Discover the magic of the internet at Imgur, a community powered entertainment destination. Lift your spirits with funny jokes, trending memes, entertaining gifs, inspiring stories, viral videos, and so much more from users like culoeajhzl. В главное отличие между абиогенезом и биогенезом заключается в том, что абиогенез не подтвержден научными экспериментами, тогда как биогенез доказан научными экспериментами. Основное различие между абиогенезом и биогенезом состоит в том, что абиогенез не был доказан научными экспериментами, тогда как биогенез был доказан научными экспериментами. Приверженцы абиогенеза и биогенеза сходились во мнении, что кипячение воды убивало любые живые существа, которые могли в ней находиться. Приверженцы абиогенеза и биогенеза сходились во мнении, что кипячение воды убивало любые живые существа, которые могли в ней находиться.
Абиогенез и биогенез - что это такое?
теория, утверждающая, что всё живое происходит только от живого (Ю. Либих, Л. Пастер, Г. Гельмгольц, Ф. Реди,)Абиогенез (a - отрицание) - теория возникновения. 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). Приверженцы абиогенеза и биогенеза сходились во мнении, что кипячение воды убивало любые живые существа, которые могли в ней находиться.
Разница между абиогенезом и биогенезом
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). Узнайте больше о значении абиогенеза и разнице между абиогенезом и биогенезом. и -генез), — процесс превращения неживой природы в живую. Креационизм, абиогенез и биогенез — основные концепции, которые по-разному трактуют начало жизни на планете. Хотя Левенгук сам не вступал в спор между сторонниками теорий биогенеза и абиогенеза, его наблюдения стимулировали новые исследования со стороны других ученых. Гипотезы о происхождении жизни абиогенез и биогенез.
Происхождение жизни и развитие органического мира. Эволюция
Возникновение жизни из неживого материала называется абиогенезом, и (согласно сторонникам абиогенеза) происходило в результате ступенчатой химической и молекулярной эволюции на протяжении миллионов лет. Биогенез и абиогенез» на канале «Рисование с эмоцией: идеи для рисунка» в хорошем качестве и бесплатно, опубликованное 22 декабря 2023 года в 2:35, длительностью 00:06:27, на видеохостинге RUTUBE. две теории биологии, которые по-разному объясняют возникновение живых существ.
Определены вероятные условия абиогенного синтеза полипептидов на ранней Земле
Абиогенез биогенез зарождения жизни теории. Приверженцы абиогенеза и биогенеза сходились во мнении, что кипячение воды убивало любые живые существа, которые могли в ней находиться. На протяжении многих лет были разработаны многочисленные теории, пытающиеся выяснить происхождение живых существ, такие как абиогенез (спонтанное зарождение) и биогенез (жизнь возникает из другой формы жизни), но ни одна из них не могла удовлетворительно объяснить. Биогенез и абиогенез. Действия: Запустить. Биогенез и абиогенез. Описание ресурса. Характеристика основных групп гипотез происхожения жизни.
Теория биогенеза и абиогенеза презентация
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. Все многообразие точек зрения ученых-материалистов о происхождении живого на Земле без участия божественной силы сводится к двум противоположным позициям: биогенезу и абиогенезу. Все самое интересное и актуальное по теме "Абиогенез". В 1870 году Хаксли, как новый президент Британской ассоциации развития науки, выступил с речью, озаглавленной «Биогенез и абиогенез». «Ответ пользователю @unawareof #христианскийтикток #вера #65доказательств #наукаибог #библия #биогенез #креационизм» от автора счастье в голове с композицией «Drivin» (исполнитель Willow Avalon).
