АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Современные представления о возникновении жизни

В основе современных представлений о возникновении жизни на Земле лежит признание абиогенного, т.е. небиологического, возникновения орга

нических веществ из химических элементов и неорганических молекул и эволюционная идея. В 1924г. А.И. Опарин, а в 1929г. Дж. Холдейн пришли к одинаковым выводам, которые легли в основу теории химической эволюции. Современная теория, называемая теорией биопоэза, была сформулирована Дж. Берналом. Он выделил три стадии биопоэза:

1. абиогенное возникновение биологических мономеров

2. образование биологических полимеров

3. формирование мембранных структур и первичных организмов (протобионтов)

Предпосылки возникновения жизни.

Планеты Солнечной системы образовались из газово – пылевой материи около 4,5 млрд. лет назад в результате сжатия и последующего за ним взрыва. Путем реакции ядерного синтеза из преобладающего элемента Вселенной водорода возник гелий, из которого образуется углерод, затем кислород, неон, магний, кремний и т.д. все остальные элементы таблицы Д. И. Менделеева.

Н → Не→ С → О …..

Все химические элементы находились в виде атомов.

Для возникновения жизни на Земле необходимы были некоторые космические и планетарные условия:

1. оптимальные размеры планеты, т.к. маленькие планеты не удерживают атмосферу; а большие перегреты и выделяют радиоактивные вещества, несовместимые с жизнью.

2. движение планеты вокруг Солнца должно идти по круговой орбите, что позволяет равномерно получать энергию.

3. постоянная интенсивность излучения светила.

Химическая эволюция:

1. Вследствие вращательного движения и при постепенном остывании планеты атомы тяжелых металлов перемещались к центру, легкие оставались на поверхности (глина), а самые легкие – газообразные сформировали атмосферу; при этом они реагировали друг с другом в силу своей химической активности и образовывались неорганичекие молекулы. Кислород, являясь химически очень активным, прореагировал весь (прекратился абиогенный синтез, а биогенный еще не начался) и в атмосфере его не было. Атмосфера носила восстановительный характер т.е. состояла из свободного водорода и его соединений (Н₂О, СН₄, NH₃ HCN и др.). По мнению А.И.Опарина это имело огромное значение, т. к. при наличии свободного кислорода синтезированные органические соединения мгновенно распадались бы.

2. Простые органические молекулы были синтезированы в первичной атмосфере, в которой на тот момент были очень специфические условия: извержения вулканов, высокая температура, клубы водяного пара, сверкающие молнии, вулканы извергали карбиды (соединения металлов с углеродом). Атмосфера насыщалась альдегидами, спиртами, аминокислотами. В 1953г. Л.С.Миллер экспериментально доказал возможность абиогенного синтеза органических соединений, пропуская электрические разряды через подогретую смесь водородных газов («колба Миллера»).

Постепенно верхние слои атмосферы остывали, вода конденсировалась и выпадала на поверхность Земли в виде дождя, но т.к. она оставалась еще горячей, то пары воды вновь поднимались в атмосферу, так продолжалось миллионы лет. Постепенно поверхность Земли остыла настолько, что вода на ней оставалась и постепенно сформировалась первичная гидросфера или первичный океан. Т. к. большинство, синтезированных к тому времени в атмосфере, веществ были гидрофильными; то они перешли в гидросферу. В результате взаимодействия карбидов с водой возникли углеводороды. Газообразные остались в атмосфере, а гидрофобные липиды образовали липидные пленки на воде.

3. Биополимеры были синтезированы в гидросфере. А.И.Опарин ошибочно предполагал, что синтез шел в верхних слоях гидросферы. Позже было сделано предположение, что синтез органических полимеров шел в придонном слое, т. к. там были необходимые условия: высокая температура поверхности Земли, высокое давление; высокая концентрация реагирующих веществ, которая была обусловлена адсорбирущей способностью глины, покрывающей Землю. Экспериментально это не было доказано. С. Фокс считал, что синтез пептидов был возможен в испаряющихся водоемах, где сначала концентрировались аминокислоты, а затем полимеризовались под действием тепла лавовых потоков или в ходе высушивания под действием солнечных лучей. Так или иначе были получены первичные биополимеры – полипептиды и полинуклеотиды.

