0

Teória biopoézy

Na základe biochemickej evolučnej hypotézy Oparin-Haldane v roku 1947 anglický výskumník John Bernal sformuloval moderná teória vznik života na zemi, tzv teória biopoézy(gr. bios- život a poiesis- tvorba).

Zahŕňal tri etapy:

• abiogénny výskyt organických monomérov;

• tvorba biologických polymérov;

• tvorba membránových štruktúr a primárnych organizmov – probiontov.

Abiogénny výskyt organických monomérov

Naša planéta vznikla asi pred 4,6 miliardami rokov.

Vzdelávanie zemská kôra sprevádzaná aktívnou sopečnou činnosťou. Plyny nahromadené v primárnej atmosfére - produkty reakcií prebiehajúcich v útrobách Zeme: oxid uhličitý (CO 2), oxid uhoľnatý (CO), amoniak (NH 3), metán (CH 4), sírovodík (H 2 S) a veľa ďalších. Takéto plyny sa v súčasnosti uvoľňujú do atmosféry pri sopečných erupciách.

Voda, neustále sa vyparujúca z povrchu Zeme, kondenzovala v horných vrstvách atmosféry a opäť padala vo forme dažďa na horúci zemský povrch. Postupné znižovanie teploty viedlo k tomu, že na Zem padali lejaky sprevádzané nepretržitými búrkami. Na zemskom povrchu sa začali vytvárať vodné útvary.

V horúcej vode sa rozpúšťali atmosférické plyny a tie látky, ktoré sa vyplavili zo zemskej kôry. V atmosfére pod vplyvom častých a silných elektrických výbojov blesku, silného ultrafialového žiarenia prichádzajúceho zo Slnka a aktívnej sopečnej činnosti, ktorá bola sprevádzaná emisiami rádioaktívnych zlúčenín, najjednoduchších organických látok (formaldehyd, glycerín, aminokyseliny, močovina kyselina mliečna).

Keďže v atmosfére ešte nebol voľný kyslík, tieto zlúčeniny sa dostávajú do vody staroveký oceán, neboli oxidované a mohli sa hromadiť, čím sa stali zložitejšími v štruktúre a vytvárali koncentrované "primárny vývar" - termín zavedený A.I.Oparinom. Organická hmota, ktorá sa milióny rokov hromadila vo vode starovekého oceánu, vytvorila koncentrovaný roztok alebo „primárnu polievku“.

Tvorba biologických polymérov a koacervátov

Prvá etapa biochemickej evolúcie bola potvrdená početnými experimentmi, ale čo sa stalo v ďalšej etape, vedci môžu len hádať na základe poznatkov chémie a molekulárnej biológie.

Vzniknuté najjednoduchšie organické látky zjavne interagovali medzi sebou a s anorganickými zlúčeninami vstupujúcimi do vodných útvarov. Mastné kyseliny, ktoré reagujú s alkoholmi, vytvárajú lipidy, ktoré vytvárajú mastné filmy na povrchu vodných útvarov. Aminokyseliny sa navzájom spájajú a vytvárajú peptidy. dôležitá udalosť Touto etapou bol vznik nukleových kyselín – molekúl schopných reduplikácie.

Moderní biochemici veria, že ako prvé sa vytvorili krátke reťazce RNA, ktoré bolo možné syntetizovať nezávisle, bez účasti špeciálnych enzýmov. Tvorba nukleových kyselín a ich interakcia s proteínmi sa stala nevyhnutným predpokladom pre vznik života, ktorý je založený na reakciách syntézy matrice a metabolizmu.

A. I. Oparin tomu veril životne dôležitá úloha pri premene neživého na živé patrili bielkoviny. Vďaka zvláštnostiam štruktúry sú tieto molekuly schopné vytvárať zrazeniny - koloidné komplexy, ktoré k sebe priťahujú molekuly vody. Takéto komplexy, ktoré sa navzájom spájajú, vytvorili koacerváty - štruktúry izolované od zvyšku vodnej hmoty. koacerváty dokázali vymieňať látky s životné prostredie a selektívne akumulujú rôzne zlúčeniny. Absorpcia kovových iónov koacervátmi viedla k tvorbe enzýmov. Proteíny v koacervátoch chránené nukleových kyselín pred škodlivými účinkami ultrafialového žiarenia. Systémy tohto druhu už mali nejaké známky života, ale chýbali im biologické membrány, ktoré by ich premenili na prvé živé organizmy.

coacervatus(lat. koacervatio- hromadenie, akumulácia) - zrazeniny s vyššou koncentráciou koloidu (solute) ako vo zvyšku roztoku toho istého chemické zloženie.

Koacerváty sa tvoria v koncentrovaných roztokoch bielkovín a nukleových kyselín. Sú schopné adsorbovať rôzne látky. Z roztoku vo vnútri pochádzajú kvapky koacervátu chemické zlúčeniny, ktoré sa premieňajú v dôsledku reakcií prebiehajúcich v kvapkách koacervátov a uvoľňujú sa do životného prostredia.

Pojem „koacervát“ je dôležitý v množstve hypotéz o pôvode života na Zemi.

Tvorba membránových štruktúr a primárnych organizmov (probiontov)

Ako sa tvoria membrány? skoré štádia pôvod života?

Povrchy nádrží boli pokryté mastnými filmami. Dlhé nepolárne uhľovodíkové "chvosty" lipidových molekúl vyčnievali von a nabité "hlavy" sa zmenili na vodu. Molekuly polypeptidov a nukleových kyselín rozpustené vo vodných útvaroch by mohli byť adsorbované na povrchu lipidového filmu v dôsledku elektrickej príťažlivosti k nabitým „hlavám“. Pri nárazoch vetra bol povrchový film ohnutý, mohli sa z neho odtrhnúť bubliny. Takéto bubliny vietor zdvihol do vzduchu a keď dopadli na hladinu nádrže, boli pokryté druhou lipidovou vrstvou. Bolo to spôsobené hydrofóbnymi interakciami medzi nepolárnymi „chvostmi“ lipidov, ktoré sú oproti sebe. Takýto dvojvrstvový lipidový obal nám prekvapivo pripomína modernú biologickú membránu a možno by mohol byť jej predchodcom.

