Абиогенез это – определение и тест

Тестовая проверочная работа 11 класс по теме “Гипотезы происхождения жизни на Земле”
тест по биологии (11 класс) по теме

Проверочная работа по теме”Гипотезы происхождения жизни на Земле” составлена в форме ЕГЭ, имеет два вида заданий: с выбором одного правильного ответа, с выборм нескольких ответов.

Скачать:

ВложениеРазмер
_variant.docx12.78 КБ
2_variant.docx13.7 КБ

Предварительный просмотр:

1.Сущность теории биогенеза состоит:

А.происхождении живого из неживого

Б. появление живого из живого

В.сотворение мира богом

2. Опыт Ф. Реди доказал:

Б.занесение семян жизни из космоса

В.появление живого только из живого

3. Опыты С.Миллера доказали возможность

А.синтеза мономеров биополимеров

Б.распада биополимеров до мономеров

В.Синтеза неорганических веществ

4.Учёный, которому принадлежат слова: «Жизнь есть способ существования белковых тел…»

5. Первые на земле возникли :

6. Коацерваты обладали:

В.составом из высокомолекулярных органических веществ

7. Самой древней формой обмена веществ является:

8. Эукариотические клетки произошли в процессе:

9. Этап формирования жизни – предбиологический заключается в:

А.абиогенном возникновении органических молекул

Б. формировании биологических полимеров

В.возникновение первых организмов

10. В состав первичной атмосферы Земли входили смесь газов:

Б.аммиак, кислород, сероводород

В. Углекислый газ, угарный газ, оксид азота

Задание 2Расположите структуры и процессы в последовательности:

4.абиогенный синтез орг. в-в

Соотнесите характерные этапы развития жизни с эрами

Этапы развития: Эра:

А.появление фотосинтеза 1.Архей

Б.появление прокариот 2. Протерозой

В.появление первичных хордовых

Д.возникновение животных с двусторонней симметрией тела

Ж.появление кольчатых червей

Предварительный просмотр:

1.Сущность теории абиогенеза состоит

А-происхождение живого и неживого

Б – появлением живого из неживого

В – занесением живого из космоса

2. Л.Пастер опроверг гипотезу

Б – самозарождения жизни

В – биохимической эволюции

3. А.И.Опарин самым ранним этапом становления жизни считал образование

4. Учёный Д.Бернал сформулировал

А- гипотезу абиогенеза

Б – гипотезу биопоэза

В- гипотезу биохимической эволюции

5. Первые на Земле возникли

6. Пробионты – это

А- предшественники живого организма

Б – предшественники неживого вещества

В – концентрированные растворы неорганических веществ

7. Для современных живых организмов характерно направление потока информации

А. белок – ДНК – РНК

Б. ДНК – белок – РНК

В. ДНК – РНК – белок

8. Эукаритические клетки произошли в процессе

А – впячивания клеточной мембраны

Б – выхода из клеточной мембраны

9. Этап химической эволюции заключается в

А – абиогенном синтезе веществ

Б – биогенном синтезе организмов

10. Источник энергии для первых примитивных форм жизни на Земле

А- энергия солнечных лучей

Б – энергия электрических зарядов

В – химическая энергия органических веществ

Расположите этапы биогенеза в правильной последовательности

  1. Возникновение фотосинтеза
  2. Возникновение мембран у коацерватов
  3. Возникновение кислородного дыхания
  4. Возникновения способности к самозарождению
  5. Возникновение метаболизма

Соотнесите характерные этапы развития жизни с эрами

Этапы развития жизни: Эра:

А. Расцвет зелёных водорослей !. Мезозой

Б. процветание плеченогих животных 2. Палеозой

В. Вымирание трилобитов

Г. Возникновение высших млекопитающих

Д. Расцвет земноводных

Е. Возникновение кистеперых рыб

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Происходящие в современном обществе перемены требуют совершенствования образовательного пространства, определения целей образования, учитывающих государственные, социальные и личностные по.

Тестовая проверочная работа составлена к учебнику В.П. Дронова, Л.Е. Савельевой “География. Землеведение. 6 класс”. Проводится после изучения.

Гончаров В.Е. Гипотезы происхождения жизни на земле. Биология 11 класс.

Итоговая работа для 11 класса по разделу Происхождение жизни на Земле.

тема ” Происхождение жизни на земле”.

Данный материал можно испоьользовать как текущий контроль , так и при подготовки к ЕГЭ.

Цели и задачи урока: расширить знания учащихся по проблеме возникновения жизни на Земле; сформировать умение дискутировать; закрепить знания об этапах химической эволюции и её переходе в биологич.

Понятие биогенеза используется в области биологии для обозначения принципа, который указывает, что живой организм всегда происходит из другого живого организма . Термин также относится к производству и переработке химических веществ, которые разрабатывают живые существа.

Таким образом, биогенез может относиться к процессу, который приводит к «производству» нового организма с помощью жизни . Курица может отложить яйцо, из которого рождается новая курица . В свою очередь, эта вторая курица также генерирует другие экземпляры через свои собственные яйца. Это известно как биогенез: рождение живого существа от другого живого существа.

