является объяснение того, как молекулы превращаются в клетки, которые стали самовоспроизводящимися. Теория биогенеза Биогенез возник после абиогенеза и объяснил возникновение живых существ противоположным образом. Основное различие между абиогенезом и биогенезом состоит в том, что абиогенез не был доказан научными экспериментами, тогда как биогенез был доказан научными экспериментами. Гипотезы о происхождении жизни абиогенез и биогенез.
1.2 Опыт Реди. Биогенез и абиогенез
Теория биогенеза предлагает происхождение жизни, начиная с уже существующих живых существ. Абиогенез и биогенез — две научные теории, пытающиеся объяснить происхождение жизни на Земле. 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.
Теория биогенеза
Об этом процессе многое известно. Но то, как именно информация кодируется в нуклеиновых кислотах ДНК и РНК , чтобы сформировать систему генетического наследования, и как все это трансформируется непосредственно в жизнь, остается загадкой. Другой, слегка неудобный для сторонников абиогенеза аспект заключается в том, что процесс этот, по-видимому, произошел в удивительно короткий промежуток времени. Эта теория требует, чтобы «первичный суп», из которого возникла самовоспроизводящаяся РНК, сформировался в течение 800 миллионов лет после стабилизации земной коры. Этот интервал времени, по мнению некоторых исследователей, слишком короткий. Несмотря на свои недостатки и нехватку конкретных данных, абиогенез — это компромисс. И единственная признанная наукой на сегодня гипотеза о происхождении жизни. Гипотеза панспермии, однако, оспаривает почти все аспекты этой теории. Гипотеза панспермии Авторы работы утверждают, что «жизнь попала на Землю с метеоритами и кометами. Как только условия на планете позволили бы ей выжить и развиваться. Это произошло около 4,1 миллиарда лет назад.
Живые организмы, такие как устойчивые к космическим условиям бактерии, вирусы, более сложные эукариотические клетки и, возможно, даже оплодотворенные яйцеклетки и семена растений непрерывно падали на Землю. До тех пор, пока условия на ней не позволили запуститься процессу биологической эволюции». Другими словами исследователи предполагают, что абиогенез происходил не на Земле. А основной источник генетического разнообразия не обусловлен выбором естественных полезных мутаций. И, скорее всего, жизнь появилась из-за «дождя» из внеземного живого вещества. Который способствовал горизонтальному переносу генов. Помимо этого, исследование также утверждает, что различные массовые эпидемии связаны с появлением вирусов из космоса и что внеземные ретровирусы спровоцировали кембрийский взрыв. В работе также высказывается предположение, что осьминог может быть инопланетным существом. Можно было бы поддаться искушению посмеяться над такими выводами, если бы не объем убедительных свидетельств, которые предоставляют ученые.
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.
Аристотель не соглашался, но он все еще верил, что существа могут возникнуть из разных организмов или из почвы. Варианты концепции спонтанного зарождения существовали еще в XVII веке, но к концу XVII века началась серия наблюдений и аргументов, которые в конечном итоге дискредитировали такие идеи. Этот прогресс в научном понимании встретил большое сопротивление, поскольку личные убеждения и индивидуальные предрассудки часто заслоняли факты. Уильям Харви 1578—1657 был одним из первых сторонников того, что вся жизнь начинается с яйца, omne vivum ex ovo. Франческо Реди итальянский врач еще в 1668 году доказал, что высшие формы жизни не возникают спонтанно, продемонстрировав, что личинки происходят из яиц мухи. Попытки опровергнуть самозарождение жизни из неживого продолжались в начале 19 века наблюдениями и экспериментами Франц Шульце и Теодор Шванн.
В широком смысле абиогенез возникновение живого из неживого одна из современных… … Энциклопедический словарь абиогенез — abiogenesis абиогенез. Oбразование вне организма свойственных живой природе органических веществ: в широком понимании А. Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов».
