Хипотезата за произхода на живота на Земята, предложена от известния руски биохимик академик А. И. Опарин (1894-1980) и английския биохимик Дж. Халдейн (1892-1964), получи най-голямо признание и разпространение през 20 век. Същността на тяхната хипотеза, формулирана от тях независимо един от друг през 1924-1928г. и развита в следващите времена, се свежда до съществуването на Земята на дълъг период на абиогенно образуване на голям брой органични съединения. Тези органични вещества насищат древните океани, образувайки (според J. Haldane) така наречения "първичен бульон". Впоследствие, поради многобройни процеси на местно плитко и изсушаване на океаните, концентрацията на „първичния бульон“ може да се увеличи десетки и стотици пъти. Тези процеси протичат на фона на интензивна вулканична дейност, чести мълнии в атмосферата и мощна космическа радиация. При тези условия може да настъпи постепенно усложняване на молекулите на органичните вещества, появата на прости протеини, полизахариди, липиди и нуклеинови киселини. В продължение на много стотици и хиляди години те могат да образуват струпвания от органични вещества (коацервати). В условията на възстановяване коацерватите не се унищожават, те постепенно се усложняват и в определен момент от тяхното развитие от тях могат да се образуват първите примитивни организми (пробионти). Тази хипотеза е приета и доразвита от много учени от различни страни, а през 1947 г. английският учен Джон Бернал формулира хипотезата за биопоезата. Той идентифицира три основни етапа във формирането на живота: 1) абиогенна поява на органични мономери; 2) образуване на биологични полимери; 3) развитие на мембранните структури и първите организми.

Нека разгледаме накратко процесите и етапите на биопоезата.

Първият етап на биопоезата е поредица от процеси, наречени химическа еволюция, довели до появата на пробионтите - първите живи същества. Продължителността му се оценява от различни учени от 100 до 1000 милиона години. Това е предисторията на живота на нашата планета.

Абиогенна биосинтеза на органични съединения

Земята като планета е възникнала преди около 4,5 милиарда години (според други източници - преди около 13 милиарда години, но те все още нямат сериозни доказателства). Охлаждането на Земята започва преди около 4 милиарда години, а възрастта на земната кора се оценява на около 3,9 милиарда години. В този момент също се формират океанът и първичната атмосфера на Земята. Земята по това време е била доста топла поради отделянето на топлина по време на втвърдяването и кристализацията на компонентите на земната кора и активната вулканична дейност. Водата е била в състояние на пара за дълго време, изпарявайки се от повърхността на Земята, кондензирайки се в горните слоеве на атмосферата и падайки отново върху горещата повърхност. Всичко това беше придружено от почти постоянни гръмотевични бури с мощни електрически разряди. По-късно започват да се образуват резервоари и първични океани. Древната атмосфера на Земята не е съдържала свободен кислород и е била наситена с вулканични газове, които включват оксиди на сяра, азот, амоняк, въглеродни оксиди и диоксиди, водна пара и редица други компоненти. Мощна космическа радиация и слънчева радиация (все още нямаше озонов слой в атмосферата), чести и силни електрически разряди, активна вулканична дейност, придружена от освобождаване на големи маси радиоактивни компоненти, доведоха до образуването на органични съединения като формалдехид, мравчена киселина, урея, млечна киселина, глицерин, глицин, някои прости аминокиселини и др. Тъй като в атмосферата няма свободен кислород, тези съединения не се окисляват и могат да се натрупват в топли и дори врящи води и постепенно да стават по-сложни по структура , образувайки така наречения „първичен бульон“. Продължителността на тези процеси е била много милиони и десетки милиони години. Така се осъществява първият етап от биопоезата - образуването и натрупването на органични мономери.

Етап на полимеризация на органични мономери

Значителна част от получените мономери се разрушават под въздействието на високи температури и множество химични реакции, протичащи в „първичния бульон“. Летливите съединения преминаха в атмосферата и практически изчезнаха от водните тела. Периодичното пресушаване на водните тела доведе до многократно увеличаване на концентрацията на разтворени органични съединения. На фона на високата химическа активност на околната среда настъпват процеси на усложняване на тези съединения и те могат да влизат в съединения помежду си (реакции на кондензация, полимеризация и др.). Мастните киселини, комбинирайки се с алкохоли, могат да образуват липиди и да образуват мастни филми на повърхността на водните тела. Аминокиселините могат да се комбинират една с друга, за да образуват все по-сложни пептиди. Могат да се образуват и други видове съединения - нуклеинови киселини, полизахариди и др. Първите нуклеинови киселини, както смятат съвременните биохимици, са малки РНК вериги, тъй като те, подобно на олигопептидите, могат да се синтезират спонтанно в среда с високо съдържание на минерали компоненти, без участието на ензими. Реакциите на полимеризация могат да бъдат забележимо активирани със значително повишаване на концентрацията на разтвора (изсъхване на резервоара) и дори във влажен пясък или когато резервоарите напълно изсъхнат (възможността за протичане на такива реакции в сухо състояние е показана от американски биохимик С. Фокс). Последвалите дъждове разтварят синтезираните на сушата молекули и ги пренасят с водни течения в резервоари. Такива процеси могат да бъдат циклични по природа, което води до още по-голяма сложност на органичните полимери.

Образуване на коацервати

Следващият етап от възникването на живота е образуването на коацервати, тоест големи натрупвания на сложни органични полимери. Причините и механизмите на това явление все още са до голяма степен неясни. Коацерватите от този период все още са механична смес от органични съединения, лишени от признаци на живот. В някакъв момент от време възникват връзки между молекулите на РНК и пептидите, напомнящи реакции на синтез на матричен протеин. Все още обаче не е ясно как РНК кодира синтеза на пептиди. По-късно се появяват ДНК молекули, които поради наличието на две спирали и възможността за по-точно (в сравнение с РНК) самокопиране (репликация) стават основните носители на пептидния синтез, предавайки тази информация на РНК. Такива системи (коацервати) вече приличаха, но все още не бяха такива, тъй като нямаха подредена вътрешна структура, присъща на живите организми и не можеха да се възпроизвеждат. В края на краищата определени реакции на пептиден синтез могат да се появят и в неклетъчни хомогенати.

Появата на биологични мембрани

Подредените биологични структури са невъзможни без биологични мембрани. Следователно следващият етап от формирането на живота е образуването на точно тези структури, изолиращи и защитаващи коацерватите от околната среда, превръщайки ги в автономни образувания. Мембраните може да са се образували от липидни филми, които се появяват на повърхността на водните тела. Пептидите, донесени от дъждовни потоци във водни тела или образувани в тези водни тела, могат да бъдат прикрепени към липидните молекули. Когато водните тела се раздвижиха или на повърхността им падна валежи, можеха да се появят мехурчета, заобиколени от мембраноподобни съединения. За възникването и еволюцията на живота са важни тези везикули, които заобикалят коацервати с протеиново-нуклеотидни комплекси. Но такива образувания все още не са били живи организми.

