Najväčšieho uznania a rozšírenia sa v 20. storočí dočkala hypotéza o vzniku života na Zemi, ktorú navrhli známy ruský biochemik akademik A. I. Oparin (1894-1980) a anglický biochemik J. Haldane (1892-1964). Podstata ich hypotézy, ktorú sformulovali nezávisle od seba v rokoch 1924-1928. a vyvinuté v nasledujúcich dobách, sa scvrkáva na existenciu dlhého obdobia abiogénnej tvorby veľkého množstva organických zlúčenín na Zemi. Tieto organické látky nasýtili staroveké oceány a vytvorili (podľa J. Haldana) takzvaný „primárny vývar“. Následne, v dôsledku mnohých procesov lokálneho plytčenia a vysychania oceánov, by sa koncentrácia „primárneho bujónu“ mohla zvýšiť desaťkrát a stokrát. Tieto procesy sa vyskytli na pozadí intenzívnej sopečnej činnosti, častých bleskových výbojov v atmosfére a silného kozmického žiarenia. Za týchto podmienok by mohlo dochádzať k postupnej komplikácii molekúl organických látok, vzniku jednoduchých bielkovín, polysacharidov, lipidov a nukleových kyselín. Počas mnohých stoviek a tisícok rokov mohli vytvárať zhluky organických látok (koacerváty). V podmienkach obnovy sa koacerváty nezničili, postupne sa stali zložitejšími a v určitom bode ich vývoja z nich mohli vzniknúť prvé primitívne organizmy (probionty). Túto hypotézu prijalo a ďalej rozvíjalo mnoho vedcov z rôznych krajín a v roku 1947 anglický vedec John Bernal sformuloval hypotézu biopoézy. Vo formovaní života identifikoval tri hlavné štádiá: 1) abiogénny vznik organických monomérov; 2) tvorba biologických polymérov; 3) vývoj membránových štruktúr a prvých organizmov.

Stručne zvážime procesy a štádiá biopoézy.

Prvou fázou biopoézy bola séria procesov nazývaných chemická evolúcia, ktoré viedli k objaveniu sa probiontov - prvých živých bytostí. Jeho trvanie odhadujú rôzni vedci na 100 až 1000 miliónov rokov. Toto je prehistória života na našej planéte.

Abiogénna biosyntéza organických zlúčenín

Zem ako planéta vznikla asi pred 4,5 miliardami rokov (podľa iných zdrojov - asi pred 13 miliardami rokov, ale zatiaľ nemajú silné dôkazy). Ochladzovanie Zeme začalo asi pred 4 miliardami rokov a vek zemskej kôry sa odhaduje na asi 3,9 miliardy rokov. V tomto bode sa tvorí aj oceán a primárna atmosféra Zeme. Zem bola v tom čase dosť teplá v dôsledku uvoľňovania tepla počas tuhnutia a kryštalizácie zložiek kôry a aktívnej sopečnej činnosti. Voda bola dlho v parnom stave, vyparovala sa z povrchu Zeme, kondenzovala v horných vrstvách atmosféry a opäť padala na horúci povrch. To všetko sprevádzali takmer neustále búrky so silnými elektrickými výbojmi. Neskôr sa začnú vytvárať nádrže a primárne oceány. Staroveká atmosféra Zeme neobsahovala voľný kyslík a bola nasýtená sopečnými plynmi, medzi ktoré patrili oxidy síry, dusíka, amoniak, oxidy uhlíka a oxidy, vodná para a množstvo ďalších zložiek. Silné kozmické žiarenie a slnečné žiarenie (v atmosfére ešte nebola ozónová vrstva), časté a silné elektrické výboje, aktívna sopečná činnosť, sprevádzaná uvoľňovaním veľkých hmôt rádioaktívnych zložiek, viedli k tvorbe organických zlúčenín ako formaldehyd, atď. kyselina mravčia, močovina, kyselina mliečna, glycerín, glycín, niektoré jednoduché aminokyseliny atď. Keďže v atmosfére nebol voľný kyslík, tieto zlúčeniny neoxidovali a mohli sa hromadiť v teplých a dokonca aj vriacich vodách a postupne sa stávajú zložitejšími v štruktúre , tvoriaci takzvaný „primárny vývar“. Trvanie týchto procesov bolo mnoho miliónov a desiatok miliónov rokov. Takto sa realizovala prvá etapa biopoézy – tvorba a akumulácia organických monomérov.

Fáza polymerizácie organických monomérov

Významná časť výsledných monomérov bola zničená pod vplyvom vysokých teplôt a mnohých chemických reakcií, ktoré prebiehali v „primárnom bujóne“. Prchavé zlúčeniny prešli do atmosféry a prakticky zmizli z vodných útvarov. Pravidelné vysychanie vodných útvarov viedlo k mnohonásobnému zvýšeniu koncentrácie rozpustených organických zlúčenín. Na pozadí vysokej chemickej aktivity prostredia sa vyskytli procesy komplikácií týchto zlúčenín a mohli navzájom vstúpiť do zlúčenín (kondenzačné reakcie, polymerizácia atď.). Mastné kyseliny v kombinácii s alkoholmi môžu vytvárať lipidy a vytvárať mastné filmy na povrchu vodných útvarov. Aminokyseliny by sa mohli navzájom kombinovať a vytvárať čoraz komplexnejšie peptidy. Mohli vznikať aj iné typy zlúčenín – nukleové kyseliny, polysacharidy atď. Prvé nukleové kyseliny, ako sa moderní biochemici domnievajú, boli malé reťazce RNA, keďže sa dali, podobne ako oligopeptidy, spontánne syntetizovať v prostredí s vysokým obsahom minerálov zložky, bez účasti enzýmov . Polymerizačné reakcie mohli byť citeľne aktivované pri výraznom zvýšení koncentrácie roztoku (vysychanie zo zásobníka) a to aj vo vlhkom piesku alebo pri úplnom vyschnutí zásobníkov (možnosť výskytu takýchto reakcií v suchom stave ukázala napr. americký biochemik S. Fox). Následné dažde rozpustili molekuly syntetizované na súši a transportovali ich vodnými prúdmi do nádrží. Takéto procesy môžu mať cyklický charakter, čo vedie k ešte väčšej zložitosti organických polymérov.

Tvorba koacervátov

Ďalším štádiom vzniku života bola tvorba koacervátov, teda veľkých akumulácií komplexných organických polymérov. Príčiny a mechanizmy tohto javu sú stále do značnej miery nejasné. Koacerváty tohto obdobia boli stále mechanickou zmesou organických zlúčenín, bez akýchkoľvek známok života. V určitom okamihu sa medzi molekulami RNA a peptidmi objavili spojenia, ktoré pripomínajú reakcie syntézy matricových proteínov. Stále však nie je jasné, ako RNA kódovala syntézu peptidov. Neskôr sa objavili molekuly DNA, ktoré sa vďaka prítomnosti dvoch helixov a možnosti presnejšieho (v porovnaní s RNA) sebakopírovania (replikácie) stali hlavnými nositeľmi syntézy peptidov, prenášajúcich túto informáciu do RNA. Takéto systémy (koacerváty) sa už podobali, ale ešte neboli, pretože nemali usporiadanú vnútornú štruktúru inherentnú živým organizmom a neboli schopné sa reprodukovať. Koniec koncov, určité reakcie syntézy peptidov môžu prebiehať aj v nebunkových homogenátoch.

