Термин биогенез был придуман Генри Чарльтоном Бастианом для обозначения возникновения жизни из неживой материи, но Томас Генри Хаксли выбрал термин абиогенез и переопределил биогенез, чтобы обозначить жизнь, возникшую из ранее существовавшей жизни. Абиогенез, процесс, посредством которого жизнь возникает в результате размножения другой жизни, вероятно, предшествовал биогенезу, который стал невозможен, как только атмосфера Земли приобрела свой нынешний состав. А панспермия не отрицает абиогенез, просто меняет его локализацию.
Абиогенез. Верна ли его современная теория?
Реди пришел к выводу, что мухи откладывают яйца в открытых банках. Поскольку личинки не появлялись в закрытых колбах, было продемонстрировано, что живые существа не появлялись спонтанно. Эксперимент Реди доказал, что живые организмы могут возникнуть только из другой ранее существовавшей формы жизни. Узнайте больше об эксперименте Redi. Однако в 1745 году Джон Нидхэм снова укрепил теорию абиогенеза. Он провел эксперимент, в котором в пробирках разогревал питательные бульоны с едой. Пробирки были закрыты, чтобы предотвратить попадание воздуха и повторного нагрева форм жизни.
Со временем внутри пробирок появились микроорганизмы. Нидхэм пришел к выводу, что эти существа возникли путем спонтанного зарождения, потому что при нагревании труб все живые формы были уничтожены. Он пришел к выводу, что существует «жизненная сила», которая ответственна за появление микроорганизмов. Таким образом, теория абиогенеза вернулась, чтобы набраться сил.
Парадоксально, но все они содержатся в клетках в намного большей концентрации, чем во внешней среде. Перечисленные металлы характерны в обильном количестве для гидротермальных источников, с которых мы начнём поиск условий для абиогенного синтеза органических соединений. Воды источников имеют чёрный цвет благодаря сульфидам, сероводороду и другими взвесям [10]. После контакта с океаном гидротермальные воды охлаждаются, а соединения железа, меди и никеля выпадают в осадок. При дальнейшем остывании вод сульфиды цинка и марганца осаждаются на уже сформированный рельеф. Сульфиды цинка способны к фотохимическому восстановлению, поглощая ультрафиолет и фосфоресцируя.
В таком состоянии возбуждённый электрон восстанавливает соединения диоксида углерода до муравьиной и других органических кислот, а при ультрафиолете восстанавливает азот до аммиака. При этом он защищает органические молекулы от ультрафиолета эффективней слоя воды в десятки метров. Именно поэтому первые организмы могли укрываться в минеральных осадках, имея доступ к продуктам фотохимических реакций [1]. Осадки образуются из мелких частиц и имеют много пор. Подобные условия являются удобными для репликации органики из-за относительной изоляции. Откладывающиеся сульфидные минералы становятся катализаторами химических реакций для синтеза органических соединений [11]. Градиенты температур разделяют хиральные формы соединений. В таких условиях термодиффузии РНК и белки накапливаются в одной локации, например — в вышеупомянутых порах, где происходит концентрация в миллиарды раз [12]. Источниками достаточного количества этого вещества являются вулканы и горячие геотермальные источники. Они содержат фосфиты, пирофосфаты, или оксиды фосфора.
При растворении эти соединения дают молекулы в пригодной для сахарофосфатов и нуклеотидов форме. В условиях кипения минеральных вод растворённые соединения разделяются, поэтому часть испаряется с водой и выходит в грязевых котлах. В виду подобной сепарации металлов поднимающийся пар магмы содержит бораты, калий, натрий и соли молибдена в концентрации такой же, как в органической клетке. При добавлении гидроксиапатита в такую смесь на его поверхности откладывается рибоза [18][19], а соли молибдена превращают разветвлённые сахара в линейные, увеличивая синтез. Почувствуйте, как густые и горячие знания стекают вам на шею, ведь грязевые котлы обогащены всеми вышеописанными ранее элементами [15], потому и представляются одними из самых вероятных мест появления жизни, имея несколько преимуществ сразу: Условия, богатые необходимыми микроэлементами; Источник тепла с постоянными условиями; Пористые минеральные осадки, работающие в качестве катализаторов и локации для репликации органических соединений; Испарение на местах при концентрации веществ, солей и кислот, где происходит образование цепочек РНК; Несколько путей получения органических молекул; Фотохимические реакции и расположенные рядом защищённые поры; Нагрев пор, где накапливаются нуклеотиды и РНК в высоких концентрациях. Нагрев происходил за счёт реакций в глубине твёрдых пород, поэтому метан и кислоты этих вод образуются абиогенно, а изотопный состав углерода в них такой же, как в углекислом газе [16]. В атмосфере древнего мира метан реагировал с азотом, водой и углекислым газом, образуя формальдегид. Соединения фотолиза метана не накапливались, а выпадали с дождём рис. Синильная кислота и формальдегид растворимы в воде, поэтому они вымывались и на поверхность поступали формальдегид, цианамид и цианид — являющиеся прекурсорами для азотистых оснований и РНК [17]. Реакция получения нуклеотидов с помощью таких соединений была получена в 2009 году в Манчестере, во время работы Д.