Появата на пробионтите – първите самовъзпроизвеждащи се организми

Само онези коацервати, които са способни на саморегулация и самовъзпроизвеждане, могат да се превърнат в живи организми. Все още не е ясно как са възникнали тези способности. Биологичните мембрани осигуряват автономност и защита на коацерватите, което допринася за появата на значителна подреденост в биохимичните реакции, протичащи в тези тела. Следващата стъпка е появата на самовъзпроизвеждане, когато нуклеиновите киселини (ДНК и/или РНК) започват не само да осигуряват синтеза на пептиди, но и с негова помощ да регулират процесите на самовъзпроизвеждане и метаболизъм. Така се появява клетъчна структура с метаболизъм и способността да се възпроизвежда. Именно тези форми успяха да бъдат запазени чрез процеса на естествен подбор. Така коацерватите се превръщат в първите живи организми – пробионти.

Етапът на химическата еволюция е приключил и е започнал етапът на биологичната еволюция на живата материя. Това се е случило преди 3,5-3,8 милиарда години. Появата на жива клетка е първата голяма ароморфоза в еволюцията на органичния свят.

Първите живи организми бяха близки по структура до прокариотите, те все още нямаха силна клетъчна стена и никакви вътреклетъчни структури (те бяха покрити с биологична мембрана, чиито вътрешни завои служеха като клетъчни структури). Може би първите пробионти са имали наследствен материал, представен от РНК, а геномите с ДНК са се появили по-късно в процеса на еволюцията. Има мнение, че по-нататъшното развитие на живота идва от общ прародител, от който произлизат първите прокариоти. Това е, което осигури голямото сходство в структурата на всички прокариоти, а впоследствие и еукариоти.

Невъзможността за спонтанно възникване на живот в съвременните условия

Често се задава въпросът: защо спонтанното зараждане на живи същества не се случва в момента? В крайна сметка, ако сега не се появят живи организми, тогава на какво основание можем да създаваме хипотези за произхода на живота в далечното минало? Къде е критерият за вероятността на тази хипотеза? Отговорите на тези въпроси могат да бъдат следните: 1) горната хипотеза за биопоезата е в много отношения просто логична конструкция, все още не е доказана, съдържа много противоречия и неясни точки (въпреки че има много данни, както палеонтологични и експериментално, което ни позволява да предположим точно такова развитие на биопоезата ); 2) тази хипотеза, с цялата си непълнота, все пак се опитва да обясни възникването на живота въз основа на специфични земни условия и точно в това се крие нейната стойност; 3) самообразуването на нови живи същества на настоящия етап от развитието на живота е невъзможно поради следните причини: а) органичните съединения трябва да съществуват дълго време под формата на клъстери, като постепенно се усложняват и трансформират; в условията на окислителната атмосфера на съвременната Земя това е невъзможно, те бързо ще бъдат унищожени; б) в съвременните условия има много организми, които могат много бързо да използват дори незначителни натрупвания на органични вещества за своето хранене.

Помня!

Какви химични елементи изграждат протеините и нуклеиновите киселини?

Какво представляват биологичните полимери?

Какви организми се наричат ​​автотрофи? Хетеротрофи?

Теория на биохимичната еволюция.Най-широко разпространен през 20 век. получи теорията за биохимичната еволюция, предложена независимо един от друг от двама изключителни учени: руският химик А. И. Опарин (1894–1980) и английският биолог Джон Халдейн (1892–1964). Тази теория се основава на предположението, че в ранните етапи от развитието на Земята е имало дълъг период, през който органичните съединения са се образували абиогенно. Източникът на енергия за тези процеси е ултравиолетовото лъчение на Слънцето, което по това време не се задържа от озоновия слой, тъй като в атмосферата на древната Земя не е имало озон и кислород. Синтезираните органични съединения се натрупват в древния океан в продължение на десетки милиони години, образувайки така наречения „първичен бульон“, в който вероятно е възникнал животът под формата на първите примитивни организми - пробионти.

Тази хипотеза е приета от много учени от различни страни и на нейна основа през 1947 г. английският изследовател Джон Дезмънд Бернал (1901–1971) формулира съвременната теория за произхода на живота на Земята, т.нар. теорията на биопоезата.

Бернал идентифицира три основни етапа на произхода на живота: 1) абиогенна поява на органични мономери; 2) образуване на биологични полимери; 3) образуване на мембранни структури и първични организми (пробионти). Нека разгледаме по-подробно какво се случи на всеки от тези етапи.

Абиогенно възникване на органични мономери.Нашата планета е възникнала преди около 4,6 милиарда години. Постепенното уплътняване на планетата беше придружено от отделяне на огромно количество топлина, радиоактивни съединения се разпаднаха и от Слънцето дойде поток от твърда ултравиолетова радиация. След 500 милиона години Земята започна бавно да се охлажда. Образуването на земната кора е придружено от активна вулканична дейност. Газове, натрупани в първичната атмосфера - продукти на реакции, протичащи в недрата на Земята: въглероден диоксид (CO 2), въглероден оксид (CO), амоняк (NH 3), метан (CH 4), сероводород (H 2 S) и много други. Такива газове все още се отделят в атмосферата по време на вулканични изригвания.

Водата, която постоянно се изпарява от повърхността на Земята, се кондензира в горните слоеве на атмосферата и отново пада под формата на дъжд върху горещата земна повърхност. Постепенното понижаване на температурата доведе до порои, придружени от непрекъснати гръмотевични бури, които удариха Земята. На земната повърхност започнаха да се образуват резервоари. Атмосферните газове и онези вещества, които са били измити от земната кора, разтворени в гореща вода. В атмосферата прости органични вещества (формалдехид, глицерин, някои аминокиселини, урея, млечна киселина и др.) се образуват от нейните компоненти под въздействието на чести и силни електрически разряди на мълнии, мощно ултравиолетово лъчение и активна вулканична дейност, която е придружен от емисии на радиоактивни съединения. Тъй като в атмосферата все още няма свободен кислород, тези съединения, навлизайки във водите на първичния океан, не се окисляват и могат да се натрупват, стават по-сложни по структура и образуват концентриран „първичен бульон“. Това продължи десетки милиони години (фиг. 135).

