Современная гипотеза (Опарина-Холдейна) о происхождении жизни на Земле | Учеба-Легко.РФ – крупнейший портал по учебе
Наиболее полно разработанной, аргументированной и имеющей широкое признание следует признать гипотезу происхождения жизни путем биохимической эволюции, или «гипотеза Опарина—Холдейна».
А. И. Опарин, русский биохимик, академик, еще в . опубликовал свою первую книгу по данной проблеме. Дж. Холдейн, английский генетик и биохимик, с . развивал идеи, созвучные представлениям А. И. Опарина.
Она постулирует, что жизнь возникла на Земле именно из неживой материи, в условиях, имевших место на планете миллиарды лет назад.
Эти условия включали наличие источников энергии, определенного температурного режима, воды и других неорганических веществ — предшественников органических соединений.
Атмосфера тогда была бескислородной (источником кислорода в настоящее время являются растения, а тогда их не было).
В рамках данной теории можно выделить пять основных этапов на пути к возникновению жизни, которые приведены в табл. 1.
Таблица 1
Этапы развития жизни на Земле по гипотезе Опарина—Холдейна
| Временной период | Этапы возникновения жизни | События, происходящие на Земле |
| От 6,5 до3,5 млрд лет тому назад | 1 | Образование первичной атмосферы, содержащей метан, аммиак, углекислый газ, водород, окись углерода и пары воды |
| 2 | Охлаждение планеты (ниже температуры +100 °С на ее поверхности); конденсация паров воды; образование первичного океана; растворение в его воде газов и минеральных веществ; мощные грозыСинтез простых органических соединений — аминокислот, сахаров, азотистых оснований — в результате действия мощных электрических разрядов (молний) и ультрафиолетовой радиации | |
| 3 | Образование простейших белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, жиров; коацерватов | |
| От 3,5 до3 млрд лет тому назад | 4 | Образование протобионтов, способных к самовоспроизведению и регулируемому обмену веществ, в результате возникновения мембран с избирательной проницаемостью и взаимодействий нуклеиновых кислот и белков |
| 3 млрд лет тому назад | 5 | Возникновение организмов, имеющих клеточное строение (первичных прокариот-бактерий) |
Идеи о формировании и составе первичной атмосферы Земли базируются на объективных данных разных наук, на изучении газовых оболочек других планет Солнечной системы. Весьма убедительные доказательства возможности осуществления 2-го и 3-го этапов развития жизни получены в результате многочисленных экспериментов по искусственному синтезу биологических мономеров.
Так, впервые в . С. Миллер (США) создал достаточно простую установку, на которой ему удалось из смеси газов и паров воды под действием ультрафиолетового облучения и электрических разрядов синтезировать ряд аминокислот и других органических соединений (рис. 1).
Рис. 1. Установка Стэнли Миллера, в которой он синтезировал аминокислоты из газов, создав условия, предположительно существовавшие в атмосфере первобытной Земли.
Газы и водяные пары, циркулировавшие в установке под высоким давлением, подвергали в течение недели воздействию высокого напряжения. После этого вещества, собранные в «ловушке», исследовали методом хроматографии на бумаге.
В общей сложности было выделено 15 аминокислот, в том числе глицин, аланин и аспарагиновая кислота
В опыте С. Миллера в его установке были воспроизведены условия, существовавшие на Земле в предполагаемое время. В приборе присутствовала смесь газов: водорода, аммиака, метана и пары воды.
В одну из камер были введены электроды для получения разрядов, имитировавших молнии, как возможный источник энергии для химических реакций. В другой камере была налита вода, и эта камера подогревалась (для насыщения газовой смеси парами воды).
Еще одна камера подвергалась охлаждению, и здесь вода конденсировалась («дождевые осадки»). Уже через неделю в конденсате и были обнаружены различные органические вещества.
В последующие десятилетия во многих лабораториях мира был осуществлен искусственный синтез разных аминокислот, нуклеотидов, простых сахаров, а затем и более сложных органических соединений.
Все это подтверждает возможность образования органических веществ на Земле в отдаленные времена без участия живых организмов.