Vznik biologických membrán

Usporiadané biologické štruktúry nie sú možné bez biologických membrán. Preto ďalšou etapou formovania života bolo vytvorenie práve týchto štruktúr, ktoré izolovali a chránili koacerváty pred prostredím a zmenili ich na autonómne formácie. Membrány sa mohli vytvoriť z lipidových filmov, ktoré sa objavili na povrchu vodných plôch. Peptidy prinesené dažďom do vodných útvarov alebo vytvorené v týchto vodných útvaroch by sa mohli naviazať na molekuly lipidov. Keď sa vodné útvary rozvírili alebo na ich povrch padali zrážky, mohli sa objaviť bubliny obklopené zlúčeninami podobnými membráne. Pre vznik a evolúciu života boli dôležité tie vezikuly, ktoré obklopovali koacerváty s komplexmi proteín-nukleotid. Takéto útvary však ešte neboli živými organizmami.

Vznik probiontov – prvých samoreprodukujúcich sa organizmov

Iba tie koacerváty, ktoré boli schopné samoregulácie a sebareprodukcie, sa mohli zmeniť na živé organizmy. Ako tieto schopnosti vznikli, je tiež stále nejasné. Biologické membrány poskytovali koacervátom autonómiu a ochranu, čo prispelo k vzniku výraznej usporiadanosti biochemických reakcií vyskytujúcich sa v týchto telách. Ďalším krokom bol vznik samoreprodukcie, kedy nukleové kyseliny (DNA a/alebo RNA) začali nielen zabezpečovať syntézu peptidov, ale s jej pomocou aj regulovať procesy sebareprodukcie a metabolizmu. Takto vznikla bunková štruktúra s metabolizmom a schopnosťou reprodukovať sa. Práve tieto formy sa podarilo zachovať procesom prirodzeného výberu. Takto sa koacerváty zmenili na prvé živé organizmy – probionty.

Skončila sa etapa chemickej evolúcie a začala etapa biologickej evolúcie živej hmoty. Stalo sa to pred 3,5 až 3,8 miliardami rokov. Vzhľad živej bunky je prvou veľkou aromorfózou vo vývoji organického sveta.

Prvé živé organizmy boli štruktúrou blízke prokaryotom, nemali ešte pevnú bunkovú stenu a žiadne vnútrobunkové štruktúry (boli pokryté biologickou membránou, ktorej vnútorné ohyby slúžili ako bunkové štruktúry). Možno prví probionti mali dedičný materiál reprezentovaný RNA a genómy s DNA sa objavili neskôr v procese evolúcie. Existuje názor, že ďalší vývoj života pochádza od spoločného predka, z ktorého pochádzajú prvé prokaryoty. Práve to zabezpečilo veľkú podobnosť v štruktúre všetkých prokaryotov a následne eukaryotov.

Nemožnosť spontánneho generovania života v moderných podmienkach

Často sa kladie otázka: prečo v súčasnosti nenastáva spontánna generácia živých bytostí? Ak sa totiž živé organizmy neobjavia teraz, na základe čoho potom môžeme vytvárať hypotézy o pôvode života v dávnej minulosti? Kde je kritérium pravdepodobnosti tejto hypotézy? Odpovede na tieto otázky môžu byť nasledovné: 1) vyššie uvedená hypotéza biopoézy je v mnohom len logickou konštrukciou, zatiaľ nie je dokázaná, obsahuje množstvo rozporov a nejasných bodov (hoci existuje množstvo údajov, jednak paleontologických a experimentálne, čo nám umožňuje predpokladať presne takýto vývoj biopoézy); 2) táto hypotéza so všetkou svojou neúplnosťou sa predsa snaží vysvetliť vznik života na základe konkrétnych pozemských podmienok a práve v tom spočíva jej hodnota; 3) samotvorba nových živých bytostí v súčasnom štádiu vývoja života je nemožná z nasledujúcich dôvodov: a) organické zlúčeniny musia existovať dlhú dobu vo forme zhlukov, ktoré sa postupne stávajú zložitejšími a transformovanými; v podmienkach oxidačnej atmosféry modernej Zeme je to nemožné, budú rýchlo zničené; b) v moderných podmienkach existuje veľa organizmov, ktoré dokážu veľmi rýchlo využiť aj menšie nahromadenia organických látok pre svoju výživu.

Pamätajte!

Aké chemické prvky tvoria proteíny a nukleové kyseliny?

Čo sú biologické polyméry?

Ktoré organizmy sa nazývajú autotrofy? Heterotrofy?

Teória biochemickej evolúcie. Najrozšírenejšie v 20. storočí. dostal teóriu biochemickej evolúcie, ktorú nezávisle od seba navrhli dvaja vynikajúci vedci: ruský chemik A. I. Oparin (1894–1980) a anglický biológ John Haldane (1892–1964). Táto teória vychádza z predpokladu, že v raných fázach vývoja Zeme bolo dlhé obdobie, počas ktorého abiogénne vznikali organické zlúčeniny. Zdrojom energie pre tieto procesy bolo ultrafialové žiarenie Slnka, ktoré v tom čase ozónová vrstva nezadržiavala, pretože v atmosfére starovekej Zeme nebol žiadny ozón ani kyslík. Syntetizované organické zlúčeniny sa hromadili v starovekom oceáne počas desiatok miliónov rokov a vytvárali takzvaný „primárny vývar“, v ktorom pravdepodobne vznikol život vo forme prvých primitívnych organizmov – probiontov.

Túto hypotézu prijalo mnoho vedcov z rôznych krajín a na jej základe v roku 1947 anglický bádateľ John Desmond Bernal (1901–1971) sformuloval modernú teóriu vzniku života na Zemi, tzv. teória biopoézy.

Bernal identifikoval tri hlavné štádiá vzniku života: 1) abiogénny vznik organických monomérov; 2) tvorba biologických polymérov; 3) tvorba membránových štruktúr a primárnych organizmov (probiontov). Pozrime sa bližšie na to, čo sa stalo v každej z týchto fáz.

Abiogénny výskyt organických monomérov. Naša planéta vznikla asi pred 4,6 miliardami rokov. Postupné zahusťovanie planéty sprevádzalo uvoľňovanie obrovského množstva tepla, rozpadali sa rádioaktívne zlúčeniny a zo Slnka prichádzal prúd tvrdého ultrafialového žiarenia. Po 500 miliónoch rokov sa Zem začala pomaly ochladzovať. Vznik zemskej kôry sprevádzala aktívna sopečná činnosť. Plyny nahromadené v primárnej atmosfére - produkty reakcií prebiehajúcich v útrobách Zeme: oxid uhličitý (CO 2), oxid uhoľnatý (CO), amoniak (NH 3), metán (CH 4), sírovodík (H 2 S) a veľa ďalších. Takéto plyny sa stále uvoľňujú do atmosféry pri sopečných erupciách.

Voda, neustále sa vyparujúca z povrchu Zeme, kondenzovala v horných vrstvách atmosféry a opäť padala vo forme dažďa na horúci zemský povrch. Postupné znižovanie teploty viedlo k tomu, že Zem zasiahli lejaky sprevádzané nepretržitými búrkami. Na zemskom povrchu sa začali vytvárať nádrže. Atmosférické plyny a tie látky, ktoré boli vyplavené zo zemskej kôry rozpustené v horúcej vode. V atmosfére pod vplyvom častých a silných elektrických výbojov blesku, silného ultrafialového žiarenia a aktívnej sopečnej činnosti z jej zložiek vznikali jednoduché organické látky (formaldehyd, glycerín, niektoré aminokyseliny, močovina, kyselina mliečna atď.). bol sprevádzaný emisiami rádioaktívnych zlúčenín. Keďže v atmosfére ešte nebol voľný kyslík, tieto zlúčeniny, ktoré sa dostali do vôd primárneho oceánu, neboli oxidované a mohli sa hromadiť, čím sa stali zložitejšími v štruktúre a vytvárali koncentrovaný „primárny vývar“. Toto pokračovalo desiatky miliónov rokov (obr. 135).