Ориз. 135. Основните етапи на формирането на живота

През 1953 г. американският учен Стенли Милър провежда експеримент, в който симулира условията, съществували на Земята преди 4 милиарда години (фиг. 136). Вместо гръмотевични разряди и ултравиолетово лъчение, ученият използва електрически разряд с високо напрежение (60 хиляди волта) като източник на енергия. Изхвърлянето на разряда за няколко дни съответстваше на количеството енергия на период от 50 милиона години на древната Земя. След края на експеримента в изградената инсталация са открити органични съединения: урея, млечна киселина и някои прости аминокиселини.

Образуване на биологични полимери и коацервати.Първият етап на биохимичната еволюция беше потвърден от многобройни експерименти, но какво се случи на следващия етап, учените можеха само да гадаят, разчитайки на знанията по химия и молекулярна биология. Очевидно получените органични вещества са взаимодействали помежду си и с неорганичните съединения, влизащи във водните тела. Някои от тях бяха унищожени, летливи съединения преминаха в атмосферата. Високите температури предизвикаха постоянно изпарение на водата от първичните резервоари, което доведе до множество концентрации на органични съединения. Мастните киселини, реагирайки с алкохоли, образуват липиди, които образуват мастни филми на повърхността на резервоарите. Аминокиселините се комбинират помежду си, за да образуват пептиди. Важно събитие на този етап е появата на нуклеинови киселини - молекули, способни на редупликация. Съвременните биохимици смятат, че първите са се образували къси РНК вериги, които могат да се синтезират самостоятелно, без участието на специални ензими. Образуването на нуклеинови киселини и тяхното взаимодействие с протеините се е превърнало в необходима предпоставка за възникването на живота, който се основава на реакции на матричен синтез и метаболизъм.

Ориз. 136. Експериментът на С. Милър, симулиращ условията на първичната атмосфера на Земята

Опарин вярваше, че решаващата роля в превръщането на неживите същества в живи принадлежи на катериците. Поради структурните си особености, тези молекули са способни да образуват колоидни комплекси, които привличат водни молекули, които образуват нещо като обвивка около протеините. Образуваха се такива комплекси, сливащи се един с друг коацервати– изолирани от останалата водна маса структури. Коацерватите са способни да обменят вещества с околната среда и селективно да натрупват различни съединения. Абсорбцията на метални йони от коацервати води до образуването на ензими. Протеините в коацерватите защитават нуклеиновите киселини от вредното въздействие на ултравиолетовото лъчение. Системи от този вид вече притежаваха някои характеристики на живота, но им липсваха биологични мембрани, които да ги трансформират в първите живи организми.

Образуване на мембранни структури и първични организми (пробионти).Мембраните могат да се образуват от липидни филми, покриващи повърхността на резервоарите, към които са прикрепени различни пептиди, разтворени във вода. Когато имаше пориви на вятъра или когато резервоарът се раздвижи, повърхностният филм се огъна и мехурчетата можеха да се откъснат от него, да се издигнат във въздуха и да паднат обратно, покривайки се с втори липидно-пептиден слой (фиг. 137). За по-нататъшното развитие на живота са важни тези везикули, които съдържат коацервати с комплекси протеин-нуклеинова киселина. Биологичните мембрани осигуряват защита и самостоятелно съществуване на коацерватите, създавайки подреденост в биохимичните процеси. Впоследствие само онези структури, които са способни на саморегулация и самовъзпроизвеждане, са запазени и трансформирани в най-простите живи организми. Така са възникнали пробионти- примитивни хетеротрофни организми, които се хранеха с органични вещества от първичния бульон. Това се е случило преди 3,5–3,8 милиарда години. Химическата еволюция приключи, времето дойде биологична еволюцияжива материя (виж).

Ориз. 137. Образуване на мембранни структури (според A.I. Oparin)

Първите организми.Първите живи организми бяха анаеробни хетеротрофи, нямаха вътреклетъчни структури и бяха подобни по структура на съвременните прокариоти. Те получават храна и енергия от органични вещества от абиогенен произход. Но по време на химическата еволюция, която продължи 0,5–1,0 милиарда години, условията на Земята се промениха. Запасите от органични вещества, синтезирани в ранните етапи на еволюцията, постепенно се изчерпват и между първичните хетеротрофи възниква ожесточена конкуренция, която ускорява появата на автотрофи.

Първите автотрофи са били способни на фотосинтеза, тоест те са използвали слънчевата радиация като източник на енергия, но не са произвеждали кислород. Едва по-късно се появяват цианобактерии, които са способни на фотосинтеза с освобождаване на кислород. Натрупването на кислород в атмосферата доведе до образуването на озонов слой, който защитава първичните организми от ултравиолетовата радиация, но в същото време абиогенният синтез на органични вещества спря. Наличието на кислород доведе до образуването на аеробни организми, които съставляват по-голямата част от живите организми днес.

Успоредно с подобряването на метаболитните процеси вътрешната структура на организмите става по-сложна: образуват се ядро, рибозоми и мембранни органели, т.е. възникват еукариотни клетки (фиг. 138). Някои първични хетеротрофи влязоха в симбиотични взаимоотношения с аеробни бактерии. След като ги заловиха, хетеротрофите започнаха да ги използват като енергийни станции. Така възникват съвременните митохондрии. Тези симбионти са дали началото на животни и гъби. Други хетеротрофи уловиха не само аеробни хетеротрофи, но и първични фотосинтетици - цианобактерии, които влязоха в симбиоза, образувайки настоящите хлоропласти. Така се появяват предшествениците на растенията.

Ориз. 138. Възможен път за образуване на еукариотни организми

В момента живите организми възникват само в резултат на възпроизвеждане. Спонтанното зараждане на живот в съвременните условия е невъзможно по няколко причини. Първо, в кислородната атмосфера на Земята органичните съединения бързо се разрушават, така че не могат да се натрупват и подобряват. И второ, в момента има огромен брой хетеротрофни организми, които използват всяко натрупване на органични вещества за своето хранене.

Прегледайте въпроси и задачи

1. Какви космически фактори в ранните етапи от развитието на Земята са били предпоставките за появата на органични съединения?

2. Назовете основните етапи от възникването на живота според теорията за биопоезата.

3. Как са се образували коацерватите, какви свойства са имали и в каква посока са еволюирали?

4. Разкажете ни как са възникнали пробионтите.

5. Опишете как вътрешната структура на първите хетеротрофи може да стане по-сложна.

6. Защо спонтанното зараждане на живот е невъзможно при съвременни условия?

