Hipoteza o nastanku života na Zemlji, koju su predložili poznati ruski biohemičar akademik A. I. Oparin (1894-1980) i engleski biohemičar J. Haldane (1892-1964), dobila je najveće priznanje i rasprostranjenost u 20. vijeku. Suština njihove hipoteze, koju su formulisali nezavisno jedan od drugog 1924-1928. i razvijena u kasnijim vremenima, svodi se na postojanje na Zemlji dugog perioda abiogenog formiranja velikog broja organskih jedinjenja. Ove organske supstance zasitile su drevne okeane, formirajući (prema J. Haldaneu) takozvani „primarni bujon“. Nakon toga, zbog brojnih procesa lokalnog plićaka i isušivanja okeana, koncentracija "primarne juhe" mogla bi se povećati desetine i stotine puta. Ovi procesi su se odvijali u pozadini intenzivne vulkanske aktivnosti, čestih pražnjenja groma u atmosferi i snažnog kosmičkog zračenja. U tim uslovima može doći do postepenog usložnjavanja molekula organskih supstanci, pojave jednostavnih proteina, polisaharida, lipida i nukleinskih kiselina. Tokom mnogo stotina i hiljada godina, mogli su formirati nakupine organskih supstanci (koacervate). U uslovima oporavka koacervati nisu uništeni, postepeno su postajali sve složeniji i u određenom trenutku svog razvoja od njih su se mogli formirati prvi primitivni organizmi (probionti). Ovu hipotezu su prihvatili i dalje razvijali mnogi naučnici iz različitih zemalja, a 1947. godine engleski naučnik Džon Bernal formulisao je hipotezu o biopoezi. On je identifikovao tri glavne faze u formiranju života: 1) abiogena pojava organskih monomera; 2) formiranje bioloških polimera; 3) razvoj membranskih struktura i prvih organizama.

Razmotrimo ukratko procese i faze biopoeze.

Prva faza biopoeze bio je niz procesa nazvanih hemijska evolucija, koji su doveli do pojave probionata - prvih živih bića. Njegovo trajanje procjenjuju različiti naučnici od 100 do 1000 miliona godina. Ovo je praistorija života na našoj planeti.

Abiogena biosinteza organskih jedinjenja

Zemlja kao planeta nastala je prije oko 4,5 milijardi godina (prema drugim izvorima - prije oko 13 milijardi godina, ali oni još nemaju jake dokaze). Hlađenje Zemlje počelo je prije oko 4 milijarde godina, a starost Zemljine kore procjenjuje se na oko 3,9 milijardi godina. U ovom trenutku formiraju se i okean i primarna atmosfera Zemlje. Zemlja je u to vrijeme bila prilično topla zbog oslobađanja topline tokom skrućivanja i kristalizacije komponenti kore i aktivne vulkanske aktivnosti. Voda je dugo bila u stanju pare, isparavajući sa površine Zemlje, kondenzujući se u gornjim slojevima atmosfere i ponovo padajući na vruću površinu. Sve je to bilo praćeno gotovo stalnim grmljavinom sa snažnim električnim pražnjenjima. Kasnije se počinju formirati rezervoari i primarni okeani. Drevna atmosfera Zemlje nije sadržavala slobodni kisik i bila je zasićena vulkanskim plinovima, koji su uključivali okside sumpora, dušika, amonijaka, ugljične okside i diokside, vodenu paru i niz drugih komponenti. Snažno kosmičko zračenje i sunčevo zračenje (u atmosferi još nije bilo ozonskog omotača), česta i jaka električna pražnjenja, aktivna vulkanska aktivnost, praćena oslobađanjem velikih masa radioaktivnih komponenti, doveli su do stvaranja organskih jedinjenja kao što je formaldehid, mravlju kiselinu, ureu, mliječnu kiselinu, glicerin, glicin, neke jednostavne aminokiseline itd. Kako u atmosferi nije bilo slobodnog kisika, ova jedinjenja nisu oksidirala i mogla su se akumulirati u toplim, pa čak i kipućim vodama i postepeno postajati složenije strukture. , formirajući takozvani "primarni bujon". Trajanje ovih procesa bilo je mnogo miliona i desetina miliona godina. Tako je ostvarena prva faza biopoeze - formiranje i akumulacija organskih monomera.

Faza polimerizacije organskih monomera

Značajan dio nastalih monomera uništen je pod utjecajem visokih temperatura i brojnih kemijskih reakcija koje su se odvijale u „primarnom bujonu“. Isparljiva jedinjenja prešla su u atmosferu i praktički nestala iz vodenih tijela. Periodično isušivanje vodenih tijela dovelo je do višestrukog povećanja koncentracije otopljenih organskih spojeva. U pozadini visoke hemijske aktivnosti okoline, dolazi do procesa usložnjavanja ovih jedinjenja, te su oni mogli da uđu u jedinjenja jedni s drugima (reakcije kondenzacije, polimerizacija itd.). Masne kiseline, u kombinaciji s alkoholima, mogu formirati lipide i formirati masne filmove na površini vodenih tijela. Aminokiseline bi mogle da se kombinuju jedna sa drugom da formiraju sve složenije peptide. Mogle su da nastanu i druge vrste jedinjenja - nukleinske kiseline, polisaharidi itd. Prve nukleinske kiseline, kako veruju savremeni biohemičari, bili su mali RNK lanci, jer su se, kao i oligopeptidi, mogli spontano sintetisati u okruženju sa visokim sadržajem minerala. komponente, bez učešća enzima. Reakcije polimerizacije mogle su se primjetno aktivirati sa značajnim povećanjem koncentracije otopine (isušivanje rezervoara) pa čak i u vlažnom pijesku ili kada su rezervoari potpuno isušeni (mogućnost da se takve reakcije odvijaju u suhom stanju su pokazale američki biohemičar S. Fox). Naknadne kiše su rastvorile molekule sintetizovane na kopnu i transportovale ih vodenim strujama u rezervoare. Takvi procesi mogu biti ciklični po prirodi, što dovodi do još veće složenosti organskih polimera.

Formiranje koacervata

Sljedeća faza u nastanku života bila je formiranje koacervata, odnosno velikih nakupina složenih organskih polimera. Uzroci i mehanizmi ovog fenomena još uvijek su u velikoj mjeri nejasni. Koacervati ovog perioda su još uvijek bili mehanička mješavina organskih spojeva, lišena ikakvih znakova života. U nekom trenutku su se pojavile veze između molekula RNK i peptida, koje podsjećaju na reakcije sinteze proteina matriksa. Međutim, još uvijek je nejasno kako je RNA došla do kodiranja sinteze peptida. Kasnije su se pojavili molekuli DNK, koji su zbog prisustva dvije spirale i mogućnosti preciznijeg (u odnosu na RNK) samokopiranja (replikacije) postali glavni nosioci sinteze peptida, prenoseći ovu informaciju do RNK. Takvi sistemi (koacervati) su već nalikovali, ali još nisu bili takvi, jer nisu imali uređenu unutrašnju strukturu svojstvenu živim organizmima i nisu se mogli razmnožavati. Uostalom, određene reakcije sinteze peptida mogu se javiti iu nećelijskim homogenatima.