Ryža. 135. Hlavné etapy formovania života

V roku 1953 uskutočnil americký vedec Stanley Miller experiment, v ktorom simuloval podmienky, ktoré existovali na Zemi pred 4 miliardami rokov (obr. 136). Namiesto výbojov blesku a ultrafialového žiarenia použil vedec ako zdroj energie elektrický výboj vysokého napätia (60 tisíc voltov). Výboj výboja počas niekoľkých dní zodpovedal množstvom energie obdobiu 50 miliónov rokov na starovekej Zemi. Po skončení experimentu boli v skonštruovanom zariadení objavené organické zlúčeniny: močovina, kyselina mliečna a niektoré jednoduché aminokyseliny.

Tvorba biologických polymérov a koacervátov. Prvá etapa biochemickej evolúcie bola potvrdená mnohými experimentmi, ale to, čo sa stalo v ďalšej fáze, vedci mohli len hádať, spoliehajúc sa na znalosti chémie a molekulárnej biológie. Výsledné organické látky zrejme interagovali medzi sebou a s anorganickými zlúčeninami vstupujúcimi do vodných útvarov. Niektoré z nich boli zničené, prchavé zlúčeniny prešli do atmosféry. Vysoké teploty spôsobili neustále vyparovanie vody z primárnych nádrží, čo viedlo k viacnásobným koncentráciám organických zlúčenín. Mastné kyseliny, ktoré reagujú s alkoholmi, vytvárajú lipidy, ktoré vytvárajú mastné filmy na povrchu nádrží. Aminokyseliny sa navzájom spájajú a vytvárajú peptidy. Dôležitou udalosťou tohto štádia bol objavenie sa nukleových kyselín - molekúl schopných reduplikácie. Moderní biochemici veria, že ako prvé sa vytvorili krátke reťazce RNA, ktoré bolo možné syntetizovať nezávisle, bez účasti špeciálnych enzýmov. Tvorba nukleových kyselín a ich interakcia s proteínmi sa stala nevyhnutným predpokladom pre vznik života, ktorý je založený na reakciách syntézy matrice a metabolizme.

Ryža. 136. Experiment S. Millera simulujúci podmienky primárnej atmosféry Zeme

Oparin veril, že rozhodujúcu úlohu pri premene neživých vecí na živé mali veveričky. Vďaka svojim štrukturálnym vlastnostiam sú tieto molekuly schopné vytvárať koloidné komplexy, ktoré priťahujú molekuly vody, ktoré tvoria akýsi obal okolo proteínov. Vznikli také komplexy, ktoré sa navzájom spájali koacerváty– stavby izolované od zvyšku vodnej masy. Koacerváty boli schopné vymieňať si látky s prostredím a selektívne akumulovať rôzne zlúčeniny. Absorpcia kovových iónov koacervátmi viedla k tvorbe enzýmov. Proteíny v koacervátoch chránili nukleové kyseliny pred škodlivými účinkami ultrafialového žiarenia. Systémy tohto druhu už mali určité vlastnosti života, ale chýbali im biologické membrány, ktoré by ich premenili na prvé živé organizmy.

Tvorba membránových štruktúr a primárnych organizmov (probiontov). Membrány mohli byť vytvorené z lipidových filmov pokrývajúcich povrch rezervoárov, ku ktorým boli pripojené rôzne peptidy rozpustené vo vode. Pri nárazoch vetra alebo pri rozvírení zásobníka sa povrchový film ohol a bubliny sa z neho mohli odtrhnúť, stúpať do vzduchu a klesať späť, pričom sa pokryli druhou lipidovo-peptidovou vrstvou (obr. 137). Pre ďalší vývoj života boli dôležité tie vezikuly, ktoré obsahovali koacerváty s komplexmi proteín-nukleová kyselina. Biologické membrány poskytovali ochranu a nezávislú existenciu koacervátov, čím vytvárali poriadok v biochemických procesoch. Následne sa zachovali a premenili na najjednoduchšie živé organizmy len tie štruktúry, ktoré boli schopné samoregulácie a sebareprodukcie. Takto vznikli probiontov- primitívne heterotrofné organizmy, ktoré sa živili organickými látkami prvotného bujónu. Stalo sa to pred 3,5 až 3,8 miliardami rokov. Chemická evolúcia sa skončila, nastal čas biologická evolúciaživá hmota (pozri).

Ryža. 137. Tvorba membránových štruktúr (podľa A.I. Oparina)

Prvé organizmy. Prvé živé organizmy boli anaeróbne heterotrofy, nemali vnútrobunkové štruktúry a svojou štruktúrou boli podobné moderným prokaryotom. Potravu a energiu prijímali z organických látok abiogénneho pôvodu. Počas chemickej evolúcie, ktorá trvala 0,5 až 1,0 miliardy rokov, sa však podmienky na Zemi zmenili. Zásoby organických látok, ktoré boli syntetizované v raných štádiách evolúcie, sa postupne vyčerpali a medzi primárnymi heterotrofmi vznikla tvrdá konkurencia, čo urýchlilo vznik autotrofov.

Úplne prvé autotrofy boli schopné fotosyntézy, to znamená, že ako zdroj energie využívali slnečné žiarenie, no neprodukovali kyslík. Až neskôr sa objavili sinice, ktoré boli schopné fotosyntézy s uvoľňovaním kyslíka. Hromadenie kyslíka v atmosfére viedlo k vytvoreniu ozónovej vrstvy, ktorá chránila primárne organizmy pred ultrafialovým žiarením, no zároveň sa zastavila abiogénna syntéza organických látok. Prítomnosť kyslíka viedla k tvorbe aeróbnych organizmov, ktoré dnes tvoria väčšinu živých organizmov.

Paralelne so zlepšovaním metabolických procesov sa vnútorná štruktúra organizmov stala komplexnejšou: vytvorilo sa jadro, ribozómy a membránové organely, teda vznikli eukaryotické bunky (obr. 138). Niektoré primárne heterotrofy vstúpili do symbiotických vzťahov s aeróbnymi baktériami. Po ich zachytení ich heterotrofy začali používať ako energetické stanice. Takto vznikli moderné mitochondrie. Z týchto symbiontov vznikli živočíchy a huby. Ďalšie heterotrofy zachytili nielen aeróbne heterotrofy, ale aj primárne fotosyntetické sinice, ktoré vstúpili do symbiózy a vytvorili súčasné chloroplasty. Takto sa objavili predchodcovia rastlín.

Ryža. 138. Možná cesta vzniku eukaryotických organizmov

V súčasnosti živé organizmy vznikajú len ako výsledok rozmnožovania. Spontánne generovanie života v moderných podmienkach je nemožné z niekoľkých dôvodov. Po prvé, v kyslíkovej atmosfére Zeme sa organické zlúčeniny rýchlo ničia, takže sa nemôžu hromadiť a zlepšovať. A po druhé, v súčasnosti existuje obrovské množstvo heterotrofných organizmov, ktoré na svoju výživu využívajú akúkoľvek akumuláciu organických látok.