Основные этапы абиогенеза
На дне колбы вода кипела в пар, а затем пар пропускался через аппарат, объединяющийся с водородом, аммиаком и метановыми газами. Полученная смесь была подвергнута искре на 50000 Вольт. Затем смесь охлаждали и полученное смолоподобное вещество собирали. Они нашли строительные блоки жизни, такие как аминокислоты в смолоподобном веществе. Рисунок 2: Эксперимент Миллера-Юри Этот эксперимент продемонстрировал, как органические соединения образовались спонтанно; тем самым он решительно поддерживает гипотезу об изначальном супе Опарина. Но газообразный кислород, присутствующий в исконной земле, может предотвратить образование органических соединений. Но в 1950-х годах ученые полагали, что в исконной земле было очень мало кислорода. Тем не менее, геологические данные свидетельствуют о том, что существенные количества кислорода присутствовали в ранней атмосфере. Таким образом, если бы газы использовались в правильных пропорциях в качестве ранней атмосферы, аминокислоты могли не образовываться в колбе.
Что такое биогенез Биогенез относится к теории происхождения жизни, описывающей, что жизнь возникла из существовавшей ранее живой материи. Эта концепция была впервые описана Луи Пастером. Он заключил, что живые существа могут появиться только из уже существующих живых существ посредством воспроизводства.
Однозначный ответ на вопрос о возникновении жизни не может дать даже современная наука, поскольку гипотетическое знание носит вероятный, а не достоверный характер и требует обоснований. В ходе рассмотрения и доказательства одни из гипотез ложатся в основу научных теорий, другие уточняются и видоизменяются, а третьи отбрасываются, если не выдерживают проверки. Это интересно: научный факт, гипотеза, теория Гипотеза от др. Гипотезы высказываются на основе наблюдений. Затем гипотезу доказывают, собирая дополнительные научные факты. Если гипотезу удаётся проверить и доказать, она ложится в основу научной теории.
Если факты не подтверждают гипотезу, то гипотеза опровергается, признаётся ложным утверждением. Пример научной гипотезы: происхождение Вселенной в результате Большого взрыва. Научный факт от лат. Примеры научных фактов: Земля имеет форму шара, зелёный цвет клеткам растений придаёт содержащийся в них хлорофилл. Научная теория от др. В основу научной теории ложатся многократно наблюдаемые научные факты и подтверждённые гипотезы. Теории не только объясняют все известные науке факты, но и дают возможность прогнозировать, то есть предсказывать какие-то явления, процессы. Пример научной теории: гелиоцентрическая от имени др. Существует несколько научных гипотез о происхождении жизни.
Все эти гипотезы формировались на основе двух противоположных идей. Идея биогенеза от греч. Идея абиогенеза от лат. Гипотеза стационарного состояния Эта гипотеза утверждает, что Земля и жизнь на ней никогда не возникали, а существуют вечно. При этом живое может произойти только от живого идея биогенеза , а у всех живущих видов есть две возможности развития: поддержание численности или вымирание. Эта гипотеза опровергнута данными астрономических наблюдений, геологических и палеонтологических исследований и всерьёз наукой не рассматривается. Гипотеза панспермии Согласно гипотезе панспермии от др. Такое объяснение не предлагает решения проблемы происхождения жизни в целом, например во всей Вселенной, а лишь объясняет её появление на нашей планете. Летящий метеорит реконструкция.
Главный аргумент сторонников этой гипотезы состоит в том, что некоторые микроорганизмы, а особенно их споры, могут сохранять жизнеспособность при очень жёстких воздействиях — в отсутствие воды, при очень низких или высоких температурах, при радиоактивном облучении. При этом до сих пор никаких форм жизни в космосе обнаружено не было, однако при изучении метеоритов и марсианского грунта были найдены органические молекулы. Предполагается, что их синтез осуществлялся абиогенным путём из неорганических веществ. Гипотеза самозарождения жизни Эта гипотеза — о возникновении жизни абиогенным путём — существовала с древности, параллельно с креационистскими представлениями о сотворении живых организмов. Сторонники гипотезы самозарождения считали, что условия, необходимые для возникновения жизни, имелись в далёком прошлом, поскольку они имеются и в настоящее время. Так, знаменитый древнегреческий учёный Аристотель считал, что лягушки родятся из ила; из домашней пыли образуется моль; из гниющего мяса появляются черви и мухи; роса, сгущаясь на листьях капусты, порождает гусениц, которые, в свою очередь, порождают бабочек-капустниц. Так же обстоит дело и у растений: лишь некоторые из них развиваются из семян, но многие под действием сил природы возникают из определённых частей растений, разлагающейся земли и гниющей травы. Он поместил в тёмную кладовую глиняный горшок с грязной одеждой, пшеничными зёрнами и горстью пыли. Через три недели исследователь обнаружил в кладовой мышей.