Сазерленда и его коллег [20]. Они синтезировали пиримидиновые нуклеотиды путём смешения в одной установке предшественников сахаров и нуклеотидов с фосфатами рис. Сейчас придётся хрустеть коркой головного мозга, но чтобы было проще, обратимся к рисунку 3 ниже, который будет иллюстрировать ход реакций. Как можем видеть, первоначальные соединения представлены: цианоацетиленом, цианамидом, глицеральдегидом и гликольальдегидом. Фосфат в реакции не только облегчает синтез нуклеотидов, подавляя побочные реакции, но и направляет соединение цианамида с гликольальдегидом в сторону аминооксазола. А уже его соединение с глицеральдегидом образует арабинозо-аминооксазолин. В реакции же аминооксазолина с цианоацетиленом снова фосфат помогает реакции — он поддерживает кислотность и создаёт условия для получения арабинозо-ангидронуклеозида. После, достаточно подогреть реакционную смесь для получения циклического цитидин-монофосфата. Такой раствор освещается ультрафиолетом, чтобы превратить часть цитозина в урацил и избавиться от побочных продуктов. Аналогичным способом получены пуриновые нуклеотиды при добавлении синильной кислоты вместо цианоацетилена.
Всего из четырёх простых соединений получаются все нуклеотиды и десять из двадцати белковых аминокислот. Но главное, в реакциях почти не образуется соединений, не встречающихся в клетках. Этот момент станет сюжетной пружиной повествования. В условиях липидно-нуклеотидного раствора уже рассмотренных грязевых котлов образуются последовательности РНК в 50-100 нуклеотидов. Липиды, к которым мы вернёмся позже, при высыхании образуют слои и длинные цилиндры, где последовательности РНК упорядоченно накапливаются и сохраняют подвижность. При естественном отборе преимущество получают те последовательности, которые служат фрагментами для создания собственных копий — палиндромные цепи РНК [21]. Эта идея А. Маркова превращает необходимость фрагментов в фактор естественного отбора, который может привести к образованию рибозима среди длинных палиндромных молекул. Это частично подтверждает геноцентричный взгляд на эволюцию Ричарда Докинза [22], ведь палиндромный способ упаковки молекул наблюдается и в последовательностях соединений нынешних транспортных РНК. На начальных этапах РНК были доступны многие активные одноуглеродные соединения: Муравьиная кислота образуется при фотосинтезе на сульфиде цинка и выносится геотермальными источниками после реакций воды с базальтами.
Формальдегид опадает с дождями, возникая при фотолизе метана.
Определение 1 Происхождение жизни означает появление наследуемого и эволюционирующего самовоспроизводства. Теория о происхождении жизни является темой биологии в 9 классе. Теория большого взрыва о происхождении Вселенной дала новые представления о теме биологической эволюции. Была выдвинута гипотеза о том, что сложные формы жизни на Земле, включая людей, возникли в течение определенного периода времени из простых бактерий, таких как крошечные клетки. Произошло это в результате процесса самоорганизации, сродни эволюции Вселенной путем самоорганизации простых материальных структур то есть фундаментальных частиц, созданных большим взрывом , до все более и более сложных структур. Существует несколько вариантов происхождения жизни. Гипотеза стационарного развития Определение 2 Гипотеза стационарного развития — это теория, выдвинутая немецким физиологом XIX века Тьерри Уильямом Прейером. Согласно данной гипотезе, жизнь на Земле, как и сама наша планета, существовала всегда во Вселенной.
Самой эволюции также не существовало, таким образом, Прейер и его сторонники постулировали вечную жизнь на Земле, возникновение всех видов одновременно. Виды живых существ не развивались, более того, они будут существовать в неизменном виде всегда. Меняется только численность популяции данных видов. Появление новых видов живых существ исключено. Эту теорию поддерживали ученый-естествоиспытатель Владимир Вернадский и зоолог Жорж Кювье. Вернадский поставил под сомнение абиогенез, как только начал создавать свою собственную концепцию биосферы. Он принял противоположную идею о неслучайности природы жизни в системе материальных и энергетических отношений в биосфере. Если иметь в виду фундаментальный уровень, то живая материя необходима для преобразования энергии в земные химические соединения. Таким образом, Вернадский связал геологические и биологические явления и процессы причинно-следственными связями.
Такой подход выводит законы биосферы на планетарный и даже космологический уровень. Однако в современной науке концепция Вернадского о вечности и космическом статусе живого материя практически неизвестна. Она по-прежнему стоит особняком, не влияя на развитие наук о Земле. Вернадский основывает концепцию биосферы на первоначальных эмпирических обобщениях. Они не требуют доказательств, потому что проистекают из всего многовекового научного опыта. Приведем их вкратце: никогда не было начала жизни, оно всегда передавалось путем биогенеза; на Земле никогда не было безжизненных геологических эпох; вся жизнь едина в своих основных свойствах; живая материя всегда определяла химическую среду поверхности планеты; количество атомов, захваченных живой материей в биосфере в любой данный момент, никогда не выходило за пределы средних значений, то есть постоянно; энергия, выделяемая живыми организмами, в основном является солнечной. Именно в вышеупомянутых заключительных книгах Вернадский считал, что законы природы неизменны. Если живая материя стимулирует движение химических соединений на поверхности планеты, то так было на протяжении всей ее геологической истории. Уже в статье 1922 года Вернадский неявно вывел абсолютный научный запрет на происхождение жизни, основанный на геологическом движении.