Skontrolujte si otázky a úlohy

1. Aké kozmické faktory boli v raných štádiách vývoja Zeme predpokladom pre vznik organických zlúčenín?

2. Vymenujte hlavné etapy vzniku života podľa teórie biopoézy.

3. Ako vznikali koacerváty, aké mali vlastnosti a akým smerom sa vyvíjali?

4. Povedzte nám, ako probionty vznikli.

5. Popíšte, ako by sa vnútorná štruktúra prvých heterotrofov mohla stať zložitejšou.

6. Prečo je spontánna tvorba života v moderných podmienkach nemožná?

<<< Назад

Vpred >>>

Abiogénna syntéza organických molekúl. Moderné názory na vznik života. Je možné, aby dnes na Zemi vznikol život??			Dátum: Lekcia 47 9. trieda
Očakávané výsledky lekcie
Ciele lekcie		Vzdelávacie Formovanie vedomých predstáv o evolúcii ako historickom vývoji organického sveta na Zemi. Zvážte rôzne teórie pôvodu života na Zemi, analyzujte argumenty pre a proti Vývojový Rozvoj myslenia, schopnosť aplikovať ho v kognitívnej a komunikatívnej praxi Rozvoj schopnosti budovať logické uvažovanie, odvodzovanie a vyvodzovanie záverov; analyzovať a zdôrazniť hlavnú vec z navrhovaného materiálu. Vzdelávacie Formovanie vedeckého svetonázoru. Pestovanie tolerantného postoja k disidentom – zástancom iných názorov, ktoré sa líšia od všeobecne akceptovaných;
Typ lekcie		kombinované
Typ lekcie		štúdium
Forma práce		Skupinové individuálne
Vybavenie		Pracovné listy, papier Whatman, fixky
„Ó, vyrieš mi hádanku života, tú bolestnú starodávnu hádanku, nad ktorou sa už toľko hláv borilo – hlavy v klobúkoch pomaľovaných hieroglyfmi, hlavy v turbanoch a čiernych baretách, hlavy v parochniach a tisíce iných úbohých ľudských hláv. ..“ G. Heine.
čas	Javisko/činnosť			zdrojov
Org moment. 3 min Aktualizácia vedomostí	Milí priatelia, myslím, že všetci bez výnimky ste si položili otázku: „Ako vznikol život na našej planéte? Dnes sa pokúsime vyriešiť túto večnú „záhadu života“, o ktorej, ako je zrejmé z epigrafu našej lekcie, premýšľalo veľa šikovných ľudí. Aby sme to dosiahli, položíme problematické otázky. Téma lekcie Stanovovanie si cieľov Ako vznikol život na Zemi? Aké moderné názory a hypotézy o pôvode života na Zemi existujú? Ktoré sú najpresvedčivejšie? ČO JE ŽIVOT Friedrich Engels: „Život je spôsob existencie bielkovinových teliesok, ktorého podstatným bodom je neustála výmena látok s vonkajšou prírodou, ktorá ich obklopuje, a so zastavením tohto metabolizmu zaniká aj život, čo vedie k rozkladu proteín."
Kontrola d.z. 5 minút	Test „Evolučná doktrína“ 1. Evolúcia sa nazýva: a) individuálny vývoj organizmov b) zmena u jedincov c) historický nezvratný vývoj organického sveta d) zmeny v živote rastlín a živočíchov 2. Hlavnou hybnou silou evolúcie je: a) premenlivosť b) dedičnosť c) boj o existenciu d) prírodný výber 3. Boj o existenciu je: a) súťaž medzi organizmami o podmienky prostredia b) ničenie jedincov jedného druhu jedincami iného druhu c) symbiotické vzťahy niektorých druhov s inými d) rozšírenie druhu na nové územie 4. Sexuálny výber je: a) prirodzený výber vyskytujúci sa medzi jedincami rovnakého pohlavia počas obdobia rozmnožovania b) prirodzený výber spôsobený: súťažou medzi jedincami rôzneho pohlavia toho istého druhu o potravu c) forma umelého výberu zameraná na zničenie samčích jedincov (napríklad u kurčiat, kačíc) 5. Nie sú príkladmi prirodzeného konania. výber: a) rodokmeň španielskej dogy. b) priemyselný melanizmus hmyzu c) bakteriálna rezistencia na antibiotiká d) odolnosť domácich múch voči pesticídom 6. Mimikry sú: a) podobnosť bezbranného a jedlého druhu s jedným alebo viacerými nepríbuznými druhmi, ktoré sú dobre chránené a majú varovné sfarbenie b) podobnosť tvaru a farby jedincov dvoch príbuzných druhov. c) prítomnosť špeciálnych ochranných prostriedkov u jedincov druhu 7.Aromorfóza je jednou z nasledujúcich evolučných udalostí: a) vznik triedy vtákov b) výskyt veľkého počtu čeľadí množstva dravých cicavcov
Učenie sa nového materiálu 7 minút	Úlohy: 1 vytvorte zhluk 2. vyvodzovať závery Zostavovanie zhlukov podľa skupín. Skupina 1 Abiogénna syntéza organických látok Skupina 2 Moderné názory na vznik života 3. skupina Rozvoj predstáv o vzniku života
Primárna konsolidácia 5 minút	Algoritmus na písanie diskusnej eseje: Téma (problém), o ktorom sa diskutuje. Moja pozícia. Stručné zdôvodnenie. Možné námietky, ktoré môžu vzniesť iní. Dôvod, prečo je táto pozícia stále správna. Záver
Reflexia	Voľný mikrofón
3 min Dom. cvičenie	Formulujte novú hypotézu o pôvode života na Zemi Geológovia, biológovia a všetci paleontológovia Genetici a chemici Škrabajú sa na hlavách Alebo možno jeden z vás Vytvorte si vlastnú hypotézu Ako, prečo, kedy a kde Vznikol život na Zemi?

I. Abiogénna syntéza organických látok – tvorba organických látok z anorganických látok

1. Vznikla pred 3,5 miliardami rokov

2. Uskutočnil sa v dvoch etapách v primárnom oceáne:

Prvým stupňom je tvorba organických zlúčenín s nízkou molekulovou hmotnosťou

- uhľovodíky (CH4) primárnej atmosféry reagovali s vodnou parou, NH3, H2, CO2, CO, N2 za vzniku prechodných organických zlúčenín: alkoholy, aldehydy, ketóny, organické kyseliny, ktoré s dažďom padali do oceánu

- medziprodukty v primárnom oceáne sa premenili na monosacharidy, aminokyseliny, nukleotidy, fosfáty - ATP (zdrojmi energie pre syntézu mohli byť elektrické výboje blesku, ultrafialové žiarenie, tepelná energia, rázové vlny, energia vybuchujúcich sopiek, prílivová energia atď.). )

- možnosť takejto syntézy bola experimentálne dokázaná v roku 1953 S. Millerom (Američan) - v uzavretom prístroji s vriacou vodou a chladničkou, simulujúcom podmienky, aké existovali na Zemi pred 4 miliardami rokov, v ktorých zmes CH4, napr. Pri prechode elektrickými výbojmi sa umiestnili plyny NH4 a H2, získali sa nízkomolekulové organické zlúčeniny - močovina, alkoholy, aldehydy, organické kyseliny, monosacharidy, mastné kyseliny, rôzne aminokyseliny (v prípade použitia ionizujúceho UV žiarenia alebo tepla namiesto elektrické výboje, ostatné aminokyseliny, mastné kyseliny, cukry boli získané do 600 - ribóza, deoxyribóza, dusíkaté zásady - nukleotidy)

- možnosť abiogénnej syntézy organických zlúčenín potvrdzuje skutočnosť, že sa nachádzajú vo vesmíre (formaldehyd, kyselina mravčia, etylalkohol atď.)

Druhým stupňom je syntéza vysokomolekulárnych organických látok z jednoduchých organických zlúčenín - biopolymérov: proteíny, lipidy, polysacharidy, nukleové kyseliny (RNA)

1. Vyskytol sa v prvotnom oceáne

2. Bolo uskutočnené ako výsledok polykondenzačných reakcií (polymerizácia); potrebná energia bola dosiahnutá teplotou okolo 100 C alebo ionizujúcim žiarením s odstránením voľnej vody (S. Fox, American, 1997)

3. Koncentrácia látok s nízkou molekulovou hmotnosťou potrebná na spustenie reakcie bola dosiahnutá ako výsledok ich adsorpcie v spodných ílových sedimentoch alebo poréznych sopečných tufoch.