При отсутствии свободного кислорода (который разрушал бы их) и живых организмов (которые могли бы использовать их в виде пищи) эти вещества накапливались в первичном океане в высоких концентрациях.
На следующем этапе происходило образование более сложных соединений — белковоподобных веществ (цепочки из аминокислот) и коротких полинуклеотидных молекул.
Вероятность этого многократно подтверждена: сегодня подобное получают экспериментально.
При достижении определенной концентрации органических веществ в первичном океане могли возникать сложные агрегаты разнообразных соединений — коацерваты, мелкие шаровидные образования.
Изучение искусственно создаваемых коацерватов (очень широко исследованных А. И. Опариным и его сотрудниками) показало, что они проявляют некоторые свойства живых систем.
Имея уплотненный наружный слой, некое подобие клеточной мембраны, коацерваты способны избирательно поглощать разные вещества из окружающей среды, которые участвуют в химических реакциях внутри коацерватных капель, а часть продуктов этих реакций выделяется обратно в среду.
Накапливая вещества, коацерваты «растут» и, увеличившись в размерах, могут распадаться на несколько частей — «размножаться».
Коацерваты, различные по своему составу, характеризуются разной степенью устойчивости. Более устойчивые сохраняются, прочие исчезают, разрушаются.
Эти наблюдения дали основание А. И. Опарину предположить возможность действия естественного отбора (см. ниже) уже на этой стадии становления живого.
Тем не менее коацерваты при всей сложности их организации не могут считаться живыми существами прежде всего потому, что у них нет стабильного самовоспроизведения.
На следующем этапе в коацерватах образовались взаимосвязи нуклеиновых кислот и белков. Синтез белков определенного состава стал осуществляться на основе информации, заключенной в нуклеиновых кислотах.
Возникает способность нуклеиновых кислот к самовоспроизведению при участии специфических белков — ферментов. То есть можно говорить уже о появлении протобионтов — первичных форм жизни, не имеющих еще клеточной организации, но способных к самовоспроизведению и обмену веществ.
Дальнейшее развитие протобионтов, усложнение их организации привели к появлению организмов, обладающих клеточным строением, — первичных прокариот, бактерий. С этого момента начинается биологическая эволюция.
По-видимому, первоначально существовали гетеротрофные организмы (поскольку в первичном океане содержалось много различных органических веществ). По мере увеличения их числа происходило уменьшение пищевых ресурсов и между ними возрастала конкуренция.
Это привело к появлению автотрофов — организмов, синтезирующих необходимые им органические вещества из неорганических.
Вначале появились организмы, которые использовали энергию, полученную в результате окисления минеральных веществ. Этот процесс известен как хемосинтез, а организмы получили название хемосинтетиков.
Затем, в ходе последующих эволюционных преобразований, возникли автотрофные организмы, использующие энергию солнечного света, — это фотосинтезирующие организмы (фотосинтетики).
Дальнейшая биологическая эволюция обусловила формирование того многообразного мира живой природы, который мы и видим сегодня.
Разнообразие видов как результат биологической эволюции. Эволюционное учение (теория эволюции) – биологическая дисциплина, исследующая причины и движущие силы, закономерности и механизмы развития живых организмов.
Под биологической эволюцией понимают необратимый и закономерный процесс исторического развития живого от простого к более сложному начиная с момента возникновения первых живых организмов на Земле.
В ходе эволюции одни виды сменялись другими, происходило усложнение и повышение организации живых организмов, увеличивалось их разнообразие, появился человек.
Велико мировоззренческое значение эволюционного учения: оно утверждает идею единства происхождения всего живого, объясняет причины многообразия видов, обитающих на Земле, целесообразность организации живых существ (т. е. соответствие строения и функционирования всех их систем и органов условиям существования),одновременное наличие в природе и простых, и высокоорганизованных организмов.
Эволюционное учение служит теоретической основой современной биологии, объединяя, обобщая результаты, полученные многочисленными частными биологическими науками.
Очевидно его значение и для человека при решении проблем взаимодействия с биосферой.
Наконец, знание законов и механизмов эволюции — база для развития селекции — науки, разрабатывающей методы создания и улучшения сортов культурных растений и пород домашних животных.