Поэтому мы должны спросить себя, где и как появилась эта первая форма жизни? Чтобы добиться этого слабого - и замкнутого - аргумента, мы должны обратиться к теориям возникновения жизни. Этот вопрос разрешили несколько исследователей, в том числе А. Опарин и Дж. Сначала мы обсудим эксперименты, которые подтвердили биогенез, а затем вернемся к этому вопросу. Эксперименты, подтвердившие теорию биогенеза Эксперименты, которые поддерживали спонтанное зарождение, не касались стерилизации используемого материала или хранения контейнера, в котором проводился эксперимент, закрытым. По этой причине прилетали мухи или другие животные например, мыши и откладывали яйца, что было ошибочно интерпретировано как самозарождение жизни.
Эти исследователи думали, что они были свидетелями появления живых органических существ из безжизненной материи. Среди наиболее известных экспериментов, которые сумели дискредитировать абиогенез, можно отметить вклад Франческо Реди и Луи Пастера. Эксперименты Франческо Реди Франческо Реди был врачом из Италии, которому было интересно узнать о спонтанном зарождении жизни. Чтобы попытаться опровергнуть это убеждение, Реди разработал серию контролируемых опытов, чтобы показать, что жизнь может появиться только из существующей жизни. Схема эксперимента включала серию банок с кусками мяса внутри, запечатанных марлей. Роль марли заключалась в том, чтобы пропускать воздух, исключая попадание насекомых и откладывание яиц. Действительно, в банках, покрытых марлей, никаких следов животных обнаружено не было, а яйца мух застряли на поверхности марли.
Однако для сторонников спонтанного зарождения этого свидетельства было недостаточно, чтобы его исключить - до прибытия Пастера. Луи Пастер эксперименты Один из самых известных экспериментов был разработан Луи Пастером в середине 19 века, ему удалось полностью исключить концепцию спонтанного зарождения. Эти свидетельства смогли убедить исследователей в том, что вся жизнь происходит от другого существующего ранее живого существа, и поддержали теорию биогенеза. В гениальном эксперименте использовались бутылки с лебединым горлышком. По мере того, как мы поднимаемся на горлышко колбы S-образной формы, она становится все уже и уже. В каждую из этих колб Пастер поместил равное количество питательного бульона.
Абиогенез и биогенез: основные различия
Но откуда появилось первое живое существо?? Давайте вернемся к нашему первоначальному вопросу. Сегодня общеизвестно, что живые организмы происходят только от других организмов — например, вы произошли от своей матери, а ваш питомец в равной степени родился от соответствующей матери. Но давайте перенесем этот вопрос на первобытную среду, где произошло зарождение жизни. Биологи в настоящее время поддерживают гипотезу о том, что жизнь на Земле возникла из неживой материи, образовавшей молекулярные агрегаты.
Эти агрегаты были способны адекватно размножаться и имели развитый обмен веществ — замечательные характеристики существ, которых мы считаем «живыми». Однако мы уже собрали доказательства того, что живое не может возникнуть из неживой материи. Так как же нам разрешить этот очевидный парадокс? Первобытная атмосфера Земли сильно отличалась от той, что есть сейчас.
Концентрация кислорода была чрезвычайно низкой, были молнии, вулканическая активность, постоянные метеоритные бомбардировки, а ультрафиолетовое излучение было более интенсивным. В этих условиях могло происходить химическое развитие, которое через значительный период привело к появлению первых форм жизни.. Биогенез: теория и особенности Согласно теории биогенеза, жизнь возникла из других уже существовавших форм жизни. Однако теория биогенеза предполагает, что вся жизнь зарождается в жизни.
Поэтому мы должны спросить себя, откуда взялась эта первая форма жизни или как она возникла?? Чтобы прийти к этому слабому и замкнутому аргументу, мы должны обратиться к теориям о том, как началась жизнь. На этот вопрос ответили несколько исследователей, в том числе А. Опарин и Дж.
Сначала мы обсудим эксперименты, которые смогли подтвердить биогенез, а затем вернемся к этому вопросу.. Лишь в 1861 году французский химик Луи Пастер однозначно продемонстрировал ложность этих убеждений и предоставил доказательства в пользу теории биогенеза. Предложенный им эксперимент заключался в наполнении колб с длинным горлом, имеющих длинную S-образную форму. Этот силуэт пропускает воздух, но не микроорганизмы, поскольку они остаются в корзине.
После заполнения колбу нагревали для уничтожения любых микроорганизмов, уже присутствующих в растворе. Полученный раствор оставался неизменным в течение нескольких недель, но если он сломал горлышко колбы, образец загрязнился в течение нескольких дней. Это показало, что микроорганизмы, растущие в инертном материале, на самом деле притягиваются к воздуху, а не возникают спонтанно. Импеданс биологической ткани Общее электрическое сопротивление биологической ткани переменному току.
На низких частотах импеданс тканей определяется главным образом их резистивными свойствами.
В каждую из этих колб Пастера помещали равные количества питательного бульона. Содержимое кипятили, чтобы добиться уничтожения находившихся там микроорганизмов.. Пастер разрезал трубку в одной из колб и быстро начал процесс разложения, заражаясь микроорганизмами из окружающей среды. Таким образом, благодаря Реди и, наконец, Пастеру, можно убедительно доказать, что жизнь происходит из жизни, и этот принцип суммирован знаменитой латинской фразой: Omne vivum ex vivo «Вся жизнь происходит из жизни». Но откуда появилось первое живое существо?? Давайте вернемся к нашему первоначальному вопросу. Сегодня общеизвестно, что живые организмы происходят только от других организмов — например, вы произошли от своей матери, а ваш питомец в равной степени родился от соответствующей матери. Но давайте перенесем этот вопрос на первобытную среду, где произошло зарождение жизни.