Теория биогенеза указывает на то, что жизнь может быть создана только из уже существующей жизни . Иными словами, жизнь никогда не исходит от неорганических элементов. Самая маленькая и самая простая видимая единица, которая обладает независимой жизнью, – это клетка .

Следуя этим идеям, можно указать, что биогенез утверждает, что не существует спонтанного поколения жизни, начиная с веществ, которые не являются живыми. Противоположная позиция заключается в теории самопроизвольной генерации, которая вызывает появление растений и животных из грязи или останков организмов, которые когда-то жили, например.

Теория самопроизвольного рождения была доминирующей до середины семнадцатого века, когда она начала демонстрировать, что даже микроорганизмы не возникали самопроизвольно, а всегда происходили из другого живого существа . Таким образом, биогенез был навязан как принцип, объясняющий происхождение жизни.

Митохондриальный биогенез

Он известен как митохондриальный биогенез в процессе высокой регуляции, который требует использования ядерной ДНК для кодирования митохондриальных белков из-за небольшого количества белков, которые кодируют митохондриальную ДНК. Интересно, что между митохондриальным биогенезом и упражнениями с отягощением существует более тесная связь, чем с силой.

Один вопрос, который может возникнуть при решении этой проблемы, заключается в том, как добиться скоординированного регулирования, учитывая, что расположение генов, необходимых для этого, не одинаково для всех. Ответ на этот вопрос основан на присутствии молекул, которые работают, отправляя сообщения между каждым отсеком. Согласно исследованию, проведенному в 2009 году, основными этапами этого процесса являются следующие:

* активируются сигнальные реакции, которые вызывают физические упражнения;

* активирует факторы транскрипции и ко-активирующие белки;

* ядерные гены, ответственные за кодирование, регулируются;

* транскрипты митохондриальной РНК стабилизируются и транслируются в белковые предшественники;

* прекурсоры транспортируются в соответствующих отсеках;

* митохондриальная ДНК экспрессируется;

* генные продукты собираются, как митохондриальные, так и ядерные, в комплексы с несколькими субъединицами внутри сети.

Хотя существует больше регуляторов митохондриального биогенеза, среди известных на сегодняшний день включают транскрипционный коактиватор PGC-1α и факторы транскрипции NRF-1, NRF-2 и Tfam . Короче говоря, фактор транскрипции представляет собой белок со способностью связываться с ДНК в определенной области, чтобы регулировать транскрипцию, либо посредством ее активации, либо путем ее ингибирования.

Коактиваторы транскрипции, с другой стороны, также являются белками, хотя они работают косвенно, то есть они не связываются с ДНК. Его роль – незаменимый посредник для начала процесса транскрипции, поскольку он связывает молекулы и факторы, вовлеченные в процесс. Эти два класса белков действуют вместе с другими, чтобы заставить РНК-полимеразу выполнять свою работу.

Тест с ответами: “Возникновение жизни”

1. Что такое пробионты:
а) примитивные формы жизни +
б) углеродные соединения
в) сформировавшаяся клетка

2. Согласно теории Опарина, из чего возникли пробионты:
а) из неорганических соединений
б) из биополимеров +
в) из простых органических соединений

3. Как называются собранные вместе органические вещества, отделившиеся от внешней среды и поддерживающие с ней обмен веществ:
а) коагулянты
б) аминокислоты
в) коацерваты +

4. Кто впервые ввёл понятие коацерватов:
а) Опарин +
б) Миллер
в) Холдейн

5. В каком году была сформулирована гипотеза о происхождении жизни из неживой материи:
а) 1929
б) 1979
в) 1924 +

6. Кто считал, что первыми образованными веществами были нуклеиновые кислоты:
а) Миллер
б) Холдейн +
в) Докинз

7. Какие вещества были обнаружены в колбе после эксперимента по воссозданию условий Земли:
а) водород
б) аммиак
в) сахара +

8. Что такое «первичный бульон»:
а) раствор биополимеров +
б) раствор нуклеиновых кислот
в) раствор неорганических соединений

9. Какое условие способствовало возникновению органических веществ:
а) бескислородная атмосфера Земли +
б) вулканы
в) отсутствие водорода

10. Какое условие способствовало возникновению органических веществ:
а) углерод
б) разряды молний +
в) отсутствие водорода

11. Какое условие способствовало возникновению органических веществ:
а) ультрафиолет +
б) вулканы
в) углерод

12. Кто экспериментально воссоздал условия Земли до появления жизни:
а) Докинз
б) Милле +
в) Холдейн

13. Из каких элементов состоит атом водорода:
а) из одного протона и одного электрона +
б) из трех протонов и двух электронов
в) из двух протонов

14. С чем связано возникновение звезд:
а) эволюцией солнечной системы
б) эволюцией звезд
в) эволюцией межзвездной пыли +

15. Простой элемент, широко распространенный в космическом пространстве:
а) водород +
б) углерод
в) гелий

16. Когда сформировалась Земля:
а) 5-6 млрд.лет назад
б) 4,5-5 млрд.лет назад +
в) 2,5-3 млрд.лет назад

