Головна
Реферати » Реферати з біології » Гіпотези виникнення життя на Землі

Гіпотези виникнення життя на Землі

аміак, ціаністий водень, а також молекулярний водень, кисень, азот. Фізичні та хімічні властивості води (високий дипольний момент, в'язкість, теплоємність і т. д.) і вуглецю (трудність освіти оксидів, здатність до відновлення і утворення лінійних з'єднань) визначили те, що саме вони опинилися біля колиски життя.

На цих початкових етапах склалася первинна атмосфера Землі, яка мала не окисний, як зараз, а відновлювальний характер.
Крім того, вона була багата інертними газами (гелієм, неоном, аргоном). Ця первинна атмосфера вже втрачена. На її місці утворилася друга атмосфера
Землі, що складається на 20% з кисню - одного з найбільш хімічно активних газів. Ця друга атмосфера - продукт розвитку життя на Землі, одне з його глобальних наслідків.

Подальше зниження температури зумовило перехід ряду газоподібних сполук в рідкий і твердий стан, а також утворення земної кори.
Коли температура поверхні Землі опустилася нижче 100 ° С відбулося згущення водяних парів. Тривалі зливи з частими грозами призвели до утворення великих водойм. В результаті активної вулканічної діяльності з внутрішніх шарів Землі на поверхню виносилося багато розпеченої маси, у тому числі карбідів - сполук металів з вуглецем.
При взаємодії карбідів з водою виділялися вуглеводневі сполуки.
Гаряча дощова вода як хороший розчинник мала у своєму складі розчинені вуглеводні, а також гази (аміак, вуглекислий газ, ціаністий водень), солі та інші сполуки, які могли вступати в хімічні реакції. З особливим успіхом, очевидно, протікали процеси росту молекул при наявності групи - N = C = N-. У цієї групи великі хімічні можливості до зростання за рахунок як приєднання до атому вуглецю атома кисню, так і реагування з азотистих основ. Так поступово на поверхні молодої планети Земля накопичувалися найпростіші органічні сполуки. Причому накопичувалися у великих кількостях. Підрахунки показують, що тільки за допомогою вулканічної діяльності на поверхні Землі могло утворитися близько 1016 кг органічних молекул. Це всього на 2-3 порядки менше маси сучасної біосфери.

Спектроскопічне вивчення зоряних атмосфер показало присутність у так званих холодних зірках, до яких належить і
Сонце, значної частини вуглецю, пов'язаного з воднем, і освіта найпростішого вуглеводню - Метіна (СН). Не виключено, що поряд з Метін в цих зірках присутні і більш складні вуглеводневі сполуки.
Тим часом не викликає сумнівів, що ці сполуки утворюються абиогенно, тобто не за рахунок діяльності живих організмів.

Широке поширення вуглеводнів виявлено і в тих місцях
Всесвіту, де температура близька до абсолютного нуля. Безсумнівно присутність метану (СН4) в атмосфері Юпітера, Сатурна, Урана, Нептуна та інших планет, причому у великих кількості » . Наявність досить складних вуглеводнів зазначено у ряді метеоритів, в яких не вдалося встановити ніяких слідів перебування живих істот. Нарешті, синтез вуглеводнів може бути здійснений в експерименті при наявності комплексу певних фізичних і хімічних умов (температура, тиск, електричне поле та ін.)

Таким чином, абіогенного утворення органічних сполук - вуглеводнів не тільки можливе, а й широко поширене у Всесвіті.
Цілком логічно припустити, що Земля вже на початкових етапах свого існування володіла певною кількістю вуглеводнів.

Виникнення складних органічних сполук. Другий етап біогенезу характеризувався виникненням більш складних органічних сполук, зокрема білкових речовин у водах первинного океану. Завдяки високій температурі, грозових розрядів, посиленому ультрафіолетового випромінювання відносно прості молекули органічних сполук при взаємодії з іншими речовинами ускладнювалися і утворювалися вуглеводи, жири, амінокислоти, білки і нуклеїнові кислоти.

Можливість такого синтезу була доведена дослідами А.М. Бутлерова, який ще в середині минулого століття отримав з формальдегіду вуглеводи
(цукор). У 1953-1957 рр.. хіміками різних країн (США, СРСР, Німеччини) в цілому ряді експериментів із суміші газів (аміаку, метану, водяної пари, водню) при 70-80 ° С і тиску кілька атмосфер під впливом електричних розрядів напругою 60 000 В і ультрафіолетових променів були синтезовані органічні кислоти, в тому числі амінокислоти (гліцин, аланін, аспарагінова і глутамінова кислоти), які є матеріалом для утворення білкової молекули. Таким чином, були змодельовані умови первинної атмосфери Землі, при яких могли утворюватися амінокислоти, а при їх полімеризації - і первинні білки.

Експерименти в цьому напрямку виявилися перспективними. Надалі
(при використанні інших співвідношень вихідних газів і видів енергії) шляхом реакції полімеризації з простих молекул отримували більш складні молекули: білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти та їх похідні, а пізніше була доведена можливість синтезу в умовах лабораторії та інших складних біохімічних з'єднань, в тому числі білкових молекул (інсуліну), азотистих основ нуклеотидів. Особливо важливо те, що лабораторні експерименти зовсім виразно показали можливість утворення білкових молекул в умовах відсутності життя.