История развития представлений о естественном происхождении жизни и эволюции организмов может быть подразделена на три этапа: додарвиновский, дарвиновский и последарвиновский (современный).
Источник: Краснодембский Е. Г.”Общая биология: Пособие для старшеклассников и поступающих в вузы”
Источник: http://uclg.ru/education/biologiya/11_klass/evolyutsiya/vozniknovenie_jizni_na_zemle/lecture_sovremennaya_gipoteza_oparina-holdeyna_o_proishojdenii_jizni_na_zemle.html
Теория Опарина — Холдейна
•В 1924 году будущий академик Опарин опубликовал статью «Происхождение жизни», которая в 1938 году была переведена на английский и возродила интерес к теории самозарождения.
Опарин предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней.
Он назвал их Коацерватные капли, или просто коацерваты.
Согласно его теории, процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа:
•Возникновение органических веществ
•Возникновение белков
•Возникновение белковых тел
Астрономические исследования показывают, что как звёзды, так и планетные системы возникли из газопылевого вещества. Наряду с металлами и их оксидами в нём содержались водород, аммиак, вода и простейший углеводород — метан.
Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента появления первичного океана (бульона). В водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекулмогли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.
Наука доказала, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно синтезировать не только аминокислоты, но и другие органические вещества.
[6][7] Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло явиться образование коацерватных капель. При определённых условиях водная оболочка органических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающего раствора.
Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуя многомолекулярные комплексы — коацерваты.
Коацерватные капли также могли возникать при простом смешивании разнообразных полимеров. При этом происходила самосборка полимерных молекул в многомолекулярные образования — видимые под оптическим микроскопом капли.
Капли были способны поглощать извне вещества по типу открытых систем.
При включении в коацерватные капли различных катализаторов (в том числе и ферментов) в них происходили различные реакции, в частности полимеризация поступающих из внешней среды мономеров.
За счёт этого капли могли увеличиваться в объёме и весе, а затем дробиться на дочерние образования. Таким образом, коацерваты могли расти, размножаться, осуществлять обмен веществ.
Далее коацерватные капли подвергались естественному отбору, что обеспечило их эволюцию.
Подобные взгляды также высказывал британский биолог Джон Холдейн.
Проверил теорию Стэнли Миллер в 1953 году в эксперименте Миллера — Юри. Он поместил смесь H2O, NH3, CH4, CO2, CO в замкнутый сосуд и стал пропускать через неё электрические разряды (при температуре 80°С).
Оказалось, что образуются аминокислоты[8]. Позднее в разных условиях были получены также сахара и нуклеотиды. Он сделал вывод, что эволюция может произойти при фазовообособленном состоянии из раствора (коацерватов).
Однако такая система не может сама себя воспроизводить.
Теория была обоснована, кроме одной проблемы, на которую долго закрывали глаза почти все специалисты в области происхождения жизни.
Если спонтанно, путём случайных безматричных синтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкции белковых молекул (например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимущество данному коацервату в росте и размножении), то как они могли копироваться для распространения внутри коацервата, а тем более для передачи коацерватам-потомкам? Теория оказалась неспособной предложить решение проблемы точного воспроизведения — внутри коацервата и в поколениях — единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Однако было показано, что первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных абиогенным путём, и они могли вступить в симбиоз с «живыми растворами» — колониями самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липидов, а такое сообщество уже можно назвать организмом.
Однако Ричард Докинз в своём “Эгоистичном гене”, где он излагает геноцентрический взгляд на эволюцию[en], предположил, что в первичном бульоне возникли не коацерватные капли, а первые молекулы-репликаторы,способные создавать копии самих себя.
Такой молекуле было достаточно возникнуть единожды, и копировать себя в дальнейшем, используя органические соединения из окружающей среды (насыщенного органикой “бульона”).
Сразу после появления репликатора, он стал распространять свои копии по всем морям, пока более мелкие молекулы, которые стали “строительными блоками”, не стали дефицитными, что вынудило первичные репликаторы бороться за выживание друг с другом и эволюционировать.
Такой подход к теории Опарина-Холдейна является наиболее обоснованным, и решает проблемы, которые ставят перед нами коацерваты.