Pojava bioloških membrana

Uređene biološke strukture nemoguće su bez bioloških membrana. Stoga je sljedeća faza u formiranju života bila formiranje upravo ovih struktura, koje izoliraju i štite koacervate od okoline, pretvarajući ih u autonomne formacije. Membrane su se mogle formirati od lipidnih filmova koji su se pojavili na površini vodenih tijela. Peptidi doneseni kišom u vodena tijela ili formirani u tim vodnim tijelima mogu se vezati za molekule lipida. Kada su vodena tijela bila uzburkana ili padavine padale na njihovu površinu, mogli su se pojaviti mjehurići okruženi spojevima sličnim membranama. Za nastanak i evoluciju života važne su one vezikule koje su okruživale koacervate proteinsko-nukleotidnim kompleksima. Ali takve formacije još nisu bile živi organizmi.

Pojava probionata - prvih samoreproducirajućih organizama

Samo oni koacervati koji su bili sposobni za samoregulaciju i samoreprodukciju mogli su se pretvoriti u žive organizme. Kako su ove sposobnosti nastale, također je još uvijek nejasno. Biološke membrane davale su autonomiju i zaštitu koacervatima, što je doprinijelo nastanku značajnog uređenja biohemijskih reakcija koje se odvijaju u ovim tijelima. Sljedeći korak bila je pojava samoreprodukcije, kada su nukleinske kiseline (DNK i/ili RNA) počele ne samo osiguravati sintezu peptida, već i uz njihovu pomoć regulirati procese samoreprodukcije i metabolizma. Tako je nastala ćelijska struktura sa metabolizmom i sposobnošću da se sama reprodukuje. Upravo su ovi oblici mogli biti sačuvani kroz proces prirodne selekcije. Tako su se koacervati pretvorili u prve žive organizme - probionte.

Završila se faza hemijske evolucije, a počela je faza biološke evolucije žive materije. To se dogodilo prije 3,5-3,8 milijardi godina. Pojava žive ćelije prva je velika aromorfoza u evoluciji organskog svijeta.

Prvi živi organizmi bili su po strukturi bliski prokariotima; još nisu imali jak ćelijski zid i intracelularne strukture (bili su prekriveni biološkom membranom, čiji su unutrašnji zavoji služili kao ćelijske strukture). Možda su prvi probionti imali nasljedni materijal predstavljen RNK, a genomi s DNK pojavili su se kasnije u procesu evolucije. Postoji mišljenje da je daljnja evolucija života došla od zajedničkog pretka, od kojeg su potekli prvi prokarioti. To je osiguralo veliku sličnost u strukturi svih prokariota, a potom i eukariota.

Nemogućnost spontanog generisanja života u savremenim uslovima

Često se postavlja pitanje: zašto se spontano nastajanje živih bića ne događa u današnje vrijeme? Uostalom, ako se živi organizmi ne pojavljuju sada, na osnovu čega onda možemo stvarati hipoteze o nastanku života u dalekoj prošlosti? Gdje je kriterij vjerovatnoće ove hipoteze? Odgovori na ova pitanja mogu biti sljedeći: 1) gornja hipoteza biopoeze u mnogočemu je samo logična konstrukcija, još uvijek nije dokazana, sadrži mnogo kontradikcija i nejasnih točaka (iako postoji mnogo podataka, kako paleontoloških i eksperimentalni, što nam omogućava da pretpostavimo upravo takav razvoj biopoeze); 2) ova hipoteza, uz svu svoju nedorečenost, ipak pokušava da objasni nastanak života na osnovu specifičnih zemaljskih uslova, i upravo u tome leži njena vrednost; 3) samoformiranje novih živih bića u sadašnjoj fazi razvoja života nemoguće je iz sledećih razloga: a) organska jedinjenja moraju dugo postojati u obliku klastera, postepeno postajući sve složenija i transformisana; u uslovima oksidirajuće atmosfere moderne Zemlje to je nemoguće, oni će se brzo uništiti; b) u savremenim uslovima postoji mnogo organizama koji mogu vrlo brzo da iskoriste i manje nakupine organskih materija za svoju ishranu.

Zapamtite!

Koji hemijski elementi čine proteine ​​i nukleinske kiseline?

Šta su biološki polimeri?

Koji organizmi se nazivaju autotrofi? Heterotrofi?

Teorija biohemijske evolucije. Najrasprostranjeniji u 20. veku. primio teoriju biohemijske evolucije, koju su nezavisno jedan od drugog predložila dva istaknuta naučnika: ruski hemičar A. I. Oparin (1894–1980) i engleski biolog Džon Haldejn (1892–1964). Ova teorija se zasniva na pretpostavci da je u ranim fazama razvoja Zemlje postojao dug period tokom kojeg su se organska jedinjenja formirala abiogenim putem. Izvor energije za ove procese bilo je ultraljubičasto zračenje Sunca, koje u to vrijeme nije zadržavao ozonski omotač, jer u atmosferi drevne Zemlje nije bilo ozona ni kisika. Sintetizirana organska jedinjenja nakupljala su se u drevnom okeanu desetinama miliona godina, formirajući takozvani "primarni bujon", u kojem je vjerojatno nastao život u obliku prvih primitivnih organizama - probionata.

Ovu hipotezu su prihvatili mnogi naučnici iz različitih zemalja, a na njenoj osnovi je 1947. godine engleski istraživač John Desmond Bernal (1901–1971) formulisao modernu teoriju o nastanku života na Zemlji, tzv. teorija biopoeze.

Bernal je identifikovao tri glavne faze nastanka života: 1) abiogena pojava organskih monomera; 2) formiranje bioloških polimera; 3) formiranje membranskih struktura i primarnih organizama (probionta). Pogledajmo bliže šta se dogodilo u svakoj od ovih faza.

Abiogena pojava organskih monomera. Naša planeta nastala je prije oko 4,6 milijardi godina. Postepeno zgušnjavanje planete bilo je praćeno oslobađanjem ogromne količine topline, radioaktivna jedinjenja su se raspadala, a mlaz tvrdog ultraljubičastog zračenja dolazio je sa Sunca. Nakon 500 miliona godina, Zemlja je počela polako da se hladi. Formiranje zemljine kore bilo je praćeno aktivnom vulkanskom aktivnošću. Plinovi akumulirani u primarnoj atmosferi - produkti reakcija koje se odvijaju u utrobi Zemlje: ugljični dioksid (CO 2), ugljični monoksid (CO), amonijak (NH 3), metan (CH 4), sumporovodik (H 2 S) i mnogi drugi. Takvi gasovi se i dalje ispuštaju u atmosferu tokom vulkanskih erupcija.

Voda, koja je neprestano isparavala sa površine Zemlje, kondenzovala se u gornjim slojevima atmosfere i ponovo padala u obliku kiše na vrelu zemljinu površinu. Postepeno smanjenje temperature dovelo je do pljuskova, praćenih neprestanim grmljavinom, koji su pogodili Zemlju. Na površini zemlje su se počele formirati rezervoari. Atmosferski plinovi i one tvari koje su isprane iz zemljine kore otopljene su u vrućoj vodi. U atmosferi su od njenih komponenti nastajale jednostavne organske supstance (formaldehid, glicerin, neke aminokiseline, urea, mlečna kiselina itd.) pod uticajem čestih i jakih električnih pražnjenja, snažnog ultraljubičastog zračenja i aktivne vulkanske aktivnosti, koje bio je praćen emisijom radioaktivnih jedinjenja. Budući da u atmosferi još nije bilo slobodnog kisika, ova jedinjenja, ulazeći u vode primarnog okeana, nisu oksidirala i mogla su se akumulirati, postajući složenije strukture i formirajući koncentriranu "primarnu juhu". To se nastavilo desetinama miliona godina (Sl. 135).