17. Креоционизм-это:
а) возникновение жизни из живого
б) теория эволюции
в) божественное начало жизни +

18. Теория вечной жизни появилась при проведении опытов:
а) Реди
б) Пастера +
в) Опарина

19. Основатель экспериментальной физиологии и эмбриологии, изучивший систему кровообращения, врач, известный английский ученый:
а) Опарин
б) Аррениус
в) Гарвей +

20. Кто сформулировал знаменитую «теорию катастроф»:
а) Аррениус
б) Кювье +
в) Опарин

21. В чем заключается суть абиогенеза:
а) живое возникает из неживого +
б) инопланетное происхождение
в) живое возникает из живого

22. Чем является ультрафиолетовый свет в период возникновения жизни на Земле:
а) источником образования метана
б) источник энергии для синтеза органических веществ +
в) атмосферой

23. Как переводится понятие «креоционизм»:
а) «получение»
б) «вымирание»
в) «сотворение» +

24. Коацерват-это:
а) белок
б) сгусток из органических веществ +
в) живое существо

25. «Теория вечной жизни» открыл:
а) Опарин
б) Аррениус
в) Пастер +

26. Что определяет температуру звезды:
а) количество пыли
б) цвет +
в) поверхность

27. Результатом какой деятельности является наличие свободного кислорода в атмосфере:
а) фотосинтезирующей +
б) благодаря испарению
в) газовой

28. Как называется наибольшая единица геологического летоисчисления:
а) период
б) век
в) эра +

29. Когда на Земле появились первые живые организмы:
а) на границе между катархеем и археем +
б) на границе между археем и протерозоем
в) в катархее

30. Какие животные первыми освоили сушу:
а) черепахи
б) ракоскорпионы +
в) крокодилы

Тест. Развитие представлений о возникновении жизни на Земле. Современные взгляды на возникновение жизни на Земле.

Список вопросов теста

Вопрос 1

Согласно гипотезе креационизма жизнь:

Варианты ответов
  • существовала всегда
  • возникала неоднократно из неживого вещества
  • была создана сверхъестественным существом
  • возникла в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам
Вопрос 2

Согласно гипотезе самопроизвольного зарождения жизнь:

Варианты ответов
  • существовала всегда
  • возникала неоднократно из неживого вещества
  • была создана сверхъестественным существом
  • возникла в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам
Вопрос 3

Сущность теории панспермии состоит в:

Варианты ответов
  • сотворении мира Богом
  • происхождении живого от живого
  • происхождении живого из неживого
  • занесении на Землю «семян жизни» из Космоса
Вопрос 4

Сущность теории биогенеза состоит в:

Варианты ответов
  • происхождении живого из неживого
  • сотворении мира Богом
  • происхождении живого от живого
  • занесении жизни из Космоса
Вопрос 5

Опыт Франческо Реди доказал невозможность:

Варианты ответов
  • появления живого только из живого
  • самозарождения жизни
  • занесения «семян жизни» из Космоса
  • биохимической эволюции
Вопрос 6

Опыт Л.Спалланцани доказал невозможность:

Варианты ответов
  • занесения «семян жизни» из Космоса
  • появления живого только из живого
  • самозарождения жизни
  • биохимической эволюции
Вопрос 7

Л. Пастер доказал справедливость теории:

Варианты ответов
  • абиогенеза
  • панспермии
  • креационизма
  • биогенеза
Вопрос 8

Коацерваты являются прообразами живых систем, так как они:

Варианты ответов
  • ограничены от водной среды прообразом мембраны
  • могут увеличиваться в размерах – расти
  • способы поглощать одни вещества из внешней среды и выделять в нее другие
  • отвечают всем указанным признакам
Вопрос 9

В отличие от А.И. Опарина Г. Миллер считал, что первыми органическими веществами на Земле, синтезированными абиогенным путем, были:

Варианты ответов
  • белки
  • аминокислоты
  • нуклеиновые кислоты
  • жиры и углеводы
Вопрос 10

Выберите три предложения, в которых приведены тезисы и доказательства теории абиогенеза.

Варианты ответов
  • В экспериментах Миллера и Юри была сконструирована установка, воспроизводившая Условия первобытной Земли.
  • Абиогенезом называется процесс спонтанного зарождения жизни на планете в определённых условиях.
  • Такое зарождение подразумевает синтез органических веществ из неорганических без участия живых организмов.
  • Из их результатов следует, что на планете Земля в определённые периоды создавались условия, при которых в океанах образовывался концентрированный раствор органических веществ.
  • В этом первичном бульоне могли спонтанно образовываться комплексы липидов, белков и нуклеиновых кислот, названные коацерватными каплями.
  • Опарин и Холдейн придерживались такой гипотезы появления жизни на Земле.
Вопрос 11

Найдите ошибки в предложениях. Укажите неправильные предложения.