Миф об абиогенезе - современная критика
При этом, смена геномного материала сопровождается преобразованием фермента отвечающего за копирование — полимеразы. Согласно идее П. Фортера, эти реакции происходили в вирусах, а выгодой стало прохождение защитных систем клетки [24]. Эволюция РНК: увеличение масштаба генома С появлением белкового синтеза в результате отбора, РНК-полимераза сняла с рибозимов обязанность репликации и позволила увеличить количество генетической информации. Белки стали промежуточным звеном построения липидной оболочки, а эволюция плоских структур РНК превратила их в трехмерные скопления, покрытые мембраной [25]. Независимость от сульфида цинка была еще невозможна, но появились пузыревидные структуры напоминающие вирусы не только механизмами репликации, но и размерами геномов. Эти кислоты использовали протоклетки , позволяющие увеличивать размер и стабильность генома. Изобретение ДНК и совершенствование ее копирования во множестве линий вирусов привело к обильному разнообразию ферментов, работающих с ней. Углубляясь в опыт прошлых глав, можно подытожить — надежная репликация ДНК знаменует скорое объединение генетических элементов в большие геномы, и последующий исход из источников возникновения не заставит себя ждать. Дальнейшая эволюция: происхождение эукариот Остался неразрешенный вопрос перехода количества в качество — о структуре клетки. Форму эукариота поддерживает цитоскелет из тонких и толстых белковых трубочек, а моторные белки перемещают компоненты клетки и обеспечивают ее подвижность.
Деление и слияние мембран регулируется специальными белками. Благодаря этому большинство эукариот способны к фагоцитозу — поглощению частиц внешней среды. Еще одними важными органеллами являются митохондрии, которые имеют собственную генетическую систему. Их сходство с аэробными бактериями и пластидами стало первым этапом понимания происхождения эукариот. Пластиды и митохондрии образуются только в процессе деления, указывающего на происхождение от бактериальных симбионтов , попавших в цитоплазму [26]. В 2015 году найдены археи, близкие к эукариотам во множестве компонентов рис. Экспедиция, изучавшая геотермальные поля в Северной Атлантике, после сбора осадков, населенных бактериями и археями, провела анализ их ДНК. Он показал преобладание в той локации вида архей, относящегося к некультивируемой группе глубоководных архей deep-sea Archaea group [27]. После сбора и прочтения генома средствами вычислительной биологии установленный вид оказался ближе к эукариотам, чем все известные ранее. Вид обладает большим набором сигнальных белков, которые в эукариотах регулируют: перестроение цитоскелета, сигналы между мембраной, цитоплазмой и ядром, деление клеток и другие функции.
Рисунок 4. Происхождение функций белковых доменов в клетках эукариот иллюстрация автора статьи на основе [1] В ходе эволюции эукариотам пришлось подчинить себе внутриклеточные симбиотические бактерии, вслед за тем появился новый биохимический путь. После симбиоза с митохондриями аэробное дыхание повысило эффективность использования пищи. Десятки кластеров глубоководных организмов независимо друг от друга приручили бактерии, окисляющие сероводород или метан [1]. Благодаря этому эукариоты приобрели функции фиксации азота, разложения целлюлозы, синтеза витаминов и пр. Но не надо захлебываться серотониновой пеной, ведь такой вектор эволюции кажется эгоистичным. Сложно сказать, существуют ли живые организмы только для пользы репликации генома или нет. Но в сравнении с короткой жизнью всего организма, часть информации нуклеиновых кислот существует невероятно продолжительное время, передаваясь при размножении и создавая новую структуру носителя [16]. Заключение Нами были описаны места возможного возникновения абиогенного синтеза органических соединений с содержанием нужных для этого веществ. А также на молекулярном уровне разобраны реакции получения органических соединений из простых микроэлементов на примерах работ А.
Опарина и Д. Дальнейшую же эволюцию полученных биомолекул объясняют рассмотренные теории А. Маркова и П. Фортера, которые позже подтверждаются исследованиями в геотермальных полях Северной Атлантики. На протяжении всего текста можно было наблюдать уникальную биохимическую эволюцию, закономерности которой описываются лишь свойствами химических веществ. Закончу статью словами эволюционного биолога Ричарда Докинза: «Все живое эволюционирует в результате дифференциального выживания реплицирующихся единиц». Литература Никитин М. Происхождение жизни. От туманности до клетки.
