Hypotesen om livets ursprung på jorden, som föreslagits av den berömda ryske biokemisten A. I. Oparin (1894-1980) och den engelske biokemisten J. Haldane (1892-1964), fick det största erkännandet och spridningen under 1900-talet. Kärnan i deras hypotes, formulerad av dem oberoende av varandra 1924-1928. och utvecklades i efterföljande tider, kokar ner till existensen på jorden av en lång period av abiogen bildning av ett stort antal organiska föreningar. Dessa organiska ämnen mättade de gamla haven och bildade (enligt J. Haldane) den så kallade "primärbuljongen". Därefter, på grund av många processer för lokal grundning och uttorkning av haven, kan koncentrationen av "primärbuljongen" öka tiotals och hundratals gånger. Dessa processer inträffade mot bakgrund av intensiv vulkanisk aktivitet, frekventa blixtarladdningar i atmosfären och kraftfull kosmisk strålning. Under dessa förhållanden kan en gradvis komplikation av molekyler av organiska ämnen uppstå, uppkomsten av enkla proteiner, polysackarider, lipider och nukleinsyror. Under många hundra och tusentals år kunde de bilda klumpar av organiska ämnen (koacervat). Under återhämtningsförhållanden förstördes inte koacervaten, de blev gradvis mer komplexa, och vid en viss tidpunkt i deras utveckling kunde de första primitiva organismerna (probionter) bildas av dem. Denna hypotes accepterades och vidareutvecklades av många vetenskapsmän från olika länder, och 1947 formulerade den engelske vetenskapsmannen John Bernal hypotesen om biopoiesis. Han identifierade tre huvudstadier i livets bildande: 1) abiogen uppkomst av organiska monomerer; 2) bildning av biologiska polymerer; 3) utveckling av membranstrukturer och de första organismerna.

Låt oss kort överväga processerna och stadierna av biopoiesis.

Det första stadiet av biopoiesis var en serie processer som kallas kemisk evolution, som ledde till uppkomsten av probioter - de första levande varelserna. Dess varaktighet uppskattas av olika forskare från 100 till 1000 miljoner år. Detta är förhistorien om livet på vår planet.

Abiogen biosyntes av organiska föreningar

Jorden som planet uppstod för cirka 4,5 miljarder år sedan (enligt andra källor - för cirka 13 miljarder år sedan, men de har ännu inga starka bevis). Nedkylningen av jorden började för cirka 4 miljarder år sedan och åldern på jordskorpan uppskattas till cirka 3,9 miljarder år. Vid denna tidpunkt bildas också havet och jordens primära atmosfär. Jorden var vid denna tid ganska varm på grund av frigörandet av värme under stelningen och kristalliseringen av jordskorpans komponenter och aktiv vulkanisk aktivitet. Vatten var i ångtillstånd under lång tid, avdunstade från jordens yta, kondenserade i de övre lagren av atmosfären och föll igen på den heta ytan. Allt detta åtföljdes av nästan konstanta åskväder med kraftiga elektriska urladdningar. Senare börjar reservoarer och primära hav att bildas. Jordens gamla atmosfär innehöll inte fritt syre och var mättad med vulkaniska gaser, som inkluderade svaveloxider, kväve, ammoniak, koloxider och dioxider, vattenånga och ett antal andra komponenter. Kraftfull kosmisk strålning och solstrålning (det fanns inget ozonskikt i atmosfären ännu), frekventa och starka elektriska urladdningar, aktiv vulkanisk aktivitet, åtföljd av utsläpp av stora massor av radioaktiva komponenter, ledde till bildandet av organiska föreningar som formaldehyd, myrsyra, urea, mjölksyra, glycerin, glycin, några enkla aminosyror etc. Eftersom det inte fanns något fritt syre i atmosfären oxiderade dessa föreningar inte och kunde ansamlas i varmt och till och med kokande vatten och gradvis bli mer komplexa i strukturen , bildar den så kallade "primärbuljongen". Varaktigheten av dessa processer var många miljoner och tiotals miljoner år. Detta är hur det första steget av biopoiesis realiserades - bildandet och ackumuleringen av organiska monomerer.

Stadium av polymerisation av organiska monomerer

En betydande del av de resulterande monomererna förstördes under påverkan av höga temperaturer och många kemiska reaktioner som ägde rum i "primärbuljongen". Flyktiga föreningar passerade in i atmosfären och försvann praktiskt taget från vattendrag. Periodisk uttorkning av vattendrag ledde till en mångfaldig ökning av koncentrationen av lösta organiska föreningar. Mot bakgrund av miljöns höga kemiska aktivitet inträffade komplikationsprocesser för dessa föreningar, och de kunde ingå i föreningar med varandra (kondensationsreaktioner, polymerisation, etc.). Fettsyror, i kombination med alkoholer, kan bilda lipider och bilda fettfilmer på ytan av vattendrag. Aminosyror kan kombineras med varandra för att bilda allt mer komplexa peptider. Andra typer av föreningar kunde också bildas - nukleinsyror, polysackarider etc. De första nukleinsyrorna, som moderna biokemister tror, ​​var små RNA-kedjor, eftersom de, liksom oligopeptider, kunde syntetiseras spontant i en miljö med hög halt av mineraler komponenter, utan deltagande av enzymer. Polymerisationsreaktioner kunde märkbart aktiveras med en signifikant ökning av koncentrationen av lösningen (uttorkning av reservoaren) och även i våt sand eller när reservoarerna torkade ut (möjligheten att sådana reaktioner skulle inträffa i torrt tillstånd visades av amerikansk biokemist S. Fox). Efterföljande regn löste upp molekyler som syntetiserades på land och transporterade dem med vattenströmmar in i reservoarer. Sådana processer kan vara cykliska till sin natur, vilket leder till ännu större komplexitet hos organiska polymerer.

Bildning av koacervat

Nästa steg i livets ursprung var bildandet av koacervat, det vill säga stora ansamlingar av komplexa organiska polymerer. Orsakerna till och mekanismerna för detta fenomen är fortfarande i stort sett oklara. Koacervat från denna period var fortfarande en mekanisk blandning av organiska föreningar, utan några tecken på liv. Någon gång i tiden uppstod kopplingar mellan RNA-molekyler och peptider, vilket påminner om reaktioner från matrisproteinsyntes. Det är dock fortfarande oklart hur RNA kom att koda för syntesen av peptider. Senare uppträdde DNA-molekyler, som, på grund av närvaron av två helixar och möjligheten till mer exakt (jämfört med RNA) självkopiering (replikation), blev de viktigaste bärarna för peptidsyntes och överförde denna information till RNA. Sådana system (koacervat) liknade redan, men var ännu inte sådana, eftersom de inte hade den ordnade inre strukturen som är inneboende i levande organismer och inte kunde reproducera sig. När allt kommer omkring kan vissa reaktioner av peptidsyntes också inträffa i icke-cellulära homogenat.