<<< Назад

Напред >>>

Абиогенен синтез на органични молекули. Съвременни възгледи за произхода на живота. Възможно ли е да възникне живот на Земята днес??			Дата на: Урок 47 клас 9
Очаквани резултати от урока
Цели на урока		Образователни Формиране на съзнателни представи за еволюцията като историческо развитие на органичния свят на Земята. Обмислете различни теории за произхода на живота на Земята, анализирайте аргументите за и против Развитие Развитие на мисленето, способността за прилагането му в когнитивната и комуникативната практика Развитие на способността за изграждане на логически разсъждения, изводи и извличане на изводи; анализирайте и подчертайте основното от предложения материал. Образователни Формиране на научен мироглед. Възпитаване на толерантно отношение към инакомислещите – привърженици на други гледни точки, различни от общоприетите;
Тип урок		комбинирани
Тип урок		проучване
Форма на работа		Групово индивидуално
Оборудване		Раздавателни материали, ватман, маркери
„О, разреши ми загадката на живота, болезнената древна загадка, над която вече са се борили толкова много глави - глави с шапки, изрисувани с йероглифи, глави с тюрбани и черни барети, глави с перуки и хиляди други бедни човешки глави. ..” Г. Хайне.
време	Етап/дейност			ресурси
Организационен момент. 3 мин Актуализиране на знанията	Скъпи приятели, мисля, че всички вие, без изключение, сте си задавали въпроса: „Как е възникнал животът на нашата планета?“ Днес ще се опитаме да разрешим тази вечна „загадка на живота“, за която, както се вижда от епиграфа на нашия урок, са се замислили много умни хора. За целта ще зададем проблемни въпроси. Тема на урока Поставяне на цели Как се е зародил животът на Земята? Какви съвременни възгледи и хипотези за произхода на живота на Земята съществуват? Кои са най-убедителни? КАКВО Е ЖИВОТ Фридрих Енгелс: „Животът е начин на съществуване на белтъчните тела, чиято съществена точка е постоянният обмен на вещества със заобикалящата ги външна природа и с прекратяването на този метаболизъм престава и животът, което води до разграждане на протеинът."
Проверка на д.з. 5 минути	Тест "Еволюционна доктрина" 1. Еволюцията се нарича: а) индивидуално развитие на организмите б) изменение на индивидите в) историческо необратимо развитие на органичния свят г) промени в живота на растенията и животните 2. Основната движеща сила на еволюцията е: а) изменчивост б) наследственост в) борба за съществуване г) естествен подбор 3. Борбата за съществуване е: а) конкуренция между организмите за условията на околната среда б) унищожаване на индивиди от един вид от индивиди от друг вид в) симбиотични взаимоотношения на едни видове с други г) разпространение на вид на нова територия 4. Сексуалният подбор е: а) естествен подбор, протичащ между индивиди от един и същи пол по време на размножителния период б) естествен подбор, причинен от: конкуренция между индивиди от различен пол от един и същи вид за храна в) форма на изкуствена селекция, насочена към унищожаване на мъжки индивиди (например при пилета, патици) 5. Те не са примери за естествено действие. селекция: а) родословие на испанския мастиф. б) индустриален меланизъм на насекомите в) бактериална резистентност към антибиотици г) резистентност на домашните мухи към пестициди 6. Мимикрията е: а) приликата на беззащитен и ядлив вид с един или повече несвързани видове, които са добре защитени и имат предупредително оцветяване б) сходство по форма и цвят на индивиди от два родствени вида. в) наличието на специални предпазни средства при индивиди от вида 7. Ароморфозата е едно от следните еволюционни събития: а) появата на класа птици б) появата на голям брой семейства от редица хищни бозайници
Учене на нов материал 7 минути	Задачи: 1 създайте клъстер 2. правя заключения Съставяне на клъстери по групи. Група 1 Абиогенен синтез на органични вещества 2 група Съвременни възгледи за произхода на живота Група 3 Развитие на идеи за произхода на живота
Първична консолидация 5 минути	Алгоритъм за писане на дискусионно есе: Обсъжданата тема (проблем). Моята позиция. Кратка обосновка. Възможни възражения, които други могат да повдигнат. Причината, поради която тази позиция все още е правилна. Заключение
Отражение	Безплатен микрофон
3 мин Къща. упражнение	Формулирайте нова хипотеза за произхода на живота на Земята Геолози, биолози и всички палеонтолози Генетици и химици Чешат се по главите Или може би един от вас Създайте своя собствена хипотеза Как, защо, кога и къде Възникнал ли е животът на Земята?

I. Абиогенен синтез на органични вещества – образуване на органични вещества от неорганични вещества

1. Възникнал преди 3,5 милиарда години

2. Извършено е на два етапа в първичния океан:

Първият етап е образуването на нискомолекулни органични съединения

- въглеводородите (CH4) от първичната атмосфера реагират с водни пари, NH3, H2, CO2, CO, N2 с образуването на междинни органични съединения: алкохоли, алдехиди, кетони, органични киселини, които падат с дъжд в океана

- междинните съединения в първичния океан се превръщат в монозахариди, аминокиселини, нуклеотиди, фосфати - АТФ (източници на енергия за синтез могат да бъдат електрически разряди от мълния, ултравиолетова радиация, топлинна енергия, ударни вълни, енергия на изригващи вулкани, енергия на приливи и отливи и др. )

- възможността за такъв синтез е експериментално доказана през 1953 г. от С. Милър (американец) - в запечатан апарат с вряща вода и хладилник, симулиращ условията, съществували на Земята преди 4 милиарда години, в които смес от CH4, Газовете NH4 и H2 се поставят при преминаване през електрически разряди, получават се нискомолекулни органични съединения - урея, алкохоли, алдехиди, органични киселини, монозахариди, мастни киселини, различни аминокиселини (в случай на използване на йонизиращо UV лъчение или топлина вместо електрически разряди, други аминокиселини, мастни киселини, захари са получени до 600 - рибоза, дезоксирибоза, азотни основи - нуклеотиди)

- възможността за абиогенен синтез на органични съединения се потвърждава от факта, че те се намират в космоса (формалдехид, мравчена киселина, етилов алкохол и др.)

Вторият етап е синтезът на високомолекулни органични вещества от прости органични съединения - биополимери: протеини, липиди, полизахариди, нуклеинови киселини (РНК)

1. Възникнал в първичния океан

2. Осъществено е в резултат на реакции на поликондензация (полимеризация); необходимата енергия се постига чрез температура от около 100 C или йонизиращо лъчение с отстраняване на свободната вода (S. Fox, American, 1997)

3. Концентрацията на вещества с ниско молекулно тегло, необходима за започване на реакцията, е постигната в резултат на тяхната адсорбция в дънни глинести утайки или порести вулканични туфи

(експериментално е доказано, че воден разтвор на аминокиселини в присъствието на алуминиев оксид и АТФ може да произведе полимерни вериги - полипептиди)

4. Водата на моретата и океаните била наситена с биополимери от абиогенен произход, образуващи т.нар. "първичен бульон"

Съвременни възгледи за произхода на живота

Хипотезата на А. И. Опарин. Най-важната характеристика на хипотезата на А. И. Опарин е постепенното усложняване на химичната структура и морфологичния облик на предшествениците на живота (пробионтите) по пътя към живите организми.