Появилась гипотеза «РНК мира». Согласно этой теории, реплицирующиеся рибозимы стали первыми органическими соединениями, начавшими эволюцию. Спустя поколения репликаторы предоставили каталитические функции белкам, а хранение генома практически полностью — ДНК [7]. Однако без клеточных систем получение полноценных белков в водной среде невозможно. Вопрос решается нахождением условий, где участие воды в реакции снижено или у неё отсутствуют химически свободные молекулы — благо, примеры таких локаций мы уже с вами рассмотрели в предыдущих главах. 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. Устойчивость к ультрафиолету тоже может быть признаком отбора, при котором выживали более длинные цепи. В таких молекулах защита соседних соединений осуществлялась за счет параллельных связей азотистых оснований — стэкинг-взаимодействия , похожего на «слоёный пирог» [9]. Важно то, что увеличение количества собственных копий способствует не только копированию, но и превращению простых органических веществ в нуклеотиды. В совокупности, это знаменует появление обмена веществ, где реакции происходят при контроле ферментов. 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. Угарный газ выделяется в составе газов вулкана. Все три случая рассмотрены ранее и внимательный читатель вспомнит их, но именно диоксид углерода стал конечным нужным соединением. Хотя его восстановление без качественных катализаторов медленное, мы помним, что при абиогенном восстановлении реакция происходит под действием ультрафиолета или температуры. Выбор между способами использования углерода в обмене веществ зависит от среды. Рибулозо-монофосфатный цикл питаемый формальдегидом [23] похож на древнейший синтез сахаров, а участие муравьиной кислоты в синтезе пуринов таблица 1 , предполагает формирование этой реакции до появления ферментов фиксации диоксида углерода. Электроны связей молекулы воды смещены из-за большей электроотрицательности кислорода. Вследствие этого, одна сторона молекулы несёт положительный заряд, а другая — отрицательный [27]. Поэтому вещества с полярными молекулами гидрофильные притягиваются и смешиваются с водой, а неполярные молекулы гидрофобные — нет [28]. В живых организмах клетки окружены мембраной из двух слоёв липидов, при смешивании их молекул в воде получается эмульсионная взвесь, а не растворение [29]. Наружная сторона мембраны несёт положительный заряд, а внутренняя — отрицательный. Такой электрический потенциал используется при передаче и хранении энергии, а также транспорта веществ вместе с протонами для компенсации заряда мембраны [30][31]. Вероятно, протоклетки имели примитивные оболочки из липидов, которые пропускали протоны и ионы металлов, но задерживали белки и РНК, поэтому выход из геотермальных водоёмов в среду с высоким содержанием натрия потребовал создания клетками способа его «откачки» [32]. Появления натриевых насосов использующих энергию реакций и освоение новых кислых сред, подтверждает образование мембран в тот период, когда аденозинтрифосфаты уже были в наличии. Реакция превращения рибозы в дезоксирибозу связана с образованием опасных радикалов , поэтому рибозимы не могут её осуществлять. Реакцию проводят ферменты — большие белки, для кодирования которых нужны минимум тысячи нуклеотидов. Эволюция предковых образований клеток тесно связана с вирусами. Так, П.
Например, черви, появившиеся на трупах людей и животных, считались результатом самопроизвольного зарождения процесса гниения. Многие ученые в то время сомневались в абиогенезе. Луи Пастер был ответственен за окончательное свержение абиогенеза. Однако, пока это не произойдет, несколько ученых проводят эксперименты, чтобы доказать и укрепить каждую из теорий. В настоящее время биогенез является общепринятой теорией, объясняющей, как живые существа появились на Земле. Абиогенез x Биогенез: защитники Первой возникла теория абиогенеза. Таким образом, его защитники уходят корнями в прошлое. Абиогенез х Биогенез: эксперименты В 1668 году Франческо Реди первым поставил под сомнение теорию абиогенеза. Для этого он провел эксперимент с кусками сырого мяса в закрытых и открытых банках. Через несколько дней личинки появлялись только в открытых колбах. Реди пришел к выводу, что мухи откладывают яйца в открытых банках.