Uppkomsten av biologiska membran

Ordnade biologiska strukturer är omöjliga utan biologiska membran. Därför var nästa steg i bildandet av liv bildandet av just dessa strukturer, isolerade och skyddade koacervat från miljön och förvandlade dem till autonoma formationer. Membranen kunde ha bildats från lipidfilmer som uppträdde på ytan av vattenförekomster. Peptider som förs med regn strömmar in i vattenkroppar eller som bildas i dessa vattendrag kan fästas vid lipidmolekyler. När vattenkroppar agiterade eller nederbörd föll på ytan kunde bubblor omgivna av membranliknande föreningar uppstå. För livets uppkomst och utveckling var de vesikler som omgav koacervat med protein-nukleotidkomplex viktiga. Men sådana formationer var ännu inte levande organismer.

Uppkomsten av probionter - de första självreproducerande organismerna

Endast de koacervat som var kapabla till självreglering och självreproduktion kunde förvandlas till levande organismer. Hur dessa förmågor uppkom är också fortfarande oklart. Biologiska membran gav autonomi och skydd åt koacervater, vilket bidrog till uppkomsten av betydande ordning och reda i de biokemiska reaktionerna som förekommer i dessa kroppar. Nästa steg var uppkomsten av självreproduktion, när nukleinsyror (DNA och/eller RNA) började inte bara säkerställa syntesen av peptider, utan också med dess hjälp att reglera processerna för självreproduktion och metabolism. Det var så en cellstruktur uppstod med ämnesomsättning och förmågan att reproducera sig själv. Det var dessa former som kunde bevaras genom processen av naturligt urval. Detta är hur koacervater förvandlades till de första levande organismerna - probionter.

Stadiet av kemisk utveckling har avslutats, och stadiet av biologisk utveckling av levande materia har börjat. Detta hände för 3,5-3,8 miljarder år sedan. Uppkomsten av en levande cell är den första stora aromorfosen i utvecklingen av den organiska världen.

De första levande organismerna var nära i strukturen till prokaryoter; de hade ännu inte en stark cellvägg och några intracellulära strukturer (de var täckta med ett biologiskt membran, vars inre böjningar fungerade som cellulära strukturer). Kanske hade de första probionterna ärftligt material representerat av RNA, och genom med DNA dök upp senare i evolutionsprocessen. Det finns en åsikt att den fortsatta utvecklingen av livet kom från en gemensam förfader, från vilken de första prokaryoterna härstammade. Det var detta som säkerställde den stora likheten i strukturen hos alla prokaryoter, och därefter eukaryoter.

Omöjligheten av spontan generering av liv under moderna förhållanden

Frågan ställs ofta: varför sker inte den spontana genereringen av levande varelser för närvarande? När allt kommer omkring, om levande organismer inte dyker upp nu, på vilken grund kan vi då skapa hypoteser om livets ursprung i det avlägsna förflutna? Var finns kriteriet för sannolikheten för denna hypotes? Svaren på dessa frågor kan vara följande: 1) ovanstående hypotes om biopoiesis är på många sätt bara en logisk konstruktion, den har ännu inte bevisats, innehåller många motsägelser och oklara punkter (även om det finns mycket data, både paleontologiska och experimentell, vilket tillåter oss att anta just en sådan utveckling av biopoiesis); 2) denna hypotes, med all sin ofullständighet, försöker ändå förklara livets uppkomst utifrån specifika jordiska förhållanden, och det är just här dess värde ligger; 3) självbildning av nya levande varelser i det nuvarande stadiet av livsutveckling är omöjligt av följande skäl: a) organiska föreningar måste existera under lång tid i form av kluster, som gradvis blir mer komplexa och omvandlade; under förhållandena för den moderna jordens oxiderande atmosfär är detta omöjligt, de kommer snabbt att förstöras; b) under moderna förhållanden finns det många organismer som mycket snabbt kan använda även mindre ansamlingar av organiska ämnen för sin näring.

Kom ihåg!

Vilka kemiska grundämnen utgör proteiner och nukleinsyror?

Vad är biologiska polymerer?

Vilka organismer kallas autotrofer? Heterotrofer?

Teori om biokemisk evolution. Mest utbredd under 1900-talet. fick teorin om biokemisk evolution, föreslagen oberoende av varandra av två framstående vetenskapsmän: den ryske kemisten A. I. Oparin (1894–1980) och den engelske biologen John Haldane (1892–1964). Denna teori bygger på antagandet att det i de tidiga stadierna av jordens utveckling fanns en lång period under vilken organiska föreningar bildades abiogent. Energikällan för dessa processer var solens ultravioletta strålning, som vid den tiden inte hölls kvar av ozonskiktet, eftersom det inte fanns något ozon eller syre i atmosfären på den antika jorden. Syntetiserade organiska föreningar ackumulerades i det antika havet under tiotals miljoner år och bildade den så kallade "primära buljongen", där liv troligen uppstod i form av de första primitiva organismerna - probionter.

Denna hypotes accepterades av många forskare från olika länder och på grundval av den formulerade den engelske forskaren John Desmond Bernal (1901–1971) 1947 den moderna teorin om livets uppkomst på jorden, kallad teorin om biopoiesis.

Bernal identifierade tre huvudstadier av livets ursprung: 1) abiogen uppkomst av organiska monomerer; 2) bildning av biologiska polymerer; 3) bildning av membranstrukturer och primära organismer (probionter). Låt oss ta en närmare titt på vad som hände i vart och ett av dessa stadier.

Abiogen förekomst av organiska monomerer. Vår planet uppstod för cirka 4,6 miljarder år sedan. Den gradvisa förtätningen av planeten åtföljdes av frigörandet av en enorm mängd värme, radioaktiva föreningar sönderföll och en ström av hård ultraviolett strålning kom från solen. Efter 500 miljoner år började jorden sakta svalna. Bildandet av jordskorpan åtföljdes av aktiv vulkanisk aktivitet. Gaser ackumulerade i den primära atmosfären - produkter av reaktioner som sker i jordens tarmar: koldioxid (CO 2), kolmonoxid (CO), ammoniak (NH 3), metan (CH 4), svavelväte (H 2 S) och många andra. Sådana gaser släpps fortfarande ut i atmosfären under vulkanutbrott.

Vatten, som ständigt avdunstade från jordens yta, kondenserades i de övre lagren av atmosfären och föll igen i form av regn på den heta jordens yta. Den gradvisa minskningen av temperaturen ledde till skyfall, åtföljda av kontinuerliga åskväder, som drabbade jorden. Reservoarer började bildas på jordens yta. Atmosfäriska gaser och de ämnen som tvättades ur jordskorpan löstes i varmt vatten. I atmosfären bildades enkla organiska ämnen (formaldehyd, glycerin, vissa aminosyror, urea, mjölksyra, etc.) från dess komponenter under inverkan av frekventa och starka elektriska blixtarladdningar, kraftfull ultraviolett strålning och aktiv vulkanisk aktivitet, som åtföljdes av utsläpp av radioaktiva föreningar. Eftersom det inte fanns något fritt syre i atmosfären ännu, oxiderades dessa föreningar, som kommer in i det primära havets vatten, inte och kunde ackumuleras, bli mer komplexa i struktur och bilda en koncentrerad "primär buljong". Detta fortsatte i tiotals miljoner år (bild 135).