Ван Гельмонт предположил, что при определённых условиях — в темноте, при наличии зерна и грязного белья — мыши способны самозарождаться. Активным началом в процессе самозарождения ван Гельмонт считал человеческий пот. Эксперимент Яна ван Гельмонта. Опровержение самозарождения личинок мух: опыт Франческо Реди Итальянский учёный Франческо Реди в 1668 г. Он оставлял гнить куски мяса и рыбы в разных сосудах — открытых или затянутых тонкой материей — и доказал, что в закрытых от мух сосудах никогда не происходит самозарождения червей червями он называл личинок мух. На основании этого опыта Реди выдвинул новую гипотезу: мухи и черви не зарождаются самопроизвольно в гниющих продуктах, они выводятся из яичек, отложенных туда другими мухами. Эксперимент Франческо Реди. После опытов Франческо Реди и его последователей научное сообщество стало склоняться к мысли, что самозарождение относительно крупных животных головастиков, червей, насекомых , скорее всего, не происходит. Примерно в то же время, когда Реди проводил эксперименты, учёные начали активно использовать новое изобретение — микроскоп.
Наблюдения в микроскоп доказали существование микромира — мира крошечных живых организмов. Стало известно, например, что в настое сена или в мясном бульоне через некоторое время обнаруживается большое число микроорганизмов их называли анималькулями — от лат. Сторонники самозарождения жизни считали, что эти микроорганизмы возникали в жидкостях благодаря существованию в воздухе «жизненной силы», превращающей неживое вещество в живую материю. Учёный считал, что микроорганизмы возникают не из воздуха, а от других микроорганизмов. Было известно, что при кипячении микроорганизмы погибают, поэтому Спалланцани разлил мясной бульон по стеклянным колбам и прокипятил их. Контрольные колбы он оставил открытыми, а экспериментальные — запаял. В результате микроорганизмы появились только в открытых колбах то есть они были занесены туда из воздуха , что позволило учёному сделать вывод о невозможности их самозарождения. Однако противники Спалланцани не сдавались. По их мнению, во время кипячения вместе с микроорганизмами в колбах была убита и та самая «жизненная сила», а анималькули не могут возникнуть там, где этой силы нет.
Окончательное опровержение самозарождения микроорганизмов: опыты Луи Пастера Окончательно разрешил вопрос возможности самозарождения французский биолог Луи Пастер. Это произошло только во второй половине XIX в. Пастер использовал колбы с горизонтальным S-образным горлышком. В открытое горлышко из воздуха могла проникать «жизненная сила», а споры микроорганизмов оседали на изгибе трубки и не попадали в колбу. Питательный бульон в колбе оставался стерильным, микроорганизмы в нём не возникали. В результате ряда экспериментов Пастер окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения жизни и доказал справедливость теории биогенеза: «всё живое от живого». Луи Пастер а и колба Пастера с S-образным горлышком б Это интересно: Пастер, пастеризация, асептика и антисептика За эксперимент, доказавший невозможность самозарождения микроорганизмов, Луи Пастеру была вручена специальная премия Французской академии наук. Именно благодаря трудам этого учёного появились антисептики и асептики, открывшие дорогу современной хирургии. Впоследствии этот способ получил название в честь своего изобретателя — пастеризация.
Пастер выяснил, что некоторые бактерии очень устойчивы к воздействию высоких температур и уничтожить их можно только путём длительного кипячения, или нагревания под давлением, или прокаливания, или с помощью специальных химических растворов. Уничтожение всех микроорганизмов и их спор называется стерилизацией от лат.