Rice. 135. Glavne faze formiranja života

Američki naučnik Stenli Miler je 1953. godine izveo eksperiment u kome je simulirao uslove koji su postojali na Zemlji pre 4 milijarde godina (Sl. 136). Umjesto pražnjenja groma i ultraljubičastog zračenja, naučnik je koristio visokonaponsko električno pražnjenje (60 hiljada volti) kao izvor energije. Pražnjenje pražnjenja tokom nekoliko dana odgovaralo je po količini energije periodu od 50 miliona godina na drevnoj Zemlji. Nakon završetka eksperimenta, u izgrađenoj instalaciji otkriveni su organski spojevi: urea, mliječna kiselina i neke jednostavne aminokiseline.

Formiranje bioloških polimera i koacervata. Prvi stupanj biohemijske evolucije potvrđen je brojnim eksperimentima, ali šta se dogodilo u sljedećoj fazi, naučnici su mogli samo nagađati, oslanjajući se na znanja iz hemije i molekularne biologije. Očigledno, nastale organske tvari su međusobno djelovale i s neorganskim spojevima koji su ulazili u vodna tijela. Neki od njih su uništeni, isparljiva jedinjenja su prešla u atmosferu. Visoke temperature uzrokovale su konstantno isparavanje vode iz primarnih rezervoara, što je dovelo do višestrukih koncentracija organskih spojeva. Masne kiseline, reagujući sa alkoholima, formirale su lipide, koji su formirali masne filmove na površini rezervoara. Aminokiseline se međusobno kombinuju i formiraju peptide. Važan događaj ove faze bila je pojava nukleinskih kiselina - molekula sposobnih za reduplikaciju. Moderni biohemičari vjeruju da su se prvi formirali kratki lanci RNK, koji su se mogli samostalno sintetizirati, bez sudjelovanja posebnih enzima. Formiranje nukleinskih kiselina i njihova interakcija s proteinima postala je neophodan preduvjet za nastanak života koji se temelji na reakcijama sinteze matriksa i metabolizmu.

Rice. 136. Eksperiment S. Millera koji simulira uslove Zemljine primarne atmosfere

Oparin je smatrao da odlučujuću ulogu u pretvaranju neživih stvari u živa imaju vjeverica. Zbog svojih strukturnih karakteristika, ovi molekuli su u stanju da formiraju koloidne komplekse koji privlače molekule vode, koji formiraju neku vrstu ljuske oko proteina. Nastali su takvi kompleksi, stapajući se jedni s drugima koacervate– građevine izolovane od ostatka vodene mase. Koacervati su mogli razmjenjivati ​​tvari s okolinom i selektivno akumulirati različita jedinjenja. Apsorpcija metalnih jona koacervatima dovela je do stvaranja enzima. Proteini u koacervatima štitili su nukleinske kiseline od štetnog djelovanja ultraljubičastog zračenja. Sistemi ove vrste već su posjedovali neke karakteristike života, ali su im nedostajale biološke membrane koje bi ih preobrazile u prve žive organizme.

Formiranje membranskih struktura i primarnih organizama (probionta). Membrane su se mogle formirati od lipidnih filmova koji pokrivaju površinu rezervoara, na koje su bili vezani različiti peptidi rastvoreni u vodi. Kada je bilo naleta vjetra ili kada je rezervoar bio uznemiren, površinski film se savijao, a mjehurići su se mogli odvojiti od njega, podići u zrak i pasti natrag, prekrivajući se drugim slojem lipida-peptida (Sl. 137). Za dalju evoluciju života važne su bile one vezikule koje su sadržavale koacervate sa kompleksima proteina i nukleinske kiseline. Biološke membrane su pružale zaštitu i samostalno postojanje koacervatima, stvarajući urednost u biohemijskim procesima. Nakon toga, sačuvane su i transformirane u najjednostavnije žive organizme samo one strukture koje su bile sposobne za samoregulaciju i samoreprodukciju. Ovako su nastali probiontima- primitivni heterotrofni organizmi koji su se hranili organskim supstancama primordijalne čorbe. To se dogodilo prije 3,5-3,8 milijardi godina. Hemijska evolucija je završila, došlo je vrijeme biološka evolucijaživa materija (vidi).

Rice. 137. Formiranje membranskih struktura (prema A.I.Oparinu)

Prvi organizmi. Prvi živi organizmi bili su anaerobni heterotrofi, nisu imali unutarćelijske strukture i po strukturi su bili slični modernim prokariotima. Hranu i energiju dobijali su iz organskih materija abiogenog porekla. Ali tokom hemijske evolucije, koja je trajala 0,5-1,0 milijardi godina, uslovi na Zemlji su se promenili. Zalihe organskih tvari koje su sintetizirane u ranim fazama evolucije postupno su se iscrpljivale, a između primarnih heterotrofa je nastala žestoka konkurencija, što je ubrzalo pojavu autotrofa.

Prvi autotrofi bili su sposobni za fotosintezu, odnosno koristili su sunčevo zračenje kao izvor energije, ali nisu proizvodili kisik. Tek kasnije su se pojavile cijanobakterije koje su bile sposobne za fotosintezu oslobađanjem kisika. Akumulacija kisika u atmosferi dovela je do stvaranja ozonskog omotača koji je štitio primarne organizme od ultraljubičastog zračenja, ali je u isto vrijeme zaustavljena abiogena sinteza organskih tvari. Prisustvo kiseonika dovelo je do stvaranja aerobnih organizama, koji danas čine većinu živih organizama.

Paralelno sa poboljšanjem metaboličkih procesa, unutrašnja struktura organizama je postala složenija: formirano je jezgro, ribozomi i membranske organele, odnosno nastajale su eukariotske ćelije (Sl. 138). Neki primarni heterotrofi ušli su u simbiotske odnose s aerobnim bakterijama. Nakon što su ih uhvatili, heterotrofi su ih počeli koristiti kao energetske stanice. Tako su nastale moderne mitohondrije. Ovi simbionti su doveli do životinja i gljiva. Drugi heterotrofi su uhvatili ne samo aerobne heterotrofe, već i primarne fotosintetike - cijanobakterije, koje su ušle u simbiozu, formirajući sadašnje hloroplaste. Tako su se pojavili prethodnici biljaka.

Rice. 138. Mogući put za formiranje eukariotskih organizama

Trenutno živi organizmi nastaju samo kao rezultat reprodukcije. Spontano nastajanje života u savremenim uslovima nemoguće je iz više razloga. Prvo, u atmosferi kiseonika Zemlje, organska jedinjenja se brzo uništavaju, pa se ne mogu akumulirati i poboljšati. I drugo, trenutno postoji ogroman broj heterotrofnih organizama koji koriste bilo kakvu akumulaciju organskih tvari za svoju prehranu.