Ris. 135. De viktigaste stadierna i livets bildning

1953 genomförde den amerikanske vetenskapsmannen Stanley Miller ett experiment där han simulerade de förhållanden som fanns på jorden för 4 miljarder år sedan (bild 136). Istället för blixtarladdningar och ultraviolett strålning använde forskaren en elektrisk högspänningsurladdning (60 tusen volt) som energikälla. Urladdningen av urladdningen under flera dagar motsvarade i mängden energi en period av 50 miljoner år på den antika jorden. Efter slutet av experimentet upptäcktes organiska föreningar i den konstruerade installationen: urea, mjölksyra och några enkla aminosyror.

Bildning av biologiska polymerer och koacervat. Det första steget av biokemisk evolution bekräftades av många experiment, men vad som hände i nästa steg kunde forskare bara gissa, förlitade sig på kunskap om kemi och molekylärbiologi. Tydligen interagerade de resulterande organiska ämnena med varandra och med oorganiska föreningar som kom in i vattendragen. Några av dem förstördes, flyktiga föreningar passerade ut i atmosfären. Höga temperaturer orsakade konstant avdunstning av vatten från primära reservoarer, vilket ledde till flera koncentrationer av organiska föreningar. Fettsyror, som reagerar med alkoholer, bildade lipider, som bildade fettfilmer på ytan av reservoarer. Aminosyror kombineras med varandra för att bilda peptider. En viktig händelse i detta skede var uppkomsten av nukleinsyror - molekyler som kan redupliceras. Moderna biokemister tror att korta RNA-kedjor var de första som bildades, som kunde syntetiseras oberoende, utan deltagande av speciella enzymer. Bildandet av nukleinsyror och deras interaktion med proteiner har blivit en nödvändig förutsättning för uppkomsten av liv, vilket är baserat på matrissyntesreaktioner och metabolism.

Ris. 136. S. Millers experiment som simulerar förhållandena för jordens primära atmosfär

Oparin trodde att den avgörande rollen i omvandlingen av icke-levande saker till levande var ekorrar. På grund av sina strukturella egenskaper kan dessa molekyler bilda kolloidala komplex som attraherar vattenmolekyler, som bildar ett slags skal runt proteinerna. Sådana komplex, som smälter samman med varandra, bildades koacervater– strukturer isolerade från resten av vattenmassan. Koacervat kunde byta ämnen med miljön och selektivt ackumulera olika föreningar. Absorptionen av metalljoner av koacervat ledde till bildandet av enzymer. Proteiner i koacervat skyddade nukleinsyror från de skadliga effekterna av ultraviolett strålning. System av detta slag hade redan vissa livsegenskaper, men de saknade biologiska membran för att omvandla dem till de första levande organismerna.

Bildning av membranstrukturer och primära organismer (probionter). Membran kunde bildas från lipidfilmer som täcker ytan av reservoarer, till vilka olika peptider lösta i vatten var fästa. När det var vindbyar eller när reservoaren agiterades, böjde sig ytfilmen och bubblor kunde bryta av från den, stiga upp i luften och falla tillbaka och täckas av ett andra lipid-peptidlager (Fig. 137). För livets vidare utveckling var de vesiklar som innehöll koacervat med protein-nukleinsyrakomplex viktiga. Biologiska membran gav skydd och oberoende existens för koacervat, vilket skapade ordning och reda i biokemiska processer. Därefter bevarades endast de strukturer som var kapabla till självreglering och självreproduktion och omvandlades till de enklaste levande organismerna. Så här uppstod de provionter- primitiva heterotrofa organismer som livnär sig på organiska ämnen från urbuljongen. Detta hände för 3,5–3,8 miljarder år sedan. Den kemiska evolutionen har tagit slut, tiden har kommit biologisk evolution levande materia (se).

Ris. 137. Bildning av membranstrukturer (enligt A.I. Oparin)

De första organismerna. De första levande organismerna var anaeroba heterotrofer, hade inga intracellulära strukturer och liknade i strukturen moderna prokaryoter. De fick mat och energi från organiska ämnen av abiogent ursprung. Men under den kemiska evolutionen, som varade i 0,5–1,0 miljarder år, förändrades förhållandena på jorden. Reserverna av organiska ämnen som syntetiserades i de tidiga stadierna av evolutionen tömdes gradvis ut, och hård konkurrens uppstod mellan primära heterotrofer, vilket påskyndade uppkomsten av autotrofer.

De allra första autotroferna var kapabla till fotosyntes, det vill säga de använde solstrålning som energikälla, men producerade inte syre. Först senare uppträdde cyanobakterier som kunde fotosyntes med frisättning av syre. Ansamlingen av syre i atmosfären ledde till bildandet av ozonskiktet, som skyddade primära organismer från ultraviolett strålning, men samtidigt upphörde den abiogena syntesen av organiska ämnen. Närvaron av syre ledde till bildandet av aeroba organismer, som utgör majoriteten av levande organismer idag.

Parallellt med förbättringen av metaboliska processer blev organismernas inre struktur mer komplex: en kärna, ribosomer och membranorganeller bildades, det vill säga eukaryota celler uppstod (fig. 138). Vissa primära heterotrofer ingick symbiotiska relationer med aeroba bakterier. Efter att ha fångat dem började heterotrofer använda dem som energistationer. Det var så moderna mitokondrier uppstod. Dessa symbionter gav upphov till djur och svampar. Andra heterotrofer fångade inte bara aeroba heterotrofer, utan också primär fotosyntetik - cyanobakterier, som gick in i symbios och bildade de nuvarande kloroplasterna. Så här såg föregångarna till växter ut.

Ris. 138. Möjlig väg för bildning av eukaryota organismer

För närvarande uppstår levande organismer endast som ett resultat av reproduktion. Den spontana genereringen av liv under moderna förhållanden är omöjlig av flera skäl. För det första, i jordens syreatmosfär, förstörs organiska föreningar snabbt, så de kan inte ackumuleras och förbättras. Och för det andra finns det för närvarande ett stort antal heterotrofa organismer som använder någon ansamling av organiska ämnen för sin näring.

Granska frågor och uppgifter

1. Vilka kosmiska faktorer i de tidiga stadierna av jordens utveckling var förutsättningarna för uppkomsten av organiska föreningar?