Pre ďalší vývoj života boli dôležité tie bublinky, ktoré obsahovali koacerváty s komplexmi proteín-nukleová kyselina. Biologické membrány poskytovali ochranu a nezávislú existenciu koacervátom, čím vytvárali poriadok biochemické procesy. V budúcnosti sa zachovali iba tie štruktúry, ktoré boli schopné samoregulácie a sebareprodukcie, a zmenili sa na najjednoduchšie živé organizmy. Tak vzniklo probiontov (alebo protobionty : z gréčtiny. protos- prvý a bios- život) - primitívne heterotrofné organizmy, ktoré sa živili organickými látkami "primárneho bujónu". Stalo sa to pred 3,5-3,8 miliardami rokov. Chemická evolúcia sa skončila, nastal čas biologickej evolúcie živej hmoty.

Probionty, alebo protobionty(gr. protos- prvý a bios- život), - predbunkové formácie, ktoré majú niektoré vlastnosti buniek: schopnosť metabolizmu, sebareprodukcie atď.

Probionti boli heterotrofné organizmy, ktoré konzumovali organickú hmotu z „prapolievky“. Je zrejmé, že išlo o anaeróbne heterotrofy, keďže staroveká atmosféra podľa výskumníkov neobsahovala kyslík.

Tieto hypotetické primárne organizmy, ktoré obsahovali makromolekuly bielkovín a nukleových kyselín a získali schopnosť reprodukovať sa, podľa vedcov znamenali začiatok všetkej modernej rozmanitosti života na Zemi.

Otázka 1. Aké vesmírne faktory boli v raných štádiách vývoja Zeme predpokladmi pre vznik organických zlúčenín?

V raných štádiách vývoja Zeme vznikali organické zlúčeniny z anorganických abiogénnym spôsobom. Zdrojom energie pre tieto procesy bolo ultrafialové žiarenie Slnka. V atmosfére nebol žiadny ozón ani kyslík, takže ultrafialové žiarenie sa ničím nezdržalo a dostalo sa na povrch planéty. Pod jeho vplyvom, ako aj za účasti elektrických výbojov blesku, sa z vody a plynov vytvorili najjednoduchšie organické látky: formaldehyd, glycerín, aminokyseliny, močovina atď.

Otázka 2. Vymenujte hlavné etapy vzniku života podľa teórie biopoézy.

Podľa teórie biopoézy, ktorú v roku 1947 sformuloval anglický fyzik a historika vedy Johna Bernala (1901-1971), existujú tri fázy vzniku života:

1) abiogénna syntéza a akumulácia organických monomérov (tvorba "primárneho bujónu");

2) tvorba biologických polymérov a koacervátov (z lat. coacervus - zrazenina);

3) tvorba membránových štruktúr a primárnych organizmov (probiontov).

Hlavným miestom všetkých týchto procesov je staroveký oceán.

Otázka 3. Ako vznikali koacerváty, aké mali vlastnosti a akým smerom sa vyvíjali?

Tvorba koacervátov by nebola možná bez interakcie organických látok navzájom a s anorganickými zlúčeninami. V dôsledku tejto interakcie sa z mastných kyselín a alkoholov vytvorili lipidy, z aminokyselín peptidy a z nukleotidov nukleové kyseliny. Lipidy tvorili filmy na povrchu vodných plôch, zatiaľ čo proteíny tvorili polymérne komplexy rozpustené vo vode. Takéto komplexy, ktoré sa navzájom spájajú, vytvorili koacerváty - štruktúry izolované od zvyšku vodnej hmoty. Koacerváty boli schopné pri výmene s prostredím koncentrovať rôzne látky. Akumulácia kovových iónov a ich interakcia s proteínmi teda viedla k tvorbe enzýmov. Nukleové kyseliny zachytené v koacervátoch si s väčšou pravdepodobnosťou zachovajú svoju štruktúru a nebudú zničené. Koacerváty mali nejaké známky života, ale chýbali im biologické membrány na ich premenu na prvé živé organizmy.

Otázka 4. Povedzte nám, ako probionty vznikli.

Probiontové membrány mohli byť vytvorené z lipidových filmov na povrchu vodných plôch, ku ktorým boli pripojené koacerváty plávajúce vo vode. Pre evolúciu života boli dôležité tie koacerváty, ktoré obsahovali nielen bielkoviny, ale aj nukleové kyseliny. Z ich komplexov s lipidmi možno považovať za živé organizmy len tie, ktoré sa ukázali ako schopné samoreprodukcie nukleových kyselín. Takto vznikli probionti - primitívni heterotrofi žijúci na úkor organickej hmoty abiogénneho pôvodu ("primárny bujón"). V tomto štádiu sa skončila chemická evolúcia a začala sa biologická.

Otázka 5. Popíšte, ako mohlo dôjsť ku komplikácii. vnútorná štruktúra prvé heterotrofy.

Postupne sa množstvo organických látok abiogénneho pôvodu začalo znižovať. To viedlo k tvrdej konkurencii medzi probiontmi, čo urýchlilo vznik autotrofov, ktoré využívajú energiu na vytváranie organickej hmoty. slnečné svetlo. Prvé autotrofy využívali spôsob fotosyntézy bez kyslíka. Neskôr sa objavili sinice schopné fotosyntézy s uvoľňovaním kyslíka. Akumulácia kyslíka v atmosfére mala za následok po prvé vznik aeróbnych organizmov a po druhé vytvorenie ochrannej ozónovej vrstvy.

Paralelne došlo ku komplikácii vnútornej štruktúry buniek, čo nakoniec viedlo k vzniku eukaryotov. Niektoré heterotrofy vstúpili do symbiózy s aeróbnymi baktériami, zachytili ich a použili ako „energetické stanice“ – budúce mitochondrie. Z takýchto symbiontov vznikli živočíchy a huby. Iné heterotrofy okrem aeróbnych baktérií zachytávali autotrofné sinice, z ktorých sa stali chloroplasty. Takto sa objavili prekurzory rastlín.

Otázka 6. Prečo je spontánna tvorba života v moderných podmienkach nemožná?

Spontánna tvorba života na Zemi je v súčasnosti nemožná, pretože v podmienkach modernej atmosféry bohatej na kyslík Organické zlúčeniny sú rýchlo zničené, nehromadia sa a nedosahujú náležitý stupeň zložitosti. Okrem toho sa vzhľad koacervátov a probiontov nevyskytuje kvôli obrovskému počtu heterotrofov, ktoré veľmi rýchlo "jedia" akúkoľvek akumuláciu organických látok.