(experimentálne sa ukázalo, že vodný roztok aminokyselín v prítomnosti oxidu hlinitého a ATP môže produkovať polymérne reťazce - polypeptidy)

4. Voda morí a oceánov bola nasýtená biopolymérmi abiogénneho pôvodu, tvoriac tzv. "prvotný vývar"

Moderné názory na vznik života

Hypotéza A. I. Oparina. Najvýznamnejšou črtou hypotézy A.I. Oparina je postupné komplikovanie chemickej štruktúry a morfologického vzhľadu prekurzorov života (probiontov) na ceste k živým organizmom.

Veľké množstvo dôkazov naznačuje, že prostredím pre vznik života mohli byť pobrežné oblasti morí a oceánov. Tu, na styku mora, pevniny a vzduchu, sa vytvorili priaznivé podmienky pre vznik zložitých organických zlúčenín. Napríklad roztoky niektorých organických látok (cukry, alkoholy) sú vysoko stabilné a môžu existovať nekonečne dlho. V koncentrovaných roztokoch proteínov a nukleových kyselín sa môžu vytvárať zrazeniny podobné želatínovým zrazeninám vo vodných roztokoch. Takéto zrazeniny sa nazývajú koacervátové kvapky alebo koacerváty (obr. 70). Koacerváty sú schopné adsorbovať rôzne látky. Chemické zlúčeniny do nich vstupujú z roztoku, ktoré sa transformujú v dôsledku reakcií prebiehajúcich v kvapôčkach koacervátov a uvoľňujú sa do životného prostredia.

Koacerváty ešte nie sú živé tvory. Vykazujú iba vonkajšiu podobnosť s takými vlastnosťami živých organizmov, ako je rast a metabolizmus s prostredím. Preto sa výskyt koacervátov považuje za štádium vývoja pred životom.

Koacerváty prešli veľmi dlhým výberovým procesom na štrukturálnu stabilitu. Stabilita bola dosiahnutá vďaka vytvoreniu enzýmov, ktoré riadia syntézu určitých zlúčenín. Najdôležitejšou etapou vzniku života bol vznik mechanizmu reprodukcie vlastného druhu a dedenia vlastností predchádzajúcich generácií. To bolo možné vďaka tvorbe komplexných komplexov nukleových kyselín a proteínov. Nukleové kyseliny, schopné samoreprodukcie, začali riadiť syntézu bielkovín a určovali poradie aminokyselín v nich. A enzýmové proteíny vykonali proces vytvárania nových kópií nukleových kyselín. Takto vznikla hlavná vlastnosť charakteristická pre život – schopnosť reprodukovať molekuly podobné im samým.

Živé bytosti sú takzvané otvorené systémy, t.j. systémy, do ktorých prichádza energia zvonku. Bez prísunu energie život nemôže existovať. Ako viete, podľa spôsobov spotreby energie (pozri kapitolu III) sú organizmy rozdelené do dvoch veľkých skupín: autotrofné a heterotrofné. Autotrofné organizmy využívajú priamo slnečnú energiu v procese fotosyntézy (zelené rastliny), heterotrofné organizmy využívajú energiu, ktorá sa uvoľňuje pri rozklade organických látok.

Je zrejmé, že prvé organizmy boli heterotrofy, ktoré získavali energiu rozkladom organických zlúčenín bez kyslíka. Na úsvite života nebol v zemskej atmosfére voľný kyslík. Vznik atmosféry moderného chemického zloženia úzko súvisí s vývojom života. Vznik organizmov schopných fotosyntézy viedol k uvoľneniu kyslíka do atmosféry a vody. V jeho prítomnosti bol možný kyslíkový rozklad organických látok, ktorý produkuje mnohonásobne viac energie ako v neprítomnosti kyslíka.

Život od svojho vzniku tvorí jediný biologický systém – biosféru (pozri kapitolu XVI). Inými slovami, život nevznikol vo forme jednotlivých izolovaných organizmov, ale bezprostredne vo forme spoločenstiev. Vývoj biosféry ako celku je charakterizovaný neustálou komplikáciou, to znamená vznikom čoraz zložitejších štruktúr.

Je možné, aby teraz na Zemi vznikol život? Z toho, čo vieme o vzniku života na Zemi, je zrejmé, že proces vzniku živých organizmov z jednoduchých organických zlúčenín bol mimoriadne dlhý. Na to, aby na Zemi vznikol život, bol potrebný evolučný proces, ktorý trval mnoho miliónov rokov, počas ktorého sa vyberali zložité molekulárne štruktúry, predovšetkým nukleové kyseliny a proteíny, aby boli stabilné, aby boli schopné reprodukovať svoj vlastný druh.

Ak dnes na Zemi, niekde v oblastiach intenzívnej sopečnej činnosti, môžu vzniknúť celkom zložité organické zlúčeniny, potom je pravdepodobnosť, že tieto zlúčeniny budú existovať akokoľvek dlho, zanedbateľná. Okamžite budú oxidované alebo použité heterotrofnými organizmami. Charles Darwin to veľmi dobre pochopil. V roku 1871 napísal: „Ale ak teraz... v nejakom teplom vodnom útvare obsahujúcom všetky potrebné amónne a fosforečné soli a prístupnom vplyvu svetla, tepla, elektriny atď., sa chemicky vytvoril proteín, ktorý je schopný pri ďalších, čoraz zložitejších premenách, potom by táto látka bola okamžite zničená alebo absorbovaná, čo v období pred vznikom živých bytostí nebolo možné.

Život na Zemi vznikol abiogénne. V súčasnosti živé veci pochádzajú iba zo živých vecí (biogénneho pôvodu). Možnosť opätovného objavenia sa života na Zemi je vylúčená.

Rozvoj predstáv o pôvode života

Teória vzniku života na Zemi. Od staroveku až po naše časy bolo predložených nespočetné množstvo hypotéz o pôvode života na Zemi. Celá ich rôznorodosť spočíva v dvoch vzájomne sa vylučujúcich uhloch pohľadu.

Zástancovia teórie biogenézy (z gréckeho „bios“ - život a „genéza“ - pôvod) verili, že všetko živé pochádza iba zo živých vecí. Ich odporcovia obhajovali teóriu abiogenézy („a“ - latinčina, negatívna predpona); verili, že vznik živých vecí z neživých vecí je možný.

Mnoho vedcov stredoveku predpokladalo možnosť spontánneho generovania života. Podľa ich názoru by sa ryby mohli narodiť z bahna, červy z pôdy, myši z blata, muchy z mäsa atď.

Proti teórii spontánnej generácie v 17. storočí. Prehovoril florentský lekár Francesco Redi. Umiestnením mäsa do uzavretého hrnca Redi ukázal, že larvy múch spontánne nevyklíčia v zhnitom mäse. Zástancovia teórie spontánnej tvorby sa nevzdali, tvrdili, že k spontánnej tvorbe lariev nedošlo len z toho dôvodu, že do uzavretého kvetináča sa nedostal vzduch. Potom Redi umiestnil kúsky mäsa do niekoľkých hlbokých nádob. Niektoré nechal otvorené a niektoré prikryl mušelínom. Po určitom čase sa mäso v otvorených nádobách hemžilo larvami múch, zatiaľ čo v nádobách pokrytých mušelínom sa v zhnitom mäse žiadne larvy nenachádzali.

Mikroskop ľuďom odhalil mikrosvet. Pozorovania ukázali, že mikroorganizmy sa po určitom čase zistia v tesne uzavretej banke s mäsovým vývarom alebo senným nálevom. No akonáhle sa mäsový vývar hodinu varil a krkovička zapečatila, v uzavretej banke sa už nič neobjavilo. Vitalisti navrhli, že predĺžený var zabíja „životnú silu“, ktorá nemôže preniknúť do uzavretej banky.