Голям брой доказателства сочат, че средата за възникване на живота може да са били крайбрежните зони на морета и океани. Тук, на кръстовището на море, земя и въздух, са създадени благоприятни условия за образуване на сложни органични съединения. Например разтворите на някои органични вещества (захари, алкохоли) са силно стабилни и могат да съществуват неограничено дълго време. В концентрирани разтвори на протеини и нуклеинови киселини могат да се образуват съсиреци, подобни на желатиновите съсиреци във водни разтвори. Такива съсиреци се наричат ​​коацерватни капки или коацервати (фиг. 70). Коацерватите са способни да адсорбират различни вещества. Химичните съединения влизат в тях от разтвора, които се трансформират в резултат на реакции, протичащи в коацерватните капчици, и се освобождават в околната среда.

Коацерватите все още не са живи същества. Те показват само външна прилика с такива характеристики на живите организми като растеж и метаболизъм с околната среда. Следователно появата на коацервати се счита за етап от развитието на преди живота.

Коацерватите са преминали през много дълъг процес на селекция за структурна стабилност. Стабилността е постигната благодарение на създаването на ензими, които контролират синтеза на определени съединения. Най-важният етап от произхода на живота беше появата на механизъм за възпроизвеждане на собствен вид и наследяване на свойствата на предишните поколения. Това стана възможно благодарение на образуването на сложни комплекси от нуклеинови киселини и протеини. Нуклеиновите киселини, способни на самовъзпроизвеждане, започнаха да контролират синтеза на протеини, определяйки реда на аминокиселините в тях. И ензимните протеини извършват процеса на създаване на нови копия на нуклеинови киселини. Така възниква основното свойство, характерно за живота - способността да възпроизвеждат подобни на себе си молекули.

Живите същества са така наречените отворени системи, т.е. системи, в които енергията идва отвън. Без захранване с енергия животът не може да съществува. Както знаете, според методите на потребление на енергия (виж глава III) организмите се разделят на две големи групи: автотрофни и хетеротрофни. Автотрофните организми използват директно слънчевата енергия в процеса на фотосинтеза (зелени растения), хетеротрофните използват енергията, която се отделя при разграждането на органичните вещества.

Очевидно първите организми са били хетеротрофи, получаващи енергия чрез безкислородно разграждане на органични съединения. В зората на живота в земната атмосфера не е имало свободен кислород. Появата на атмосферата със съвременен химически състав е тясно свързана с развитието на живота. Появата на организми, способни на фотосинтеза, доведе до отделянето на кислород в атмосферата и водата. В негово присъствие стана възможно кислородното разлагане на органични вещества, което произвежда многократно повече енергия, отколкото при липса на кислород.

От момента на възникването си животът образува единна биологична система - биосферата (виж глава XVI). С други думи, животът не е възникнал под формата на отделни изолирани организми, а непосредствено под формата на общности. Еволюцията на биосферата като цяло се характеризира с постоянно усложняване, т.е. възникването на все по-сложни структури.

Възможно ли е сега да възникне живот на Земята? От това, което знаем за произхода на живота на Земята, става ясно, че процесът на възникване на живи организми от прости органични съединения е бил изключително дълъг. За да възникне живот на Земята, беше необходим еволюционен процес, продължил много милиони години, по време на който сложни молекулни структури, предимно нуклеинови киселини и протеини, бяха избрани за стабилност, за способността да възпроизвеждат собствения си вид.

Ако днес на Земята, някъде в райони на интензивна вулканична дейност, могат да възникнат доста сложни органични съединения, тогава вероятността тези съединения да съществуват за какъвто и да било период от време е незначителна. Те веднага ще бъдат окислени или използвани от хетеротрофни организми. Чарлз Дарвин разбираше това много добре. През 1871 г. той пише: „Но ако сега... в някакво топло водно тяло, съдържащо всички необходими амониеви и фосфорни соли и достъпно за въздействието на светлина, топлина, електричество и т.н., се образува химически протеин, който е способен на по-нататъшни, все по-сложни трансформации, тогава тази субстанция веднага ще бъде унищожена или погълната, което е било невъзможно в периода преди появата на живите същества.

Животът е възникнал на Земята абиогенно. В момента живите същества произлизат само от живи същества (биогенен произход). Изключена е възможността за повторно възникване на живот на Земята.

Развитие на идеи за произхода на живота

Теорията за произхода на живота на Земята.От древни времена до наши дни са изказвани безброй хипотези за произхода на живота на Земята. Цялото им разнообразие се свежда до две взаимно изключващи се гледни точки.

Привържениците на теорията за биогенезата (от гръцки "биос" - живот и "генезис" - произход) вярваха, че всички живи същества произлизат само от живи същества. Техните опоненти защитаваха теорията за абиогенезата ("а" - латински, отрицателен префикс); те вярвали, че произходът на живите същества от неживите е възможен.

Много учени от Средновековието приемат възможността за спонтанно зараждане на живот. Според тях рибите могат да се родят от тиня, червеи от пръст, мишки от кал, мухи от месо и т.н.

Срещу теорията за спонтанното зараждане през 17в. Говори флорентинският лекар Франческо Реди. Поставяйки месото в затворен съд, Реди показа, че ларвите на мухи не покълват спонтанно в гнило месо. Привържениците на теорията за спонтанното генериране не се отказаха; те твърдяха, че спонтанното генериране на ларви не се е случило поради единствената причина, че въздухът не влиза в затворения съд. След това Реди постави парчетата месо в няколко дълбоки съда. Той остави някои от тях отворени и покри някои с муселин. След известно време месото в отворените съдове гъмжеше от ларви на мухи, докато в съдовете, покрити с муселин, нямаше ларви в разваленото месо.

Микроскопът разкри микросвета на хората. Наблюденията показват, че микроорганизмите се откриват след известно време в плътно затворена колба с месен бульон или инфузия на сено. Но веднага след като месният бульон се вари в продължение на един час и гърлото се запечатва, нищо не се появява в запечатаната колба. Виталистите предполагат, че продължителното кипене убива „жизнената сила“, която не може да проникне в запечатаната колба.

