Образование простейших органических соединений.

I. Развитие представлений о возникновении жизни на Земле.

1. Основные идеи, объясняющие происхождение жизни на нашей планете:

• Жизнь на земле создана богом.
• Живое на планете неоднократно самозарождалось из неживого.
• Жизнь существовала всегда.

* Биогенез – эмпирическое обобщение (в сер.XIXв.), утверждающее, что все

живое происходит только из живого.

• Жизнь на землю занесена извне (например, с других планет).

*Гипотеза панспермии (предложена Г.Рихтером в 1865 г. и сформулирована С.Аррениусом в 1895г.)

• Жизнь возникла в определенный период развития Земли как следствие биохимической эволюции. Теория абиогенеза (коацерватная теория А.И.Опарина).

2. Сущность и значение работ Франческо Реди (1626-1698), Луи Пастера(1822-1895).

 

II. Основные свойства живых систем (критерии живого):

• сложность и высокая степень организации
• единство химического состава
• дискретность
• обмен веществ (метаболизм)
• саморегуляция (авторегуляция → гомеостаз)
• раздражимость
• изменчивость
• наследственность
• самовоспроизведение (репродукция)
• рост
• развитие (онтогенез и филогенез)
• открытость
• энергозависимость
• ритмичность
• способность к адаптации
• единый принцип структурной организации – клетка*

III. Современные представления о происхождении жизни на Земле, основанные

на теории абиогенеза.

Выводы:

1 – биологической эволюции предшествовала длительная химическая эволюция (абиогенная);

2 - возникновение жизни - это этап эволюции материи во вселенной;

3 – закономерность основных этапов возникновения жизни может быть проверена экспериментально в лаборатории и выражена в виде следующей схемы:

атомы → простые молекулы → макромолекулы →

ультрамолекулярные системы (пробионты) → одноклеточные организмы;

4 – первичная атмосфера Земли имела восстановительный характер (СН₄, NH₃,Н₂О, Н₂), в силу этого первые организмы были гетеротрофами;

5 – дарвинские принципы естественного отбора и выживания наиболее приспособленных

можно перенести на предбиологические системы;

6 – в настоящее время живое происходит только от живого (биогенно). Возможность

повторного возникновения жизни на Земле исключена.

 

I. Неорганическая эволюция и условия возникновения жизни на Земле.

1. Возникновение атомов химических элементов – начальный этап неорганической эволюции.

В глубинах Солнца и звезд, в плазме происходит образование сложных ядер из простейших. Материя находится в непрерывном движении и развитии.

Планета Земля сформировалась 4,5 – 7 млрд. лет назад (газово–пылевое облако).

Появление твердой коры (геологический возраст) 4 – 4,5 млрд. лет назад

Образование простейших неорганических соединений.

С, Н, О, N, F (биогенные элементы) широко распространены в космосе и имели большую возможность реагировать между собой, чему способствовали электромагнитные излучения и тепло.

Первичная атмосфера Земли имела восстановительный характер: СН₄, NH₃,Н₂О, Н_2.

Состав первичной литосферы: Al, Ca, Fe, Mg, Na, K и др.

Первичная гидросфера: менее 0,1 объема воды сегодняшних океанов, pH =8-9.

Образование простейших органических соединений.

Этот этап связан со специфической валентностью углерода – главного носителя органической жизни, его способностью к соединению почти со всеми элементами, к образованию цепей и циклов, с его каталитической активностью и другими свойствами.

Органическим молекулам свойственна зеркальная изомерия, т.е. они могут существовать в двух структурных формах, схожих и вместе с тем отличных друг от друга. Эта особенность молекул существовать в двух зеркальных формах называется хиральность. К числу органических веществ, обладающих ею, принадлежат и молекулярные «кирпичики» живого – аминокислоты и сахара. Им присуща абсолютная хиральная чистота: белки содержат только «левые» аминокислоты, а нуклеиновые кислоты – только «правые» сахара. Это важнейшая черта, отличающая живое от неживого. Неживой природе присуща тенденция к установлению зеркальной симметрии (рацемизации) – равновесию между левыми и правыми. Нарушение зеркальной симметрии – предпосылка возникновения жизни.

4. Абиогенный синтез биополимеров – белков и нуклеиновых кислот.

Комплекс условий: достаточно высокая температура поверхности планеты, активная вулканическая деятельность, газовые электрические разряды, ультрафиолетовое излучение.

Адсорбируясь на илистом дне пересыхающих морских лагун, различные мономеры подвергались полимеризации, конденсации, дегидратации под действием энергии Солнца. Происходило обогащение океана полимерами, образование «первичного бульона», формирование коацерват.

Коацерваты – сгустки высокомолекулярных соединений, способные адсорбировать различные вещества. В них осмотически могут поступать из окружающей среды химические соединения и идти синтез новых соединений. Коацерваты действуют как открытые системы, способные к обмену веществ и росту. Возможно механическое дробление.

II. Переход от химической эволюции к биологической.

А.И.Опарин (1894-1980) предположил, что переход от химической эволюции к биологической связан с возникновением простейших фазовообособленных органических систем – пробионтов, способных использовать из окружающей среды вещества (обмен веществ) и энергию и на этой основе осуществлять важнейшие жизненные функции – расти и подвергаться естественному отбору.

Подлинное начало биологической эволюции ознаменовано возникновением пробионтов с кодовыми отношениями между белками и нуклеиновыми кислотами. Взаимодействие белков и нуклеиновых кислот обусловило возникновение таких свойств живого как самовоспроизведение, сохранение наследственной информации и ее передача последующим поколениям. Вероятно, на более ранних этапах преджизни существовали независимые друг от друга молекулярные системы полипептидов и полинуклеотидов. В результате их объединения способность к самовоспроизводству нуклеиновых кислот дополнилось каталитической активностью белков.

Микроскопические формы жизни имеют возраст около 3,5-3,8 млрд. лет.

Первыми были одноклеточные анаэробные гетеротрофные прокариоты. Общей реакцией обмена веществ для всех первых организмов являлся анаэробный гликолиз.