Биологи в настоящее время поддерживают гипотезу о том, что жизнь на Земле возникла из неживой материи, образовавшей молекулярные агрегаты. Эти агрегаты были способны адекватно размножаться и имели развитый обмен веществ — замечательные характеристики существ, которых мы считаем «живыми». Однако мы уже собрали доказательства того, что живое не может возникнуть из неживой материи. Так как же нам разрешить этот очевидный парадокс? Первобытная атмосфера Земли сильно отличалась от той, что есть сейчас. Концентрация кислорода была чрезвычайно низкой, были молнии, вулканическая активность, постоянные метеоритные бомбардировки, а ультрафиолетовое излучение было более интенсивным. В этих условиях могло происходить химическое развитие, которое через значительный период привело к появлению первых форм жизни.. Биогенез: теория и особенности Согласно теории биогенеза, жизнь возникла из других уже существовавших форм жизни. Однако теория биогенеза предполагает, что вся жизнь зарождается в жизни.
Поэтому мы должны спросить себя, откуда взялась эта первая форма жизни или как она возникла?? Чтобы прийти к этому слабому и замкнутому аргументу, мы должны обратиться к теориям о том, как началась жизнь. На этот вопрос ответили несколько исследователей, в том числе А. Опарин и Дж. Сначала мы обсудим эксперименты, которые смогли подтвердить биогенез, а затем вернемся к этому вопросу.. Лишь в 1861 году французский химик Луи Пастер однозначно продемонстрировал ложность этих убеждений и предоставил доказательства в пользу теории биогенеза. Предложенный им эксперимент заключался в наполнении колб с длинным горлом, имеющих длинную S-образную форму. Этот силуэт пропускает воздух, но не микроорганизмы, поскольку они остаются в корзине. После заполнения колбу нагревали для уничтожения любых микроорганизмов, уже присутствующих в растворе.
Теория абиогенеза Абиогенез, также называемый Теорией Спонтанного Поколения, определил, что живые существа происходят из безжизненных веществ и процессов разложения. Органические реакции разложения материи могут породить формы жизни, которые называются жизненной силой. Например, считалось, что крысы появились из загрязненных тканей, а лягушки - из грязи во влажной среде.
Однако в настоящее время известно, что эта жизненная сила, по сути, является химической реакцией органических соединений. Теория перестала иметь смысл в исследованиях ученого Франческо Рейде, который смог доказать, что личинки, обнаруженные в разлагающихся трупах, не возникли спонтанно. Из эксперимента с органическим веществом в процессе разложения Рейде удалось продемонстрировать, что найденные личинки произошли из яиц мух, которые приблизились к разлагающейся плоти.
В гениальном эксперименте использовались бутылки с лебединой шеей. Когда мы поднимаемся в горловине колбы в форме буквы «S», она становится все более узкой. В каждую из этих колб Пастера включали равные количества питательного бульона. Содержимое нагревали до кипения, чтобы добиться уничтожения присутствующих там микроорганизмов.. Пастер разрезал трубку в одной из колб и быстро начал процесс разложения, становясь загрязненным микроорганизмами из окружающей среды. Таким образом, благодаря Redi и, наконец, Пастеру можно убедительно доказать, что жизнь происходит от жизни, принцип, который резюмируется известной латинской фразой: Omne vivum ex vivo «Вся жизнь исходит от жизни». Но откуда появилось первое живое существо?? Давайте вернемся к нашему первоначальному вопросу. Сегодня широко известно, что живые организмы происходят только от других организмов - например, вы пришли от своей матери, и ваш питомец, в равной степени, родился от их соответствующей матери. Но давайте перенесем этот вопрос в первобытную среду, где произошло начало жизни.
В настоящее время биологи поддерживают гипотезу о том, что жизнь на Земле развивалась из неживых веществ, которые образовывали молекулярные агрегаты. Эти агрегаты сумели адекватно размножиться и развили метаболизм - замечательные характеристики существ, которые мы считаем «живыми». Однако мы уже собрали доказательства того, что живые существа не могут возникнуть из неживой материи. Итак, как нам разрешить этот очевидный парадокс? Первобытная атмосфера Земли сильно отличалась от того, что есть сейчас. Концентрация кислорода была чрезвычайно низкой, наблюдалась молния, вулканическая активность, постоянные бомбардировки метеоритов и приход ультрафиолетового излучения был более интенсивным. В этих условиях может произойти химическая эволюция, которая через значительный период времени привела к появлению первых форм жизни.. Почему абиогенез невозможен. Творческое исследовательское общество ежеквартально, 36 4. Pross, A.
Миф об абиогенезе - современная критика
Как биогенез, так и абиогенез – это теории на сегодня не подтвержденные экспериментально. Теория биогенеза Биогенез возник после абиогенеза и объяснил возникновение живых существ противоположным образом. Все самое интересное и актуальное по теме "Абиогенез". Ключевые слова: абиогенез, биогенез, эксперимент Миллера-Юри., Происхождение Жизни, Эксперимент Пастера, Изначальный Суп, Гипотеза Спонтанного Поколения. Узнайте больше о значении абиогенеза и разнице между абиогенезом и биогенезом. Если поставить на одну чашу весов "абиогенез" и "биогенез", то вероятнее всего жизнь пришла на Землю из космоса, что упорно доказывает теория панспермии.