Споровете между привържениците на абиогенезата и биогенезата продължават през 19 век. Още Ламарк пише през 1809 г. за възможността за спонтанно генериране на гъбички.

Опитът на Пастьор.С появата на книгата на Дарвин „Произходът на видовете“ отново възникна въпросът как е възникнал животът на Земята. Френската академия на науките през 1859 г. назначава специална награда за опит да се хвърли нова светлина върху въпроса за спонтанното зараждане. Тази награда е получена през 1862 г. от известния френски учен Луи Пастьор.

ЛУИ ПАСТЕР (1822-1895) - френски микробиолог и химик. Основател на микробиологията. Открити анаеробни бактерии. Показа енергийната стойност на ферментацията. Изследва проблема за възможността за произхода на живота. Той предложи ваксинации срещу бяс, антракс и пастьоризация (нагряване до 70 ° C) като начин за унищожаване на живи бактерии (но не и техните спори) за запазване на храната.

Л. Пастьор провежда експеримент, който съперничи на известния експеримент на Реди по простота. Той сварява различни хранителни среди в колба, в която могат да растат микроорганизми. При продължително кипене в колбата загиват не само микроорганизмите, но и техните спори. Спомняйки си виталистичното твърдение, че митичната „жизнена сила” не може да проникне през запечатана колба, Пастьор прикрепи към нея S-образна тръба със свободен край (фиг. 68). Спорите на микроорганизмите се настаняват на повърхността на тънка извита тръба и не могат да проникнат в хранителната среда. Добре сварената хранителна среда остава стерилна, в нея не се наблюдава спонтанно генериране на микроорганизми, въпреки че е осигурен достъп до въздух (и с него прословутата „жизнена сила“).

Ориз. 68. Схема на експеримента на Л. Пастьор в колби с S-образно гърло.
А - в колба с S-образно гърло, хранителната среда остава стерилна дълго време след кипене; B - ако премахнете S-образното гърло, тогава микроорганизмите бързо се развиват в околната среда

Експериментите на Пастьор доказаха невъзможността за спонтанно възникване на живот. Концепцията за "жизнена сила" - витализъм - беше нанесена съкрушителен удар.

Абиогенен синтез на органични вещества.Експериментът на Пастьор демонстрира невъзможността за спонтанно възникване на живот в днешно време. Въпросът за произхода на живота на нашата планета остава открит дълго време.

През 1924 г. известният биохимик А. И. Опарин предполага, че при мощни електрически разряди в земната атмосфера, която преди 4-4,5 милиарда години се състои от амоняк, метан, въглероден диоксид и водни пари, могат да възникнат най-простите органични съединения, необходими за възникването на живот. Прогнозата на академик Опарин се потвърди. През 1955 г. американският изследовател С. Милър, преминавайки електрически разряди с напрежение до 60 000 V през смес от пари CH 4, NH 3, H 2 и H 2 0 под налягане от няколко паскала при температура 80 ° C , получени най-простите мастни киселини, урея, оцетна и мравчена киселина и няколко аминокиселини, включително глицин и аланин (фиг. 69).

Ориз. 69. Схема на устройството на С. Милър, в което се синтезират аминокиселини

Както вече знаем, аминокиселините са "градивните елементи", от които се изграждат протеиновите молекули. Следователно, експерименталното доказателство за възможността за образуване на аминокиселини от неорганични съединения е изключително важна индикация, че първата стъпка към появата на живота на Земята е бил абиогенният (небиологичен) синтез на органични вещества (виж предната листовка).

За хора, които искат постоянно да се усъвършенстват, да учат нещо и постоянно да научават нещо ново, ние специално направихме тази категория. Съдържа изключително образователно, полезно съдържание, което със сигурност ще ви хареса. Голям брой видеоклипове вероятно могат да съперничат дори на образованието, което ни се дава в училище, колеж или университет. Най-голямото нещо при видеоклиповете за обучение е, че те се опитват да дадат най-новата, най-подходящата информация. Светът около нас в ерата на технологиите непрекъснато се променя и печатните образователни публикации просто нямат време да предоставят най-новата информация.

Сред видеоклиповете можете да намерите и образователни видеоклипове за деца в предучилищна възраст. Там вашето дете ще бъде обучено на букви, цифри, броене, четене и др. Съгласете се, това е много добра алтернатива на карикатурите. За ученици от начален етап можете да намерите обучение по английски език и помощ при изучаването на училищни предмети. За по-големите ученици са създадени образователни видеоклипове, които ще ви помогнат да се подготвите за тестове, изпити или просто да задълбочите знанията си по определен предмет. Придобитите знания могат да окажат качествено въздействие върху умствения им потенциал, както и да ви зарадват с отлични оценки.

За младите хора, които вече са завършили училище, учат или не учат в университет, има много завладяващи образователни видеоклипове. Те могат да им помогнат да задълбочат знанията си за професията, за която се обучават. Или вземете професия като програмист, уеб дизайнер, SEO оптимизатор и др. Тази професия все още не се преподава в университетите, така че можете да станете специалист в тази напреднала и подходяща област само чрез самообучение, за което ние се опитваме да помогнем, като събираме най-полезните видеоклипове.

За възрастните тази тема също е актуална, тъй като често се случва, след като работите по професия в продължение на години, да разберете, че това не е вашето нещо и искате да научите нещо по-подходящо за себе си и в същото време печелившо. Също така сред тази категория хора често има видеоклипове от типа на самоусъвършенстване, спестяване на време и пари, оптимизиране на живота им, в които те намират начини да живеят много по-добър и по-щастлив живот. Дори за възрастни темата за създаване и развитие на собствен бизнес е много подходяща.

Също така сред образователните видеоклипове има видеоклипове с общ фокус, които са подходящи за почти всяка възраст; в тях можете да научите как е започнал животът, какви теории за еволюцията съществуват, факти от историята и др. Те идеално разширяват кръгозора на човек, правейки го много по-ерудиран и приятен интелектуален събеседник. Такива образователни видеоклипове наистина са полезни за гледане от всички, без изключение, тъй като знанието е сила. Желаем ви приятно и полезно гледане!

В днешно време е просто необходимо да бъдеш, както се казва, „на вълната“. Това се отнася не само за новините, но и за развитието на собствения ум. Ако искате да се развивате, да изследвате света, да бъдете търсени в обществото и да бъдете интересни, тогава този раздел е точно за вас.