Варианты ответов
  • 3. Её при­вер­жен­ца­ми были Р. Гук, Л. Па­стер и ряд дру­гих учёных.
  • 1. Про­ис­хож­де­ние жизни на Земле по-раз­но­му объ­яс­ня­ют не­сколь­ко раз­лич­ных ги­по­тез.
  • 2. Ги­по­те­за са­мо­за­рож­де­ния ука­зы­ва­ет на воз­мож­ность по­яв­ле­ния живых су­ществ толь­ко от живых ро­ди­те­лей.
  • 4. Кре­а­ци­о­низм – ещё одна ги­по­те­за, утвер­жда­ю­щая, что жизнь су­ще­ство­ва­ла вечно.
  • 5. А.И. Опа­рин и ан­глий­ский био­лог Дж. Хол­дейн пред­по­ло­жи­ли, что ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства и ор­га­низ­мы воз­ник­ли абио­ген­ным путём из не­ор­га­ни­че­ско­го ве­ще­ства в ре­зуль­та­те дли­тель­ной эво­лю­ции.
  • 6. Жизнь воз­ник­ла на Земле при­мер­но 3,5 млрд лет назад.
Вопрос 12

Этапы возникновения жизни по Опарину – Холдейну:

Варианты ответов
  • Появление органических веществ.
  • Усложнение органических веществ.
  • Появление белков.
  • Появление белковых тел.
  • Возникновение способности белковых тел к размножению и обмену веществ.
  • Появление первых клеток
Вопрос 13

Определить последовательность возникновения жизни на Земле согласно современной теории:

Варианты ответов
  • синтез простых органических соединений из газов первичной атмосферы
  • возникновение сложных органических соединений в виде полимерных цепей белков и нуклеиновых кислот
  • образование обособленных агрегатов веществ в виде коацрватов, отделёных от внешней среды белковыми оболочками.
  • появление примитивных клеток, обладающих свойствами живого организма и способных к самовоспризведению.
Вопрос 14

Установите соответствие между гипотезами о происхождении жизни на Земле и их принадлежностью к группе.

Варианты ответов
  • гипотеза стационарного состояния
  • гипотеза панспермии
  • гипотеза самозарождения
  • биохимическая эволюция
Вопрос 15

Установите последовательность процессов, протекающих при зарождении жизни на Земле.

Происхождение жизни

Происхождении жизни на Земле является ключевой и нерешенной проблемой естествознания, нередко служащей почвой для столкновения науки и религии. Если наличие в природе эволюции живой материи можно считать доказанным, так как были вскрыты ее механизмы, археологами обнаружены древние более просто устроенные организмы, то ни одна гипотеза возникновения жизни не имеет такой обширной доказательной базы. Эволюцию мы можем наблюдать воочию хотя бы в селекции. Создать же живое из неживого никому не удавалось.

Несмотря на большое количество гипотез о происхождении жизни, лишь одна из них имеет приемлемое научное объяснение. Это гипотеза абиогенеза — длительной химической эволюции, которая протекала в особых условиях древней Земли и предшествовала биологической эволюции. При этом из неорганических веществ сначала были синтезированы простые органические, из них более сложные, далее появились биополимеры, следующие этапы более умозрительны и малодоказуемы. Гипотеза абиогенеза имеет много нерешенных проблем, различных взглядов на определенные этапы химической эволюции. Однако некоторые ее моменты были подтверждены опытным путем.

Другие гипотезы происхождения жизни — панспермия (занесение жизни из космоса), креационизм (сотворение творцом), самопроизвольное зарождение (в неживой материи вдруг появляются живые организмы), стационарное состояние (жизнь существовала всегда). Невозможность самозарождения жизни в неживом была доказано Луи Пастером (XIX в.) и рядом ученых до него, но не так безапелляционно (Ф. Реди — XVII в.). Гипотеза панспермии не решает проблему возникновения жизни, а переносит ее с Земли в космическое пространство или на другие планеты. Однако и опровергнуть эту гипотезу сложно, особенно тех ее представителей, которые утверждают, что жизнь была занесена на Землю не метеоритами (в этом случае живое могло сгореть в слоях атмосферы, подвергнуться разрушительному действию космической радиации и т. д.), а разумными существами. Только вот как они долетели до Земли? С точки зрения физики (огромных размеров Вселенной и невозможности преодолеть скорость света) это вряд ли возможно.

Впервые возможный абиогенез был обоснован А.И. Опариным (1923-1924 г.), позже данную гипотезу разрабатывал Дж. Холдейн (1928 г). Однако мысль, что жизни на Земле могло предшествовать абиогенное образование органических соединений, высказывал еще Дарвин. Теория абиогенеза была доработана и дорабатывается другими учеными и по сей день. Главная ее нерешенная проблема — это подробности перехода от сложных неживых систем к простым живым организмам.

В 1947 г. Дж. Бернал, на основе разработок Опарина и Холдейна, сформулировал теорию биопоэза, выделив в абиогенезе три стадии: 1) абиогенное возникновение биологических мономеров; 2) образование биополимеров; 3) образование мембран и формирование первичных организмов (протобионтов).

Абиогенез

Ниже в общих чертах описан предположительный сценарий происхождения жизни согласно теории абиогенеза.