Биогенез и абиогенез основные различия идей
Теория биогенеза предлагает происхождение жизни, начиная с уже существующих живых существ. Биогенез и абиогенез. Канал видеоролика: Репетитор по биологии. 1.2 Опыт Реди. Биогенез и абиогенез. Смотреть видео: Свежая информация для ЕГЭ и ОГЭ по Биологии (листай). Дарвинистам просмотр категорически противопоказан! Опасно! Можно заразиться здравым смыслом!Почему физика – это наука, а биология – нет? Какую веру под видом.
Теория биогенеза и абиогенеза презентация
Стоит отметить, что абиогенез делится на несколько важных этапов, каждый из которых имеет свои определенные особенности: Первый этап предполагает процесс синтеза из неорганики максимально простых органических соединений. На втором этапе могут происходить более серьезные процессы, в которых принимают участие сложные органические вещества. Именно они стали основой для создания первой жизни. Третий этап абиогенеза предполагает образование самых первых репликаторов.
Это специальные химические системы, с помощью которых получается катализировать свои же собственные копии. В то же время биологи отмечают, что присутствует наследственная изменчивость. Любой автокаталитический процесс условно предполагает размножение.
Даже если с определенной точки зрения рассматривать реакцию Бутлерова. Основная проблема заключается в том, что данная изменчивость не передается по наследству, ведь состав полученной смеси продуктов не может полностью зависеть от катализаторов, которые стали причиной их образования. Для зарождения жизни, которая могла бы развиваться дальше в соответствии с дарвиновским эволюционным механизмом, должна была также образоваться специальная система с размножением, а также изменчивостью, которая могла бы передаваться дальше по наследству.
Если говорить более простым языком, то должен был появиться первый репликатор. Существует также четвертый этап абиогенеза, который предполагает дальнейшее появление всего остального. Разнообразные системы для синтеза белка, для трансляции и транскрипции могли возникнуть значительно позже.
Кроме того, эксперимент рассказал с другой серией бутылок, которые не были покрыты. С течением времени черви наблюдались только в обнаруженных кувшинах, поскольку мухи могли свободно проникать и откладывать яйца. В случае банок с крышкой яйца помещали прямо в марлю. Таким же образом исследователь Лаззаро Спалланцани разработал серию экспериментов, чтобы отвергнуть предпосылки самопроизвольной генерации. Для этого он разработал серию бульонов, которые он подвергал длительному кипению, чтобы уничтожить любой микроорганизм, который там будет жить.. Вклад Пастера Позже, в 1864 году, французский биолог и химик Луи Пастер решил положить конец постулатам самопроизвольного рождения..
В этих контейнерах Пастер сварил серию бульонов, которые оставались стерильными. Когда шея одного из них сломалась, она стала загрязненной, и микроорганизмы быстро размножались. Доказательства, предоставленные Пастером, были неопровержимы, и ему удалось разрушить теорию, которая длилась более 2500 лет.. Логично, что теория панспермии была окружена множеством противоречий, кроме того, что она не давала объяснения происхождению жизни.. Хемосинтетическая теория Изучая эксперименты Пастера, один из косвенных выводов его доказательств состоит в том, что микроорганизмы развиваются только из других, то есть жизнь может происходить только из жизни. Это явление было названо "биогенез".
Следуя этой точке зрения, возникнут теории химической эволюции во главе с русским Александром Опариным и англичанином Джоном Д. Это видение, также называемое теорией хемосинтеза Опарин-Халдана, предполагает, что в пребиотической среде Земля обладала атмосферой, в которой не было кислорода и было много водяных паров, метана, аммиака, углекислого газа и водорода, поэтому она сильно снижала. В этой среде были разные силы, такие как электрические разряды, солнечная радиация и радиоактивность. Эти силы действовали на неорганические соединения, порождая более крупные молекулы, создавая органические молекулы, известные как пребиотические соединения.. Миллер и Юри эксперимент В середине 1950-х годов исследователям Стэнли Л. Миллеру и Гарольду С.
Юри удалось создать гениальную систему, которая имитировала предполагаемые наследственные условия атмосферы на земле, следуя теории Опарина-Холдейна.. Формирование полимера Хотя ранее упомянутые эксперименты предлагают правдоподобный путь, по которому возникли биомолекулы, являющиеся частью живых систем, они не предлагают какого-либо объяснения процесса полимеризации и увеличения сложности. Есть несколько моделей, которые пытаются выяснить этот вопрос. Первый включает твердые минеральные поверхности, где повышенная площадь поверхности и силикаты могут действовать как катализаторы для молекул углерода.. В глубинах океана гидротермальные жерла являются подходящим источником катализаторов, таких как железо и никель. Согласно экспериментам в лабораториях, эти металлы участвуют в реакциях полимеризации.