Pregledajte pitanja i zadatke

1. Koji su kosmički faktori u ranim fazama razvoja Zemlje bili preduslovi za nastanak organskih jedinjenja?

2. Navedite glavne faze nastanka života prema teoriji biopoeze.

3. Kako su nastali koacervati, koja su svojstva imali i u kom pravcu su evoluirali?

4. Recite nam kako su nastali probioti.

5. Opišite kako bi unutrašnja struktura prvih heterotrofa mogla postati složenija.

6. Zašto je spontano nastajanje života nemoguće u savremenim uslovima?

<<< Назад

Naprijed >>>

Abiogena sinteza organskih molekula. Savremeni pogledi na nastanak života. Da li je moguće da na Zemlji danas nastane život??			Datum: Lekcija 47 Klasa 9
Očekivani rezultati lekcije
Ciljevi lekcije		Obrazovni Formiranje svjesnih ideja o evoluciji kao istorijskom razvoju organskog svijeta na Zemlji. Razmotrite različite teorije o nastanku života na Zemlji, analizirajte argumente za i protiv Razvojni Razvoj mišljenja, sposobnost primjene u kognitivnoj i komunikacijskoj praksi Razvijanje sposobnosti izgrađivanja logičkog zaključivanja, zaključivanja i donošenja zaključaka; analizirati i istaknuti ono glavno iz predloženog materijala. Obrazovni Formiranje naučnog pogleda na svijet. Negovanje tolerantnog odnosa prema neistomišljenicima – pristalicama drugih gledišta koja se razlikuju od opšteprihvaćenih;
Vrsta lekcije		kombinovano
Vrsta lekcije		studija
Oblik rada		Grupno individualno
Oprema		Materijali, Whatman papir, markeri
“Oh, riješi mi zagonetku života, bolnu drevnu zagonetku, oko koje su se tolike glave već borile – glave u šeširima oslikanim hijeroglifima, glave u turbanima i crnim beretkama, glave u perikama i hiljade drugih jadnih ljudskih glava. ..” G. Heine.
vrijeme	Faza/aktivnost			resurse
Org moment. 3 min Ažuriranje znanja	Dragi prijatelji, mislim da ste se svi vi, bez izuzetka, pitali: "Kako je nastao život na našoj planeti?" Danas ćemo pokušati da rešimo ovu večnu „zagonetku života“, o kojoj su, kao što se vidi iz epigrafa naše lekcije, razmišljali mnogi pametni ljudi. Da bismo to učinili, postavićemo problematična pitanja. Tema lekcije Postavljanje ciljeva Kako je nastao život na Zemlji? Koja moderna gledišta i hipoteze o nastanku života na Zemlji postoje? Koje su najuvjerljivije? ŠTA JE ŽIVOT Friedrich Engels: „Život je način postojanja proteinskih tijela čija je bitna tačka stalna izmjena tvari sa vanjskom prirodom koja ih okružuje, a prestankom ovog metabolizma prestaje i život, što dovodi do razgradnje proteina.”
Provjera d.z. 5 minuta	Test "Evoluciona doktrina" 1.Evolucija se zove: a) individualni razvoj organizama b) promjene kod jedinki c) istorijski nepovratni razvoj organskog svijeta d) promjene u životu biljaka i životinja 2. Glavna pokretačka snaga evolucije je: a) varijabilnost b) nasljednost c) borba za postojanje d) prirodna selekcija 3. Borba za egzistenciju je: a) nadmetanje između organizama za uslove okoline b) uništavanje jedinki jedne vrste od strane jedinki druge vrste c) simbiotski odnosi nekih vrsta s drugima d) širenje vrste na novu teritoriju 4. Seksualni odabir je: a) prirodna selekcija koja se dešava između jedinki istog pola tokom sezone parenja b) prirodna selekcija uzrokovana: nadmetanjem jedinki različitih polova iste vrste za hranu c) oblik umjetne selekcije usmjerene na uništavanje muških jedinki (na primjer, kod pilića, pataka) 5. Oni nisu primjeri prirodnog djelovanja. izbor: a) pedigre španskog mastifa. b) industrijski melanizam insekata c) otpornost bakterija na antibiotike d) otpornost kućnih muva na pesticide 6. Mimikrija je: a) sličnost bespomoćne i jestive vrste s jednom ili više nesrodnih vrsta koje su dobro zaštićene i imaju upozoravajuću obojenost b) sličnost oblika i boje jedinki dvije srodne vrste. c) prisustvo posebne zaštitne opreme kod jedinki ove vrste 7.Aromorfoza je jedan od sljedećih evolucijskih događaja: a) pojava klase ptica b) pojava velikog broja porodica brojnih grabežljivih sisara
Učenje novog gradiva 7 minuta	Zadaci: 1 kreirajte klaster 2. izvući zaključke Sastavljanje klastera po grupama. Grupa 1 Abiogena sinteza organskih supstanci Grupa 2 Savremeni pogledi na nastanak života Grupa 3 Razvoj ideja o nastanku života
Primarna konsolidacija 5 minuta	Algoritam za pisanje eseja za diskusiju: Tema (problem) o kojoj se raspravlja. Moja pozicija. Kratko obrazloženje. Moguće primjedbe koje bi drugi mogli iznijeti. Razlog zašto je ova pozicija još uvijek tačna. Zaključak
Refleksija	Besplatan mikrofon
3 min Kuća. vježbe	Formulirajte novu hipotezu o nastanku života na Zemlji Geolozi, biolozi i svi paleontolozi Genetičari i hemičari Češu se po glavi Ili možda neko od vas Kreirajte vlastitu hipotezu Kako, zašto, kada i gdje Da li je život nastao na Zemlji?

I. Abiogena sinteza organskih supstanci – formiranje organskih supstanci iz neorganskih materija

1. Nastao prije 3,5 milijardi godina

2. Proveden je u dvije faze u primarnom okeanu:

Prva faza je formiranje organskih spojeva male molekularne težine

- ugljovodonici (CH4) primarne atmosfere reagovali su sa vodenom parom, NH3, H2, CO2, CO, N2 sa stvaranjem intermedijarnih organskih jedinjenja: alkohola, aldehida, ketona, organskih kiselina, koje su padale kišom u okean

- intermedijerna jedinjenja u primarnom okeanu su pretvorena u monosaharide, aminokiseline, nukleotide, fosfate - ATP (izvori energije za sintezu mogu biti električna pražnjenja groma, ultraljubičasto zračenje, toplotna energija, udarni talasi, energija eruptivnih vulkana, energija plime itd. )

- mogućnost takve sinteze je eksperimentalno dokazao 1953. S. Miller (Amerikanac) - u zatvorenom aparatu s kipućom vodom i hladnjakom, simulirajući uvjete koji su postojali na Zemlji prije 4 milijarde godina, u kojima je mješavina CH4, Pri prolasku kroz električna pražnjenja stavljeni su gasovi NH4 i H2, dobijaju se niskomolekularna organska jedinjenja - urea, alkoholi, aldehidi, organske kiseline, monosaharidi, masne kiseline, razne aminokiseline (u slučaju korišćenja jonizujućeg UV zračenja ili toplote umesto električna pražnjenja, ostale aminokiseline, masne kiseline, šećeri dobija se do 600 - riboza, dezoksiriboza, azotne baze - nukleotidi)

- mogućnost abiogene sinteze organskih spojeva potvrđuje činjenica da se nalaze u svemiru (formaldehid, mravlja kiselina, etil alkohol itd.)

Druga faza je sinteza visokomolekularnih organskih supstanci iz jednostavnih organskih jedinjenja - biopolimera: proteina, lipida, polisaharida, nukleinskih kiselina (RNA)

1. Nastao u primordijalnom okeanu

2. Provedena je kao rezultat reakcija polikondenzacije (polimerizacije); potrebna energija je postignuta temperaturom od oko 100 C ili jonizujućim zračenjem uz uklanjanje slobodne vode (S. Fox, Amerikanac, 1997.)