Поделитесь с Вашими друзьями:
Источник: http://zodorov.ru/teorii-proishojdeniya-jizni.html?page=8
Теория Опарина – Холдейна
Поиск Лекций
Содержание
Введение……………………………………………………………………………2
1. Гипотезы о возникновении жизни……………………….………………..2
2. Генобиоз и голобиоз………………………………………………….……3
3. Теория Опарина-Холдейна………………………………………………….3
4. Мир РНК как предшественник современной жизни………………….…5
5. Панспермия………………………………………………………………….6
6. Самозарождение жизни……………………………………………..……..7
7. Теория стационарного состояния……………………………………..……9
8. Креационизм……………………………………………..………………..10
9. Теория эволюции…. …………………………………………………..….10
10. Дарвиновская теория…………………………………………….……….11
Заключение………………………………………………………………………. 12
Литература……………………………………………………………………….13
Введение
Теории, касающиеся возникновения Земли и жизни на ней, да и всей Вселенной, разнообразны и далеко не достоверны. Согласно теории стационарного состояния, Вселенная существовала вечно.
Согласно другим гипотезам, Вселенная могла возникнуть из сгустка нейтронов в результате «Большого взрыва», родилась в одной из черных дыр или же была создана Творцом.
Вопреки бытующим представлениям, наука не может опровергнуть тезис о божественном сотворении Вселенной, так же как теологические взгляды не обязательно отвергают возможность того, что жизнь в процессе своего развития приобрела черты, объяснимые на основе законов природы.
Гипотезы о возникновении жизни
В разное время относительно возникновения жизни на Земле выдвигались следующие Гипотезы:
· Гипотеза биохимической эволюции
· Гипотеза панспермии
· Гипотеза стационарного состояния жизни
· Гипотеза самозарождения
Теории самозарождения и стационарного состояния представляют собой только исторический или философский интерес, так как результаты научных исследований противоречат выводам этих теорий.
Теория панспермии не решает принципиального вопроса о возникновении жизни, она только отдаляет его в ещё более туманное прошлое Вселенной, хотя и не может исключаться как гипотеза о начале жизни на Земле.
Генобиоз и голобиоз
В зависимости от того, что считается первичным, различают два методологических подхода к вопросу возникновения жизни:
1. Генобиоз — методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода.
2. Голобиоз — методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности структур, наделённых способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма.
Теория Опарина – Холдейна
В 1924 году будущий академик Опарин опубликовал статью «Происхождение жизни», которая в 1938 году была переведена на английский и возродила интерес к теории самозарождения .
Опарин предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней.
Он назвал их Коацерватные капли, или просто коацерваты.
Согласно его теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа:
1. Возникновение органических веществ
2. Возникновение белков
3. Возникновение белковых тел
Астрономические исследования показывают, что как звёзды, так и планетные системы возникли из газопылевого вещества. Наряду с металлами и их оксидами в нём содержались водород, аммиак, вода и простейший углеводород — метан.
Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента появления первичного океана. В водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.
Наука доказала, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно синтезировать не только аминокислоты, но и другие биохимические вещества.
Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло явиться образование коацерватных капель. При определённых условиях водная оболочка органических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающего раствора.
Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуя многомолекулярные комплексы — коацерваты.
Коацерватные капли также могли возникать при простом смешивании разнообразных полимеров. При этом происходила самосборка полимерных молекул в многомолекулярные образования — видимые под оптическим микроскопом капли.
Капли были способны поглощать извне вещества по типу открытых систем.
При включении в коацерватные капли различных катализаторов (в том числе и ферментов) в них происходили различные реакции, в частности полимеризация поступающих из внешней среды мономеров.
За счёт этого капли могли увеличиваться в объёме и весе, а затем дробиться на дочерние образования. Таким образом, коацерваты могли расти, размножаться, осуществлять обмен веществ.
Далее коацерватные капли подвергались естественному отбору, что обеспечило их эволюцию.
Подобные взгляды также высказывал британский биолог Джон Холдейн.
Проверил теорию Стэнли Миллер в 1953 году в эксперименте Миллера — Юри. Он поместил смесь H2O, NH3, CH4, CO2, CO в замкнутый сосуд и стал пропускать через неё электрические разряды. Оказалось, что образуются аминокислоты.