Он показал также, что бактерии вездесущи и что неживые материалы легко могут быть заражены живыми существами, если их не стерилизовать должным образом. В результате ряда экспериментов, в основе которых лежали методы Спалланцани, Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг гипотезы спонтанного зарождения. Пастер придал своим заключениям исключительную убедительность благодаря прекрасно задуманным и осуществлённым им экспериментам. Эти эксперименты имели целью не только доказать правильность положений автора, но и выявить ошибки его противников и вскрыть причины отдельных неудач его предшественников. Пастер заполнял баллон питательной средой, а шейке колбы придавал S-образную форму. Кипячением из баллона выгонялся воздух, который при остывании жидкости возвращался обратно. Микроорганизмы из воздуха при этом оседали на изгибе шейки, и жидкость в баллоне оставалась стерильной неопределённо долго. Стоило только отрезать шейку колбы, как через несколько дней в жидкости появлялись бактерии. Появления их можно было также добиться, наклоняя баллон и смывая микроорганизмы, осевшие в изгибе трубки. Работы Пастера явились переломным моментом в истории учения о происхождении жизни. Вопрос о самозарождении в том виде, в каком он был поставлен, разрешился в отрицательном смысле, и принцип «всё живое — из живого» для всех известных существ мог по праву считаться справедливым и не знающим ни одного исключения. Вопрос о происхождении жизни, однако, не был разрешён опытами Пастера — он был только заново поставлен.
Абиогенез. Верна ли его современная теория?
Но сторонники спонтанного зарождения утверждали, что это не относится к микробам, и продолжали считать, что они могут возникать спонтанно. Попытки опровергнуть спонтанное зарождение жизни из неживого продолжались в начале 19 века наблюдениями и экспериментами Теодора Шванна. В 1745 году Джон Нидхэм добавил куриный бульон в колбу и вскипятил его. Затем он дал ему остыть и стал ждать. Микробы выросли, и он предложил это как пример самозарождения. В 1768 году Лаззаро Спалланцани повторил эксперимент Нидхема, но удалил из колбы весь воздух. Роста не произошло.
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]. Рисунок 2. Источник: собственная иллюстрация на основе материала книги Михаила Никитина «От туманности до клетки» 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. Рисунок 3. Источник: собственная иллюстрация на основе материала книги Михаила Никитина «От туманности до клетки» 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.
Шредер 1810—1885 и Теодор фон Душ , и в 1859 году только Шредер повторил Гельмгольца фильтрационный эксперимент [12] и показал, что живые частицы можно удалить из воздуха, фильтруя его через вату. В 1864 г. Луи Пастер наконец огласил результаты своих научных экспериментов. В серии экспериментов, подобных тем, которые были выполнены ранее Нидхэмом и Спалланцани, Пастер продемонстрировал, что жизнь не возникает в областях, которые не были загрязнены существующей жизнью. Эмпирические результаты Пастера были резюмированы фразой Omne vivum ex vivo, Латинское для «все живое [есть] от жизни». Смотрите также.
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. Примечание 1 Биосфера является вторым компонентом высокого уровня, наряду с геосферой, которые вместе составляют систему Земли. Биосфера, вероятно, была изменена человеческой деятельностью даже больше, чем геосфера, и поэтому играет ключевую роль в определении антропоцена. Биосфера — это область земли, которая охватывает все живые организмы: растения, животных и бактерии. Это особенность, которая отличает Землю от других планет Солнечной системы. Непрерывность биологического движения особенно очевидна в наследственности. В этом процессе само продление времени или его течение постоянно обновляется и никогда не прекращается. Вернадский глубоко ценил мысли о непрерывности жизни путем сохранения прошлого, когда в 1925 году он начал воспроизводить организмы. Основываясь на многих фактах, он вывел эмпирическую формулу для размножения, общую для бактерий, растений и животных. Оказалось, что скорость передачи жизни не зависит от условий окружающей среды. Размножение вполне может прекратиться, например, из-за недостатка питания и многих других несчастных случаев. Но существует, как мы бы сказали сегодня, программа селекции, определяемая чисто генетической причиной. Таким образом, Вернадский нашел мировые константы, имеющие объективный и абсолютный характер.
Теория биогенеза и абиогенеза презентация
Естественный отбор Дарвин открыл, что организмы борются друг с другом за пищу и среду обитания. Он заметил, что даже в пределах одного вида есть особи с особыми признаками, увеличивающими их шансы на выживание. Потомство таких особей наследует эти признаки, и они постепенно становятся общими. Особи, не имеющие этих признаков, вымирают. Этот процесс называют естественным отбором. Сперва все мотыльки имели серебристую окраску и были незаметными на ветвях деревьев. Выживали же мотыльки, окрашенные темнее.