3. Koncentracija niskomolekularnih supstanci potrebnih za pokretanje reakcije postignuta je kao rezultat njihove adsorpcije u glinovitim sedimentima dna ili poroznim vulkanskim tufovima

(eksperimentalno je pokazano da vodena otopina aminokiselina u prisustvu glinice i ATP-a može proizvesti polimerne lance - polipeptide)

4. Voda mora i okeana bila je zasićena biopolimerima abiogenog porijekla, formirajući tzv. "primordijalni bujon"

Savremeni pogledi na nastanak života

A. I. Oparinova hipoteza. Najznačajnija karakteristika hipoteze A. I. Oparina je postepeno usložnjavanje hemijske strukture i morfološkog izgleda prethodnika života (probionta) na putu do živih organizama.

Veliki broj dokaza ukazuje na to da su okruženje za nastanak života mogle biti priobalna područja mora i okeana. Ovdje, na spoju mora, kopna i zraka, stvoreni su povoljni uslovi za stvaranje složenih organskih spojeva. Na primjer, otopine nekih organskih tvari (šećeri, alkoholi) su vrlo stabilne i mogu postojati neograničeno dugo. U koncentriranim otopinama proteina i nukleinskih kiselina mogu se formirati ugrušci slični ugrušcima želatine u vodenim otopinama. Takvi ugrušci se nazivaju koacervatne kapi ili koacervati (Sl. 70). Koacervati su sposobni da adsorbuju različite supstance. Hemijski spojevi u njih ulaze iz otopine, koji se transformiraju kao rezultat reakcija koje se odvijaju u kapljicama koacervata i ispuštaju se u okoliš.

Koacervati još nisu živa bića. Oni pokazuju samo vanjsku sličnost s takvim karakteristikama živih organizama kao što su rast i metabolizam s okolinom. Stoga se pojava koacervata smatra fazom razvoja prije života.

Koacervati su prošli veoma dug proces selekcije za strukturnu stabilnost. Stabilnost je postignuta stvaranjem enzima koji kontrolišu sintezu određenih spojeva. Najvažnija faza u nastanku života bila je pojava mehanizma za reprodukciju svoje vrste i nasljeđivanje svojstava prethodnih generacija. To je postalo moguće zbog formiranja složenih kompleksa nukleinskih kiselina i proteina. Nukleinske kiseline, sposobne za samoreprodukciju, počele su kontrolirati sintezu proteina, određujući redoslijed aminokiselina u njima. A enzimski proteini su izvršili proces stvaranja novih kopija nukleinskih kiselina. Tako je nastala glavna karakteristika života - sposobnost reprodukcije molekula sličnih sebi.

Živa bića su takozvani otvoreni sistemi, odnosno sistemi u koje energija dolazi spolja. Bez opskrbe energijom život ne može postojati. Kao što znate, prema načinu potrošnje energije (vidi Poglavlje III), organizmi se dijele u dvije velike grupe: autotrofne i heterotrofne. Autotrofni organizmi direktno koriste sunčevu energiju u procesu fotosinteze (zelene biljke), heterotrofni organizmi koriste energiju koja se oslobađa pri razgradnji organskih tvari.

Očigledno, prvi organizmi su bili heterotrofi, koji su dobijali energiju razgradnjom organskih jedinjenja bez kiseonika. U zoru života nije bilo slobodnog kiseonika u Zemljinoj atmosferi. Pojava atmosfere modernog hemijskog sastava usko je povezana sa razvojem života. Pojava organizama sposobnih za fotosintezu dovela je do oslobađanja kisika u atmosferu i vodu. U njegovoj prisutnosti postala je moguća kisikova razgradnja organskih tvari, koja proizvodi višestruko više energije nego u nedostatku kisika.

Od trenutka svog nastanka, život čini jedan biološki sistem – biosferu (vidi Poglavlje XVI). Drugim riječima, život nije nastao u obliku pojedinačnih izolovanih organizama, već odmah u obliku zajednica. Evoluciju biosfere u cjelini karakterizira stalna komplikacija, odnosno nastanak sve složenijih struktura.

Da li je moguće da na Zemlji sada nastane život? Iz onoga što znamo o nastanku života na Zemlji jasno je da je proces nastanka živih organizama iz jednostavnih organskih jedinjenja bio izuzetno dug. Da bi život nastao na Zemlji, bio je potreban evolucijski proces koji je trajao mnogo miliona godina, tokom kojeg su složene molekularne strukture, prvenstveno nukleinske kiseline i proteini, odabrane za stabilnost, za sposobnost reprodukcije svoje vrste.

Ako danas na Zemlji, negdje u područjima intenzivne vulkanske aktivnosti, mogu nastati prilično složena organska jedinjenja, onda je vjerovatnoća da će ova jedinjenja postojati bilo koji vremenski period zanemarljiva. Oni će odmah biti oksidirani ili iskorišteni od strane heterotrofnih organizama. Čarls Darvin je ovo veoma dobro razumeo. Godine 1871. napisao je: „Ali ako bi sada... u nekoj toploj vodi koja sadrži sve potrebne soli amonijuma i fosfora i dostupna je uticaju svetlosti, toplote, elektriciteta, itd., hemijski je formiran protein koji je sposoban daljih, sve složenijih transformacija, ta supstanca bi se odmah uništila ili apsorbirala, što je bilo nemoguće u periodu prije pojave živih bića.”

Život je nastao na Zemlji abiogeno. Trenutno, živa bića dolaze samo od živih bića (biogenog porijekla). Isključena je mogućnost ponovnog pojavljivanja života na Zemlji.

Razvoj ideja o nastanku života

Teorija o nastanku života na Zemlji. Od davnina do našeg vremena, iznesene su bezbrojne hipoteze o nastanku života na Zemlji. Sva njihova raznolikost svodi se na dva međusobno isključiva gledišta.

Zagovornici teorije biogeneze (od grčkog "bios" - život i "genesis" - porijeklo) vjerovali su da sva živa bića potječu samo od živih bića. Njihovi protivnici su branili teoriju abiogeneze (“a” - latinski, negativni prefiks); vjerovali su da je moguće porijeklo živih bića od neživih.

Mnogi srednjovjekovni naučnici pretpostavljali su mogućnost spontanog nastajanja života. Po njihovom mišljenju, ribe bi se mogle roditi iz mulja, crvi iz zemlje, miševi iz blata, muhe iz mesa itd.

Protiv teorije spontanog generisanja u 17. veku. Govorio je firentinski doktor Francesco Redi. Stavljanjem mesa u zatvoreni lonac, Redi je pokazao da larve puhača ne klijaju spontano u pokvarenom mesu. Zagovornici teorije spontanog nastajanja nisu odustajali; tvrdili su da do spontanog stvaranja larvi nije došlo samo iz razloga što zrak nije ušao u zatvoreni lonac. Zatim je Redi stavio komade mesa u nekoliko dubokih posuda. Neke je ostavio otvorene, a neke prekrio muslinom. Nakon nekog vremena, meso u otvorenim posudama je vrvjelo larvama muva, dok u posudama prekrivenim muslinom nije bilo larvi u trulom mesu.

Mikroskop je ljudima otkrio mikrosvijet. Promatranja su pokazala da se mikroorganizmi otkrivaju nakon nekog vremena u dobro zatvorenoj tikvici s mesnom juhom ili infuzijom sijena. Ali čim se mesna čorba kuhala sat vremena i vrat zapečaćen, ništa se nije pojavilo u zatvorenoj tikvici. Vitalisti su sugerirali da produženo vrenje ubija „vitalnu silu“, koja ne može prodrijeti u zatvorenu bocu.