Позднее в разных условиях были получены другие сахара и нуклеотиды. Он сделал вывод, что эволюция может произойти при фазовообособленном состоянии из раствора (коацерватов).
Однако, такая система не может сама себя воспроизводить.
Теория была обоснована, кроме одной проблемы, на которую долго закрывали глаза почти все специалисты в области происхождения жизни.
Если спонтанно, путём случайных безматричных синтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкции белковых молекул (например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимущество данному коацервату в росте и размножении), то, как они могли копироваться для распространения внутри коацервата, а тем более для передачи коацерватам-потомкам? Теория оказалась неспособной предложить решение проблемы точного воспроизведения — внутри коацервата и в поколениях — единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Однако было показано, что первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных абиогенным путем, и они могли вступить в симбиоз с «живыми растворами» — колониями самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липидов, а такое сообщество уже можно назвать организмом.
Источник: https://poisk-ru.ru/s3368t1.html
Теория Опарина — Холдейна
В 1924 году будущий академик Опарин опубликовал статью «Происхождение жизни», которая в 1938 году была переведена на английский и возродила интерес к теории самозарождения .
Опарин предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены отвнешней среды и могут поддерживать обмен с ней.
Он назвал их Коацерватные капли, или просто коацерваты.
Согласно его теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа:
- Возникновение органических веществ
- Возникновение белков
- Возникновение белковых тел
Проверил теорию Стэнли Миллер в 1953 году в эксперименте Миллера — Юри. Он поместил смесь H2O, NH3, CH4, CO2, CO в замкнутый сосуд и стал пропускать через неё электрические разряды (при температуре 80°С).
Оказалось, что образуются аминокислоты[4]. Позднее в разных условиях были получены другие сахара и нуклеотиды[2]. Он сделал вывод, что эволюция может произойти при фазовообособленном состоянии из раствора (коацерватов).
Однако, такая система не может сама себя воспроизводить.
Эволюционная теория Основоположником теории эволюции, считается Чарльз Дарвин. В основе этой гипотезы происхождения жизни на земле лежит концепция естественного отбора. Эта теория предполагает постепенное эволюционирование организмов от простейших форм к более сложным формам, что означает наличие «общего предка» для всех живых существ.
Безусловно, современные воззрения сторонников этой доктрины очень отличаются от «классической» теории Дарвина. Но, несмотря на это в её основе лежит вся та, же концепция изменчивости видов, под влиянием воздействий окружающей среды.
Гипотеза панспермии Согласно этой доктрине жизнь была занесена на нашу планету из космоса.
И основана она на возможности некоторых простейших организмов переносить такие неблагоприятные условия, как: температура близкая к абсолютному нулю, глубокий вакуум, радиация и ряд других факторов.
Это теория не отрицает возможность умышленного «занесения» жизни на планету какими-то инопланетными существами.
К этой же теории можно отнести и гипотезу о том, что жизнь во вселенной образовалась в результате большого взрыва, то есть возникла вместе с самой вселенной.
Креационизм У этой концепции, вероятнее всего, наиболее древние корни. Основным положением этой гипотезы происхождения жизни на земле лежит теория создания всего сущего единым высшим существом, то есть Богом. Если верить этой теории, то все живые существа были сотворены в таком же виде, в каком существуют и сейчас.
Она утверждает, что процесс сотворения мира произошёл единожды, а поэтому не доступен для наблюдения. Фундаментальный креационизм, согласно христианской традиции, изложенной в книге Бытия, утверждает, что ни о каком естественном отборе не может быть и речи. Тех же самых взглядов придерживаются и фундаментальные исламисты.
4.16. Происхождение млекопитающих (гипотезы Э. Геккеля и И. Мечникова) 1. Геккель – теория гастреи Опираясь на результаты эмбриологических исследований А.О. Ковалевского, Э. Геккель (1834-1919) выдвинул теорию гастреи (1874 г.). Он утверждал, что общий предок всех многоклеточных животных походил на однослойный зародыш — бластулу.