2. Nämn huvudstadierna av livets uppkomst enligt teorin om biopoiesis.

3. Hur bildades koacervat, vilka egenskaper hade de och i vilken riktning utvecklades de?

4. Berätta hur probionter uppstod.

5. Beskriv hur den inre strukturen hos de första heterotroferna kunde bli mer komplex.

6. Varför är den spontana genereringen av liv omöjlig under moderna förhållanden?

<<< Назад

Vidarebefordra >>>

Abiogen syntes av organiska molekyler. Moderna synpunkter på livets ursprung. Är det möjligt för liv att uppstå på jorden idag??			Datum för: Lektion 47 Klass 9
Förväntat resultat av lektionen
Lektionens mål		Pedagogisk Bildande av medvetna idéer om evolution som den historiska utvecklingen av den organiska världen på jorden. Överväg olika teorier om livets ursprung på jorden, analysera argumenten för och emot Utvecklandet Utveckling av tänkande, förmåga att tillämpa det i kognitiv och kommunikativ praktik Utveckling av förmågan att bygga logiska resonemang, slutsatser och dra slutsatser; analysera och lyfta fram det viktigaste från det föreslagna materialet. Pedagogisk Bildande av en vetenskaplig världsbild. Att främja en tolerant attityd gentemot oliktänkande - anhängare av andra synpunkter som skiljer sig från allmänt accepterade;
Lektionstyp		kombinerad
Lektionstyp		studie
Arbetsform		Grupp individ
Utrustning		Handouts, Whatman-papper, markörer
"Åh, lös livets gåta för mig, den smärtsamma gamla gåtan, som så många huvuden redan har kämpat över - huvuden i hattar målade med hieroglyfer, huvuden i turbaner och svarta baskrar, huvuden i peruker och tusentals andra stackars människohuvuden. ..” G. Heine.
tid	Scen/aktivitet			Resurser
Org ögonblick. 3 min Uppdaterar kunskap	Kära vänner, jag tror att ni alla, utan undantag, har ställt er själva frågan: "Hur uppstod liv på vår planet?" Idag kommer vi att försöka lösa denna eviga "livets gåta", som många smarta människor har tänkt på, vilket framgår av epigrafen på vår lektion. För att göra detta kommer vi att ställa problematiska frågor. Lektionens ämne Sätta mål Hur uppstod livet på jorden? Vilka moderna åsikter och hypoteser om livets ursprung på jorden finns det? Vilka är mest övertygande? VAD ÄR LIVET Friedrich Engels: "Livet är ett sätt att existera för proteinkroppar, vars väsentliga poäng är det ständiga utbytet av ämnen med den yttre naturen som omger dem, och med upphörandet av denna metabolism upphör också livet, vilket leder till nedbrytning av proteinet."
Kontrollerar d.z. 5 minuter	Testa "evolutionär doktrin" 1. Evolution kallas: a) individuell utveckling av organismer b) förändring hos individer c) historisk oåterkallelig utveckling av den organiska världen d) förändringar i växters och djurs liv 2. Evolutionens främsta drivkraft är: a) variation b) ärftlighet c) kamp för tillvaron d) naturligt urval 3. Kampen för tillvaron är: a) konkurrens mellan organismer om miljöförhållanden b) förstörelse av individer av en art av individer av en annan art c) symbiotiska relationer mellan vissa arter och andra d) spridning av en art till ett nytt territorium 4. Sexuellt urval är: a) naturligt urval som sker mellan individer av samma kön under häckningssäsongen b) naturligt urval orsakat av: konkurrens mellan individer av olika kön av samma art om mat c) en form av artificiellt urval som syftar till att förstöra manliga individer (till exempel hos kycklingar, ankor) 5. De är inte exempel på naturlig handling. urval: a) stamtavla för den spanska mastiffen. b) industriell melanism av insekter c) bakteriell resistens mot antibiotika d) husflugornas motståndskraft mot bekämpningsmedel 6. Mimik är: a) likheten mellan en försvarslös och ätbar art med en eller flera obesläktade arter som är väl skyddade och har en varnande färg b) likhet i form och färg hos individer av två besläktade arter. c) förekomsten av speciell skyddsutrustning hos individer av arten 7. Aromorfos är en av följande evolutionära händelser: a) uppkomsten av klassen av fåglar b) uppkomsten av ett stort antal familjer av ett antal rovdjur
Att lära sig nytt material 7 minuter	Uppgifter: 1 skapa ett kluster 2. dra slutsatser Rita upp kluster efter grupper. Grupp 1 Abiogen syntes av organiska ämnen Grupp 2 Moderna syn på livets uppkomst Grupp 3 Utveckling av idéer om livets uppkomst
Primär konsolidering 5 minuter	Algoritm för att skriva en diskussionsuppsats: Ämnet (problemet) som diskuteras. Min position. Kort motivering. Eventuella invändningar som andra kan komma med. Anledningen till att denna position fortfarande är korrekt. Slutsats
Reflexion	Gratis mikrofon
3 min Hus. träning	Formulera en ny hypotes för livets ursprung på jorden Geologer, biologer och alla paleontologer Genetiker och kemister De kliar sig i huvudet Eller kanske någon av er Skapa din egen hypotes Hur, varför, när och var Uppstod liv på jorden?

I. Abiogen syntes av organiska ämnen – bildning av organiska ämnen från oorganiska ämnen

1. Uppstod för 3,5 miljarder år sedan

2. Det utfördes i två steg i det primära havet:

Det första steget är bildningen av organiska föreningar med låg molekylvikt

- kolväten (CH4) i den primära atmosfären reagerade med vattenånga, NH3, H2, CO2, CO, N2 med bildning av mellanliggande organiska föreningar: alkoholer, aldehyder, ketoner, organiska syror, som föll med regn i havet

- mellanliggande föreningar i det primära havet omvandlades till monosackarider, aminosyror, nukleotider, fosfater - ATP (energikällor för syntes kan vara elektriska blixtarladdningar, ultraviolett strålning, termisk energi, chockvågor, energi från vulkaner som bryter ut, tidvattensenergi, etc. )

- möjligheten till en sådan syntes bevisades experimentellt 1953 av S. Miller (amerikansk) - i en förseglad apparat med kokande vatten och ett kylskåp, som simulerade de förhållanden som fanns på jorden för 4 miljarder år sedan, där en blandning av CH4, NH4- och H2-gaser placerades medan de passerade genom elektriska urladdningar, lågmolekylära organiska föreningar erhölls - urea, alkoholer, aldehyder, organiska syror, monosackarider, fettsyror, olika aminosyror (vid användning av joniserande UV-strålning eller värme istället för elektriska urladdningar, andra aminosyror, fettsyror, sockerarter erhölls upp till 600 - ribos, deoxiribos, kvävehaltiga baser - nukleotider)

- möjligheten till abiogen syntes av organiska föreningar bekräftas av det faktum att de finns i rymden (formaldehyd, myrsyra, etylalkohol, etc.)