Pôvod života na Zemi je kľúčovým a nevyriešeným problémom prírodných vied, ktorý často slúži ako základ pre konflikt medzi vedou a náboženstvom. Ak možno považovať existenciu evolúcie živej hmoty v prírode za preukázanú, keďže boli objavené jej mechanizmy, archeológovia objavili prastaré, jednoduchšie usporiadané organizmy, tak žiadna hypotéza o vzniku života nemá takú rozsiahlu dôkazovú základňu. Evolúciu môžeme pozorovať na vlastné oči aspoň vo výbere. Nikto nedokázal vytvoriť živú vec z neživej.

Napriek veľkému počtu hypotéz o pôvode života má iba jedna z nich prijateľnú vedecké vysvetlenie. Je to hypotéza abiogenéza- dlhý chemický vývoj, ktorý prebiehal v špeciálnych podmienkach starodávna zem a predchádzala biologickej evolúcii. Zároveň od anorganické látky najprv sa syntetizovali jednoduché organické, z toho zložitejšie, potom sa objavili biopolyméry, ďalšie stupne sú špekulatívnejšie a ťažko dokázané. Hypotéza abiogenézy má veľa nevyriešených problémov, rôzne pohľady na určité štádiá chemickej evolúcie. Niektoré z jeho bodov sa však empiricky potvrdili.

Ďalšie hypotézy o pôvode života - panspermia(uvedenie života z vesmíru), kreacionizmus(tvorba tvorcom), spontánna generácia(živé organizmy sa náhle objavia v neživej hmote), ustálený stav (život vždy existoval). Nemožnosť spontánneho generovania života v neživom dokázal Louis Pasteur (XIX. storočie) a množstvo vedcov pred ním, ale nie tak kategoricky (F. Redi - XVII. storočie). Hypotéza panspermie nerieši problém vzniku života, ale prenáša ho zo Zeme do vesmíru alebo na iné planéty. Je však ťažké vyvrátiť túto hypotézu, najmä tí jej predstavitelia, ktorí tvrdia, že život nepriniesli na Zem meteority (v tomto prípade by živé veci mohli vyhorieť vo vrstvách atmosféry, podstúpiť deštruktívnu činnosť kozmického žiarenia atď.), ale rozumnými bytosťami. Ale ako sa dostali na Zem? Z hľadiska fyziky (obrovská veľkosť Vesmíru a neschopnosť prekonať rýchlosť svetla) je to sotva možné.

Po prvýkrát bola možná abiogenéza podložená A.I. Oparin (1923-1924), neskôr túto hypotézu rozpracoval J. Haldane (1928). Myšlienku, že životu na Zemi by mohla predchádzať abiogénna tvorba organických zlúčenín, však vyslovil Darwin. Teóriu abiogenézy dopracovali a dokončujú ďalší vedci dodnes. Jeho hlavným nevyriešeným problémom sú detaily prechodu od zložitých neživých systémov k jednoduchým živým organizmom.

V roku 1947 J. Bernal na základe vývoja Oparina a Haldana sformuloval teóriu biopoézy, pričom rozlišoval tri štádiá abiogenézy: 1) abiogénny výskyt biologických monomérov; 2) tvorba biopolymérov; 3) tvorba membrán a tvorba primárnych organizmov (protobiontov).

Abiogenéza

Hypotetický scenár vzniku života podľa teórie abiogenézy je všeobecne opísaný nižšie.

Vek Zeme je asi 4,5 miliardy rokov. Kvapalná voda na planéte, taká potrebná pre život, sa podľa vedcov objavila najskôr pred 4 miliardami rokov. Zároveň pred 3,5 miliardami rokov už na Zemi existoval život, čo dokazuje nález hornín takého veku so stopami životnej činnosti mikroorganizmov. Prvé jednoduché organizmy teda vznikli pomerne rýchlo – za necelých 500 miliónov rokov.

Keď sa Zem prvýkrát vytvorila, jej teplota mohla dosiahnuť 8000 °C. Keď sa planéta ochladila, kovy a uhlík ako najťažšie prvky kondenzovali a vytvorili zemskú kôru. Zároveň prebiehala sopečná činnosť, kôra sa pohybovala a sťahovala, tvorili sa na nej záhyby a trhliny. Gravitačné sily viedli k zhutneniu kôry, pričom sa uvoľnila energia vo forme tepla.

Ľahké plyny (vodík, hélium, dusík, kyslík atď.) planéta nezadržala a unikli do vesmíru. Ale tieto prvky zostali v zložení iných látok. Kým teplota na Zemi neklesla pod 100°C, všetka voda bola v parnom stave. Po znížení teploty sa odparovanie a kondenzácia mnohokrát opakovali, silné prehánky s búrkami. Horúca láva a sopečný popol, keď sa dostali do vody, vytvorili rôzne podmienky prostredia. V niektorých by mohli nastať určité reakcie.

Teda fyzické a chemické podmienky na ranej Zemi boli priaznivé pre tvorbu organických látok z ich anorganických. Atmosféra bola redukčného typu, nebol tam voľný kyslík ani ozónová vrstva. Na Zem preto preniklo ultrafialové a kozmické žiarenie. Ďalšími zdrojmi energie bolo teplo zemskej kôry, ktorá ešte nevychladla, erupcie sopiek, búrky, rádioaktívny rozpad.

V atmosfére bol prítomný metán, oxidy uhlíka, amoniak, sírovodík, kyanidové zlúčeniny a vodná para. Z nich sa syntetizovalo množstvo najjednoduchších organických látok. Ďalej by sa mohli tvoriť aminokyseliny, cukry, dusíkaté bázy, nukleotidy a ďalšie zložitejšie organické zlúčeniny. Mnohé z nich slúžili ako monoméry pre budúce biologické polyméry. Neprítomnosť voľného kyslíka v atmosfére podporovala reakcie.

Chemické experimenty (prvýkrát v roku 1953 S. Miller a G. Urey), simulujúce podmienky starovekej Zeme, dokázali možnosť abiogénnej syntézy organických látok z anorganických. Pri prechode elektrických výbojov zmes plynov imitujúc primitívnu atmosféru, v prítomnosti vodnej pary sa získali aminokyseliny, organické kyseliny, dusíkaté zásady, ATP atď.