В ходе дальнейшей эволюции передняя стенка этого однослойного образования впячивалась внутрь, и таким образом возник аналог двухслойного зародыша (гаструлы) — гастрея. Основываясь на колониях простейших (Volvox), Геккель (1874) построил гастрейную теорию происхождения Metazoa, которая принимается многими зоологами.
Геккель утверждал, что отдаленным предком многоклеточных была шаровидная колония простейших. Он опирался на данные эмбриологии, говорящие о том, что в онтогенезе внутренний зародышевый пласт (энтодерма) часто образуется путем впячивания (инвагинации) стенки однослойного зародыша ( бластулы ), в результате чего получается двухслойная стадия ( гаструла ).
Геккель полагал, что и в процессе эволюции (филогенеза) одна половина шаровидного бластулообразного организма впятилась в другую, и таким образом возникла первичная кишечная полость, открывающаяся наружу ротовым отверстием. Такой гипотетический двухслойный организм плавал с помощью жгутиков, размножался половым путем и стал предком всех многоклеточных животных.
Геккель назвал его ” гастреей “. Принятие гастрейной теории подводит нас непосредственно к низшим двухслойным Metazoa ( гидра ).
2. Мечников – теория фагоцителлы И.И. Мечников, проанализировав процесс образования гаструлы у низших многоклеточных, пришел к выводу, что гаструляция путем впячивания — позднее эволюционное образование; он разработал теорию фагоцителлы. Согласно И.И.
Мечникову, первичный колониальный организм состоял из одинаковых клеток, образующих шаровидное скопление — аналог бластулы. Переход к двухслойному состоянию был связан с тем, что клетки, захватившие пищу, теряли жгутик и перемещались вглубь колонии.
Постепенно разделение на внешний — движущий и внутренний — питающий слои закрепилось и стало постоянным. От фагоцителлы произошли губки и бескишечные турбелярии. Гипотеза происхождения многоклеточных животных, предложенная И. И. Мечниковым в 1879–86.
Согласно теория фагоцителлы, исходной формой многоклеточных является гипотетическое животное – фагоцителла (др. название – паренхимелла). Фагоцителла состоит (подобно личинке современных низших многоклеточных – паренхимуле из слоя поверхностных клеток – эктодермы, или кинобласта, и внутренней клеточной массы – паренхимы, или фагоцитобласта.
Кинобласт выполняет функции отграничения, внешнего обмена и движения; фагоцитобласт – внутреннего обмена, внутриклеточного пищеварения (см. Фагоцитоз). Из кинобласта и фагоцитобласта в ходе эволюции возникло всё многообразие форм тканей многоклеточных животных организмов.
Источник: https://studlib.info/biologiya/2192874-teoriya-oparina—kholdeyna/
Теории развития жизни
Автор статьи — Саид Лутфуллин
Биологию, как науку о жизни, волнуют вопросы, связанные с зарождением и развитием жизни. На вопросы, касающиеся развития, нам дает ответы эволюционное учение.
А вот возникновение жизни – это явление, находящиеся вне компетенции синтетической теории эволюции, важно это понимать.
Понимать, что эволюция изучает развитие жизни, а не ее возникновение.
На сегодняшний день известны разнообразные идеи о возникновении жизни. Заметим, именно «идеи», а не теории. Так как не все идеи научны и имеют право называться теориями.
Почему эта гипотеза является несостоятельной? В настоящее время наука установила: планета земля не существовала вечно, она образовалась четыре с половиной миллиарда лет назад. Следовательно, жизнь не могла существовать всегда на объекте, который существовал не всегда. О какой стационарности здесь может идти речь?
Эта нестыковка устраняется теорией панспермии.
Немецкий ученый Герман Рихтер в середине девятнадцатого века предположил, что микроскопические споры организмов, впоследствии давшее начало всей жизни, были занесены на землю с других небесных тел вместе с метеоритами.
Подразумевается, что жизни переходит с одной планеты на другую. Но главный вопрос, откуда и как она возникла, остается открытым.
И факт того, что в соответствии с современными научными представлениями, вселенная тоже не существовала всегда, а возникла в результате большого взрыва, не позволяет сделать допущение о том, что и жизнь не существовала всегда (а это подразумевается в рамках теории панспермии).