Возраст Земли составляет около 4,5 млрд. лет. Жидкая вода на планете, так необходимая для жизни, по оценкам ученых появилась не ранее 4 млрд. лет назад. При этом 3,5 млрд. лет назад жизнь на Земле уже существовала, что доказано обнаружением пород таких возрастов со следами жизнедеятельности микроорганизмов. Таким образом, первые простейшие организмы возникли относительно быстро — менее чем за 500 млн. лет.

Когда Земля только образовалась, ее температура могла достигать 8000 °C. При остывании планеты металлы и углерод как наиболее тяжелые элементы конденсировались и образовывали земную кору. В то же время происходила вулканическая активность, кора двигалась и сжималась, на ней образовывались складки и разрывы. Гравитационные силы приводили к уплотнению коры, при этом выделялась энергия в виде тепла.

Легкие газы (водород, гелий, азот, кислород и др.) не удерживались планетой и уходили в космос. Но в составе других веществ эти элементы оставались. До тех пор, пока температура на Земле не упала ниже 100 °C, вся вода находилась в парообразном состоянии. После снижения температуры испарение и конденсация повторялись множество раз, шли сильные ливни с грозами. Горячая лава и вулканический пепел, оказавшись в воде, создавали разные условия среды. В каких-то могли протекать определенные реакции.

Таким образом, физические и химические условия на ранней Земле были благоприятны для образования органических веществ их неорганических. Атмосфера была восстановительного типа, свободного кислорода и озонового слоя в ней не было. Поэтому на Землю проникали ультрафиолетовое и космическое излучение. Другими источниками энергии были теплота земной коры, которая еще не остыла, извергающиеся вулканы, грозы, радиоактивный распад.

В атмосфере присутсвовали метан, оксиды углерода, аммиак, сероводород, цианистые соединения, а также пары воды. Из них синтезировались ряд простейших органических веществ. Далее могли образовываться аминокислоты, сахара, азотистые основания, нуклеотиды и другие более сложные органические соединения. Многие из них послужили мономерами для будущих биологических полимеров. Отсутствие в атмосфере свободного кислорода благоприятствовало протеканию реакций.

Химическими опытами (впервые в 1953 г. С. Миллер и Г. Юри), моделирующих условия древней Земли, была доказана возможность абиогенного синтеза органических веществ из неорганических. При пропускании электрических разрядов через газовую смесь, имитировавшую первобытную атмосферу, в присутсвии паров воды были получены аминокислоты, органические кислоты, азотистые основания, АТФ и др.

Следует отметить, что в древней атмосфере Земли простейшие органические вещества могли образовываться не только абиогенно. Они также заносились из космоса, содержались в вулканической пыли. Причем это могли быть достаточно большие количества органики.

Низкомолекулярные органические соединения накапливались в океане, создавая так называемый первичный бульон. Вещества адсорбировались на поверхности глинистых отложений, что повышало их концентрацию.

В определенных условиях древней Земли (например на глине, склонах остывающих вулканов) могла происходить полимеризация мономеров. Так образовались белки и нуклеиновые кислоты — биополимеры, ставшие в последствии химической основой жизни. В водной среде полимеризация маловероятна, так как в воде обычно происходит деполимеризация. Опытом была доказана возможность синтеза полипептида из аминокислот, соприкасающихся с кусками горячей лавы.

Далее биополимеры могли смываться дождями в первичный бульон. Это предохраняло их от разрушения под действием ультрафиолетового излучения (озонового слоя еще не было).

Следующий важный шаг на пути происхождения жизни – образование в воде коацерватных капель (коацерватов) из полипептидов, полинуклеотидов, других органических соединений. Подобные комплексы снаружи могли иметь слой, имитировавший мембрану и сохраняющий их стабильность. Опытным путем в коллоидных растворах были получены коацерваты.

Белковые молекулы амфотерны. Они притягивают к себе молекулы воды так, что вокруг них образуется оболочка. Получаются коллоидные гидрофильные комплексы, обособленные от водной массы. В результате в воде образуется эмульсия. Далее коллоиды сливаются между собой и образуются коацерваты (процесс называется коацервацией). Коллоидный состав коацервата зависел от состава среды, в которой он образовывался. В разных водоемах древней Земли образовывались разные по химическому составу коацерваты. Какие-то из них были более устойчивыми и могли в определенной степени осуществлять избирательный обмен веществ с окружающей средой. Происходил своего рода биохимический естественный отбор.

Коацерваты способны избирательно поглощать из окружающей среды некоторые вещества и выделять в нее некоторые продукты протекающих в них химических реакций. Это напоминает обмен веществ. По мере накопления веществ коацерваты росли, а при достижении критических размеров распадались на части, каждая из которых сохраняла черты исходной организации.

В самих коацерватах могли происходить химические реакции. При поглощении коацерватами ионов металлов могли образовываться ферменты.

В процессе эволюции остались лишь такие системы, которые были способны к саморегуляции и самовоспроизведению. Это знаменовало наступление следующего этапа происхождения жизни – возникновение протобионтов (по некоторым источникам это то же самое, что коацерваты) — тел, имеющие сложный химический состав и ряд свойств живых существ. Протобионты можно рассматривать как наиболее устойчивые и удачно получившиеся коацерваты.