Sporovi između pristalica abiogeneze i biogeneze nastavili su se u 19. vijeku. Čak je i Lamark pisao 1809. o mogućnosti spontanog stvaranja gljiva.

Pasteurov eksperiment. Pojavom Darwinove knjige “Porijeklo vrsta” ponovo se postavilo pitanje kako je nastao život na Zemlji. Francuska akademija nauka je 1859. godine dodijelila posebnu nagradu za pokušaj da se baci novo svjetlo na pitanje spontanog nastajanja. Ovu nagradu je 1862. godine primio poznati francuski naučnik Louis Pasteur.

LOUIS PASTER (1822-1895) - francuski mikrobiolog i hemičar. Osnivač mikrobiologije. Otkrivene anaerobne bakterije. Pokazala energetsku vrijednost fermentacije. Istraživao je problem mogućnosti nastanka života. Predložio je vakcinaciju protiv bjesnila, antraksa i pasterizaciju (zagrijavanje na 70°C) kao način uništavanja živih bakterija (ali ne i njihovih spora) kako bi se sačuvala hrana.

L. Pasteur je izveo eksperiment koji je u jednostavnosti parirao Redijevom čuvenom eksperimentu. U tikvici je prokuhao razne hranljive podloge u kojima su mogli rasti mikroorganizmi. Prilikom dugotrajnog ključanja u tikvici uginuli su ne samo mikroorganizmi, već i njihove spore. Sjećajući se vitalističke tvrdnje da mitska “životna sila” ne može prodrijeti u zatvorenu bocu, Pasteur je na nju pričvrstio cijev u obliku slova S sa slobodnim krajem (Sl. 68). Spore mikroorganizama su se smjestile na površini tanke zakrivljene cijevi i nisu mogle prodrijeti u hranljivi medij. Dobro prokuhan hranljivi medij ostao je sterilan, u njemu nije uočeno spontano stvaranje mikroorganizama, iako je bio osiguran pristup zraku (a sa njim i ozloglašena "vitalna sila").

Rice. 68. Shema L. Pasteurovog eksperimenta u tikvicama sa vratom u obliku slova S.
A - u tikvici sa grlom u obliku slova S, hranjivi medij ostaje sterilan dugo vremena nakon ključanja; B - ako uklonite grlo u obliku slova S, tada se mikroorganizmi brzo razvijaju u okolini

Pasteurovi eksperimenti su dokazali nemogućnost spontanog stvaranja života. Koncept “životne snage” - vitalizam - zadat je slomljiv udarac.

Abiogena sinteza organskih supstanci. Pasteurov eksperiment pokazao je nemogućnost spontanog stvaranja života u današnje vrijeme. Pitanje porijekla života na našoj planeti dugo je ostalo otvoreno.

Godine 1924., poznati biohemičar A.I. Oparin je sugerirao da uz snažna električna pražnjenja u Zemljinoj atmosferi, koja se prije 4-4,5 milijardi godina sastojala od amonijaka, metana, ugljičnog dioksida i vodene pare, mogu nastati najjednostavnija organska jedinjenja neophodna za nastanak život. Predviđanje akademika Oparina se potvrdilo. Godine 1955. američki istraživač S. Miller, propuštajući električna pražnjenja napona do 60.000 V kroz mješavinu para CH 4, NH 3, H 2 i H 2 0 pod pritiskom od nekoliko paskala na temperaturi od 80 °C , dobija najjednostavnije masne kiseline, ureu, sirćetnu i mravlju kiselinu i nekoliko aminokiselina, uključujući glicin i alanin (slika 69).

Rice. 69. Šema S. Millerovog uređaja u kojem se sintetiziraju aminokiseline

Kao što već znamo, aminokiseline su "građevinski blokovi" od kojih se grade proteinski molekuli. Stoga su eksperimentalni dokazi o mogućnosti stvaranja aminokiselina iz anorganskih spojeva izuzetno važan pokazatelj da je prvi korak ka nastanku života na Zemlji bila abiogena (nebiološka) sinteza organskih tvari (vidi prednji list).

Za ljude koji žele da se stalno usavršavaju, nešto nauče i stalno nešto novo nauče, posebno smo napravili ovu kategoriju. Sadrži isključivo edukativne, korisne sadržaje u kojima ćete sigurno uživati. Veliki broj video zapisa može se suprotstaviti čak i obrazovanju koje imamo u školi, fakultetu ili univerzitetu. Najveća stvar u vezi s trenažnim videozapisima je to što pokušavaju dati najnovije, najrelevantnije informacije. Svijet oko nas u eri tehnologije stalno se mijenja, a štampane obrazovne publikacije jednostavno nemaju vremena da pruže najnovije informacije.

Među video zapisima možete pronaći i edukativne video zapise za djecu predškolskog uzrasta. Tamo će vaše dijete naučiti slova, brojeve, brojanje, čitanje itd. Slažem se, to je vrlo dobra alternativa crtanim filmovima. Za učenike osnovnih škola takođe možete pronaći obuku engleskog jezika i pomoć u učenju školskih predmeta. Za starije učenike kreirani su edukativni video zapisi koji će vam pomoći da se pripremite za testove, ispite ili jednostavno produbite svoje znanje iz određenog predmeta. Stečena znanja mogu kvalitativno uticati na njihov mentalni potencijal, kao i obradovati vas odličnim ocjenama.

Za mlade koji su već završili školu, studiraju ili ne studiraju na fakultetu, postoji mnogo fascinantnih edukativnih videa. Mogu im pomoći da prodube svoje znanje o profesiji za koju se školuju. Ili steknete profesiju, kao što je programer, web dizajner, SEO optimizator itd. Ova profesija se još ne uči na fakultetima, tako da možete postati specijalista u ovoj naprednoj i relevantnoj oblasti samo samoobrazovanjem, u čemu pokušavamo pomoći prikupljanjem najkorisnijih videa.

Za odrasle je ova tema također relevantna, jer se često dešava da nakon godina rada u struci dođete do shvaćanja da to nije vaša stvar i želite naučiti nešto sebi prikladnije, a ujedno i isplativo. Takođe među ovom kategorijom ljudi često se nalaze i video snimci o vrsti samousavršavanja, uštedi vremena i novca, optimizaciji svog života, u kojima pronalaze načine da žive mnogo boljim i sretnijim životom. Čak i za odrasle, tema stvaranja i razvoja vlastitog posla je vrlo prikladna.

Također među edukativnim videima postoje video snimci s općim fokusom koji su prikladni za gotovo sve uzraste; u njima možete saznati kako je život počeo, koje teorije evolucije postoje, činjenice iz istorije itd. Savršeno proširuju vidike osobe, čineći ga mnogo učenijim i ugodnijim intelektualnim sagovornikom. Ovakvi edukativni video zapisi su zaista korisni za gledanje svima, bez izuzetka, jer znanje je moć. Želimo Vam ugodno i korisno gledanje!

Danas je jednostavno potrebno biti ono što se zove „na talasu“. To se ne odnosi samo na vijesti, već i na razvoj vlastitog uma. Ako se želite razvijati, istraživati ​​svijet, biti traženi u društvu i biti zanimljivi, onda je ova rubrika samo za vas.