Левенхук, спустя несколько лет после того, как итальянец провел свои исследования, повторил эксперимент Реди, но на этот раз он исследовал мясо под микроскопом. Как в непокрытом, так и в покрытом мясе можно было наблюдать микроорганизмы, в результате чего идеи самопроизвольной генерации были осуществимы, по крайней мере, для этих организмов жизни. Синтетическая теория эволюции Когда Дарвин работал над своей теорией, он столкнулся с рядом сложностей, разрешить которые было невозможно без современной генетики. Синтетическая теория эволюции или СТЭ — это современная эволюционная теория, объединившая в себе дарвинизм, генетику и молекулярную биологию. Отчасти она также опирается на исследования в области палеонтологии, которых также не было в распоряжении Дарвина. СТЭ возникла в 1940-х годах как улучшенная версия дарвиновского учения.
Стоит отметить, что она не только дополнила существовавшую теорию, но и подтвердила многие тезисы, которые до этого основывались на предположениях или необъяснимых наблюдениях. Синтетическая теория расширяет список факторов эволюции. Дарвин считал, что основным фактором является внутривидовая и межвидовая конкуренция за ресурсы и выживание в сложных условиях. В СТЭ рассматриваются такие факторы как мутация, изоляция, генетический дрейф, перенос генов между популяциями и прочее. В рамках синтетической теории изучаются две формы эволюции: Микроэволюция. Это появление и закрепление полезных признаков в рамках одного биологического вида. Это процессы, происходящие на более глобальном уровне: появление и вымирание целых видов. Процессы микроэволюции доступны для наблюдения, а вот макроэволюцию приходится изучать лишь косвенно, пользуясь наработками современной генетики, палеонтологии и других наук.
Ключевые тезисы синтетической теории эволюции: основным источником появления новых признаков являются мутации; главный, но не единственный фактор эволюции — естественный отбор; единица эволюции — это популяция, относительно изолированная от других популяций данного вида; пока популяции пересекаются и обмениваются генами, целостность вида сохраняется; изолированная популяция после длительной эволюции образует новый вид; у эволюции нет конечной цели, она лишь помогает популяции приспособиться к актуальным условиям обитания. Абиогенез и биогенез Абиогенез, также известный как Теория Спонтанного Поколения, был первой гипотезой о происхождении жизни с философской и научной точек зрения. Эта теория просуществовала на протяжении всей античности, а Аристотель был одним из известных сторонников. Сторонники этой идеи утверждали, что жизнь может возникнуть из любого вида органического материала. Упадок абиогенеза начался со знаменитого эксперимента Франческо Реди 1626 — 1697. Итальянский врач использовал колбы, туши животных и кусочки мяса, чтобы доказать, что личинки не были рождены самопроизвольно, как предполагалось в то время. Реди положил мясо в банки, но в некоторых оно закрывало отверстие марлей, а в других оставалось открытым. В колбах, которые были открыты и подвергались воздействию воздуха, личинки образовались, с другой стороны, в тех, которые были закрыты, изменений не было.
Таким образом, ученый отметил, что черви не «выросли» из трупов и плохой пищи, а получили яйца мух, которые приземлились на мясо, и что позже они вылупились. Однако даже после эксперимента Реди некоторые ученые продолжали верить в правдивость абиогенеза. Джон Нидан, например, защитил теорию, заявив, что спонтанное поколение возникло благодаря «жизненной энергии». Спустя годы, в 1860 году, Луи Пастер провел эксперимент , который окончательно опроверг теорию самопроизвольного рождения. Ученый провел эксперимент, используя стеклянные банки с горлом, похожим на шею лебедя. Внутри каждого флакона был питательный бульон. Флаконы кипятили и оставляли на несколько дней. Из-за формы кусочков микроорганизмы не могли вступать в контакт с бульоном, что делало невозможным образование организмов.