Мембрана могла образоваться следующим образом. Жирные кислоты соединялись со спиртами и образовывали липиды. Липиды формировали пленки на поверхности водоемов. Их заряженные головки обращены в воду, а неполярные концы — наружу. Плавающие в воде белковые молекулы притягивались к головкам липидов, в результате чего образовывались двойные липопротеиновые пленки. От ветра такая пленка могла изгибаться, и образовывались пузырьки. В эти пузырьки могли быть случайно захвачены коацерваты. Когда такие комплексы снова оказывались на поверхности воды, то покрывались уже вторым липопротеиновым слоем (за счет гидрофобных взаимодействий, обращенных друг к другу неполярных концов липидов). Общая схема мембраны сегодняшних живых организмов представляет собой два слоя липидов внутри и два слоя белков, расположенных по краям. Но за миллионы лет эволюции произошло усложнение мембраны за счет включения белков, погруженных в липидный слой и пронизывающих его, выпячивание и впячивание отдельных участков мембраны и др.

В коацерваты (или протобионты) могли попадать уже существующие молекулы нуклеиновых кислот, способные к самовоспроизведению. Далее в некоторых протобионтах могла произойти такая перестройка, что нуклеиновая кислота стала кодировать белок.

Эволюция протобионтов — это уже не химическая, а предбиологическая эволюция. Она привела к усовершенствованию каталитической функции белков (они стали выполнять роль ферментов), мембран и их избирательной проницаемости (что делает протобионт устойчивым набором полимеров), возникновению матричного синтеза (переноса информации с нуклеиновой кислоты на нуклеиновую кислоту и с нуклеиновой кислоты на белок).

Этапы происхождения и эволюции жизни

ЭволюцияРезультаты
Химическая эволюция — синтез соединений
  1. Простые органические вещества
  2. Биополимеры
Предбиологическая эволюция – химический отбор: остаются наиболее устойчивые, способные к самовоспроизведению протобионты
  • Коацерваты и протобионты
  • Ферментативный катализ
  • Матричный синтез
  • Мембрана
Биологическая эволюция – биологический отбор: борьба за существование, выживание наиболее приспособленных к условиям окружающей среды
  1. Приспособленность организмов к конкретным условиям среды
  2. Разнообразие живых организмов

Одной из самых больших загадок происхождения жизни остается вопрос: как РНК стала кодировать аминокислотную последовательность белков. В вопросе фигурирует РНК, а не ДНК, так как считается, что сначала рибонуклеиновая кислота играла не только роль в реализации наследственной информации, но и отвечала за ее хранение. ДНК ее заменила позже, возникнув из РНК путем обратной транскрипции. ДНК лучше подходит для хранения информации и более устойчива (менее склонна к реакциям). Поэтому в процессе эволюции именно она была оставлена в качестве хранителя информации.

В 1982 г. Т. Чеком была открыта каталитическая активность РНК. Кроме того РНК могут синтезироваться в определенных условиях даже при отсутствии ферментов, а также образовывать свои копии. Поэтому можно предположить, что РНК были первыми биополимерами (гипотеза РНК-мира). Какие-то участки РНК случайно могли кодировать полезные для протобионта пептиды, остальные участки РНК в процессе эволюции стали вырезаемыми интронами.

В протобионтах возникла обратная связь — РНК кодирует белки-фермены, белки-ферменты увеличивают количество нуклеиновых кислот.

Начало биологической эволюции

Химическая эволюция и эволюция протобионтов длилась более 1 млрд. лет. Жизнь возникла, и началась ее биологическая эволюция.

От некоторых протобионтов произошли примитивные клетки, включающие всю совокупность наблюдаемых нами сегодня свойств живого. В них было реализовано хранение и передача наследственной информации, ее использование для создания структур и обмена веществ. Энергия для процессов жизнедеятельности обеспечивалась молекулами АТФ, появились типичные для клеток мембраны.

Первые организмы были анаэробные гетеротрофы. Энергию, запасаемую в АТФ, они получали с помощью брожения. Пример — гликолиз — бескислородное расщепление сахаров. Питались эти организмы за счет органических веществ первичного бульона.

Но запасы органических молекул постепенно истощались, так как условия на Земле менялись, и новая органика уже почти не синтезировалась абиогенным путем. В условиях конкуренции за пищевые ресурсы эволюция гетеротрофов ускорилась.

Преимущество получили бактерии, оказавшиеся способными фиксировать углекислый газ с образованием органических веществ. Автотрофный синтез питательных веществ более сложный, чем гетеротрофное питание, поэтому у ранних форм жизни он возникнуть не мог. Из некоторых веществ под действием энергии солнечного излучения образовывались соединения, необходимых клетке.

Первые фотосинтезирующие организмы не выделяли кислорода. Фотосинтез с его выделением скорее всего появился позже у организмов, сходных с нынешними сине-зелеными водорослями.