Произходът на живота на Земята е ключов и неразрешен проблем в естествените науки, който често служи като основа за сблъсък между наука и религия. Ако присъствието в природата на еволюцията на живата материя може да се счита за доказано, тъй като нейните механизми са разкрити, археолозите са открили древни, по-просто структурирани организми, тогава нито една хипотеза за произхода на живота няма толкова обширна доказателствена база. Можем да наблюдаваме еволюцията със собствените си очи, поне в селекцията. Никой не е успял да създаде живи същества от неживи същества.

Въпреки големия брой хипотези за произхода на живота, само една от тях има приемливо научно обяснение. Това е хипотеза абиогенеза- дългосрочна химическа еволюция, протекла в специалните условия на древната Земя и предшестваща биологичната еволюция. В същото време от неорганични вещества първо се синтезират прости органични вещества, след това по-сложни, след това се появяват биополимери, следващите етапи са по-спекулативни и трудно доказуеми. Хипотезата за абиогенезата има много нерешени проблеми и различни възгледи за определени етапи от химическата еволюция. Някои от точките му обаче са потвърдени експериментално.

Други хипотези за произхода на живота - панспермия(донасяне на живот от космоса), креационизъм(създаване от създателя), спонтанно генериране(живите организми внезапно се появяват в нежива материя), стабилно състояние(животът винаги е съществувал). Невъзможността за спонтанно възникване на живот в неживите същества е доказана от Луи Пастьор (19 век) и редица учени преди него, но не толкова категорично (Ф. Реди - 17 век). Хипотезата за панспермията не решава проблема за произхода на живота, а го пренася от Земята в открития космос или на други планети. Въпреки това е трудно да се опровергае тази хипотеза, особено тези от нейните представители, които твърдят, че животът е донесен на Земята не от метеорити (в този случай живите същества могат да изгорят в слоевете на атмосферата, да бъдат подложени на разрушителните въздействия на космическите радиация и т.н.), но от интелигентни същества. Но как са стигнали до Земята? От гледна точка на физиката (огромните размери на Вселената и невъзможността да се преодолее скоростта на светлината) това едва ли е възможно.

За първи път възможната абиогенеза е обоснована от A.I. Опарин (1923-1924), по-късно тази хипотеза е развита от J. Haldane (1928). Въпреки това, идеята, че животът на Земята може да е бил предшестван от абиогенно образуване на органични съединения, е изразена още от Дарвин. Теорията за абиогенезата е усъвършенствана и се усъвършенства от други учени до днес. Неговият основен неразрешен проблем са детайлите на прехода от сложни неживи системи към прости живи организми.

През 1947 г. J. Bernal, въз основа на разработките на Oparin и Haldane, формулира теорията за биопоезата, идентифицирайки три етапа на абиогенезата: 1) абиогенна поява на биологични мономери; 2) образуване на биополимери; 3) образуването на мембрани и образуването на първични организми (протобионти).

Абиогенеза

Хипотетичният сценарий за произхода на живота според теорията за абиогенезата е описан по-долу в общи линии.

Възрастта на Земята е около 4,5 милиарда години. Според учени течната вода на планетата, така необходима за живота, се е появила не по-рано от 4 милиарда години. В същото време преди 3,5 милиарда години вече е съществувал живот на Земята, което се доказва от откриването на скали от такава възраст със следи от жизнената активност на микроорганизмите. Така първите най-прости организми са възникнали сравнително бързо - за по-малко от 500 милиона години.

Когато Земята се е образувала за първи път, нейната температура е можела да достигне 8000 °C. Докато планетата се охлаждаше, металите и въглеродът, най-тежките елементи, се кондензираха и образуваха земната кора. В същото време се появи вулканична дейност, кората се премести и компресира, върху нея се образуваха гънки и счупвания. Гравитационните сили доведоха до уплътняване на кората, което освободи енергия под формата на топлина.

Леките газове (водород, хелий, азот, кислород и др.) не бяха задържани от планетата и отидоха в космоса. Но тези елементи останаха в състава на други вещества. Докато температурата на Земята не падне под 100 °C, цялата вода е била в състояние на пара. След като температурата падна, изпарението и кондензацията се повториха многократно и имаше силни валежи и гръмотевични бури. Горещата лава и вулканичната пепел, веднъж във водата, създават различни условия на околната среда. При някои могат да възникнат определени реакции.

Така физическите и химичните условия на ранната Земя са били благоприятни за образуването на органични и неорганични вещества. Атмосферата е от редукционен тип, в нея няма свободен кислород и озонов слой. Следователно ултравиолетовата и космическата радиация проникнаха на Земята. Други източници на енергия са топлината на земната кора, която още не е изстинала, изригващите вулкани, гръмотевичните бури и радиоактивното разпадане.

Атмосферата съдържа метан, въглеродни оксиди, амоняк, сероводород, цианидни съединения и водни пари. От тях са синтезирани редица прости органични вещества. След това могат да се образуват аминокиселини, захари, азотни основи, нуклеотиди и други по-сложни органични съединения. Много от тях са служили като мономери за бъдещи биологични полимери. Липсата на свободен кислород в атмосферата благоприятства протичането на реакциите.

Химически експерименти (първи през 1953 г. от С. Милър и Г. Ури), симулиращи условията на древната Земя, доказват възможността за абиогенен синтез на органични вещества от неорганични. Чрез преминаване на електрически разряди през газова смес, която симулира примитивната атмосфера, в присъствието на водни пари се получават аминокиселини, органични киселини, азотни основи, АТФ и др.

Трябва да се отбележи, че в древната атмосфера на Земята най-простите органични вещества могат да се образуват не само абиогенно. Те също са донесени от космоса и се съдържат във вулканичен прах. Освен това това може да са доста големи количества органична материя.

Органичните съединения с ниско молекулно тегло се натрупват в океана, създавайки така наречената първична супа. Веществата се адсорбират върху повърхността на глинести отлагания, което повишава концентрацията им.

При определени условия на древната Земя (например върху глина, склонове на изстиващи вулкани) може да настъпи полимеризация на мономери. Така се образуват протеини и нуклеинови киселини – биополимери, които по-късно стават химическата основа на живота. Във водна среда полимеризацията е малко вероятна, тъй като деполимеризацията обикновено се случва във вода. Експериментите са доказали възможността за синтезиране на полипептид от аминокиселини в контакт с парчета гореща лава.

Следващата важна стъпка по пътя към произхода на живота е образуването на коацерватни капчици във водата ( коацервати) от полипептиди, полинуклеотиди и други органични съединения. Такива комплекси могат да имат слой отвън, който имитира мембрана и поддържа тяхната стабилност. Експериментално са получени коацервати в колоидни разтвори.