Эта темная окраска перешла к их потомству и впоследствии распространилась на весь вид. В своем эксперименте они использовали аппарат с колбой, наполненной водой и химическими веществами, которые, как считалось, существовали на ранней Земле. Ученые обнаружили, что эти химические вещества при определенных условиях спонтанно образуют органические молекулы. Эксперимент предполагает, что органические молекулы могли самопроизвольно образоваться на молодой Земле, став фундаментом для появления первых живых существ. Некоторые ученые считают, что условия эксперимента Миллера — Юри не соответствовали реальным, но последующие эксперименты с измененной атмосферой показали аналогичные результаты спонтанного образования аминокислот, липидов и нуклеотидов. Биогенез: теория и характеристика Согласно теории биогенеза, жизнь произошла от других уже существовавших форм жизни.
Эту теорию поддержали несколько ученых, в том числе Франсиско Реди, Луи Пастер, Хаксли и Лаззаро Спалланцани; Все эти исследователи выделяются своим огромным вкладом в биологические науки. Однако теория биогенеза предполагает, что все живое кажется живым. 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. 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..
Немного предыстории Вернемся немного назад. Во что верили люди в течение 200 лет после открытия Левенгука? Ответ: в так называемое самозарождение, когда живые существа просто появляются, обычно из-за пищи. На самом деле, люди раньше полагали, что это касается не только микроорганизмов. Например, если оставить в углу дома еду, то появятся мыши. Их появление объяснили как спонтанное зарождение, то есть буквально они там появились.
К тому времени, когда были открыты микроорганизмы, мало кто верил, что животные более высокого порядка, такие как мыши, произошли от спонтанного зарождения. Однако почти 200 лет существовало поверье, что микробы образуются таким образом. Почему абиогенез невозможен. Творческое исследовательское общество ежеквартально, 36 4. Pross, A. Происхождение жизни: что мы знаем, что мы знаем и что мы никогда не узнаем.
Садава, Д. Жизнь: наука биологии. Panamericana Medical. Саган, C. На терминах «биогенез» и «абиогенез». Истоки жизни и эволюция биосфер, 5 3 , 529-529.
Шмидт М. Ксенобиология: новая форма жизни как основной инструмент биобезопасности. Bioessays, 32 4 , 322-331.
Поэтому эта гипотеза не рассматривается академической наукой. Сторонники этой гипотезы не признают, что наличие или отсутствие определённых ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводят в качестве примера представителя кистепёрых рыб — латимерию. По палеонтологическим данным кистепёрые вымерли в конце мелового периода. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистепёрых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми остатками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, её сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте.
Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определённом пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков. Теория стационарного состояния представляет собой только исторический или философский интерес, так как выводы этой теории противоречат научным данным. Теория Опарина — Холдейна[ править править код ] 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 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 органические вещества. 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.
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. Многие специалисты говорят о том, что дарвиновский эволюционный механизм был запущен сразу же после того, как возник самый первый репликатор. За счет того, что он обладал такими характеристиками, как наследственность, изменчивость, а также избирательное размножение определенных вариаций, он смог с помощью естественного отбора добиться совершенствования возникшей живой системы. Данный механизм очень тщательно изучили многие биологи, и поэтому можно с уверенностью сказать о том, что он невероятно мощный и вполне может принимать участие в создании очень сложных структур. Главным при этом остается его старт. В конце прошлого столетия ученые открыли огромное количество механизмов прохождения каждого отдельного этапа столь трудного и невероятно долгого процесса, когда из неживой материи образовалась самая первая живая система.
Сегодня синтез простого типа органических веществ из неорганики вполне может без особого труда происходить в естественной обстановке. Ученые отмечают, что для процесса даже не требуется планета, ведь он может происходить даже в космическом пространстве из наиболее простых молекул.
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. Угарный газ выделяется в составе газов вулкана. Все три случая рассмотрены ранее и внимательный читатель вспомнит их, но именно диоксид углерода стал конечным нужным соединением.