Spory medzi zástancami abiogenézy a biogenézy pokračovali aj v 19. storočí. Dokonca aj Lamarck písal v roku 1809 o možnosti spontánnej tvorby húb.

Pasteurov experiment. S príchodom Darwinovej knihy „Pôvod druhov“ opäť vyvstala otázka, ako vznikol život na Zemi. Francúzska akadémia vied v roku 1859 udelila špeciálnu cenu za pokus vrhnúť nové svetlo na otázku spontánnej generácie. Túto cenu získal v roku 1862 slávny francúzsky vedec Louis Pasteur.

LOUIS PASTER (1822-1895) – francúzsky mikrobiológ a chemik. Zakladateľ mikrobiológie. Objavili anaeróbne baktérie. Ukázala energetickú hodnotu fermentácie. Skúmal problém možnosti vzniku života. Navrhol očkovanie proti besnote, antraxu a pasterizáciu (zahriatie na 70 °C) ako spôsob, ako zničiť živé baktérie (ale nie ich spóry) na uchovanie potravín.

L. Pasteur uskutočnil experiment, ktorý jednoduchosťou konkuroval slávnemu Rediho experimentu. V banke varil rôzne živné pôdy, v ktorých mohli rásť mikroorganizmy. Pri dlhšom vare v banke uhynuli nielen mikroorganizmy, ale aj ich spóry. Pasteur si spomenul na vitalistické tvrdenie, že mýtická „životná sila“ nemôže preniknúť do zapečatenej banky, a pripojil k nej trubicu v tvare S s voľným koncom (obr. 68). Spóry mikroorganizmov sa usadili na povrchu tenkej zakrivenej skúmavky a nemohli preniknúť do živného média. Dobre prevarené živné médium zostalo sterilné, nepozorovala sa v ňom spontánna tvorba mikroorganizmov, hoci bol zabezpečený prístup vzduchu (a s ním aj povestná „životná sila“).

Ryža. 68. Schéma experimentu L. Pasteura v bankách s hrdlom v tvare S.
A - v banke s hrdlom v tvare písmena S zostáva živná pôda po varení dlho sterilná; B - ak odstránite hrdlo v tvare písmena S, potom sa v prostredí rýchlo vyvinú mikroorganizmy

Pasteurove experimenty dokázali nemožnosť spontánneho generovania života. Koncept „životnej sily“ – vitalizmus – bol zasiahnutý drvivou ranou.

Abiogénna syntéza organických látok. Pasteurov experiment ukázal nemožnosť spontánneho generovania života v súčasnosti. Otázka pôvodu života na našej planéte zostala dlho otvorená.

V roku 1924 slávny biochemik A.I. Oparin navrhol, že so silnými elektrickými výbojmi v zemskej atmosfére, ktorá sa pred 4 až 4,5 miliardami rokov skladala z amoniaku, metánu, oxidu uhličitého a vodnej pary, by mohli vzniknúť najjednoduchšie organické zlúčeniny potrebné na vznik života. Predpoveď akademika Oparina sa potvrdila. V roku 1955 americký výskumník S. Miller prechádzajúci elektrickými výbojmi s napätím do 60 000 V cez zmes pár CH 4, NH 3, H 2 a H 2 0 pod tlakom niekoľkých pascalov pri teplote 80 °C. , získal najjednoduchšie mastné kyseliny, močovinu, kyselinu octovú a mravčiu a niekoľko aminokyselín, vrátane glycínu a alanínu (obr. 69).

Ryža. 69. Schéma prístroja S. Millera, v ktorom sa syntetizujú aminokyseliny

Ako už vieme, aminokyseliny sú „stavebnými kameňmi“, z ktorých sú postavené molekuly bielkovín. Experimentálne dôkazy o možnosti tvorby aminokyselín z anorganických zlúčenín sú preto mimoriadne dôležitým údajom, že prvým krokom k vzniku života na Zemi bola abiogénna (nebiologická) syntéza organických látok (pozri predný list).

Pre ľudí, ktorí sa chcú neustále zlepšovať, niečo sa učiť a stále niečo nové učiť, sme špeciálne spravili túto kategóriu. Obsahuje výlučne vzdelávací, užitočný obsah, ktorý sa vám určite bude páčiť. Veľké množstvo videí môže konkurovať aj vzdelaniu, ktoré dostávame v škole, na vysokej škole alebo na univerzite. Najväčšou vecou na tréningových videách je, že sa snažia poskytnúť najnovšie a najrelevantnejšie informácie. Svet okolo nás v ére technológií sa neustále mení a tlačené vzdelávacie publikácie jednoducho nemajú čas poskytovať najnovšie informácie.

Medzi videami nájdete aj náučné videá pre deti predškolského veku. Tam sa vaše dieťa naučia písmená, čísla, počítanie, čítanie atď. Súhlasíte, je to veľmi dobrá alternatíva ku karikatúram. Pre žiakov základných škôl nájdete aj výučbu anglického jazyka a pomoc pri štúdiu školských predmetov. Pre starších študentov sú vytvorené edukačné videá, ktoré vám pomôžu pripraviť sa na testy, skúšky alebo jednoducho prehĺbiť vedomosti z konkrétneho predmetu. Získané vedomosti môžu mať kvalitatívny vplyv na ich mentálny potenciál, ako aj potešiť výbornými známkami.

Pre mladých ľudí, ktorí už školu ukončili, študujú alebo neštudujú na vysokej škole, je tu množstvo fascinujúcich vzdelávacích videí. Môžu im pomôcť prehĺbiť si vedomosti o profesii, ktorú študujú. Alebo získajte povolanie, ako je programátor, webový dizajnér, SEO optimalizátor atď. Toto povolanie sa na univerzitách zatiaľ nevyučuje, takže špecialistom v tejto pokročilej a relevantnej oblasti sa môžete stať iba samovzdelávaním, v ktorom sa snažíme pomôcť zbieraním tých najužitočnejších videí.

Pre dospelých je táto téma tiež aktuálna, pretože sa často stáva, že po rokoch práce v profesii pochopíte, že to nie je vaša vec a chcete sa naučiť niečo vhodnejšie a zároveň ziskové. Aj medzi touto kategóriou ľudí sa často vyskytujú videá na tému sebazdokonaľovania, šetrenia času a peňazí, optimalizácie svojho života, v ktorých nachádzajú spôsoby, ako žiť oveľa lepší a šťastnejší život. Aj pre dospelých je téma vytvorenia a rozvoja vlastného podnikania veľmi vhodná.

Medzi náučnými videami sú aj videá so všeobecným zameraním, ktoré sú vhodné takmer pre každý vek, dozviete sa v nich o tom, ako sa začal život, aké existujú evolučné teórie, fakty z histórie atď. Dokonale rozširujú obzory človeka a robia z neho oveľa erudovanejšieho a príjemnejšieho intelektuálneho partnera. Takéto vzdelávacie videá sú skutočne užitočné pre každého, bez výnimky, pretože vedomosti sú sila. Prajeme vám príjemné a užitočné prezeranie!

V dnešnej dobe je jednoducho nevyhnutné byť tým, čomu sa hovorí „na vlne“. To sa týka nielen správ, ale aj rozvoja vlastnej mysle. Ak sa chceš rozvíjať, spoznávať svet, byť žiadaný v spoločnosti a byť zaujímavý, tak táto sekcia je práve pre teba.