Интересный факт — теории панспермии придерживался академик В. И. Вернадский.
Некогда существовало учение, согласно которому живые клетки (и даже целые организмы) постоянно образуются из неживой материи: учение о самозарождении жизни. Например, из пшеницы и грязи «создаются» мыши; из гниющего мяса – опарыши и так далее.
Сейчас нам понятно, что мыши и опарыши не создавались из неживого материала.
Проводили опыт: мясо закрывали марлей. В этом случае мухи не имели доступа к нему, следовательно, не могла отложить яйца: опарыши не появлялись.
По идее самозарождения нанес серьезный удар эксперимент Луи Пастера.
Люди заметили, что мясной бульон, если его оставить на воздухе закиснет. А если его прокипятить и не допускать контакта с воздухом, то закисать не будет. Но даже кипяченый бульон скиснет на воздухе.
Приверженцы идеи самозарождения утверждали, что кипячение лишает питательную среду некой «жизненной энергии». В герметичном сосуде бульон не скисает, потому что жизненной энергии неоткуда поступить.
А в не герметичном закисает, так как жизненная энергия, содержащаяся в воздухе, проникает в питательную среду. И там зарождается жизнь.
Пастер поместил в колбу с S-образным горлышком стерильную питательную среду, воздух с нее спокойно проникал. Но так как споры микроорганизмов оседали в изгибе и не достигали питательной среды, бульон не скисал. Стоило отломать S-образное горлышко, как бульон начинал закисать.
Это доказывало, что микроорганизмы, вызывающие закисание бульона развиваются не из питательной среды, а из спор, занесенных в эту среду.
То есть жизнь не возникает из неживого, а заносится спорами.
Учение, согласно которому живые организмы обладают некой особой «жизненной силой», «жизненной энергией» называется витализм. От латинского vitalis – жизненный. От этого же корня образован термин витамин.
С развитием науки с накоплением биологических знаний учение о постоянном самозарождении жизни было отвергнуто.
Это отразилось в дополнении Вирхова к клеточной теории Шванна – Шлейдена: «omnis cellula ex cellula».
Это истолковывается: «каждая клетка развивается только из материнской клетки«.
Становилось все отчетливее ясно, что жизнь – это очень сложная система. Она не может вот так в мгновение ока возникнуть из мертвой материи. Но то, что это однажды произошло, очевидно.
Тогда в умах ученых созрело представление о том, что подобно тому, как из примитивных прокариотических организмов за миллиарды лет эволюции смогли сформироваться сложные многоклеточные организмы, как мы, могли и органические молекулы при определенных условиях дать начало клетке.
Это вполне логичная мысль, только развиться сразу ей не давали много «но» и «если».
Это и то, что до поры до времени научное сообщество было очень религиозным, что, понятное дело, накладывает некоторые ограничения на свободомыслие в таких областях знания, как изучение возникновения жизни, ее развития и так далее.
Это и мнение о том, что органические молекулы могут рождаться только живых организмах, некогда существовавшие и впоследствии опровергнуто методом эксперимента.
Возникновение жизни из неживой материи называется абиогенез.
Мы постепенно подходим к современным представлениям.
В первой половине двадцатого века независимо друг от друга к одинаковым выводам пришли советский ученый Александр Иванович Опарин и английский биолог Джон Бердон Сандерсон Холдейн.
Что потом вошло в историю, как теория абиотического возникновения жизни Опарина – Холдейна.
Изложение теории: атмосфера молодой земли была образована аммиаком, угарным газом, метаном, водородом и парами воды. Под действием ультрафиолетового излучения, молний, высоких температур из этого набора веществ образовывались органические вещества: аминокислоты, нуклеотиды, азотистые основания и так далее.
Кажется невероятным этот процесс? Таким же он показался американским ученым Стэнли Миллеру и Гарольду Юри.
Они провели эксперимент.
Смесь газов, которая, вероятно, была близка по составу с атмосферой молодой земли пропускали через сосуд, внутри которого были помещены два электрода, между которыми возникали электрические разряды (имитируются молнии на молодой земле).