Treba si uvedomiť, že v dávnej atmosfére Zeme mohli nielen abiogénne vznikať tie najjednoduchšie organické látky. Boli tiež prinesené z vesmíru, obsiahnuté v sopečnom prachu. Navyše to môže byť dosť veľké množstvo organickej hmoty.

Nízkomolekulárne organické zlúčeniny sa nahromadili v oceáne a vytvorili takzvanú prvotnú polievku. Na povrchu ílových nánosov sa adsorbovali látky, čím sa zvýšila ich koncentrácia.

Za určitých podmienok starovekej Zeme (napríklad na hline, svahoch chladiacich sopiek) mohlo dôjsť k polymerizácii monomérov. Tak vznikli proteíny a nukleové kyseliny – biopolyméry, ktoré sa neskôr stali chemickým základom života. Vo vodnom prostredí je polymerizácia nepravdepodobná, pretože k depolymerizácii zvyčajne dochádza vo vode. Skúsenosti preukázali možnosť syntetizovať polypeptid z aminokyselín v kontakte s kúskami horúcej lávy.

Ďalším dôležitým krokom k vzniku života je tvorba koacervátových kvapiek vo vode ( koacerváty) z polypeptidov, polynukleotidov a iných organických zlúčenín. Takéto komplexy môžu mať na vonkajšej strane vrstvu, ktorá napodobňuje membránu a zachováva si stabilitu. Koacerváty sa získali experimentálne v koloidných roztokoch.

Molekuly proteínov sú amfotérne. Priťahujú k sebe molekuly vody, takže sa okolo nich vytvorí škrupina. Získajú sa koloidné hydrofilné komplexy izolované z vodnej hmoty. V dôsledku toho sa vo vode vytvorí emulzia. Ďalej sa koloidy navzájom spájajú a vytvárajú koacerváty (proces sa nazýva koacervácia). Koloidné zloženie koacervátu záviselo od zloženia média, v ktorom sa vytvoril. V rôznych nádržiach starovekej Zeme sa vytvorili koacerváty rôzneho chemického zloženia. Niektoré z nich boli stabilnejšie a mohli do určitej miery vykonávať selektívny metabolizmus s prostredím. Existoval akýsi biochemický prírodný výber.

Koacerváty sú schopné selektívne absorbovať určité látky z prostredia a uvoľňovať do neho niektoré produkty chemických reakcií, ktoré v nich prebiehajú. Je to ako metabolizmus. Ako sa látky hromadili, koacerváty rástli a keď dosiahli kritickú veľkosť, rozpadli sa na časti, z ktorých každá si zachovala vlastnosti pôvodnej organizácie.

V samotných koacervátoch sa môžu vyskytnúť chemické reakcie. Počas absorpcie kovových iónov koacervátmi by sa mohli vytvárať enzýmy.

V procese evolúcie zostali len také systémy, ktoré boli schopné samoregulácie a sebareprodukcie. To znamenalo nástup ďalšej etapy vzniku života - vznik protobionty(podľa niektorých zdrojov je to to isté ako koacerváty) - telieska, ktoré majú zložité chemické zloženie a množstvo vlastností živých bytostí. Protobionty možno považovať za najstabilnejšie a najúspešnejšie koacerváty.

Membrána môže byť vytvorená nasledujúcim spôsobom. Mastné kyseliny sa spájajú s alkoholmi za vzniku lipidov. Lipidy tvorili filmy na povrchu vodných plôch. Ich nabité hlavy smerujú do vody, zatiaľ čo nepolárne konce smerujú von. Proteínové molekuly plávajúce vo vode boli priťahované k hlavám lipidov, čo viedlo k vytvoreniu dvojitých lipoproteínových filmov. Od vetra sa takýto film mohol ohnúť a vytvorili sa bubliny. Koacerváty mohli byť náhodne zachytené v týchto vezikulách. Keď sa takéto komplexy opäť objavili na povrchu vody, boli už pokryté druhou lipoproteínovou vrstvou (v dôsledku hydrofóbnych interakcií nepolárnych koncov lipidov proti sebe). Všeobecná schéma Membrána dnešných živých organizmov má vo vnútri dve vrstvy lipidov a dve vrstvy bielkovín umiestnené na okrajoch. Ale za milióny rokov evolúcie sa membrána stala zložitejšou v dôsledku zahrnutia proteínov ponorených do lipidovej vrstvy a prenikania do nej, vyčnievania a vyčnievania jednotlivých častí membrány atď.

Koacerváty (alebo protobionty) by mohli získať už existujúce molekuly nukleových kyselín schopné samoreprodukcie. Ďalej u niektorých protobiontov mohlo dôjsť k takému preskupeniu, že nukleová kyselina začala kódovať proteín.

Evolúcia protobiontov už nie je chemická, ale prebiologická. Viedlo k zlepšeniu katalytickej funkcie proteínov (začali plniť úlohu enzýmov), membrán a ich selektívnej permeability (čím sa protobiont stáva stabilným súborom polymérov), k vzniku matricovej syntézy (prenos informácií z nukle. z kyseliny na nukleovú kyselinu a z nukleovej kyseliny na proteín).

Etapy vzniku a vývoja života

	Evolúcia	výsledky
1	Chemická evolúcia - syntéza zlúčenín	jednoduchá organická hmota Biopolyméry
2	Prebiologická evolúcia – chemický výber: zostávajú najstabilnejšie, samoreprodukujúce sa protobionty	Koacerváty a protobionty Enzymatická katalýza Matricová syntéza Membrána
3	biologická evolúcia- biologický výber: boj o existenciu, prežitie tých najviac prispôsobených podmienkam prostredia	Adaptácia organizmov na špecifické podmienky prostredia Rozmanitosť živých organizmov

Jednou z najväčších záhad o pôvode života je, ako RNA kódovala aminokyselinovú sekvenciu proteínov. Otázka sa týka RNA, nie DNA, pretože sa predpokladá, že ribonukleová kyselina spočiatku zohrávala nielen úlohu pri implementácii dedičnej informácie, ale bola zodpovedná aj za jej ukladanie. Neskôr ju nahradila DNA, ktorá vznikla z RNA reverznou transkripciou. DNA lepšie uchováva informácie a je stabilnejšia (menej náchylná na reakcie). Preto bola v procese evolúcie práve ona ponechaná ako správkyňa informácií.