Det andra steget är syntesen av högmolekylära organiska ämnen från enkla organiska föreningar - biopolymerer: proteiner, lipider, polysackarider, nukleinsyror (RNA)

1. Uppstod i urhavet

2. Det utfördes som ett resultat av polykondensationsreaktioner (polymerisation); den erforderliga energin uppnåddes genom en temperatur på cirka 100 C eller joniserande strålning med avlägsnande av fritt vatten (S. Fox, American, 1997)

3. Koncentrationen av ämnen med låg molekylvikt som krävs för att starta reaktionen uppnåddes som ett resultat av deras adsorption i bottenlersediment eller porösa vulkaniska tuffar

(det har experimentellt visat sig att en vattenlösning av aminosyror i närvaro av aluminiumoxid och ATP kan producera polymerkedjor - polypeptider)

4. Havets och havens vatten var mättat med biopolymerer av abiogent ursprung, som bildar den så kallade. "urbuljong"

Moderna synpunkter på livets ursprung

A. I. Oparins hypotes. Det viktigaste inslaget i A.I. Oparins hypotes är den gradvisa komplikationen av den kemiska strukturen och morfologiska utseendet hos livets föregångare (probionter) på vägen till levande organismer.

En stor mängd bevis tyder på att miljön för livets ursprung kunde ha varit kustområden av hav och hav. Här, i korsningen mellan hav, land och luft, skapades gynnsamma förhållanden för bildandet av komplexa organiska föreningar. Till exempel är lösningar av vissa organiska ämnen (socker, alkoholer) mycket stabila och kan existera under obestämd lång tid. I koncentrerade lösningar av proteiner och nukleinsyror kan koagel som liknar gelatinproppar i vattenlösningar bildas. Sådana blodproppar kallas koacervatdroppar eller koacervater (fig. 70). Koacervat kan adsorbera olika ämnen. Kemiska föreningar kommer in i dem från lösning, som omvandlas som ett resultat av reaktioner som sker i koacervatdroppar och släpps ut i miljön.

Coacervater är ännu inte levande varelser. De visar endast yttre likhet med sådana egenskaper hos levande organismer som tillväxt och metabolism med miljön. Därför betraktas utseendet av koacervat som ett stadium i utvecklingen före livet.

Koacervat har genomgått en mycket lång urvalsprocess för strukturell stabilitet. Stabilitet uppnåddes på grund av skapandet av enzymer som kontrollerar syntesen av vissa föreningar. Det viktigaste steget i livets uppkomst var uppkomsten av en mekanism för att reproducera sin egen sort och ärva egenskaperna från tidigare generationer. Detta blev möjligt på grund av bildandet av komplexa komplex av nukleinsyror och proteiner. Nukleinsyror, kapabla till självreproduktion, började kontrollera syntesen av proteiner och bestämma ordningen på aminosyror i dem. Och enzymproteiner utförde processen att skapa nya kopior av nukleinsyror. Så här uppstod den huvudsakliga egenskapen för livet - förmågan att reproducera molekyler som liknar dem själva.

Levande varelser är så kallade öppna system, det vill säga system där energi kommer utifrån. Utan energiförsörjning kan liv inte existera. Som ni vet, enligt metoderna för energiförbrukning (se kapitel III), delas organismer in i två stora grupper: autotrofa och heterotrofa. Autotrofa organismer använder direkt solenergi i processen för fotosyntes (gröna växter), heterotrofa organismer använder den energi som frigörs vid nedbrytningen av organiska ämnen.

Uppenbarligen var de första organismerna heterotrofer, som fick energi genom syrefri nedbrytning av organiska föreningar. Vid livets gryning fanns det inget fritt syre i jordens atmosfär. Uppkomsten av atmosfären av modern kemisk sammansättning är nära relaterad till livets utveckling. Uppkomsten av organismer som kan fotosyntes ledde till att syre släpptes ut i atmosfären och vattnet. I dess närvaro blev syrenedbrytning av organiska ämnen möjlig, vilket producerar många gånger mer energi än i frånvaro av syre.

Från tidpunkten för sitt ursprung bildar livet ett enda biologiskt system - biosfären (se kapitel XVI). Livet uppstod med andra ord inte i form av enskilda isolerade organismer, utan omedelbart i form av gemenskaper. Utvecklingen av biosfären som helhet kännetecknas av konstant komplikation, det vill säga uppkomsten av fler och mer komplexa strukturer.

Är det möjligt för liv att uppstå på jorden nu? Av vad vi vet om livets ursprung på jorden är det tydligt att processen för uppkomsten av levande organismer från enkla organiska föreningar var extremt lång. För att liv skulle uppstå på jorden tog det en evolutionär process som varade i många miljoner år, under vilken komplexa molekylära strukturer, främst nukleinsyror och proteiner, valdes ut för stabilitet, för förmågan att reproducera sin egen sort.

Om det idag på jorden, någonstans i områden med intensiv vulkanisk aktivitet, kan uppstå ganska komplexa organiska föreningar, är sannolikheten för att dessa föreningar existerar under en längre tid försumbar. De kommer omedelbart att oxideras eller användas av heterotrofa organismer. Charles Darwin förstod detta mycket väl. 1871 skrev han: "Men om nu... i någon varm vattenmassa innehållande alla nödvändiga ammonium- och fosforsalter och tillgänglig för påverkan av ljus, värme, elektricitet etc., bildades ett protein kemiskt som är kapabelt. av ytterligare, allt mer komplexa omvandlingar, då skulle detta ämne omedelbart förstöras eller absorberas, vilket var omöjligt under perioden före uppkomsten av levande varelser."

Liv uppstod på jorden abiogeniskt. För närvarande kommer levande varelser endast från levande varelser (biogent ursprung). Möjligheten att liv återuppstår på jorden är utesluten.

Utveckling av idéer om livets ursprung

Teorin om livets ursprung på jorden. Från antiken till vår tid har otaliga hypoteser lagts fram om livets ursprung på jorden. All deras mångfald beror på två ömsesidigt uteslutande synpunkter.

Förespråkare av teorin om biogenes (från det grekiska "bios" - liv och "genesis" - ursprung) trodde att allt levande bara kommer från levande. Deras motståndare försvarade teorin om abiogenes ("a" - latin, negativt prefix); de trodde att levande tings ursprung från icke-levande var möjligt.

Många vetenskapsmän från medeltiden antog möjligheten av spontan generering av liv. Enligt deras åsikt kan fisk födas från silt, maskar från jord, möss från lera, flugor från kött, etc.

Mot teorin om spontan generation på 1600-talet. Den florentinske läkaren Francesco Redi talade. Genom att lägga kött i en stängd gryta visade Redi att spyflugelarver inte spontant gror i ruttet kött. Förespråkare av teorin om spontan generering gav inte upp, de hävdade att den spontana genereringen av larver inte inträffade av den enda anledningen att luft inte kom in i den stängda krukan. Sedan placerade Redi köttbitarna i flera djupa kärl. Han lämnade några av dem öppna och täckte några med muslin. Efter en tid vimlade köttet i de öppna kärlen av fluglarver, medan det i de med muslin täckta kärlen inte fanns några larver i det ruttna köttet.

Mikroskopet avslöjade mikrovärlden för människor. Observationer har visat att mikroorganismer detekteras efter en tid i en tättsluten kolv med köttbuljong eller höinfusion. Men så fort köttbuljongen kokades i en timme och halsen var förseglad syntes ingenting i den förseglade kolven. Vitalister föreslog att långvarig kokning dödar "vitalkraften", som inte kan penetrera den förseglade kolven.