Примиряя результаты Миллера и Пастера Следуя порядку идей, обсуждаемых в предыдущих разделах, мы имеем, что эксперименты Пастера доказали, что жизнь не возникает из инертных материалов, в то время как свидетельства Миллера и Юри показывают, что если это происходит, но на молекулярном уровне. Чтобы иметь возможность согласовать оба результата, необходимо иметь в виду, что состав земной атмосферы сегодня полностью отличается от пребиотической атмосферы.. В клетке жизнь увековечена, и на этом принципе Пастер основывается на том, чтобы утверждать, что каждое живое существо должно происходить из другого существовавшего ранее.. Мир РНК Роль автокатализа во время абиогенеза имеет решающее значение, поэтому одна из самых известных гипотез о происхождении жизни - это мир РНК, который постулирует начало от простых цепных молекул со способностью к саморепликации.. Это понятие РНК предполагает, что первые биокатализаторы были не молекулами белковой природы, а молекулами РНК - или полимером, подобным этому - со способностью выполнять катализ. Это предположение основано на свойстве РНК синтезировать короткие фрагменты с использованием темперирования, которое направляет процесс, в дополнение к стимулированию образования пептидов, сложных эфиров и гликозидных связей..
Согласно этой теории, наследственная РНК была связана с некоторыми кофакторами, такими как металлы, пиримидины и аминокислоты. По мере развития и усложнения обмена веществ возникает способность синтезировать полипептиды.. Эти среды были заселены архебактериями, организмами, способными расти, развиваться и размножаться в экстремальных условиях, вероятно, очень похожих на пребиотические условия включая низкие концентрации кислорода и высокие уровни СО. Термостойкость этих сред, защита, которую они обеспечивают от внезапных изменений, и постоянный поток газов - вот некоторые из положительных качеств, которые делают морское дно и вулканические дымоходы подходящими средами для возникновения жизни.. Термины биогенез и абиогенез В 1974 году известный исследователь Карл Саган опубликовал статью, разъясняющую использование терминов биогенез и абиогенез. По словам Сагана, оба термина были неправильно использованы в статьях, связанных с объяснениями происхождения первых живых форм.
Среди этих ошибок - использование термина биогенез в качестве собственного антонима. Таким образом, биогенез используется для описания происхождения жизни от других живых форм, тогда как абиогенез относится к происхождению жизни из неживой материи.. В этом смысле современный биохимический путь считается биогенным, а пребиологический метаболический путь - абиогенным. Поэтому необходимо уделить особое внимание использованию обоих терминов.. Пролог: структура и организация носителей информации Прежде чем перейти к химическим реакциям получения органических соединений, мы изучим молекулы, условия абиогенного синтеза которых будем искать большую часть статьи. Нуклеиновые кислоты делятся на дезоксирибонуклеиновые ДНК — находятся в хромосомах, митохондриях, хлоропластах, нуклеоидах и рибонуклеиновые РНК — транспортирующие генетическую информацию, обеспечивающие синтез белка, регуляцию генов и сплайсинг.
При построении нуклеиновых кислот рибоза связывается с одним азотистым основанием, образуя молекулу нуклеозида. Такое соединение, вместе с фосфатными группами, образует уже молекулы нуклеотидов рис. Из них и строятся нуклеиновые кислоты присоединением новых нуклеотидов, где две фосфатные группы отделяются, а третья входит в состав цепи [3]. Моносахариды рибоза и дезоксирибоза, как компоненты сахарофосфатного скелета, являются альдозами из-за своей открытой альдегидной группы, с формулами С5H10O5 и С5H10O4. Дезоксирибоза отличается от рибозы лишь отсутствием гидроксильной группы, поэтому у неё она заменена атомом водорода.
ND — соединение не определялось в ходе исследование его выход был ниже порога чувствительности методики Таким образом, среди шести проанализированных катионных аминокислот, именно три стандартных белковых аминокислоты оказываются наиболее «удачными» кирпичиками для синтеза «правильных» полипептидов в условиях абиогенного синтеза. Интересно, что разница еще более увеличивалась, если в смесь добавляли сразу две аминокислоты, одна из которых — типично белковая, другая — небелковая. Белковые аминокислоты еще чаще формировали пептидные связи, а небелковые еще чаще давали «неправильные» продукты с участием боковых радикалов.
В заключение авторы говорят о том, что в последующем они рассчитывают проверить способность депсипептидов формировать «мутуалистические» ансамбли с другими молекулами — РНК и жирными кислотами. Согласно нынешним моделям, формирование таких ансамблей стало ключевым этапом на пути к возникновению полноценной живой клетки, способной размножаться и поддерживать гомеостаз внутренней среды благодаря наличию отграничивающей мембраны, молекулы нуклеиновой кислоты, от которой зависит передача наследственных свойств и белков, стабилизирующих структуру всех компонентов клетки, а также участвующих в метаболических реакциях в качестве высокоэффективных катализаторов. Результаты второй серии экспериментов, проведенных коллективом под руководством Пола Брэйчера Paul J. Ученые задались целью уже не первые, как можно заметить установить реалистичные условия для синтеза полипептидов, такие, которые бы действительно могли иметь место на ранней Земле. Отталкивались от все той же идеи: для полимеризации требуется переменное увлажнение и высушивание смеси химических соединений при высоких температурах. Где, как и почему могли бы возникать требуемые циклы увлажнения-высушивания на древней Земле? Вероятно, высушивание могло происходить где-то на участках обнаженной суши в жаркие солнечные дни, источником же влаги могли быть, к примеру, дожди или приливные волны. Но в такого рода сценариях воды получается очень много — пожалуй, слишком много, чтобы обеспечить формирование и сколько-нибудь устойчивое существование длинных пептидных цепочек.