Хотя его восстановление без качественных катализаторов медленное, мы помним, что при абиогенном восстановлении реакция происходит под действием ультрафиолета или температуры. Выбор между способами использования углерода в обмене веществ зависит от среды. Рибулозо-монофосфатный цикл питаемый формальдегидом [23] похож на древнейший синтез сахаров, а участие муравьиной кислоты в синтезе пуринов таблица 1 , предполагает формирование этой реакции до появления ферментов фиксации диоксида углерода.
Электроны связей молекулы воды смещены из-за большей электроотрицательности кислорода. Вследствие этого, одна сторона молекулы несёт положительный заряд, а другая — отрицательный [27]. Поэтому вещества с полярными молекулами гидрофильные притягиваются и смешиваются с водой, а неполярные молекулы гидрофобные — нет [28].
В живых организмах клетки окружены мембраной из двух слоёв липидов, при смешивании их молекул в воде получается эмульсионная взвесь, а не растворение [29]. Наружная сторона мембраны несёт положительный заряд, а внутренняя — отрицательный. Такой электрический потенциал используется при передаче и хранении энергии, а также транспорта веществ вместе с протонами для компенсации заряда мембраны [30][31].
Реакция превращения рибозы в дезоксирибозу связана с образованием опасных радикалов, поэтому рибозимы не могут её осуществлять.
1.2 Опыт Реди. Биогенез и абиогенез
Рисунок 3: Эксперимент Пастера Поскольку это научно доказано, биогенез является широко распространенным явлением происхождения жизни на земле за последние 150 лет. Сходства между абиогенезом и биогенезом И абиогенез, и биогенез - это философии, которые описывают происхождение жизни на земле. И абиогенез, и биогенез обсуждались в течение длительного периода времени. Разница между абиогенезом и биогенезом Определение Абиогенез: Абиогенез относится к теории происхождения жизни, описывающей, что жизнь возникла из неорганических или неодушевленных веществ. Биогенез относится к теории происхождения жизни, описывающей, что жизнь возникла из существовавшей ранее живой материи. Значимость Абиогенез: Абиогенез утверждает, что жизнь на Земле происходит из неживых соединений. Биогенез: Биогенез утверждает, что жизнь на Земле происходит из ранее существовавших живых форм. Научное доказательство Абиогенез: Абиогенез научно не доказан. Биогенез подтверждается научными экспериментами. На основе Абиогенез: Абиогенез основан на наблюдениях и национальных мыслях. Вывод Абиогенез и биогенез - два явления, которые описывают происхождение жизни на земле.
Абиогенез описывает, что жизнь возникла из неживых веществ.
Биология 10-11», учебное пособие для общеобразовательных организаций. Все теории можно разделить на две группы: одни утверждают, что живые организмы созданы высшей силой, а другие - что жизнь появилась естественным путем. Основные гипотезы: 1. Зихтер и 1895г. Аррениус 2. Гипотеза самозарождения древний Китай, Древний Египет, Аристотель Существуют определенные частицы вещества содержащие активное начало, которое приведет к созданию живого организма. Например, активное начало можно найти в оплодотворенном яйце 3.
Гипотеза стационарного состояния. Индуизм, Буддизм. Земля никогда не возникала, а существовала вечно. Гипотеза биохимической эволюции — белково—коацерватная теория 1924 г.
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. По горизонтальной оси отложено число циклов и дней реакции, по вертикальной оси — доля молекул глицина, которые вошли в состав полипептидных цепочек. График справа наглядно демонстрирует, насколько эффективнее идет реакция в такого рода системе по сравнению с простым приливанием внушительного объема воды здесь — 20 мл. При таком подходе, имитирующем «дождь», эффективность реакции, фактически, приближается к нулю. На каждом цикле после этапа высушивания экспериментаторы отбирали пробы для анализа полученных продуктов, который проводили с использованием методов жидкостной хроматографии и МАЛДИ масс-спектрометрии. Их интересовало, во-первых, насколько большая доля аминокислоты войдет в состав полипептидов, а во-вторых, насколько длинные цепочки будут получены при тех или иных условиях.