Poreklo života na Zemlji ključni je i neriješen problem u prirodnim naukama, koji često služi kao osnova za sukob između nauke i religije. Ako se prisustvo u prirodi evolucije žive materije može smatrati dokazanim, budući da su otkriveni njeni mehanizmi, arheolozi su otkrili drevne, jednostavnije strukturirane organizme, onda ni jedna hipoteza o nastanku života nema tako opsežnu bazu dokaza. Evoluciju možemo promatrati vlastitim očima, barem u selekciji. Niko nije uspio stvoriti živa bića od neživih stvari.

Uprkos velikom broju hipoteza o nastanku života, samo jedna od njih ima prihvatljivo naučno objašnjenje. Ovo je hipoteza abiogeneza- dugoročna hemijska evolucija, koja se odvijala u posebnim uslovima drevne Zemlje i koja je prethodila biološkoj evoluciji. Istovremeno, iz neorganskih su se prvo sintetizirale jednostavne organske tvari, zatim složenije, zatim su se pojavili biopolimeri, sljedeće faze su spekulativnije i teško dokazive. Hipoteza abiogeneze ima mnoge neriješene probleme i različite poglede na određene faze kemijske evolucije. Međutim, neke od njegovih tačaka su eksperimentalno potvrđene.

Druge hipoteze o nastanku života - panspermija(donošenje života iz svemira), kreacionizam(kreacija od strane kreatora), spontana generacija(živi organizmi se iznenada pojavljuju u neživoj materiji), Stabilno stanje(život je oduvek postojao). Nemogućnost spontanog nastajanja života u neživim bićima dokazali su Louis Pasteur (19. vek) i niz naučnika pre njega, ali ne tako kategorično (F. Redi - 17. vek). Hipoteza o panspermiji ne rješava problem nastanka života, već ga prenosi sa Zemlje u svemir ili na druge planete. Međutim, teško je opovrgnuti ovu hipotezu, posebno oni njenih predstavnika koji tvrde da život na Zemlju nisu donijeli meteoriti (u ovom slučaju bi živa bića mogla gorjeti u slojevima atmosfere, biti podvrgnuta destruktivnom djelovanju kosmičkog zračenje, itd.), ali od strane inteligentnih bića. Ali kako su stigli na Zemlju? Sa stanovišta fizike (ogromna veličina svemira i nemogućnost savladavanja brzine svjetlosti), to je teško moguće.

Po prvi put moguću abiogenezu je potkrijepio A.I. Oparina (1923-1924), kasnije je ovu hipotezu razvio J. Haldane (1928). Međutim, ideju da je životu na Zemlji moglo prethoditi abiogeno formiranje organskih jedinjenja već je Darwin izrazio. Teorija abiogeneze je usavršena i usavršavaju je drugi naučnici do danas. Njegov glavni neriješeni problem su detalji tranzicije sa složenih neživih sistema na jednostavne žive organizme.

Godine 1947. J. Bernal je, na osnovu razvoja Oparina i Haldanea, formulisao teoriju biopoeze, identifikujući tri stadijuma u abiogenezi: 1) abiogena pojava bioloških monomera; 2) formiranje biopolimera; 3) formiranje membrana i formiranje primarnih organizama (protobionta).

Abiogeneza

Hipotetički scenario nastanka života prema teoriji abiogeneze opisan je u nastavku u opštim crtama.

Starost Zemlje je oko 4,5 milijardi godina. Prema naučnicima, tekuća voda na planeti, toliko neophodna za život, pojavila se prije 4 milijarde godina. U isto vrijeme, prije 3,5 milijardi godina, život je već postojao na Zemlji, što dokazuje otkriće stijena takve starosti sa tragovima vitalne aktivnosti mikroorganizama. Tako su prvi najjednostavniji organizmi nastali relativno brzo - za manje od 500 miliona godina.

Kada se Zemlja prvi put formirala, njena temperatura je mogla dostići 8000 °C. Kako se planeta hladila, metali i ugljenik, najteži elementi, kondenzovali su se i formirali zemljinu koru. Istovremeno je došlo do vulkanske aktivnosti, kora se pomjerila i sabijala, na njoj su se formirali nabori i lomovi. Gravitacijske sile dovele su do zbijanja kore, što je oslobađalo energiju u obliku topline.

Laki gasovi (vodonik, helijum, azot, kiseonik itd.) planeta nije zadržala i otišli su u svemir. Ali ovi elementi su ostali u sastavu drugih supstanci. Sve dok temperatura na Zemlji nije pala ispod 100 °C, sva voda je bila u stanju pare. Nakon pada temperature, isparavanje i kondenzacija su se ponavljali mnogo puta, a bilo je i jakih pljuskova i grmljavina. Vruća lava i vulkanski pepeo, kada su jednom u vodu, stvorili su različite životne uslove. Kod nekih se mogu javiti određene reakcije.

Dakle, fizički i hemijski uslovi na ranoj Zemlji bili su povoljni za formiranje organskih i neorganskih supstanci. Atmosfera je bila redukcionog tipa, u njoj nije bilo slobodnog kiseonika i ozonskog omotača. Zbog toga je ultraljubičasto i kosmičko zračenje prodrlo u Zemlju. Drugi izvori energije bili su toplota zemljine kore, koja se još nije ohladila, erupcija vulkana, grmljavine i radioaktivni raspad.

Atmosfera je sadržavala metan, ugljične okside, amonijak, sumporovodik, jedinjenja cijanida i vodenu paru. Od njih je sintetiziran niz jednostavnih organskih tvari. Zatim se mogu formirati aminokiseline, šećeri, dušične baze, nukleotidi i druga složenija organska jedinjenja. Mnogi od njih su služili kao monomeri za buduće biološke polimere. Odsustvo slobodnog kiseonika u atmosferi pogodovalo je nastanku reakcija.

Hemijski eksperimenti (prvi 1953. S. Miller i G. Ury), simulirajući uslove drevne Zemlje, dokazali su mogućnost abiogene sinteze organskih tvari iz neorganskih. Propuštanjem električnih pražnjenja kroz mješavinu plinova koja je simulirala primitivnu atmosferu, u prisustvu vodene pare, dobijene su aminokiseline, organske kiseline, dušične baze, ATP itd.

Treba napomenuti da su se u drevnoj atmosferi Zemlje najjednostavnije organske tvari mogle formirati ne samo abiogeno. Oni su također doneseni iz svemira i sadržani u vulkanskoj prašini. Štaviše, to bi mogle biti prilično velike količine organske tvari.

Organska jedinjenja male molekularne težine nakupila su se u okeanu, stvarajući takozvanu primordijalnu supu. Supstance su se adsorbovale na površini glinenih naslaga, što je povećalo njihovu koncentraciju.

U određenim uslovima drevne Zemlje (na primjer, na glini, padinama rashladnih vulkana) mogla je doći do polimerizacije monomera. Tako su nastali proteini i nukleinske kiseline - biopolimeri, koji su kasnije postali hemijska osnova života. U vodenoj sredini polimerizacija je malo verovatna, jer se depolimerizacija obično dešava u vodi. Eksperimenti su dokazali mogućnost sintetiziranja polipeptida iz aminokiselina u kontaktu s komadićima vruće lave.

Sljedeći važan korak na putu do nastanka života je formiranje koacervatnih kapljica u vodi ( koacervate) od polipeptida, polinukleotida i drugih organskih jedinjenja. Takvi kompleksi mogu imati sloj izvana koji imitira membranu i održava njihovu stabilnost. Koacervati su eksperimentalno dobiveni u koloidnim otopinama.