V roku 1982 T. Chek objavil katalytickú aktivitu RNA. Okrem toho sa RNA môže za určitých podmienok syntetizovať aj v neprítomnosti enzýmov a môže tiež vytvárať svoje kópie. Preto sa dá predpokladať, že RNA boli prvé biopolyméry (hypotéza sveta RNA). Niektoré časti RNA mohli náhodne kódovať peptidy užitočné pre protobionta, zatiaľ čo iné časti RNA sa v priebehu evolúcie stali vyrezanými intrónmi.

U protobiontov vznikli Spätná väzba- RNA kóduje enzýmové proteíny, enzýmové proteíny zvyšujú množstvo nukleových kyselín.

Začiatok biologickej evolúcie

Chemická evolúcia a evolúcia protobiontov trvali viac ako 1 miliardu rokov. Vznikol život a začala sa jeho biologická evolúcia.

Niektorí protobionti dali vzniknúť primitívnym bunkám, ktoré zahŕňajú súhrn vlastností živých vecí, ktoré dnes pozorujeme. Realizovali ukladanie a prenos dedičnej informácie, jej využitie na vytváranie štruktúr a metabolizmus. Bola poskytnutá energia pre životné procesy molekuly ATP sa objavili membrány typické pre bunky.

Prvými organizmami boli anaeróbne heterotrofy. Energiu uloženú v ATP získavali fermentáciou. Príkladom je glykolýza – rozklad cukrov bez kyslíka. Tieto organizmy jedli na úkor organických látok primárneho bujónu.

Ale akcie organické molekuly sa postupne vyčerpávali, ako sa menili podmienky na Zemi, a nová organická hmota sa už takmer nesyntetizovala abiogénne. V podmienkach konkurencie o potravinové zdroje sa vývoj heterotrofov zrýchlil.

Výhodu získali baktérie, u ktorých sa ukázalo, že dokážu fixovať oxid uhličitý za vzniku organických látok. Autotrofná syntéza živín je zložitejšia ako heterotrofná výživa, takže nemohla vzniknúť v raných formách života. Z niektorých látok sa vplyvom energie slnečného žiarenia vytvorili zlúčeniny potrebné pre bunku.

Prvé fotosyntetické organizmy neprodukovali kyslík. Fotosyntéza s jej uvoľnením sa s najväčšou pravdepodobnosťou objavila neskôr v organizmoch podobných súčasným modrozeleným riasam.

Akumulácia kyslíka v atmosfére, vzhľad ozónovej clony a zníženie množstva ultrafialového žiarenia viedli k takmer nemožnosti abiogénnej syntézy zložitých organických látok. Na druhej strane vznikajúce formy života sa v takýchto podmienkach stali odolnejšími.

Rozprestrite sa po zemi kyslíkové dýchanie. Anaeróbne organizmy prežili len na niekoľkých miestach (napríklad v horúcich podzemných prameňoch žijú anaeróbne baktérie).

Abiogénna syntéza organických molekúl. Moderné pohľady k vzniku života. Je teraz možný život na Zemi??			Dátum: Lekcia 47 9. trieda
Očakávané výsledky lekcie
Ciele lekcie		vzdelávacie Formovanie vedomých predstáv o evolúcii ako historickom vývoji organický svet na zemi. Zvážte rôzne teórie pôvodu života na Zemi, analyzujte argumenty „za“ a „proti“ Vzdelávacie Rozvoj myslenia, schopnosť aplikovať ho v kognitívnej a komunikatívnej praxi Rozvoj schopnosti budovať logické uvažovanie, odvodzovanie a vyvodzovanie záverov; analyzovať a zdôrazniť hlavnú vec z navrhovaného materiálu. Vzdelávacie Formovanie vedeckého rozhľadu. Výchova k tolerantnému postoju k disidentom – zástancom iných názorov, ktoré sa líšia od všeobecne akceptovaných;
Typ lekcie		kombinované
Typ lekcie		štúdium
Pracovná forma		Skupinové individuálne
Vybavenie		Písomky, papier Whatman, fixky
„Och, vyrieš za mňa hádanku života, bolestivú starodávna hádanka nad ktorým sa už toľko prebilo hlavy, hlavy v klobúkoch pomaľovaných hieroglyfmi, hlavy v turbanoch a čiernych baretoch, hlavy v parochniach a tisíce iných úbohých ľudských hláv...“ G. Heine.
čas	Etapa / činnosť			zdrojov
Org moment. 3 min Aktualizácia znalostí	Milí priatelia, myslím, že ste si všetci bez výnimky položili otázku: Ako vznikol život na našej planéte? Dnes sa pokúsime rozlúštiť túto odvekú „záhadu života“, nad ktorou, ako vidno z epigrafu našej lekcie, premýšľalo množstvo bystrých hláv. Aby sme to dosiahli, položíme problematické otázky. Téma lekcie Stanovenie cieľov Ako vznikol život na Zemi? Aké sú moderné názory a hypotézy o vzniku života na Zemi? Ktoré z nich sú najpresvedčivejšie? ČO JE ŽIVOT Friedrich Engels: „Život je spôsob existencie bielkovinových teliesok, ktorého podstatným bodom je neustála výmena látok s vonkajšou prírodou, ktorá ich obklopuje, a so zastavením tohto metabolizmu zaniká aj život, čo vedie k rozkladu proteín."
Kontrola d.z 5 minút	test" evolučná doktrína» 1. Evolúcia sa nazýva: a) individuálny vývoj organizmov b) zmena jedincov c) historický nezvratný vývoj organického sveta d) zmeny v živote rastlín a zvierat 2, Hlavná hnacia sila evolúcia je: a) premenlivosť b) dedičnosť c) boj o existenciu d) prírodný výber 3. Boj o existenciu je: a) súťaž medzi organizmami o podmienky prostredia b) ničenie jedincov jedného druhu jedincami iného druhu c) symbiotické vzťahy niektorých druhov s inými d) rozšírenie druhu na nové územie 4. Sexuálny výber je: a) prirodzený výber vyskytujúci sa medzi jedincami rovnakého pohlavia počas obdobia rozmnožovania b) prirodzený výber v dôsledku: konkurencie jedincov rôzneho pohlavia toho istého druhu o potravu c) forma umelého výberu zameraná na zničenie samcov (napríklad u kurčiat, kačíc) 5. Nie príklady prirodzeného konania výber: a) rodokmeň španielskej dogy. b) priemyselný melanizmus hmyzu c) bakteriálna rezistencia na antibiotiká d) odolnosť muchy domácej voči pesticídom 6. Mimikry sú: a) podobnosť bezbranného a jedlého druhu s jedným alebo viacerými nepríbuznými druhmi, ktoré sú dobre chránené a majú výstražnú farbu b) podobnosť tvaru a farby jedincov dvoch príbuzných druhov. c) prítomnosť špeciálnych prostriedkov ochrany u jedincov druhu 7. Aromorfóza je jednou z nasledujúcich evolučných udalostí: a) vznik triedy vtákov b) vznik veľkého počtu čeľadí množstva dravých cicavcov
Učenie sa nového materiálu 7 minút	Úlohy: 1 vytvorte zhluk 2. vyvodzovať závery Zostavovanie klastrov podľa skupín. Skupina 1 Abiogénna syntéza organických látok Skupina 2 Moderné názory na vznik života 3. skupina Rozvoj predstáv o vzniku života
Primárne upevnenie 5 minút	Algoritmus na písanie diskusnej eseje: Diskutovaná téma (problém). Moja pozícia. Stručné zdôvodnenie. Možné námietky, ktoré môžu vzniesť iní. Dôvod, prečo je táto pozícia stále správna. Záver
Reflexia	otvorený mikrofón
3 min Dom. cvičenie	Formulujte novú hypotézu o pôvode života na Zemi Geológovia, biológovia a všetci paleontológovia Genetici a chemici Lámajú si hlavy Alebo možno jeden z vás Vytvorte si vlastnú hypotézu Ako, prečo, kedy a kde Vznikol život na Zemi?