Tvister mellan anhängare av abiogenes och biogenesis fortsatte in på 1800-talet. Till och med Lamarck skrev 1809 om möjligheten till spontan generering av svampar.

Pasteurs experiment. Med uppkomsten av Darwins bok "The Origin of Species" väcktes frågan återigen om hur liv uppstod på jorden. Franska vetenskapsakademin utsåg 1859 ett särskilt pris för ett försök att kasta nytt ljus över frågan om spontan generation. Detta pris mottogs 1862 av den berömde franske vetenskapsmannen Louis Pasteur.

LOUIS PASTER (1822-1895) - fransk mikrobiolog och kemist. Grundare av mikrobiologi. Upptäckte anaeroba bakterier. Visade energivärdet av jäsning. Undersökte problemet med möjligheten till livets ursprung. Han föreslog vaccinationer mot rabies, mjältbrand och pastörisering (uppvärmning till 70 ° C) som ett sätt att förstöra levande bakterier (men inte deras sporer) för att bevara mat.

L. Pasteur genomförde ett experiment som konkurrerade med Redis berömda experiment i enkelhet. Han kokade olika näringsmedier i en kolv där mikroorganismer kunde växa. Under långvarig kokning i kolven dog inte bara mikroorganismer utan även deras sporer. Pasteur kom ihåg det vitalistiska påståendet att den mytiska "livskraften" inte kunde penetrera en förseglad kolv, och fäste ett S-format rör med en fri ände (fig. 68). Mikroorganismsporer satte sig på ytan av ett tunt krökt rör och kunde inte penetrera näringsmediet. Ett välkokt näringsmedium förblev sterilt; spontan generering av mikroorganismer observerades inte i det, även om tillgång till luft (och med den den ökända "vitala kraften") säkerställdes.

Ris. 68. Schema för L. Pasteurs experiment i kolvar med en S-formad hals.
A - i en kolv med en S-formad hals förblir näringsmediet sterilt under lång tid efter kokning; B - om du tar bort den S-formade halsen, utvecklas snabbt mikroorganismer i miljön

Pasteurs experiment bevisade omöjligheten av spontan generering av liv. Begreppet "livskraft" - vitalism - fick ett förkrossande slag.

Abiogen syntes av organiska ämnen. Pasteurs experiment visade på omöjligheten av spontant skapande av liv för närvarande. Frågan om livets ursprung på vår planet förblev öppen under lång tid.

1924 föreslog den berömda biokemisten A.I. Oparin att med kraftfulla elektriska urladdningar i jordens atmosfär, som för 4-4,5 miljarder år sedan bestod av ammoniak, metan, koldioxid och vattenånga, kunde de enklaste organiska föreningarna uppstå, nödvändiga för uppkomsten av liv. Akademikern Oparins förutsägelse bekräftades. År 1955 ledde den amerikanske forskaren S. Miller elektriska urladdningar med spänningar på upp till 60 000 V genom en blandning av CH 4, NH 3, H 2 och H 2 0 ångor under ett tryck av flera pascal vid en temperatur på 80 ° C , erhöll de enklaste fettsyrorna, urea, ättik- och myrsyror och flera aminosyror, inklusive glycin och alanin (Fig. 69).

Ris. 69. Schema för S. Millers enhet där aminosyror syntetiseras

Som vi redan vet är aminosyror "byggstenarna" från vilka proteinmolekyler byggs. Därför är experimentella bevis på möjligheten av bildandet av aminosyror från oorganiska föreningar en extremt viktig indikation på att det första steget mot uppkomsten av liv på jorden var den abiogena (icke-biologiska) syntesen av organiska ämnen (se främre flugbladet).

För människor som ständigt vill förbättra sig, lära sig något och ständigt lära sig något nytt, specialgjorda vi denna kategori. Den innehåller uteslutande pedagogiskt, användbart innehåll som du säkert kommer att njuta av. Ett stort antal videor kan kanske konkurrera med till och med den utbildning vi får i skolan, högskolan eller universitetet. Det största med träningsvideor är att de försöker ge den senaste, mest relevanta informationen. Världen omkring oss i teknikens era förändras ständigt, och tryckta pedagogiska publikationer har helt enkelt inte tid att ge den senaste informationen.

Bland filmerna kan du även hitta utbildningsfilmer för förskolebarn. Där kommer ditt barn att få lära sig bokstäver, siffror, räkna, läsa osv. Håller med, det är ett mycket bra alternativ till tecknade serier. För grundskoleelever kan du också hitta engelska språkträning och hjälp med att studera skolämnen. För äldre elever har utbildningsvideor skapats som hjälper dig att förbereda dig för prov, tentor eller helt enkelt fördjupa dina kunskaper i ett visst ämne. Den förvärvade kunskapen kan ha en kvalitativ inverkan på deras mentala potential, samt glädja dig med utmärkta betyg.

För ungdomar som redan har tagit examen från skolan, studerar eller inte studerar på universitetet, finns det många fascinerande utbildningsvideor. De kan hjälpa dem att fördjupa sina kunskaper om det yrke de studerar till. Eller skaffa ett yrke, som programmerare, webbdesigner, SEO-optimerare osv. Detta yrke lärs ännu inte ut vid universitet, så du kan bli specialist inom detta avancerade och relevanta område endast genom självutbildning, som vi försöker hjälpa till med genom att samla de mest användbara videorna.

För vuxna är det här ämnet också relevant, eftersom det ofta händer att du efter att ha arbetat i ett yrke i åratal kommer till insikten att det här inte är din grej och du vill lära dig något mer lämpligt för dig själv och samtidigt lönsamt. Även bland denna kategori människor finns det ofta videor om typen av självförbättring, spara tid och pengar, optimera deras liv, där de hittar sätt att leva ett mycket bättre och lyckligare liv. Även för vuxna är ämnet att skapa och utveckla ett eget företag mycket lämpligt.

Även bland utbildningsvideorna finns videor med allmänt fokus som passar nästan alla åldrar; i dem kan du lära dig om hur livet började, vilka evolutionsteorier som finns, fakta från historien, etc. De vidgar perfekt en persons horisonter, vilket gör honom till en mycket mer lärd och trevlig intellektuell samtalspartner. Sådana utbildningsvideor är verkligen användbara för alla att titta på, utan undantag, eftersom kunskap är makt. Vi önskar dig en trevlig och användbar visning!

Nuförtiden är det helt enkelt nödvändigt att vara det som kallas "på vågen". Detta hänvisar inte bara till nyheter, utan också till utvecklingen av ens eget sinne. Om du vill utvecklas, utforska världen, vara efterfrågad i samhället och vara intressant, då är det här avsnittet precis för dig.