Proteinski molekuli su amfoterni. Oni privlače molekule vode na sebe tako da se oko njih formira školjka. Nastali koloidni hidrofilni kompleksi se izoluju iz vodene mase. Kao rezultat, u vodi se formira emulzija. Zatim se koloidi spajaju jedni s drugima i formiraju se koacervati (proces se naziva koacervacija). Koloidni sastav koacervata zavisio je od sastava sredine u kojoj je nastao. U različitim rezervoarima drevne Zemlje formirani su koacervati različitog hemijskog sastava. Neki od njih su bili stabilniji i mogli su u određenoj mjeri vršiti selektivni metabolizam sa okolinom. Desila se neka vrsta biohemijske prirodne selekcije.

Koacervati su sposobni da selektivno apsorbuju određene supstance iz okoline i ispuštaju u nju određene produkte hemijskih reakcija koje se u njima odvijaju. To je kao metabolizam. Kako su se tvari akumulirale, koacervati su rasli, a kada su dostigli kritične veličine, raspali su se na dijelove, od kojih je svaki zadržao karakteristike prvobitne organizacije.

Hemijske reakcije mogu se dogoditi unutar samih koacervata. Enzimi se mogu formirati kada se metalni joni apsorbuju koacervatima.

U procesu evolucije ostali su samo oni sistemi koji su bili sposobni za samoregulaciju i samoreprodukciju. To je označilo početak sljedeće faze u nastanku života - nastajanja protobiontima(prema nekim izvorima, ovo je isto što i koacervati) - tijela koja imaju složen hemijski sastav i niz svojstava živih bića. Protobioti se mogu smatrati najstabilnijim i najuspješnije dobijenim koacervatima.

Membrana se može formirati na sljedeći način. Masne kiseline u kombinaciji sa alkoholima formiraju lipide. Lipidi su formirali filmove na površini rezervoara. Njihove nabijene glave su okrenute prema vodi, a njihovi nepolarni krajevi okrenuti su prema van. Molekuli proteina koji plutaju u vodi privučeni su lipidnim glavama, što je rezultiralo stvaranjem dvostrukih lipoproteinskih filmova. Vjetar bi mogao saviti takav film i stvarali bi se mehurići. Koacervati su možda slučajno zarobljeni u ovim vezikulama. Kada su se takvi kompleksi ponovo pojavili na površini vode, bili su prekriveni drugim slojem lipoproteina (zbog hidrofobnih interakcija sa nepolarnim krajevima lipida okrenutim jedan prema drugom). Opšti izgled membrane današnjih živih organizama je dva sloja lipida iznutra i dva sloja proteina koji se nalaze na rubovima. Ali tokom miliona godina evolucije, membrana je postala složenija zbog uključivanja proteina koji su uronjeni u lipidni sloj i koji prodiru u njega, protruzije i invaginacije pojedinih dijelova membrane, itd.

Koacervati (ili protobioti) mogu sadržavati već postojeće molekule nukleinske kiseline sposobne za samoreprodukciju. Nadalje, kod nekih protobionata moglo bi se dogoditi takvo restrukturiranje da je nukleinska kiselina počela da kodira protein.

Evolucija protobionata više nije hemijska, već prebiološka evolucija. To je dovelo do poboljšanja katalitičke funkcije proteina (počeli su djelovati kao enzimi), membrana i njihove selektivne permeabilnosti (što protobiont čini stabilnim skupom polimera), te do pojave šablonske sinteze (prijenos informacija iz nukleinske kiseline). do nukleinske kiseline i od nukleinske kiseline do proteina).

Faze nastanka i evolucije života

	Evolucija	rezultate
1	Hemijska evolucija - sinteza jedinjenja	Jednostavne organske supstance Biopolimeri
2	Prebiološka evolucija – hemijska selekcija: ostaju najstabilniji protobioti sposobni za samoreprodukciju	Koacervati i protobioti Enzimska kataliza Matrična sinteza Membrane
3	Biološka evolucija - biološka selekcija: borba za postojanje, opstanak onih koji su najprilagođeniji uslovima sredine	Prilagođavanje organizama specifičnim uslovima sredine Raznolikost živih organizama

Jedna od najvećih misterija porijekla života ostaje pitanje kako je RNK kodirala sekvencu aminokiselina proteina. Pitanje se odnosi na RNK, a ne DNK, jer se vjeruje da je u početku ribonukleinska kiselina igrala ne samo ulogu u implementaciji nasljednih informacija, već je bila i odgovorna za njihovo skladištenje. DNK ga je kasnije zamijenila, nastala iz RNK reverznom transkripcijom. DNK je pogodnija za pohranjivanje informacija i stabilnija je (manje sklona reakcijama). Stoga je u procesu evolucije upravo ona ostala kao čuvar informacija.

Godine 1982. T. Check je otkrio katalitičku aktivnost RNK. Osim toga, RNK se može sintetizirati pod određenim uvjetima, čak iu odsustvu enzima, i također formirati kopije same sebe. Stoga se može pretpostaviti da su RNK prvi biopolimeri (hipoteza RNK svijeta). Neki dijelovi RNK mogli su slučajno kodirati peptide korisne za protobiont; drugi dijelovi RNK su postali izrezani introni u procesu evolucije.

U protobiontima je nastala povratna sprega - RNK kodira enzimske proteine, enzimski proteini povećavaju količinu nukleinskih kiselina.

Početak biološke evolucije

Hemijska evolucija i evolucija protobionata trajala je više od milijardu godina. Život je nastao i započela je njegova biološka evolucija.

Od nekih protobionata nastale su primitivne ćelije koje su uključivale čitav niz svojstava živih bića koje danas posmatramo. Implementirali su skladištenje i prijenos nasljednih informacija, njihovu upotrebu za stvaranje struktura i metabolizam. Energiju za vitalne procese davali su molekuli ATP-a i pojavile su se membrane tipične za ćelije.

Prvi organizmi bili su anaerobni heterotrofi. Dobili su energiju pohranjenu u ATP-u fermentacijom. Primjer je glikoliza - razgradnja šećera bez kisika. Ovi organizmi su se hranili organskom materijom iz primordijalne čorbe.

Ali rezerve organskih molekula postupno su se iscrpljivale, kako su se uslovi na Zemlji mijenjali, a nova organska tvar se gotovo više nije sintetizirala abiogenim putem. U uslovima konkurencije za prehrambene resurse, evolucija heterotrofa se ubrzala.

Prednost su dobile bakterije koje su mogle fiksirati ugljični dioksid stvaranjem organskih tvari. Autotrofna sinteza nutrijenata je složenija od heterotrofne ishrane, tako da nije mogla nastati u ranim oblicima života. Od nekih supstanci, pod uticajem energije sunčevog zračenja, nastala su jedinjenja neophodna za ćeliju.

Prvi fotosintetski organizmi nisu proizvodili kiseonik. Fotosinteza s njenim oslobađanjem najvjerovatnije se kasnije pojavila u organizmima sličnim modernim plavo-zelenim algama.

Akumulacija kisika u atmosferi, pojava ozonskog zaslona i smanjenje količine ultraljubičastog zračenja doveli su do gotovo nemogućnosti abiogene sinteze složenih organskih tvari. S druge strane, novi oblici života su u takvim uslovima postali stabilniji.

Disanje kiseonika se proširilo na Zemlju. Anaerobni organizmi su preživjeli samo na određenim mjestima (na primjer, postoje anaerobne bakterije koje žive u toplim podzemnim izvorima).