I. Abiogénna syntéza organických látok - tvorba organických látok z anorganických

1. Vznikla pred 3,5 miliardami rokov

2. Vykonáva sa v dvoch etapách v primárnom oceáne:

Prvým stupňom je tvorba organických zlúčenín s nízkou molekulovou hmotnosťou

- uhľovodíky (CH4) primárnej atmosféry reagovali s vodnou parou, NH3, H2, CO2, CO, N2 za vzniku prechodných organických zlúčenín: alkoholy, aldehydy, ketóny, organické kyseliny, ktoré pršali do oceánu

- medziprodukty v primárnom oceáne premenené na monosacharidy, aminokyseliny, nukleotidy, fosfáty - ATP (zdrojmi energie pre syntézu môžu byť elektrické výboje blesku, ultrafialové žiarenie, termálna energia, rázové vlny, energia z vybuchujúcich sopiek, energia prílivu a odlivu atď.)

- možnosť takejto syntézy experimentálne dokázal v roku 1953 S. Miller (amer) v uzavretom prístroji s vriacou vodou a chladničkou, simulujúc podmienky, aké na Zemi existovali pred 4 miliardami rokov, v ktorých sa zmes CH4, NH4 a plyny H2 sa pri prechode cez ňu získali nízkomolekulárne organické zlúčeniny - močovina, alkoholy, aldehydy, organické kyseliny, monosacharidy, mastné kyseliny, rôzne aminokyseliny (v prípade použitia ionizujúceho UV žiarenia alebo zahriatia na 600 st. elektrických výbojov boli získané ďalšie aminokyseliny, mastné kyseliny, cukry - ribóza, deoxyribóza, dusíkaté zásady - nukleotidy)

- možnosť abiogénnej syntézy organických zlúčenín potvrdzuje skutočnosť, že sa nachádzajú vo vesmíre (formaldehydy, kyselina mravčia, etanol, a atď.)

Druhým stupňom je syntéza vysokomolekulárnych organických látok z jednoduchých organických zlúčenín - biopolymérov: proteíny, lipidy, polysacharidy, nukleové kyseliny (RNA)

1 Vyskytol sa v Prvotnom oceáne

2. Uskutočňuje sa ako výsledok polykondenzačných reakcií (polymerizácia); potrebná energia bola dosiahnutá teplotou okolo 100 C alebo ionizujúcim žiarením s odstránením voľnej vody (S. Fox, Amer., 1997)

3. Koncentrácia nízkomolekulárnych látok potrebná na spustenie reakcie bola dosiahnutá ako výsledok ich adsorpcie v spodných ílových sedimentoch alebo poréznych sopečných tufoch.

(experimentálne sa ukázalo, že vodný roztok aminokyselín v prítomnosti oxidu hlinitého a ATP môže poskytnúť polymérne reťazce - polypeptidy)

4. Voda morí a oceánov bola nasýtená biopolymérmi abiogénneho pôvodu, tvoriac tzv. "primárny vývar"

Moderné názory na vznik života

Hypotéza A. I. Oparina. Najvýraznejšou črtou hypotézy AI Oparina je postupná komplikácia chemickej štruktúry a morfologického vzhľadu prekurzorov života (probiontov) na ceste k živým organizmom.

Veľké množstvo údajov naznačuje, že pobrežné oblasti morí a oceánov by mohli byť prostredím pre vznik života. Tu sa na styku mora, pevniny a vzduchu vytvorili priaznivé podmienky pre vznik zložitých organických zlúčenín. Napríklad roztoky určitých organických látok (cukry, alkoholy) sú vysoko stabilné a môžu existovať neobmedzene dlho. V koncentrovaných roztokoch proteínov, nukleových kyselín sa môžu vytvárať zrazeniny podobné zrazeninám želatíny vodné roztoky. Takéto zrazeniny sa nazývajú koacervátové kvapky alebo koacerváty (obr. 70). Koacerváty sú schopné adsorbovať rôzne látky. Z roztoku do nich vstupujú chemické zlúčeniny, ktoré sa v dôsledku reakcií vyskytujúcich sa v kvapkách koacervátov transformujú a uvoľňujú sa do životného prostredia.

Koacerváty ešte nie sú živé bytosti. Vykazujú iba vonkajšiu podobnosť s takými znakmi živých organizmov, ako je rast a metabolizmus s prostredím. Preto sa vznik koacervátov považuje za štádium vývoja pred životom.

Koacerváty prešli veľmi dlhým výberom pre stabilitu štruktúry. Stabilita bola dosiahnutá vďaka vytvoreniu enzýmov, ktoré riadia syntézu určitých zlúčenín. Najdôležitejšou etapou vzniku života bol vznik mechanizmu reprodukcie vlastného druhu a dedenia vlastností predchádzajúcich generácií. To bolo možné vďaka tvorbe komplexných komplexov nukleových kyselín a proteínov. Nukleové kyseliny schopné sebareplikácie začali riadiť syntézu proteínov a určovali poradie aminokyselín v nich. A enzýmové proteíny vykonali proces vytvárania nových kópií nukleových kyselín. Tak vznikla hlavná vlastnosť charakteristická pre život – schopnosť reprodukovať molekuly podobné jemu samému.