Накопление в атмосфере кислорода, появление озонового экрана, уменьшение количества ультрафиолетового излучения привело к почти невозможности абиогенного синтеза сложных органических веществ. С другой стороны, возникшие формы жизни стали более устойчивыми в таких условиях.

На Земле распространилось кислородное дыхание. Анаэробные организмы сохранились лишь в отдельных местах (например, есть анаэробные бактерии, живущие в горячих подземных источниках).

Теория Опарина-Холдейна – основные положения, этапы и доказательства

Основные положения

Теория Опарина о происхождении жизни на Земле базируется на ряде важнейших принципов. Жизнь на планете, согласно взглядам отечественного ученого, зарождалась в три этапа. Сначала возникли органические соединения как таковые. Далее произошло образование белков, полисахаридов и липидов, то есть полимерных соединений. Наконец, процесс завершился появлением примитивных, но уже способных к воспроизводству, живых организмов.

Вторая особенность гипотезы — согласно ей, биологической (биогенной) эволюции предшествовала химическая, которая стала основной причиной появления сложных веществ. Сущность процесса:

  1. На формирование сложных соединений оказала влияние атмосфера Земли, лишенная кислорода, а также разряды молний и УФ-лучи солнца.
  2. Органические вещества стали основой появления биополимеров, которые, в свою очередь, использовались для образования примитивных форм жизни (пробионтов).
  3. Когда в пробионтах появились нуклеиновые кислоты, они получили возможность передавать наследственную информацию и усложняться в следующих поколениях.
  4. Результат естественного отбора — выжить смогли лишь те организмы, которые оказались способными к воспроизводству.

Положения теории вполне логичны и вытекают одно из другого. Однако важно понимать то, какая проблема не была решена гипотезой Опарина. Дело в том, что пробионты (или проклетки, прообраз современных клеток) по сей день не изучены досконально. Поэтому непонятно, что именно побудило скопление полимеров перейти от нежилого состояния к дыханию, питанию и воспроизводству.

История и эксперименты

Как и любая другая теория происхождения жизни, гипотеза Опарина подвергалась критике оппонентов и формулировалась в течение продолжительного времени. Прежде всего, основные положения академик опубликовал в труде «Происхождение жизни», в котором предположил, что растворенные в жидкости биополимеры под воздействием внешних условий оказываются способными к образованию коацерватов или коацерватных капель.

Они представляют собой средоточие органического вещества, отделенного от внешней среды посредством мембраны и способное поддерживать обмен с нею. Данный процесс представляет собой предшествующую стадию коагуляции — соединения мельчайших частиц воедино.

Именно эти два процесса являются причиной образования из «первичного бульона» (термин введен в научный обиход академиком) аминокислот. А они, в свою очередь, стали основой всего живого.

Интересно, что независимо от Опарина данным вопросом начал заниматься британский биолог Джон Холдейн, также интересовавшийся зарождением жизни на Земле. Однако во взглядах двух исследователей можно отметить разницу: Холдейн полагал, что в «первичном бульоне» образовывались не коацерваты, а макромолекулярные вещества, также способные к воспроизводству. Таким образом, первичными веществами были нуклеиновые кислоты, а не белки.

Последующая разработка

Следующий этап развития теории — опыты и исследования американского химика Стэнли Миллера, который заинтересовался данным вопросом еще в студенческие годы. Ему удалось воссоздать искусственную среду и получить из неживой материи аминокислоты. Суть эксперимента:

  1. В колбах, связанных между собой, были имитированы условия планеты.
  2. Колбы заполнили аммиаком, водородом и монооксидом углерода — смесью газов, которые составляли атмосферу Земли раннего периода.
  3. Часть системы составляла кипящая вода, пары при этом подвергались воздействию имитирующих молнию разрядов электричества.
  4. После охлаждения пар накапливался в нижней трубке в виде конденсата.
  5. Через неделю непрерывного процесса в колбе удалось обнаружить сахара, липиды и аминокислоты.

Однако эксперимент Миллера до сих пор критикуется представителями научного мира и не признается доказательством достоверности гипотезы Опарина и Холдейна.

Еще один виток в развитии теории — книга «Эгоистичный ген», изданная Ричардом Докинзом, британским исследователем-биологом, в 1979 году. Здесь ученый предположил, что изначально в первичном бульоне самообразовались способные к воспроизводству молекулы, которые постепенно заполнили океан.

Отличия взглядов и вклад в науку

Рассмотрев основные положения теории Опарина, можно отметить, что они с Холдейном дошли до сходных идей вне зависимости друг от друга. Однако в гипотезах двух ученых имеются и некоторые различия. Основное из них — разное представление о том, какие именно изначальные элементы стали источниками зарождения жизни. Согласно взглядам Опарина, это были белки, Холдейн же полагал, что основную роль сыграли нуклеиновые кислоты.

Другое различие:

  1. Русский исследователь — создатель теории — был убежден, что самозарождение жизни из неживой материи, то есть аборигенное, было возможным исключительно в условиях древнейшей атмосферы.
  2. Холдейн считал, что первичной была макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству, а не коацерватная система.