Установлено, что в живых системах имеются только левые аминокислоты и только правые сахара, такая среда называется хирально чистой. После смерти живых организмов ровно 50% аминокислот и сахаров раскручивается в противоположную сторону, такая смесь называется рацемической.

4. Коацерваты – высокомолекулярный комплекс, состоящий из белковых молекул, окруженных водной оболочкой. Органические молекулы имеют большую молекулярную массу и сложную пространственную конфигурацию, а значит – разнозаряженные участки. Молекула воды – диполь, в котором одна часть несет положительный заряд (Н), а другая – отрицательный (О), поэтому диполи присоединяются к органическим молекулам по законам физики. Коацерваты – вершина химической эволюции, т.к. все их химические возможности реализованы.

Биологическая эволюция:

1. Коацерваты соединялись, укрупнялись, взаимодействовали друг с другом и с другими веществами, поглощаемыми ими. Коацерваты – это предбиологическая эволюция, т.к. они уже обладали некоторыми свойствами живых систем: рост и обмен веществ. Обмен веществ даже очень примитивный обеспечивал отделение внутренней среды от внешней. В результате взаимодействия коацерватов с нуклеиновыми кислотами образовались первые живые существа – протобионты, способные к самовоспроизведению.

2. Прокариоты возникли благодаря тому, что приобрели билипидные мембраны. Липидные пленки из-за движения воды механически разрывались и под действием физических законов, погружаясь на время на глубину, приобретали форму шара. При этом происходил случайный захват коацерватных капель (концентрация первичного бульона была высока). Затем они поднимались на поверхность и из-за гидрофобного взаимодействия жирных кислот, входящих в состав липидов, формировался второй слой. Билипидные мембраны обеспечили устойчивость этих структур, сложный обмен веществ и значительное отделение внутренней среды от внешней. Они были гетеротрофами, т.е. питались готовыми органическими веществам (синтезированными абиогенным путем) и анаэробами т.к. жили в бескислородной среде. Появление большого количества гетеротрофных прокариот привело к истощению первичного океана. На этом этапе возникли организмы, которые приобрели способность к фотосинтезу – автотрофному питанию (цианеи) и начался биогенный синтез органических веществ, при котором донором углерода был углекислый газ; а донором водорода сначала были органические вещества,а затем вода. Побочным продуктом фотосинтеза был кислород и постепенно начала формироваться кислородная среда. Для существующих тогда анаэробов это было экологической катастрофой, но поскольку процесс выработки кислорода шел постепенно и из-за плохой растворимости в воде, большая его часть накапливалась в атмосфере, то появились аэробные организмы. Аэробный обмен веществ энергетически более выгодный и они получили более широкие возможности для использования окружающей среды.

3. Эукариоты возникли:

- благодаря способности мембран впячиваться, отшнуровываться и восстанавливаться (ядро, ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли);

- благодаря симбиозу – взаимовыгодному сожительству, который возник в результате фагоцитоза прокариот более крупными структурами (пластиды, хлоропласты).

Возможности одноклеточных в освоении среды обитания ограничены, т.к. питание и дыхание идут через поверхность клеток. При увеличении размеров клеток их поверхность увеличивается в квадратной зависимости, а объем в кубической и поэтому невозможно обеспечить кислородом большой организм

У эукариот появился двойной набор хромосом, при этом многие рецессивные мутации не проявляются в фенотипе. Это придало им стабильность.

4. Колонии – многоклеточные структуры, состоящие из множества недифференцированных клеток.

5. Многоклеточные организмы, состоящие из множества дифференцированных клеток.

Дата добавления: 2015-07-17 | Просмотры: 569 | Нарушение авторских прав