Livets ursprung på jorden är ett centralt och olöst problem inom naturvetenskapen, som ofta tjänar som grund för en konflikt mellan vetenskap och religion. Om förekomsten i naturen av evolutionen av levande materia kan anses bevisad, eftersom dess mekanismer har avslöjats, har arkeologer upptäckt forntida, enklare strukturerade organismer, så har inte en enda hypotes om livets ursprung en så omfattande bevisbas. Vi kan observera evolutionen med våra egna ögon, åtminstone i urval. Ingen har lyckats skapa levande saker från icke-levande saker.

Trots det stora antalet hypoteser om livets ursprung har bara en av dem en acceptabel vetenskaplig förklaring. Detta är en hypotes abiogenes- Långsiktig kemisk utveckling, som ägde rum under de speciella förhållandena på den antika jorden och föregick den biologiska utvecklingen. Samtidigt syntetiserades enkla organiska ämnen först från oorganiska ämnen, sedan mer komplexa, sedan uppträdde biopolymerer, nästa steg är mer spekulativa och knappast bevisbara. Abiogeneshypotesen har många olösta problem och olika syn på vissa stadier av kemisk evolution. Vissa av dess punkter har dock bekräftats experimentellt.

Andra hypoteser för livets ursprung - panspermi(ger liv från rymden), kreationism(skapat av skaparen), spontan generation(levande organismer dyker plötsligt upp i livlös materia), stabilt läge(livet har alltid funnits). Omöjligheten av spontan generering av liv i icke-levande ting bevisades av Louis Pasteur (1800-talet) och ett antal vetenskapsmän före honom, men inte så kategoriskt (F. Redi - 1600-talet). Panspermihypotesen löser inte problemet med livets ursprung, utan överför det från jorden till yttre rymden eller till andra planeter. Det är dock svårt att motbevisa denna hypotes, särskilt de av dess företrädare som hävdar att livet fördes till jorden inte av meteoriter (i det här fallet kan levande varelser brinna i atmosfärens lager, utsättas för de destruktiva effekterna av kosmisk strålning, etc.), men av intelligenta varelser. Men hur kom de till jorden? Ur fysikens synvinkel (universums enorma storlek och omöjligheten att övervinna ljusets hastighet) är detta knappast möjligt.

För första gången bevisades möjlig abiogenes av A.I. Oparin (1923-1924), senare utvecklades denna hypotes av J. Haldane (1928). Men idén om att livet på jorden kunde ha föregåtts av den abiogena bildningen av organiska föreningar uttrycktes redan av Darwin. Teorin om abiogenes har förfinats och förfinas av andra vetenskapsmän till denna dag. Dess huvudsakliga olösta problem är detaljerna i övergången från komplexa icke-levande system till enkla levande organismer.

År 1947 formulerade J. Bernal, baserat på utvecklingen av Oparin och Haldane, teorin om biopoiesis, och identifierade tre stadier i abiogenes: 1) abiogen uppkomst av biologiska monomerer; 2) bildning av biopolymerer; 3) bildandet av membran och bildandet av primära organismer (protobionter).

Abiogenes

Det hypotetiska scenariot för livets ursprung enligt teorin om abiogenes beskrivs nedan i allmänna termer.

Jordens ålder är cirka 4,5 miljarder år. Enligt forskare uppträdde flytande vatten på planeten, så nödvändigt för liv, inte tidigare än för 4 miljarder år sedan. Samtidigt, för 3,5 miljarder år sedan, existerade redan liv på jorden, vilket bevisas genom upptäckten av stenar i sådana åldrar med spår av mikroorganismers vitala aktivitet. De första enklaste organismerna uppstod alltså relativt snabbt – på mindre än 500 miljoner år.

När jorden först bildades kunde dess temperatur nå 8000 °C. När planeten svalnade kondenserade metaller och kol, de tyngsta elementen, och bildade jordskorpan. Samtidigt inträffade vulkanisk aktivitet, skorpan rörde sig och komprimerades, veck och brott bildades på den. Gravitationskrafter ledde till komprimering av jordskorpan, vilket frigjorde energi i form av värme.

Lätta gaser (väte, helium, kväve, syre, etc.) hölls inte kvar av planeten och gick ut i rymden. Men dessa element förblev i sammansättningen av andra ämnen. Tills temperaturen på jorden sjönk under 100 °C var allt vatten i ångtillstånd. Efter att temperaturen sjunkit upprepades avdunstning och kondensation många gånger, och det kom kraftiga skyfall och åskväder. Varm lava och vulkanisk aska, en gång i vattnet, skapade olika miljöförhållanden. Hos vissa kan vissa reaktioner uppstå.

Således var de fysiska och kemiska förhållandena på den tidiga jorden gynnsamma för bildandet av organiska och oorganiska ämnen. Atmosfären var av reducerande typ, det fanns inget fritt syre och inget ozonskikt i den. Därför trängde ultraviolett och kosmisk strålning igenom jorden. Andra energikällor var värmen från jordskorpan, som ännu inte hade svalnat, vulkanutbrott, åskväder och radioaktivt sönderfall.

Atmosfären innehöll metan, koloxider, ammoniak, vätesulfid, cyanidföreningar och vattenånga. Ett antal enkla organiska ämnen syntetiserades från dem. Därefter kan aminosyror, sockerarter, kvävehaltiga baser, nukleotider och andra mer komplexa organiska föreningar bildas. Många av dem fungerade som monomerer för framtida biologiska polymerer. Frånvaron av fritt syre i atmosfären gynnade förekomsten av reaktioner.

Kemiska experiment (först 1953 av S. Miller och G. Ury), som simulerade den antika jordens förhållanden, visade möjligheten till abiogen syntes av organiska ämnen från oorganiska. Genom att leda elektriska urladdningar genom en gasblandning som simulerade den primitiva atmosfären, i närvaro av vattenånga, erhölls aminosyror, organiska syror, kvävehaltiga baser, ATP, etc.

Det bör noteras att i jordens antika atmosfär kunde de enklaste organiska ämnena bildas inte bara abiogeniskt. De fördes också från rymden och innehölls i vulkaniskt stoft. Dessutom kan det röra sig om ganska stora mängder organiskt material.

Organiska föreningar med låg molekylvikt ackumulerades i havet och skapade den så kallade ursoppan. Ämnena adsorberades på ytan av leravlagringar, vilket ökade deras koncentration.

Under vissa förhållanden på den antika jorden (till exempel på lera, sluttningarna av kylande vulkaner), kunde polymerisation av monomerer inträffa. Det var så proteiner och nukleinsyror bildades - biopolymerer, som senare blev den kemiska grunden för livet. I en vattenhaltig miljö är polymerisation osannolik, eftersom depolymerisation vanligtvis sker i vatten. Experiment har visat möjligheten att syntetisera en polypeptid från aminosyror i kontakt med bitar av het lava.

Nästa viktiga steg på vägen till livets ursprung är bildandet av koacervatdroppar i vatten ( koacervater) från polypeptider, polynukleotider och andra organiska föreningar. Sådana komplex kan ha ett lager på utsidan som imiterar ett membran och bibehåller deras stabilitet. Koacervat erhölls experimentellt i kolloidala lösningar.