Pôvod života na Zemi je kľúčovým a nevyriešeným problémom prírodných vied, ktorý často slúži ako základ pre konflikt medzi vedou a náboženstvom. Ak možno považovať prítomnosť evolúcie živej hmoty v prírode za preukázanú, keďže jej mechanizmy boli odhalené, archeológovia objavili staroveké, jednoduchšie štruktúrované organizmy, tak ani jedna hypotéza o pôvode života nemá takú rozsiahlu dôkazovú základňu. Evolúciu môžeme pozorovať na vlastné oči aspoň vo výbere. Nikomu sa nepodarilo vytvoriť živé veci z neživých vecí.

Napriek veľkému množstvu hypotéz o pôvode života má iba jedna z nich prijateľné vedecké vysvetlenie. Toto je hypotéza abiogenéza- dlhodobá chemická evolúcia, ktorá prebiehala v zvláštnych podmienkach starovekej Zeme a predchádzala biologickej evolúcii. Zároveň sa z anorganických látok najskôr syntetizovali jednoduché organické látky, potom zložitejšie, potom sa objavili biopolyméry, ďalšie štádiá sú špekulatívnejšie a ťažko dokázateľné. Hypotéza abiogenézy má veľa nevyriešených problémov a rôzne pohľady na určité štádiá chemickej evolúcie. Niektoré z jeho bodov však boli experimentálne potvrdené.

Ďalšie hypotézy o pôvode života - panspermia(priniesť život z vesmíru), kreacionizmus(tvorba tvorcom), spontánna generácia(živé organizmy sa náhle objavia v neživej hmote), ustálený stav(život vždy existoval). Nemožnosť spontánneho generovania života v neživých veciach dokázal Louis Pasteur (19. storočie) a množstvo vedcov pred ním, ale nie až tak kategoricky (F. Redi - 17. storočie). Hypotéza panspermie nerieši problém vzniku života, ale prenáša ho zo Zeme do vesmíru alebo na iné planéty. Je však ťažké vyvrátiť túto hypotézu, najmä tí jej predstavitelia, ktorí tvrdia, že život nepriniesli na Zem meteority (v tomto prípade by živé veci mohli zhorieť vo vrstvách atmosféry, byť vystavené ničivým účinkom kozmického žiarenia atď.), ale inteligentnými bytosťami. Ale ako sa dostali na Zem? Z hľadiska fyziky (obrovská veľkosť Vesmíru a nemožnosť prekonať rýchlosť svetla) je to sotva možné.

Po prvýkrát bola možná abiogenéza podložená A.I. Oparin (1923-1924), neskôr túto hypotézu rozpracoval J. Haldane (1928). Myšlienku, že životu na Zemi mohla predchádzať abiogénna tvorba organických zlúčenín, však vyslovil už Darwin. Teóriu abiogenézy zdokonaľovali a zdokonaľujú ďalší vedci dodnes. Jeho hlavným nevyriešeným problémom sú detaily prechodu od zložitých neživých systémov k jednoduchým živým organizmom.

V roku 1947 J. Bernal na základe vývoja Oparina a Haldana sformuloval teóriu biopoézy, pričom identifikoval tri štádiá abiogenézy: 1) abiogénny vznik biologických monomérov; 2) tvorba biopolymérov; 3) tvorba membrán a tvorba primárnych organizmov (protobiontov).

Abiogenéza

Hypotetický scenár vzniku života podľa teórie abiogenézy je všeobecne opísaný nižšie.

Vek Zeme je asi 4,5 miliardy rokov. Podľa vedcov sa tekutá voda na planéte, taká potrebná pre život, objavila nie skôr ako pred 4 miliardami rokov. Zároveň pred 3,5 miliardami rokov už na Zemi existoval život, čo dokazuje nález hornín takého veku so stopami životnej činnosti mikroorganizmov. Prvé najjednoduchšie organizmy teda vznikli pomerne rýchlo – za necelých 500 miliónov rokov.

Keď sa Zem prvýkrát vytvorila, jej teplota mohla dosiahnuť 8000 °C. Ako sa planéta ochladzovala, kovy a uhlík, najťažšie prvky, kondenzovali a tvorili zemskú kôru. Zároveň nastala sopečná činnosť, kôra sa pohybovala a stláčala, tvorili sa na nej záhyby a zlomy. Gravitačné sily viedli k zhutneniu kôry, ktorá uvoľnila energiu vo forme tepla.

Ľahké plyny (vodík, hélium, dusík, kyslík atď.) planéta nezadržala a išli do vesmíru. Ale tieto prvky zostali v zložení iných látok. Kým teplota na Zemi neklesla pod 100 °C, všetka voda bola v parnom stave. Po poklese teploty sa vyparovanie a kondenzácia mnohokrát opakovali, boli silné lejaky a búrky. Horúca láva a sopečný popol, keď sa dostali do vody, vytvorili rôzne podmienky prostredia. V niektorých sa môžu vyskytnúť určité reakcie.

Fyzikálne a chemické podmienky na ranej Zemi boli teda priaznivé pre vznik organických a anorganických látok. Atmosféra bola redukčného typu, nenachádzal sa v nej voľný kyslík ani ozónová vrstva. Na Zem preto preniklo ultrafialové a kozmické žiarenie. Ďalšími zdrojmi energie bolo teplo zemskej kôry, ktorá ešte nevychladla, erupcie sopiek, búrky a rádioaktívny rozpad.

Atmosféra obsahovala metán, oxidy uhlíka, amoniak, sírovodík, kyanidové zlúčeniny a vodnú paru. Z nich sa syntetizovalo množstvo jednoduchých organických látok. Ďalej by mohli vzniknúť aminokyseliny, cukry, dusíkaté bázy, nukleotidy a ďalšie zložitejšie organické zlúčeniny. Mnohé z nich slúžili ako monoméry pre budúce biologické polyméry. Neprítomnosť voľného kyslíka v atmosfére podporovala výskyt reakcií.

Chemické experimenty (prvý v roku 1953 S. Miller a G. Ury), simulujúce podmienky starovekej Zeme, dokázali možnosť abiogénnej syntézy organických látok z anorganických. Prechodom elektrických výbojov cez zmes plynov, ktorá simulovala primitívnu atmosféru, sa v prítomnosti vodnej pary získali aminokyseliny, organické kyseliny, dusíkaté zásady, ATP atď.

Treba si uvedomiť, že v dávnej atmosfére Zeme mohli nielen abiogénne vznikať tie najjednoduchšie organické látky. Boli tiež prinesené z vesmíru a obsiahnuté v sopečnom prachu. Okrem toho by to mohlo byť dosť veľké množstvo organickej hmoty.

Nízkomolekulárne organické zlúčeniny sa nahromadili v oceáne a vytvorili takzvanú prvotnú polievku. Látky sa adsorbovali na povrchu ílových nánosov, čím sa zvýšila ich koncentrácia.

Za určitých podmienok starovekej Zeme (napríklad na hline, svahoch chladiacich sopiek) mohlo dôjsť k polymerizácii monomérov. Tak vznikli proteíny a nukleové kyseliny – biopolyméry, ktoré sa neskôr stali chemickým základom života. Vo vodnom prostredí je polymerizácia nepravdepodobná, pretože k depolymerizácii zvyčajne dochádza vo vode. Experimenty preukázali možnosť syntézy polypeptidu z aminokyselín v kontakte s kúskami horúcej lávy.

Ďalším dôležitým krokom na ceste k vzniku života je tvorba koacervátových kvapôčok vo vode ( koacerváty) z polypeptidov, polynukleotidov a iných organických zlúčenín. Takéto komplexy môžu mať na vonkajšej strane vrstvu, ktorá napodobňuje membránu a zachováva si ich stabilitu. Koacerváty boli experimentálne získané v koloidných roztokoch.