Živé bytosti sú takzvané otvorené systémy, t.j. systémy, do ktorých prichádza energia zvonku. Bez energie nemôže existovať život. Ako viete, podľa spôsobov spotreby energie (pozri kapitolu III) sú organizmy rozdelené do dvoch veľkých skupín: autotrofné a heterotrofné. Autotrofné organizmy využívajú priamo slnečnú energiu v procese fotosyntézy (zelené rastliny), heterotrofné organizmy využívajú energiu, ktorá sa uvoľňuje pri rozpade organických látok.

Je zrejmé, že prvé organizmy boli heterotrofy, ktoré získavali energiu štiepením organických zlúčenín bez kyslíka. Na úsvite života nebol v zemskej atmosfére voľný kyslík. Vznik atmosféry moderného chemického zloženia je úzko spojený s vývojom života. Vznik organizmov schopných fotosyntézy viedol k uvoľneniu kyslíka do atmosféry a vody. V jeho prítomnosti sa umožnilo štiepenie organických látok kyslíkom, pri ktorom sa získa mnohonásobne viac energie ako pri bezkyslíkovom.

Od okamihu svojho vzniku tvorí život jediný biologický systém – biosféru (pozri kapitolu XVI). Inými slovami, život nevznikol vo forme samostatných izolovaných organizmov, ale bezprostredne vo forme spoločenstiev. Vývoj biosféry ako celku je charakterizovaný neustálymi komplikáciami, t. j. vznikom čoraz zložitejších štruktúr.

Je teraz možný život na Zemi? Z toho, čo vieme o vzniku života na Zemi, je zrejmé, že proces vzniku živých organizmov z jednoduchých organických zlúčenín bol mimoriadne dlhý. Na to, aby život na Zemi vznikol, bol potrebný evolučný proces, ktorý trval mnoho miliónov rokov, počas ktorého sa vyberali zložité molekulárne štruktúry, predovšetkým nukleové kyseliny a proteíny, aby boli stabilné, aby mohli reprodukovať svoj vlastný druh.

Ak teraz na Zemi niekde v oblastiach intenzívnej sopečnej činnosti môžu vzniknúť pomerne zložité organické zlúčeniny, potom je pravdepodobnosť dlhšej existencie týchto zlúčenín zanedbateľná. Okamžite budú oxidované alebo použité heterotrofnými organizmami. Charles Darwin to veľmi dobre pochopil. V roku 1871 napísal: „Ale teraz... v nejakom teplom rezervoári obsahujúcom všetky potrebné amónne a fosforečné soli a prístupnom svetlu, teplu, elektrine atď., proteín schopný ďalších, čoraz zložitejších premien, potom by táto látka byť okamžite zničené alebo absorbované, čo v období pred vznikom živých bytostí nebolo možné.

Život na Zemi vznikol abiogénnym spôsobom. V súčasnosti živé pochádza len zo živého (biogénneho pôvodu). Možnosť opätovného objavenia sa života na Zemi je vylúčená.

Rozvoj predstáv o pôvode života

teória o vzniku života na Zemi. Od staroveku až po naše časy bolo predložených nespočetné množstvo hypotéz o pôvode života na Zemi. Celá ich rôznorodosť spočíva v dvoch vzájomne sa vylučujúcich uhloch pohľadu.

Zástancovia teórie biogenézy (z gréckeho „bios“ – život a „genéza“ – pôvod) verili, že všetko živé pochádza len zo živých vecí. Ich odporcovia obhajovali teóriu abiogenézy ("a" - latinčina, negatívna predpona); považovali za možný pôvod živého z neživého.

Mnoho vedcov stredoveku pripúšťalo možnosť spontánneho generovania života. Ryby sa podľa nich mohli narodiť z bahna, červy z pôdy, myši z blata, muchy z mäsa atď.

Proti teórii spontánnej generácie v 17. storočí. prehovoril florentský lekár Francesco Redi. Vložením mäsa do zakrytého hrnca Redi ukázal, že larvy muchy sa v zhnitom mäse spontánne nerozmnožujú. Priaznivci teórie spontánneho generovania sa nevzdali, tvrdili, že k samovoľnému vytvoreniu lariev nedochádza z jediného dôvodu, že do uzavretého hrnca nevstupuje vzduch. Potom Redi umiestnil kúsky mäsa do niekoľkých hlbokých nádob. Niektoré nechal otvorené a niektoré prikryl mušelínom. Po určitom čase sa v otvorených nádobách mäso hemžilo larvami múch, zatiaľ čo v nádobách pokrytých mušelínom sa v zhnitom mäse žiadne larvy nenachádzali.

Mikroskop otvoril ľuďom mikrosvet. Pozorovania ukázali, že v tesne uzavretej banke s mäsovým vývarom alebo senným nálevom sa po chvíli detegujú mikroorganizmy. No akonáhle sa mäsový vývar hodinu varil a krkovička zapečatila, v uzavretej banke sa už nič neobjavilo. Vitalisti navrhli, že predĺžený var zabíja „životnú silu“, ktorá nemôže preniknúť do uzavretej banky.

Spory medzi zástancami abiogenézy a biogenézy pokračovali aj v 19. storočí. Dokonca aj Lamarck v roku 1809 písal o možnosti spontánnej tvorby húb.

Pasteurov experiment. S príchodom Darwinovej knihy „Pôvod druhov“ opäť vyvstala otázka, ako predsa len vznikol život na Zemi. Francúzska akadémia vied v roku 1859 udelila špeciálnu cenu za pokus novým spôsobom objasniť otázku spontánnej generácie. Toto ocenenie získal v roku 1862 slávny francúzsky vedec Louis Pasteur.

LOUIS PASTEUR (1822-1895) – francúzsky mikrobiológ a chemik. Zakladateľ mikrobiológie. Objavili anaeróbne baktérie. Ukázala energetickú hodnotu fermentácie. Skúmal problém možnosti vzniku života. Navrhol očkovanie proti besnote, antraxu, ako aj pasterizáciu (zahriatie na 70 °C) ako spôsob zničenia živých baktérií (nie však ich spór) na uchovanie potravín.