Proteinmolekyler är amfotära. De drar till sig vattenmolekyler så att ett skal bildas runt dem. De resulterande kolloidala hydrofila komplexen isoleras från vattenmassan. Som ett resultat bildas en emulsion i vatten. Därefter smälter kolloiderna samman och koacervat bildas (processen kallas koacervering). Koacervatets kolloidala sammansättning berodde på sammansättningen av mediet i vilket det bildades. I olika reservoarer av den antika jorden bildades koacervat med olika kemiska sammansättningar. Vissa av dem var mer stabila och kunde i viss mån utföra selektiv metabolism med omgivningen. Ett slags biokemiskt naturligt urval ägde rum.

Koacervat kan selektivt absorbera vissa ämnen från miljön och släppa ut i den vissa produkter av kemiska reaktioner som förekommer i dem. Det är som metabolism. När ämnena ackumulerades växte koacervaten och när de nådde kritiska storlekar sönderdelade de i delar, som var och en behöll egenskaperna hos den ursprungliga organisationen.

Kemiska reaktioner kan inträffa i själva koacervaten. Enzymer kunde bildas när metalljoner absorberades av koacervat.

I evolutionsprocessen återstod endast de system som var kapabla till självreglering och självreproduktion. Detta markerade början på nästa steg i livets ursprung - uppkomsten protobioter(enligt vissa källor är detta detsamma som koacervat) - kroppar som har en komplex kemisk sammansättning och ett antal egenskaper hos levande varelser. Protobionter kan betraktas som de mest stabila och framgångsrikt erhållna koacervaten.

Membranet kan formas på följande sätt. Fettsyror kombineras med alkoholer för att bilda lipider. Lipider bildade filmer på ytan av reservoarer. Deras laddade huvuden är vända mot vattnet och deras opolära ändar är vända utåt. Proteinmolekyler som flyter i vatten attraherades till lipidhuvudena, vilket resulterade i bildandet av dubbla lipoproteinfilmer. Vinden kunde böja en sådan film och det skulle bildas bubblor. Koacervat kan av misstag ha fastnat i dessa vesiklar. När sådana komplex återigen uppträdde på vattenytan täcktes de med ett andra lipoproteinskikt (på grund av hydrofoba interaktioner med de opolära ändarna av lipiderna vända mot varandra). Den allmänna layouten av membranet hos dagens levande organismer är två lager av lipider inuti och två lager av proteiner som ligger vid kanterna. Men under miljontals år av evolution har membranet blivit mer komplext på grund av införandet av proteiner nedsänkta i lipidskiktet och penetrerar det, utskjutande och invaginering av enskilda sektioner av membranet, etc.

Koacervat (eller protobionter) skulle kunna innehålla redan existerande nukleinsyramolekyler med förmåga till självreproduktion. Vidare, i vissa protobionter kunde en sådan omstrukturering inträffa att nukleinsyran började koda för ett protein.

Utvecklingen av protobionter är inte längre kemisk, utan prebiologisk evolution. Det ledde till en förbättring av den katalytiska funktionen hos proteiner (de började fungera som enzymer), membran och deras selektiva permeabilitet (vilket gör protobionten till en stabil uppsättning polymerer) och uppkomsten av mallsyntes (överföring av information från nukleinsyra till nukleinsyra och från nukleinsyra till protein).

Stadier av livets ursprung och utveckling

	Evolution	resultat
1	Kemisk evolution - syntes av föreningar	Enkla organiska ämnen Biopolymerer
2	Prebiologisk evolution – kemiskt urval: de mest stabila protobionterna med förmåga till självreproduktion finns kvar	Koacervater och protobionter Enzymkatalys Matrissyntes Membran
3	Biologisk evolution - biologiskt urval: kamp för tillvaron, överlevnad för de som är mest anpassade till miljöförhållanden	Anpassning av organismer till specifika miljöförhållanden Mångfald av levande organismer

Ett av de största mysterierna kring livets ursprung är fortfarande frågan om hur RNA kom att koda för aminosyrasekvensen hos proteiner. Frågan handlar om RNA, inte DNA, eftersom man tror att ribonukleinsyra till en början inte bara spelade en roll i implementeringen av ärftlig information, utan också var ansvarig för dess lagring. DNA ersatte det senare, härrörande från RNA genom omvänd transkription. DNA lämpar sig bättre för att lagra information och är mer stabilt (mindre benäget för reaktioner). Därför, i evolutionsprocessen, var det hon som lämnades som innehavare av information.

1982 upptäckte T. Check den katalytiska aktiviteten hos RNA. Dessutom kan RNA syntetiseras under vissa förhållanden, även i frånvaro av enzymer, och även bilda kopior av sig själv. Därför kan det antas att RNA var de första biopolymererna (RNA-världshypotes). Vissa sektioner av RNA kunde av misstag koda för peptider som är användbara för protobionten; andra sektioner av RNA blev utskurna introner i evolutionsprocessen.

En återkopplingsslinga har uppstått i protobionter - RNA kodar för enzymproteiner, enzymproteiner ökar mängden nukleinsyror.

Början av biologisk evolution

Kemisk utveckling och utvecklingen av protobionter varade i mer än 1 miljard år. Livet uppstod och dess biologiska utveckling började.

Från vissa protobionter uppstod primitiva celler, som inkluderade hela uppsättningen egenskaper hos levande varelser som vi observerar idag. De implementerade lagring och överföring av ärftlig information, dess användning för att skapa strukturer och metabolism. Energi för vitala processer tillhandahölls av ATP-molekyler, och membran som var typiska för celler dök upp.

De första organismerna var anaeroba heterotrofer. De fick den energi som lagrats i ATP genom jäsning. Ett exempel är glykolys - den syrefria nedbrytningen av sockerarter. Dessa organismer livnärde sig på organiskt material från urbuljongen.

Men reserverna av organiska molekyler tömdes gradvis ut, allteftersom förhållandena på jorden förändrades, och nytt organiskt material syntetiserades nästan inte längre abiogent. Under konkurrensförhållanden om matresurser accelererade utvecklingen av heterotrofer.

Bakterierna som kunde fixera koldioxid med bildning av organiska ämnen fick en fördel. Autotrof syntes av näringsämnen är mer komplex än heterotrof näring, så den kan inte ha uppstått i tidiga livsformer. Från vissa ämnen, under påverkan av solstrålningsenergi, bildades föreningar som var nödvändiga för cellen.

De första fotosyntetiska organismerna producerade inte syre. Fotosyntes med dess frisättning uppträdde troligen senare i organismer som liknar moderna blågröna alger.

Ansamlingen av syre i atmosfären, utseendet på en ozonskärm och en minskning av mängden ultraviolett strålning har lett till nästan omöjligheten av abiogen syntes av komplexa organiska ämnen. Å andra sidan blev de framväxande livsformerna mer stabila under sådana förhållanden.

Syreandning har spridit sig på jorden. Anaeroba organismer har bara överlevt på vissa platser (det finns till exempel anaeroba bakterier som lever i varma underjordiska källor).