Протеиновите молекули са амфотерни. Те привличат водни молекули към себе си, така че около тях се образува обвивка. Получените колоидни хидрофилни комплекси се изолират от водната маса. В резултат на това се образува емулсия във вода. След това колоидите се сливат един с друг и се образуват коацервати (процесът се нарича коацервация). Колоидният състав на коацервата зависи от състава на средата, в която се образува. В различни резервоари на древната Земя са се образували коацервати с различен химичен състав. Някои от тях бяха по-стабилни и можеха до известна степен да извършват селективен метаболизъм с околната среда. Осъществи се своеобразен биохимичен естествен подбор.

Коацерватите са способни селективно да абсорбират определени вещества от околната среда и да отделят в нея определени продукти от химични реакции, протичащи в тях. Това е като метаболизма. С натрупването на веществата коацерватите нарастват и когато достигнат критични размери, се разпадат на части, всяка от които запазва характеристиките на първоначалната организация.

В самите коацервати могат да възникнат химични реакции. Ензимите могат да се образуват, когато металните йони се абсорбират от коацервати.

В процеса на еволюцията са останали само онези системи, които са способни на саморегулация и самовъзпроизвеждане. Това бележи началото на следващия етап от възникването на живота – възникването протобионти(според някои източници това е същото като коацервати) - тела, които имат сложен химичен състав и редица свойства на живите същества. Протобионтите могат да се считат за най-стабилните и успешно получени коацервати.

Мембраната може да се образува по следния начин. Мастни киселини, комбинирани с алкохоли, за да образуват липиди. Липидите образуват филми на повърхността на резервоарите. Техните заредени глави са обърнати към водата, а неполярните им краища са обърнати навън. Протеиновите молекули, плаващи във вода, са привлечени от липидните глави, което води до образуването на двойни липопротеинови филми. Вятърът може да огъне такъв филм и да се образуват мехурчета. Коацерватите може да са били случайно уловени в тези везикули. Когато такива комплекси отново се появиха на повърхността на водата, те бяха покрити с втори липопротеинов слой (поради хидрофобни взаимодействия с неполярните краища на липидите, обърнати един към друг). Общото разположение на мембраната на днешните живи организми е два слоя липиди вътре и два слоя протеини, разположени по краищата. Но в продължение на милиони години на еволюция мембраната е станала по-сложна поради включването на протеини, потопени в липидния слой и проникващи в него, изпъкналост и инвагинация на отделни участъци от мембраната и др.

Коацерватите (или протобионтите) могат да съдържат вече съществуващи молекули нуклеинова киселина, способни на самовъзпроизвеждане. Освен това, в някои протобионти може да се случи такова преструктуриране, че нуклеиновата киселина да започне да кодира протеин.

Еволюцията на протобионтите вече не е химическа, а предбиологична еволюция. Това доведе до подобряване на каталитичната функция на протеините (те започнаха да действат като ензими), мембраните и тяхната селективна пропускливост (което прави протобионта стабилен набор от полимери) и появата на шаблонен синтез (пренос на информация от нуклеинова киселина към нуклеинова киселина и от нуклеинова киселина към протеин).

Етапи на произхода и еволюцията на живота

	Еволюция	резултати
1	Химическа еволюция - синтез на съединения	Прости органични вещества Биополимери
2	Пребиологична еволюция – химически подбор: остават най-стабилните протобионти, способни на самовъзпроизвеждане	Коацервати и протобионти Ензимна катализа Матричен синтез Мембрана
3	Биологична еволюция - биологичен подбор: борба за съществуване, оцеляване на най-адаптираните към условията на околната среда	Приспособяване на организмите към специфични условия на околната среда Разнообразие от живи организми

Една от най-големите мистерии за произхода на живота остава въпросът как РНК кодира аминокиселинната последователност на протеините. Въпросът засяга РНК, а не ДНК, тъй като се смята, че първоначално рибонуклеиновата киселина е играла не само роля в внедряването на наследствената информация, но е била отговорна и за нейното съхранение. ДНК го замени по-късно, възниквайки от РНК чрез обратна транскрипция. ДНК е по-подходяща за съхраняване на информация и е по-стабилна (по-малко склонна към реакции). Следователно в процеса на еволюцията именно тя е оставена като пазител на информацията.

През 1982 г. Т. Чек открива каталитичната активност на РНК. В допълнение, РНК може да се синтезира при определени условия, дори в отсъствието на ензими, и също така да образува свои копия. Следователно може да се приеме, че РНК са първите биополимери (хипотеза за света на РНК). Някои участъци от РНК могат случайно да кодират пептиди, полезни за протобионта; други участъци от РНК са станали изрязани интрони в процеса на еволюция.

В протобионтите е възникнала обратна връзка - РНК кодира ензимни протеини, ензимните протеини увеличават количеството нуклеинови киселини.

Начало на биологичната еволюция

Химическата еволюция и еволюцията на протобионтите продължи повече от 1 милиард години. Възниква животът и започва неговата биологична еволюция.

От някои протобионти се появиха примитивни клетки, които включват целия набор от свойства на живите същества, които наблюдаваме днес. Те осъществяват съхранението и предаването на наследствена информация, използването й за изграждане на структури и метаболизъм. Енергията за жизнените процеси се осигурява от молекулите на АТФ и се появяват типичните за клетките мембрани.

Първите организми са били анаеробни хетеротрофи. Те получават енергията, съхранявана в АТФ, чрез ферментация. Пример е гликолизата – безкислородното разграждане на захарите. Тези организми се хранеха с органична материя от първичния бульон.

Но запасите от органични молекули постепенно се изчерпват, тъй като условията на Земята се променят и новата органична материя вече почти не се синтезира абиогенно. В условията на конкуренция за хранителни ресурси еволюцията на хетеротрофите се ускори.

Бактериите, които успяха да фиксират въглеродния диоксид с образуването на органични вещества, спечелиха предимство. Автотрофният синтез на хранителни вещества е по-сложен от хетеротрофното хранене, така че не би могъл да възникне в ранните форми на живот. От някои вещества под въздействието на енергията на слънчевата радиация се образуват необходимите за клетката съединения.

Първите фотосинтезиращи организми не са произвеждали кислород. Фотосинтезата с нейното освобождаване най-вероятно се е появила по-късно в организми, подобни на съвременните синьо-зелени водорасли.

Натрупването на кислород в атмосферата, появата на озонов екран и намаляването на количеството ултравиолетова радиация доведоха до почти невъзможността за абиогенен синтез на сложни органични вещества. От друга страна, възникващите форми на живот стават по-стабилни при такива условия.

Кислородното дишане е разпространено на Земята. Анаеробните организми са оцелели само на определени места (например има анаеробни бактерии, живеещи в горещи подземни извори).