L. Pasteur uskutočnil experiment, ktorý jednoduchosťou konkuroval slávnemu Rediho experimentu. V banke varil rôzne živné pôdy, v ktorých sa mohli vyvíjať mikroorganizmy. Dlhší var v banke zabil nielen mikroorganizmy, ale aj ich spóry. Pasteur pamätajúc na tvrdenie vitalistov, že mýtická „životná sila“ nemôže preniknúť do zapečatenej banky, k nej pripevnil trubicu v tvare S s voľným koncom (obr. 68). Spóry mikroorganizmov sa usadili na povrchu tenkej zakrivenej trubice a nemohli preniknúť do živného média. Dobre prevarené kultivačné médium zostal sterilný, nepozorovala sa v ňom žiadna spontánna tvorba mikroorganizmov, hoci bol zabezpečený prístup vzduchu (a s ním aj povestná „životná sila“).

Ryža. 68. Schéma pokusu L. Pasteura v bankách s esovitým hrdlom.
A - v banke s hrdlom v tvare písmena S zostáva živné médium po varení dlho sterilné; B - ak odstránite hrdlo v tvare písmena S, potom sa v médiu rýchlo vyvinú mikroorganizmy

Pasteur svojimi pokusmi dokázal nemožnosť spontánneho generovania života. Pojem „životná sila“ – vitalizmus bol zasadený zdrvujúco.

Abiogénna syntéza organických látok. Pasteurov experiment ukázal nemožnosť spontánneho generovania života v súčasnosti. Otázka pôvodu života na našej planéte zostáva dlho otvorená.

V roku 1924 slávny biochemik A.I. Oparin navrhol, že pomocou silných elektrických výbojov v zemskú atmosféru, ktorý pred 4-4,5 miliardami rokov pozostával z amoniaku, metánu, oxid uhličitý a vodná para, môžu vzniknúť najjednoduchšie organické zlúčeniny potrebné na vznik života. Predpoveď akademika Oparina sa potvrdila. V roku 1955 americký výskumník S. Miller, prechádzajúci elektrickými výbojmi do 60 000 V cez zmes pár CH 4, NH 3, H 2 a H 2 0 pod tlakom niekoľkých pascalov pri teplote 80 °C, získal tzv. najjednoduchšie mastné kyseliny, močovinu, kyselinu octovú a mravčiu a niekoľko aminokyselín vrátane glycínu a alanínu (obr. 69).

Ryža. 69. Schéma prístroja S. Millera, v ktorom sa syntetizujú aminokyseliny

Ako už vieme, aminokyseliny sú stavebnými kameňmi, z ktorých sú postavené molekuly bielkovín. Experimentálny dôkaz možnosti vzniku aminokyselín z anorganických zlúčenín je preto mimoriadne dôležitým dôkazom toho, že prvým krokom k vzniku života na Zemi bola abiogénna (nebiologická) syntéza organických látok (pozri predný list) .

Pre ľudí, ktorí sa chcú neustále zlepšovať, niečo sa učiť a stále niečo nové učiť, sme špeciálne spravili túto kategóriu. Obsahuje výlučne vzdelávací, užitočný obsah, ktorý sa vám určite bude páčiť. Veľké množstvo videí môže dokonca konkurovať vzdelávaniu, ktoré nám poskytuje škola, vysoká škola alebo univerzita. Najväčšou výhodou inštruktážnych videí je, že sa snažia poskytovať najnovšie a najaktuálnejšie informácie. Svet okolo nás v ére technológií sa neustále mení a tlačené vzdelávacie publikácie jednoducho nemajú čas rozdávať čerstvé informácie.

Medzi videami nájdete aj náučné videá pre deti. predškolskom veku. Tam sa vaše dieťa naučia písmená, čísla, počítanie, čítanie atď. Súhlasím, veľmi dobrá alternatíva ku karikatúram. Pre študentov Základná škola nájdete aj návody anglický jazyk, pomoc pri štúdiu školských predmetov. Pre starších študentov boli vytvorené tréningové videá, ktoré pomôžu pripraviť sa na testy, skúšky alebo jednoducho prehĺbiť vedomosti z konkrétneho predmetu. Získané vedomosti môžu kvalitatívne ovplyvniť ich mentálny potenciál, ako aj potešiť výbornými známkami.

Pre mladých ľudí, ktorí sú mimo školy, na univerzite alebo mimo nej, je k dispozícii množstvo zábavných vzdelávacích videí. Môžu im pomôcť prehĺbiť si vedomosti o profesii, ktorú študujú. Alebo získajte povolanie, ako je programátor, webový dizajnér, SEO optimalizátor a podobne. Univerzity zatiaľ takéto povolanie nevyučujú, takže špecialistom v tejto pokročilej a relevantnej oblasti sa môžete stať iba samovzdelávaním, čomu sa snažíme pomôcť zbieraním najužitočnejších videí.

Pre dospelých je táto téma tiež aktuálna, pretože sa často stáva, že po rokoch práce v tejto profesii pochopíte, že to nie je vaše a chcete sa naučiť niečo vhodnejšie pre seba a zároveň ziskové. Aj medzi touto kategóriou ľudí sú často videá o spôsobe sebazdokonaľovania, šetrenia času a peňazí, optimalizácie svojho života, v ktorých nachádzajú spôsoby, ako žiť oveľa lepšie a šťastnejšie. Aj pre dospelých je téma vytvorenia a rozvoja vlastného podnikania veľmi vhodná.

Medzi náučnými videami sú aj videá všeobecného zamerania, ktoré sú vhodné takmer pre každý vek, v ktorých sa dozviete o tom, ako vznikol život, aké existujú evolučné teórie, fakty z histórie atď. Dokonale rozširujú obzory človeka, robia z neho oveľa erudovanejšieho a príjemnejšieho intelektuálneho partnera. Je skutočne užitočné sledovať takéto informatívne videá pre každého bez výnimky, pretože vedomosti sú sila. Prajeme vám príjemné a užitočné prezeranie!

V našej dobe je jednoducho potrebné byť tým, čomu sa hovorí „na vlne“. Netýka sa to len správ, ale aj rozvoja vlastnej mysle. Ak sa chcete rozvíjať, objavovať svet, byť v spoločnosti žiadaní a zaujímaví, potom je táto sekcia pre vás.