Во всех более ранних работах, попытки добиться полимеризации аминокислот напрямую , были крайне малоэффективны — фактически, удавалось получить цепочки всего из двух ковалентно связанных аминокислот дипептиды , да и то лишь с очень маленьким выходом. Повторение этапов смачивания-высушивания не помогало добиться формирования более длинных цепочек, если только в смеси не добавляли гидроксикислоты, как в вышеописанной работе. Все потому, что вода, присутствуя в избытке, действует разрушительно по отношению к пептидным связям. Авторы предложили рассмотреть совершенно новый оригинальный сценарий. Идея в следующем. У некоторых не любых минеральных солей есть способность при превышении определенного порога относительной влажности атмосферного воздуха поглощать водяной пар по-английски это свойство солей называют термином deliquescence. Самопроизвольная гидратация этих солей приводит к переходу их из кристаллического состояния в насыщенный водный раствор. При понижении влажности происходит обратный процесс — раствор отдает влагу в атмосферу, и соль кристаллизуется.
Возможно, если аминокислоты окажутся в смеси с такими солями, и эта смесь будет периодически высушиваться и увлажняться, то поглощаемой солью влаги будет достаточно для формирования пептидных цепочек? В естественной среде циклы смены условий, необходимых для наращивания цепочек могли бы соответствовать, к примеру, сменам дня нагревание, высушивание и ночи охлаждение, увлажнение. Такой сценарий, без катастрофических событий вроде дождей и приливных волн, кажется более подходящим для постепенного устойчивого формирования все более и более длинных пептидных цепочек. Гипотеза красивая. Осталось проверить, насколько хорошо все это будет работать в реальном эксперименте. Для этого надо было ответить на следующие вопросы: 1 Действительно ли эффект гидратации соли за счет атмосферной влаги может обеспечить достаточную меру увлажнения реакционной смеси после полного высушивания? Авторы провели эксперименты во множестве вариантов. Во-первых, были проверены разные соли.
Как можно видеть, часть солей проявили нужное свойство — при достижении определенного уровня влажности в атмосфере сухая соль превращалась в насыщенный раствор. Проверка способности различных солей переходить в раствор во влажной атмосфере. Красными рамками выделены лунки, в которых наблюдался данный процесс лунки с жидким раствором выглядят темными, а сухие соли светлые. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications Во всех экспериментах в смесь добавляли аминокислоту глицин — это наиболее простая по структуре аминокислота, и реакции спонтанной полимеризации с ней проходят более эффективно, чем с другими аминокислотами. Надо отметить, что здесь в реакционную смесь не добавлялись какие-либо дополнительные органические соединения вроде гидроксикислот, как это было в работе, которая обсуждалась выше. Пожалуй, наиболее заметным отличием этой работы от всех предшествующих является то, что эксперимент длился достаточно продолжительное время 10 суток и предусматривал многократные ежедневные повторения циклов смачивания и высушивания. Каждый цикл длился 24 часа. Авторы отмечают, что, хотя в условиях ранней Земли 4 миллиарда лет назад смена дня и ночи происходила в несколько раз чаще по расчетам астрофизиков, сутки тогда длились около 6 часов , 24-часовой цикл позволил исследователям обеспечить необходимый контроль хода эксперимента и регулярно забирать пробы для анализа.
Результаты одной из серий экспериментов по полимеризации аминокислоты показаны на рис. Здесь глицин смешивали с четырьмя компонентами: хлоридами натрия и калия, а также гидроксидами калия и натрия. Оценка эффективности полимеризации глицина при разных условиях реакции. Во всех случаях глицин находился в смеси из хлорида натрия, хлорида калия, гидроксида натрия и гидроксида калия. Циклы режимов влажности RH — relative humidity указаны на левом графике. На правом графике черная линия повторяет голубую линию левого графика.
Водная среда обеспечивает диффузию молекул, благодаря которой они могут встречаться и сталкиваться друг с другом, высушивание же обеспечивает концентрирование компонентов реакционной смеси и тем самым благоприятствует образованию химических связей между мономерами. Недавно вышли две публикации, описывающие результаты экспериментов американских ученых, направленных на проверку некоторых предположений, касающихся этого этапа химической эволюции. Первая из них вышла в журнале PNAS в августе этого года.
Часть участвовавших в экспериментах исследователей — сотрудники NASA. Не секрет, что эта организация живо интересуется темой условий возникновения жизни, не теряя надежды однажды отыскать нечто подобное за пределами Земли. Целью работы было выяснить, что определило набор аминокислот, которые используются для построения белков в живых организмах. Этих аминокислот всего 20, хотя, собственно, разнообразие аминокислот как таковых гораздо выше. Руководитель группы — Рам Кришнамурти Ramanarayanan Krishnamurthy , лаборатория которого вот уже 5 лет концентрируется на проблеме ранней эволюции белков. В своей последней работе, о которой мы рассказываем, исследователи сосредоточились на группе аминокислот, обладающих катионными свойствами — то есть имеющих положительно заряженные группы. Предполагается, что именно такие аминокислоты могли в первую очередь оказаться вовлечены в пребиотическую эволюцию на этапе «мира РНК», поскольку положительный заряд предрасполагает к взаимодействию с нуклеиновыми кислотами, имеющими в своем составе группы с отрицательным зарядом а именно, остатки фосфорной кислоты. В природе существует всего 6 аминокислот, несущих положительный заряд: лизин Lys , гистидин His , аргинин Arg , орнитин Orn , диаминобутановая кислота Dab , диаминопропионовая кислота Dpr. Их структура показана на рис.