З певного етапу в процесі хімічної еволюції на Землі активну участь став приймати кисень. Він міг накопичуватися в атмосфері
Землі в результаті розкладання води і водяної пари під дією ультрафіолетових променів Сонця. (Для перетворення відновленої атмосфери первинної Землі в окислених було потрібно не менше 1-1,2 млрд. років.) З накопиченням в атмосфері кисню відновлені з'єднання почали окислюватися. Так, при окисленні метану утворилися метиловий спирт, формальдегід, мурашина кислота і т.д. Утворені сполуки не руйнувалися внаслідок їх летючості. Залишаючи верхні шари земної кори, вони потрапляли у вологу холодну атмосферу, що оберігало їх від руйнування.
Надалі ці речовини разом з дощем випадали в моря, океани та інші водні басейни. Накопичуючись тут, вони знову вступали в реакції, в результаті чого виникали більш складні речовини (амінокислоти і з'єднання типу аденита). Для того щоб ті чи інші розчинені речовини вступали між собою у взаємодію, потрібна достатня концентрація їх в розчині. Важливо і те, що більш складні органічні сполуки є більш стійкими перед руйнівним дією ультрафіолетового випромінювання, ніж прості сполуки.

Аналіз можливих оцінок кількості органічної речовини, яке накопичилося неорганічним шляхом на ранній Землі, вражає: за деякими розрахунками за 1 млрд. Років над кожним квадратним сантиметром земної поверхні утворилося кілька кілограмів органічних сполук.
Якщо їх все розчинити у світовому океані, то концентрація розчину була б приблизно 1%. Це досить концентрований «органічний бульйон» . У такому «бульйоні» міг цілком успішно розвиватися процес утворення більш складних органічних молекул. Таким чином, води первинного океану поступово наситились різноманітними органічними речовинами, утворюючи
«первинний бульйон» . Насиченню такого «органічного бульйону» в чималому ступені сприяла і діяльність підземних вулканів.

«Первинний бульйон» та освіта коацерватів. Подальший етап біогенезу пов'язаний з концентрацією органічних речовин, виникненням білкових тіл.

У водах первинного океану концентрація органічних речовин збільшувалася, відбувалися їх змішування, взаємодія та об'єднання в дрібні відокремлені структури розчину. Такі структури можна легко отримати штучно, змішуючи розчини різних білків, наприклад желатину і альбуміну. Ці відокремлені в розчині органічні многомолекулярние структури видатний російський учений А.І. Опарін назвав коацерватнимікраплями або коацерватами. Коацервати - найдрібніші колоїдальні частинки - краплі, що володіють осмотичним властивостями. Коацервати утворюються в слабких розчинах. Внаслідок взаємодії протилежних електричних зарядів відбувається агрегація молекул. Дрібні сферичні частинки виникають тому, що молекули води створюють навколо утворився агрегату поверхню розділу.

Дослідження показали, що коацервати мають досить складну організацію і мають ряд властивостей, які зближують їх з найпростішими живими системами. Наприклад, вони здатні поглинати з навколишнього середовища різні речовини, які вступають у взаємодію із з'єднаннями самої краплі, і збільшуватися в розмірі. Ці процеси в якійсь мірі нагадують первинну форму асиміляції. Разом з тим в коацерватах можуть відбуватися процеси розпаду і виділення продуктів розпаду. Співвідношення між цими процесами у різних коацерватів неоднаково. Виділяються окремі динамічно стійкіші структури з переважанням синтетичної діяльності. Однак все це ще не дає підстави для віднесення коацерватів до живих систем, тому що вони позбавлені здатності до самовідтворення і саморегуляції синтезу органічних речовин. Але передумови виникнення живого в них вже містилися.

Коацервати пояснюють, як з'явилися біологічні мембрани.
Освіта мембранної структури вважається самим «важким» етапом хімічної еволюції життя. Істинне жива істота (у вигляді клітки, нехай навіть самої примітивної) не могло оформитися до виникнення мембранної структури і ферментів. Біологічні мембрани - це агрегати білків і ліпідів, здатні відмежувати речовини від середовища і надати упаковці молекул міцність. Мембрани могли виникнути в ході формування коацерватів.

Підвищена концентрація органічних речовин в коацерватах збільшувала можливість взаємодії між молекулами і ускладнення органічних сполук. Коацервати утворювалися у воді при зіткненні двох слабо взаємодіючих полімерів.

Крім коацерватов в «первинному бульйоні» накопичувалися полінуклеотіди, поліпептиди і різні каталізатори, без яких неможливе утворення здатності до самовідтворення та обміну речовин.
Каталізаторами могли бути і неорганічні речовини. Так, Дж. Берналом свого часу була висунута гіпотеза про те, що найбільш вдалі умови для виникнення життя складалися в невеликих спокійних теплих лагунах з великою кількістю мулу, глинистої каламуті. У такому середовищі дуже швидко протікає полімеризація амінокислот; тут процес полімеризації не потребує нагріванні, так як частинки мулу виступають своєрідних каталізаторів.

Виникнення найпростіших форм живого. Головна проблема у вченні про походження життя полягає в поясненні виникнення матричного синтезу білків. Життя виникла не тоді, коли утворилися нехай навіть дуже складні органічні сполуки, окремі молекули ДНК і

Сторінки: 1 2 3