Molekuly proteínov sú amfotérne. Priťahujú k sebe molekuly vody, takže sa okolo nich vytvorí škrupina. Výsledné koloidné hydrofilné komplexy sa izolujú z vodnej hmoty. V dôsledku toho sa vo vode vytvorí emulzia. Ďalej sa koloidy navzájom spájajú a vytvárajú sa koacerváty (proces sa nazýva koacervácia). Koloidné zloženie koacervátu záviselo od zloženia média, v ktorom sa vytvoril. V rôznych nádržiach starovekej Zeme sa vytvorili koacerváty s rôznym chemickým zložením. Niektoré z nich boli stabilnejšie a mohli do určitej miery vykonávať selektívny metabolizmus s prostredím. Uskutočnil sa akýsi biochemický prírodný výber.

Koacerváty sú schopné selektívne absorbovať určité látky z prostredia a uvoľňovať do neho určité produkty chemických reakcií, ktoré v nich prebiehajú. Je to ako metabolizmus. Ako sa látky hromadili, koacerváty rástli a keď dosiahli kritickú veľkosť, rozpadli sa na časti, z ktorých každá si zachovala znaky pôvodnej organizácie.

Chemické reakcie by mohli prebiehať v samotných koacervátoch. Enzýmy sa mohli tvoriť, keď boli kovové ióny absorbované koacervátmi.

V procese evolúcie zostali len tie systémy, ktoré boli schopné samoregulácie a sebareprodukcie. To znamenalo nástup ďalšej etapy vzniku života - vznik protobionty(podľa niektorých zdrojov je to to isté ako koacerváty) - telieska, ktoré majú zložité chemické zloženie a množstvo vlastností živých bytostí. Protobionty možno považovať za najstabilnejšie a úspešne získané koacerváty.

Membrána môže byť vytvorená nasledujúcim spôsobom. Mastné kyseliny kombinované s alkoholmi za vzniku lipidov. Lipidy tvorili filmy na povrchu nádrží. Ich nabité hlavy smerujú k vode a ich nepolárne konce smerujú von. Proteínové molekuly plávajúce vo vode boli priťahované k lipidovým hlavám, čo viedlo k vytvoreniu dvojitých lipoproteínových filmov. Vietor by mohol takýto film ohnúť a vytvorili by sa bubliny. Koacerváty mohli byť náhodne zachytené v týchto vezikulách. Keď sa takéto komplexy opäť objavili na povrchu vody, boli pokryté druhou lipoproteínovou vrstvou (v dôsledku hydrofóbnych interakcií s nepolárnymi koncami lipidov, ktoré sú proti sebe). Všeobecné usporiadanie membrány dnešných živých organizmov tvoria dve vrstvy lipidov vo vnútri a dve vrstvy bielkovín umiestnené na okrajoch. Ale v priebehu miliónov rokov evolúcie sa membrána stala zložitejšou v dôsledku zahrnutia proteínov ponorených do lipidovej vrstvy a prenikania do nej, vyčnievania a invaginácie jednotlivých častí membrány atď.

Koacerváty (alebo protobionty) by mohli obsahovať už existujúce molekuly nukleových kyselín schopné samoreprodukcie. Ďalej u niektorých protobiontov mohla nastať taká reštrukturalizácia, že nukleová kyselina začala kódovať proteín.

Evolúcia protobiontov už nie je chemická, ale prebiologická. Viedlo to k zlepšeniu katalytickej funkcie proteínov (začali pôsobiť ako enzýmy), membrán a ich selektívnej permeability (čo robí z protobionta stabilnú sadu polymérov) a k vzniku templátovej syntézy (prenos informácie z nukleovej kyseliny na nukleovú kyselinu a od nukleovej kyseliny na proteín).

Etapy vzniku a vývoja života

	Evolúcia	výsledky
1	Chemická evolúcia - syntéza zlúčenín	Jednoduché organické látky Biopolyméry
2	Prebiologická evolúcia – chemická selekcia: zostávajú najstabilnejšie protobionty schopné samoreprodukcie	Koacerváty a protobionty Enzýmová katalýza Matricová syntéza Membrána
3	Biologická evolúcia - biologický výber: boj o existenciu, prežitie tých, ktorí sú najviac prispôsobení podmienkam prostredia	Adaptácia organizmov na špecifické podmienky prostredia Rozmanitosť živých organizmov

Jednou z najväčších záhad vzniku života zostáva otázka, ako RNA zakódovala aminokyselinovú sekvenciu proteínov. Otázka sa týka RNA, nie DNA, pretože sa predpokladá, že ribonukleová kyselina spočiatku zohrávala nielen úlohu pri implementácii dedičnej informácie, ale bola zodpovedná aj za jej ukladanie. Neskôr ju nahradila DNA, ktorá vznikla z RNA reverznou transkripciou. DNA je vhodnejšia na uchovávanie informácií a je stabilnejšia (menej náchylná na reakcie). Preto to bola v procese evolúcie ona, kto zostal ako strážca informácií.

V roku 1982 T. Check objavil katalytickú aktivitu RNA. Okrem toho sa RNA môže syntetizovať za určitých podmienok, dokonca aj v neprítomnosti enzýmov, a tiež vytvárať kópie samej seba. Preto sa dá predpokladať, že RNA boli prvými biopolymérmi (hypotéza RNA-svet). Niektoré časti RNA mohli náhodne kódovať peptidy užitočné pre protobionta; iné časti RNA sa v procese evolúcie stali vyrezanými intrónmi.

U protobiontov vznikla spätná väzba - RNA kóduje enzýmové proteíny, enzýmové proteíny zvyšujú množstvo nukleových kyselín.

Začiatok biologickej evolúcie

Chemická evolúcia a evolúcia protobiontov trvali viac ako 1 miliardu rokov. Vznikol život a začala sa jeho biologická evolúcia.

Z niektorých protobiontov vznikli primitívne bunky, ktoré zahŕňali celý súbor vlastností živých vecí, ktoré dnes pozorujeme. Realizovali ukladanie a prenos dedičnej informácie, jej využitie na tvorbu štruktúr a metabolizmus. Energiu pre životne dôležité procesy dodávali molekuly ATP a objavili sa membrány typické pre bunky.

Prvými organizmami boli anaeróbne heterotrofy. Energiu uloženú v ATP získavali fermentáciou. Príkladom je glykolýza – rozklad cukrov bez kyslíka. Tieto organizmy sa živili organickou hmotou z prvotného bujónu.

Ale zásoby organických molekúl sa postupne vyčerpávali, ako sa menili podmienky na Zemi a nová organická hmota sa už takmer nesyntetizovala abiogénne. V podmienkach súťaženia o potravinové zdroje sa vývoj heterotrofov zrýchlil.

Výhodu získali baktérie, ktoré boli schopné fixovať oxid uhličitý za vzniku organických látok. Autotrofná syntéza živín je zložitejšia ako heterotrofná výživa, takže nemohla vzniknúť v raných formách života. Z niektorých látok sa vplyvom energie slnečného žiarenia vytvorili zlúčeniny potrebné pre bunku.

Prvé fotosyntetické organizmy neprodukovali kyslík. Fotosyntéza s jej uvoľnením sa s najväčšou pravdepodobnosťou objavila neskôr v organizmoch podobných moderným modrozeleným riasam.

Akumulácia kyslíka v atmosfére, vzhľad ozónovej clony a zníženie množstva ultrafialového žiarenia viedli k takmer nemožnosti abiogénnej syntézy zložitých organických látok. Na druhej strane vznikajúce formy života sa v takýchto podmienkach stali stabilnejšími.

Na Zemi sa rozšírilo dýchanie kyslíkom. Anaeróbne organizmy prežili len na určitých miestach (napríklad v horúcich podzemných prameňoch žijú anaeróbne baktérie).