Строение молекул, которые были использованы в экспериментах. А — аминокислоты, которые имеют положительный заряд и входят в состав белковых молекул живых клеток. Б — аминокислоты, также имеющие положительный заряд и встречающиеся в живых клетках, но не входящие в состав белков. В — альфа-гидроксикислоты, способные образовывать полимеры, соединяясь с аминокислотами в линейные или разветвленные цепочки при определенных условиях. Рисунок из обсуждаемой статьи в PNAS Наличие положительного заряда всех этих аминокислот определяется наличием более одного атома азота в их составе. Один атом азота есть у любой аминокислоты в составе альфа-аминогруппы —NH2 , участвующей в формировании пептидной связи в белках. Эта группа связана в аминокислоте с тем же атомом углерода, к которому присоединена кислотная группа —COOH на рис. У положительно заряженных аминокислот имеется дополнительный атом азота в составе бокового радикала. Примечательно, что лишь первые три из перечисленных аминокислот входят в состав белков.
Три другие аминокислоты встречаются только в свободном виде и в гораздо меньших количествах, чем аминокислоты белков. Отсюда следует логичный вопрос: почему же катионными аминокислотами в составе белков стали именно Lys, His и Arg? Это тем более удивительно, что в силу более простой химической структуры, в реакциях бесферментного синтеза выход Orn, Dab и Dpr значительно выше, чем Lys, His и Arg. А значит, они, вероятнее всего, преобладали на ранней Земле. McKee et al. В реакционную смесь кроме аминокислот добавляли одну из двух органических кислот: гликолевую или молочную в пропорции 5:1 к аминокислотам. Эти два достаточно простых соединения являются альфа-гидрокси кислотами. То есть у них имеется при одном из атомов углерода альфа кислотная группа —COOH , а также гидрокси-группа —OH — в отличие от аминокислот, в которых на этом месте находится аминогруппа. В сущности, гликолевая кислота является гидрокси-замещенным аналогом аминокислоты глицина, а молочная — аланина.
По представлениям химиков, эти соединения вполне могли формироваться на ранней Земле в тех же условиях, что и аминокислоты. В публикации 2016 года группа Кришнамурти показала, что в водных растворах, содержащих смеси аминокислот и гидроксикислот, эфирные связи с участием гидрокси- и карбоксигрупп образуются более эффективно, чем амидные связи S. Yu et al. Kinetics of prebiotic depsipeptide formation from the ester-amide exchange reaction. При последующем нагревании и высушивании эфирные связи могут замещаться на амидные, благодаря чему и формируются депсипептиды полимеры, содержащие как эфирные, так и амидные связи. Доля амидных связей может расти со временем, теоретически, вплоть до формирования чистых полипептидов рис. Кстати, как отмечают авторы, та же реакция образования сначала эфирной связи с последующим замещением ее на амидную происходит и при наращивании цепочки полипептида в ходе трансляции в P-сайте рибосомы. Слева — варианты цепочек, образуемых при полимеризации органических молекул с участием карбокси-, гидрокси- и аминогрупп. В полипептидах есть только пептидные связи амидные через азот альфа-аминогруппы , в эфирах — только эфирные связи через кислород , депсипептиды сочетают в себе эфирные и амидные связи.
Справа — предполагаемый переход от эфиров или депсипептидов к пептидам, обусловленный замещением эфирных связей на амидные. Рисунок из обсуждаемой статьи в PNAS Итак, проведя реакцию полимеризации в смеси аминокислот и гидроксикислот, авторы приступили к изучению полученных продуктов.
Оглавление:
- Креационизм
- Основные этапы абиогенеза — Студопедия
- БИОГЕНЕЗ: ХАРАКТЕРИСТИКА И ТЕОРИЯ - БИОЛОГИЯ - 2024
- Что означает абиогенный путь возникновения жизни на земле кратко
- Столетие исследованиям абиогенеза: великий квест продолжается
- Что такое абиогенез? Сущность гипотезы, сторонники концепции и эксперименты
Креационизм
- Разница между абиогенезом и биогенезом - Бизнес 2024
- Как развивалась планета Земля
- Что такое абиогенез? Сущность гипотезы, сторонники концепции и эксперименты
- Биогенез и абиогенез презентация
- Возникновение жизни на Земле. Абиогенез - YouTube
Абиогенез и биогенез - что это такое?
Биогенез возник из экспериментов ученого Луи Пастера, которому удалось доказать, что самопроизвольное поколение абиогенеза не существовало. К 1861 году ему, наконец, удалось утвердить биогенез как твердую теорию, а не спорную гипотезу. теория, утверждающая, что всё живое происходит только от живого (Ю. Либих, Л. Пастер, Г. Гельмгольц, Ф. Реди,)Абиогенез (a - отрицание) - теория возникновения.
Основные сведения о происхождении жизни в биологии
Абиогенез, процесс, посредством которого жизнь возникает в результате размножения другой жизни, вероятно, предшествовал биогенезу, который стал невозможен, как только атмосфера Земли приобрела свой нынешний состав. концепция, утверждающая, что между живой и неживой материей лежит непреодолимая преграда, а следовательно, всё живое может происходить лишь от живого. Биогенез и абиогенез.