Когда Пастер сломался и оставил бульон открытым, через несколько дней в жидкости появились микроорганизмы. Узнайте больше о значении абиогенеза и разнице между абиогенезом и биогенезом. Теория Опарина — Холдейна В 20-х годах прошлого века британский ученый Холдейн, Джон Бёрдон Сандерсон и русский биохимик Александр Опарин независимо друг от друга выдвинули схожие идеи относительно условий, необходимых для возникновения жизни на Земле. Оба считали, что органические молекулы могут быть образованы из абиогенных материалов в присутствии внешнего источника энергии например, ультрафиолетового излучения , и что примитивная атмосфера была с очень низким количеством свободного кислорода и содержала аммиак, водяной пар, водород и метан. Оба также подозревали, что первые формы жизни появились в теплом примитивном океане и были гетеротрофными получая предварительно сформированные питательные вещества из соединений, существовавших на ранней Земле , а не автотрофными синтезирующими питательные вещества из солнечного света или неорганических веществ. 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 начале: теория самозарождения Дело в том, что нельзя говорить о биогенезе, не упомянув сначала модель, которая вытеснила научную и популярную сцену. Спонтанное зарождение предложило жизнь может быть создана из инертной материи. Эта идея возникла из наблюдения, что после разложения органического образца появляются насекомые и микроорганизмы, которых раньше не было. То, что теории биогенеза удалось опровергнуть модель, которая долгие годы укоренилась в мировоззрении, было большим достижением. Идея самозарождения восходит к Древней Греции, от руки Аристотеля; философ утверждал, что некоторые формы жизни могли появиться из инертной материи и без того. Например, черви вышли из нагретой солнцем грязи или мухи из гниющего мяса. Эти убеждения, предложенные Аристотелем, пережили многие столетия, не подвергаясь сомнению.
Лишь в семнадцатом веке кто-то захотел опровергнуть эту идею. Это было итальянский натуралист Франческо Реди. Эксперимент Реди Этот исследователь разработал эксперимент, чтобы показать, что насекомые не возникают спонтанно. Для этого он поместил разные виды мяса в восемь стеклянных банок, оставив четыре из них полностью открытыми, а другая половина накрыла их марлей, которая пропускала воздух, но не насекомых. Через несколько дней в открытом мясе появились личинки, а в закрытом, по-видимому, не было жизни. Результат эксперимента показал, что мухам необходимо откладывать яйца в мясо, чтобы появились другие представители их вида.
Этот Второй закон термодинамики необходимо учитывать, когда происходит самоорганизация материи до более высокой сложности.
Поскольку живые организмы - это машины, второй закон применим и к жизни. Получение свободной энергии Бернал сказал об эксперименте Миллера-Юри, что недостаточно объяснить образование таких молекул, что необходимо, это физико-химическое объяснение происхождение этих молекул предполагает наличие подходящих источников и стоков для свободной энергии. На ранней Земле для химических реакций было доступно множество источников энергии. Например, тепло например, от геотермальных процессов является стандартным источником энергии для химии. Среди других примеров - солнечный свет и электрические разряды молния. На самом деле, молния является вероятным источником энергии для зарождения жизни, учитывая, что только в тропиках молния ударяет около 100 миллионов раз в год. Компьютерное моделирование также предполагает, что кавитация в изначальном водохранилища, такие как морские волны, ручьи и океаны, могут потенциально привести к синтезу биогенных соединений.
Неблагоприятные реакции также могут быть вызваны очень благоприятными, как в случае химии железа и серы. Например, это, вероятно, было важно для фиксации углерода преобразования углерода из его неорганической формы в органическую. Поверхности, содержащие железо-серу, которые в изобилии встречаются около гидротермальных источников, также способны производить небольшие количества аминокислот и других биологических метаболитов. Самоорганизация Герман Хакен Дисциплина синергетики изучает себя -организация в физических системах. В своей книге Синергетика Герман Хакен указал, что разные физические системы можно рассматривать одинаково. Он приводит в качестве примеров самоорганизации несколько типов лазеров, нестабильности в гидродинамике, включая конвекцию, а также химические и биохимические колебания.