В следующей серии экспериментов результаты которых показаны на рис. Первая соль образует раствор во влажной атмосфере, а вторая — нет. График слева отчетливо показывает, что этот фактор критически сказывается на результате: полипептиды образуются почти исключительно в смеси с гидрофосфатом калия. Это, в общем-то, вполне ожидаемый результат, но в науке принято проверять все теоретические ожидания, даже достаточно очевидные. График справа отображает наращивание цепочек полипептида по мере добавления циклов высушивания-увлажнения в присутствии гидрофосфата калия. И хотя преобладающими оставались всегда дипептиды, можно заметить, что после десяти циклов реакции формировались также цепочки длиной вплоть до 11 аминокислотных остатков. На сегодняшний день это действительно рекорд!
Формирование полипептидных цепочек из глицина в циклах высушивания-увлажнения смесей аминокислоты с солью. Слева — сравнение эффективности реакции в смеси с гидрофосфатом натрия и калия только вторая соль обладает свойством переходить в раствор во влажной атмосфере. Справа — результаты реакции полимеризации глицина в смеси с гидрофосфатом калия. Столбики отражают долю молекул глицина, вошедших в цепочки разной длины на разных циклах реакции. Из графика видно, что самые длинные цепочки включали 5 аминокислотных остатков после одного и двух циклов, 6 — после трех, девять — после пяти, и 11 — после десяти циклов. RH — относительная влажность. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications Фосфаты здесь решили взять неспроста: фосфатные группы играют особую роль в клеточной биохимии и, вероятно, в той среде, где начиналась предыстория клеточной жизни, этих солей должно было присутствовать достаточно много.
Тот факт, что именно калийная соль дает желаемый результат тоже примечателен, поскольку во всех современных клетках в цитоплазме стабильно поддерживается высокая концентрация ионов калия и низкая концентрация ионов натрия — клетка постоянно тратит большое количество энергии в виде АТФ, чтобы поддерживать именно такой баланс. Есть сильный соблазн предположить, что результаты эксперимента и указанные факты из клеточной физиологии — не просто совпадение! Но, конечно, чтобы утверждать что-то действительно уверенно, потребуется получить больше доказательств. Пока остается лишь строить догадки, что все это значит на самом деле. Интересно, как соотносятся представленные здесь результаты с другими работами, посвященными теме пребиотической эволюции. Предполагается следующее объяснение: в растворах с низкой активностью воды то есть с высокой концентрацией соли полипептиды, образованные аминокислотами с одинаковой хиральностью, оказываются значительно более устойчивыми, так как в них могут формироваться спирали, стабилизированные большим количеством водородных связей между аминокислотами. Этот фактор «отбора» на химическом уровне перестает работать при высокой активности воды.
В своей недавно опубликованной статье A Prerequisite for Life ученый приводит эти соображения в качестве дополнительного аргумента в пользу все более популярной версии наземных гидротермальных источников как наиболее вероятных «колыбелей» пребиотической эволюции эта гипотеза активно разрабатывается в настоящее время международным российско-американским коллективом авторов, в котором большую роль играет российский ученый Армен Мулкиджанян, см. Ведь как раз здесь могут формироваться насыщенные растворы и кристаллы солей, поднимаемых из недр источника, а также, собственно, аминокислоты и другие низкомолекулярные органические соединения, необходимые для последующего формирования компонентов будущих клеток. Теперь же у нас в руках есть еще один козырь в пользу этой теории.
Подтверждение теории абиогенеза В 19 столетии ученые смогли провести процесс синтеза липидов из неорганики. Спустя некоторое время химик Бутлеров открыл такое удивительное явление, как синтез углеводов, сахаров из формальдегида. В результате появилась автокаталитическая реакция Бутлерова. За счет этого специалисты поняли, что не существует никакой четкой грани и органические вещества вполне можно получать из неорганических. Теория абиогенеза была окончательно подтверждена. Спустя некоторое время после этого появился еще один вопрос.
Какие условия должны были присутствовать на ранней Земле или в космосе и какие ситуации должны были произойти, чтобы получилось запустить процесс синтеза органических веществ. 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.