После конденсации водяного пара, полученная жидкость вновь кипятилась, и пар снова пропускался через этот сосуд. Получился цикл. После нескольких дней работы этой циклической системы, жидкость из нее содержала сложные органические вещества.
Эксперимент Миллера – Юри стал важным практическим подтверждением возможности появления сложных органических веществ из неорганики.
Продолжительное время на молодой земле накапливались сложные органические вещества. Поверхность земли покрывал океан, в котором растворялись образовывавшиеся органические вещества.
Далее, согласно теории Опарина – Холдейна, находившиеся в коллоидном растворе органические вещества усложнялись и начали образовывать сгустки, как мелкие капельки ртути на ровной поверхности сливаются и образуют одну большую каплю, это характерно для таких соединений, что были растворены в океане молодой земли.
Этот коллоидный раствор называется первичный бульон, такое название дал ему профессор Опарин. А сгустки органических веществ, образовывавшиеся в первичном бульоне, он назвал коацерватными каплями (или просто коацерватами).
Они имели четкую структуру: отчетливое разграничение внешней среды и внутреннего содержимого. Имели липидную мембрану (что-то вроде цитоплазматической мембраны).
Этот процесс преобразования и усложнения органики носит название биохимической эволюции.
В результате нее коацерваты превратились в протобионты. Эти тела, имевшие более сложную структуру, нежели коацерваты, можно рассматривать как прародители живых клеток.
Протобионты, возможно, уже имели способность к самовоспроизведению и примитивной регуляции обмена веществ с внешней средой.
Примерно три миллиарда лет назад из протобионтов появилась настоящая жизнь – первые прокариотические организмы.
Биохимическая эволюция постепенно переросла в биологическую.
Этапы возникновения жизни по Опарину – Холдейну:
- Появление органических веществ.
- Усложнение органических веществ.
- Появление белков.
- Появление белковых тел.
- Возникновение способности белковых тел к размножению и обмену веществ.
- Появление первых клеток.
Согласно теории Опарина – Холдейна начальным этапом абиогенеза было образование белков, но непонятно как эти белки образовывались без РНК и ферментов.
В двадцать первом веке обрела популярность теория РНК-мира, согласно которой первичными биополимерами были не белки, а РНК-подобные молекулы, имевшие способность к саморепликации.
В целом теорию Опарина – Холдейна нельзя назвать в корне ошибочной. Скорее следует считать ее положения устаревшими.
Теория РНК-мира внесла большей ясности в понимании вопросов возникновения жизни.
Основные идеи теории Опарина – Холдейна: возникновение органических веществ из неорганических под действием погодных условий молодой земли, биохимическая эволюция, – остаются актуальными по сей день.
По всей видимости, мы в ожидании более совершенной теории. Она ответит на вопросы, на которые не могут ответить теории Опарина – Холдейна и РНК-мира.
Как когда-то Дарвинская теория эволюции была дополнена новыми данными, вследствие чего сформировалось современное эволюционное учение – синтетическая теория эволюции.
А пока достаточно белых пятен и вопрос об абиогенезе остается открытом.
Интересный факт: во времена лысенковщены многие лженаучные ошибочные идеи обрели второе дыхание (правда, искусственное). Например, одна из соратниц Трофима Лысенко по уничтожению советской биологии – Ольга Борисовна Лепешинская всерьез утверждала, что клетки ткани человеческого организма способны к самозарождению из межклеточного вещества.
Возвращаясь к ЕГЭ…
Нужно знать (то есть не наизусть учить определения, а понимать о чем идет речь) следующие термины:
- коацерватные капли,
- первичный бульон,
- абиогенез,
- теория Опарина – Холдейна,
- помнить опыт Пастера,
- знать, чем Опарин заслужил место в школьном курсе биологии.
Задание С1:
что представляют собой полученные в лаборатории коацерваты.
Ответ: коацерваты содержат низкомолекулярные органические вещества: мочевину, аминокислоты и т. д., которые при высокой концентрации могут соединяться и образовывать более сложные органические вещества.
Обсуждение: “Теории развития жизни”
(Правила комментирования)
Источник: https://distant-lessons.ru/teorii-razvitiya-zhizni.html
Загрузка...