Вклад Опарина в биологию считается весомым, кратко можно отметить следующие положения. Прежде всего — это серьезная и обоснованная концепция зарождения жизни из «первичного бульона». Кроме того, ученый, действуя в непростых условиях российской действительности 20−30 годов прошлого века, изучал развитие жизни.

Суть теории

Кратко можно сформулировать основные постулаты гипотезы двух авторов: живые организмы появились на планете из неживой материи, однако для этого процесса необходимы были условия, царившие на Земле миллиарды лет назад. Сейчас представляется невозможным полностью воссоздать эту картину, ведь то, что творилось в атмосфере столь глубокой древности, может быть высказано лишь на уровне предположений.

Особенности атмосферы тех лет:

  1. Отсутствие кислорода (сейчас его образуют зеленые растения, которые в тот период, конечно, не существовали).
  2. Определенный температурный режим — очень жарко.
  3. Наличие источников энергии.
  4. Обязательное наличие воды.

Кроме того, гипотеза подразумевает и нахождение в атмосфере неорганических веществ, которые стали предшественниками органических соединений.

Согласно теории, можно выделить 5 этапов становления и развития жизни на планете, которые в наглядной форме представлены в таблице.

ЭтапОсновные события
Первый — 6,5−3,5 млрд лет назадОбразовалась первичная атмосфера, включающая аммиак, метан, водород, пары воды, углекислый газ и окись углерода.
ВторойПоверхность планеты охлаждается до температуры +100°C, происходит образование первичного океана за счет конденсации водяного пара. В воде растворяются газы и минеральные вещества. Все это сопровождается сильнейшими грозами. Удары молний и ультрафиолетовые радиации становятся причиной синтеза аминокислот, сахаров, азотистых соединений — простых органических образований.
ТретийФормирование белков простейшей структуры. Коацерватов, жиров.
Четвертый — 3,5−3 миллиарда лет назадПоявление протобионтов, способных к обмену веществ и самовоспроизведению.
Пятый — 3 миллиарда лет назадПоявление организмов с клеточным строением (прокариот-бактерий)

Идея о составе первичной атмосферы планеты основана на данных других наук, а также анализе оболочек иных планет Солнечной системы. Кроме того, доказательства второй и третьей стадии удалось получить в ходе многочисленных экспериментов по синтезированию жизни.

Развитие и доказательства

Теории происхождения жизни на планете принято подразделять на две большие группы: биогенез — все живое произошло от живого и абиогенез — живая материя образовалась из неживой. Гипотеза Опарина-Холдейна относится ко второму классу. В настоящее время современные исследования позволили несколько видоизменить и дополнить ее.

Сейчас большая часть исследователей полагает, что сначала у организмов возникла способность к самовоспроизведению, а лишь потом — к обмену веществ. Именно самовоспроизведение является основой передачи полезных качеств представителям нового поколения, то есть важнейшим составляющим эволюции в целом и естественного отбора в частности.

Выделяют также и дополнительные источники энергии, под воздействием которого сформировались первые живые организмы. Кроме разрядов молний и УФ-лучей, к ним относят:

  • естественную радиоактивность;
  • вулканические извержения;
  • солнечный ветер.

Все это помогло образованию химических связей. Изменились и представления ученых о составе атмосферы раннего периода, поскольку появились новые объективные данные. В частности, удалось установить, что концентрация углекислого газа была гораздо меньшей, чем полагали авторы гипотезы. Атмосфера планеты очень напоминала ту, которая сейчас наблюдается у Марса и Венеры: состояла в основном из углекислого газа и азота, другие же газы содержались в ней в весьма малой концентрации. Новые данные заставили повторить эксперимент Миллера, однако в его системе указанные вещества не повлекли за собой появления органики.

Сейчас теория о первоисточнике жизни, который автор решил назвать «первичным бульоном», считается устаревшей. На смену ей пришли гипотеза «первичной пиццы» (в соответствии с которой живые организмы появились на минеральных подложках при периодическом высыхании последних) и «первичного майонеза» (выдвинуть ее решил Гарольд Моровиц, суть: клеточные мембраны, а точнее, их примитивные аналоги, существовали до того, как появилась способность к самовоспроизводству).

Кроме того, удалось выявить определенные свойства «первичного бульона», которые делают его неподходящей средой для зарождения жизни:

  1. В водной среде белки обладают неустойчивостью, поэтому велик риск их распада. На безжизненной планете для образования соединений аминокислот требовалось избавление от воды, с этой целью можно было использовать лагуны, заливы, а также вулканические районы.
  2. «Первичный бульон» лишен границ, вот почему, несмотря на наличие мембран, первичные аминокислоты «растекались», передавая свои клетки соседним, что делало процесс самовоспроизводства невозможным.

Несмотря на выявленные современными исследователями недостатки, гипотеза Опарина и Холдейна стала важнейшим шагом в изучении особенностей появления первых живых организмов на планете. Ученым удалось создать четкую концепцию, которая в дальнейшем стала основой для множества теорий аборигенного зарождения жизни, их отправной точкой.

Читайте также:  Вскрытие: определение, метод и виды
Добавить комментарий