Пример: Транспортная логистика
Я ищу:
На главную  |  Добавить в избранное  

Биология /

Происхождение жизни на земле



Скачать реферат


Лицей № 35

РЕФЕРАТ

по теме: «Происхождение жизни на земле»

Ученика 10 «Ю» класса

Юкельсона Дмитрия

Калининград,

2000 г.

Существуют две главные гипотезы, по-разному объясняющие появление жизни на Земле. Согласно гипотезе панспермии, жизнь занесена из космоса ли-бо в виде спор микроорганизмов, либо путем намеренного «заселения» планеты разумными пришельцами из других миров.

Прямых свидетельств в пользу космического происхождения жизни нет. Кос-мос, однако, наряду с вулканами мог быть источником низкомолекулярных ор-ганических соединении, раствор кото¬рых послужил средой для развития жизни.

Современной наукой возраст Земли оценивается в 4,5 - 4,6 млрд. лет. Появ-ление на планете первых водоемов, с которыми связывают зарождение жизни, отстоит от настоящего времени на 3,8 - 4 млрд. лет. Около 3,8 млрд. лет назад жизнь стала определяющим фактором планетарного круговорота углерода. В породах вблизи местечка Фиг-Три (Южная Африка), имеющих возраст более 3,5 млрд. лет, обнаружены бесспорные следы жизнедеятельности микроорганиз¬мов.

Таким образом, процесс образования примитивных живых су¬ществ шел от-носительно быстро. Ускорению процесса могло спо¬собствовать то, что про-стейшие органические вещества были из нескольких источников: абиогенно об-разующиеся в первичной атмосфере и в то же время поступающие с оседающей на поверх¬ность планеты космической и вулканической пылью. Подсчитано. что Земля, проходя через пылевое облако в течение 1 млрд. лет, могла получить с космической пылью 10 млрд. т органического материала. Это всего в 300 раз меньше суммарной биомассы совре¬менных наземных организмов (3 * 1012т). Вулкан заодно извержение выбрасывает до 1000 т органических веществ.

Согласно второй гипотезе, жизнь возникла на Земле, когда сложилась благо-приятная совокупность физических и химических условий, сделавших возмож-ным абиогенное образование органиче¬ских веществ из неорганических.

В середине прошлого столетия Л. Пастер окончательно доказал невозмож-ность самозарождения жизни в теперешних условиях. В 20-х годах текущего столетия биохимики А.И. Опарин и Дж. Хол-дейн предположили, что в услови-ях, имевших место на планете несколько миллиардов лет назад, образование живого вещества было возможно. К таким условиям они относили наличие ат-мосферы восстановительного типа, воды, источников энергии (в виде ульт¬рафиолетового (УФ) и космического излучения, теплоты остываю¬щей земной коры, вулканической деятельности, атмосферных элек¬трических явлений, ра-диоактивного распада), приемлемой темпе¬ратуры, а также отсутствие других живых существ.

Главные этапы на пути возникновения и развития жизни, по-видимому, со-стоят в: 1) образовании атмосферы из газов, кото¬рые могли бы служить «сырь-ем» для синтеза органических вешеств (метана, оксида и диоксида углерода, аммиака, сероводорода, циа¬нистых соединений), и паров воды; 2) абиогенном (т. е. происхо¬дящем без участияорганнзмов) образовании простых органических веществ, в том числе мономеров биологических полимеров — ами¬нокислот, Са-харов, азотистых оснований, АТФ и других мононук-леотидов; 3) полимериза-ции мономеров в биологические полимеры. прежде всего белки (полипептиды) и нуклеиновые кислоты (поли-нуклеотиды); 4) образовании предбиологических форм сложного

химического состава —протобионтов, имеющих некоторые свой¬ства живых существ; 5) возникновении простейших живых форм, имеющих всю совокуп-ность главных свойств жизни,—примитив¬ных клеток; 6) биологической эволю-ции возникших живых существ.

Возможность абиогенного образования органических веществ, включая мо-номеры биологических полимеров, в условиях, бывших на Земле около 4 млрд. лет назад, доказана опытами химиков. В лабораторных условиях при пропуска-нии электрических разрядов через различные газовые смеси, напоминающие примитивную ат¬мосферу планеты, а также при использовании других источни-ков энергии ученые получали среди продуктов реакций аминокислоты (аланин, глицин, аспарагиновую кислоту), янтарную, уксусную, молочную кислоты, мо-чевину, азотистые основания (аденин, гуа¬нин), АДФ и АТФ. Низкомолекуляр-ные органические соединения накапливались в водах первичного океана в виде первичного бульона или же адсорбировались на поверхности глинистых отло-жений. Последнее повышало концентрацию этих вешеств, создавая тем самым лучшие условия для полимеризации.

Возможность полимеризации низкомолекулярных соединений с об¬разованием полипептидов и полинуклеотидов (определяющая следу¬ющий этап на пути возникновения жизни) непосредственно в первичном бульоне вызывает сомнения по термодинамическим соображениям. Водная среда благоприятству-ет реакции деполиме¬ризации. Ученые предполагают, что образование полипеп-тидов и полинуклеотидов могло происходить в пленке из низкомолекуляр¬ных органических соединений в безводной среде, например на склонах вулканиче-ских конусов, покрытых остывающей лавой. Это предположение находит под-тверждение в опытах. Выдерживание в течение определенного времени при 130°С сухой смеси аминокислот в сосудах из кусков лавы приводило к образо-ванию полипептидов.

Образующиеся описанным образом биополимеры смывались ливневыми по-токами в первичный бульон, что защищало их от разрушающего действия УФ-излучения, которое в то время из-за отсутствия в атмосфере планеты озонового слоя было очень жест¬ким.

По мере повышения концентрации полипептидов, полинукле¬отидов и других органических соединений в первичном бульоне сложились условия для сле-дующего этапа—самопроизвольного возникновения предбиологических форм сложного химического состава, или протобионтов. Предположительно они могли быть представлены коацерватами (А. И. Опарин) или микросферами (С. Фоке). Это коллоидные капли с уплотненным поверхностным слоем, имити-рующим мембрану, содержимое которых составляли один или несколько видов биополимеров. Возможность образова¬ния в коллоидных растворах структур ти-па коацерватов или мик¬росфер доказана опытным путем.

При определенных условиях коацерваты проявляют некоторые общие свой-ства живых форм. Они способны до известной степени избирательно поглощать вещества из окружающего раствора. Часть продуктов химических реакций, про-ходящих в коацерватах с уча¬стием поглощаемых веществ, выделяется ими об-ратно в среду. Происходит процесс, напоминающий обмен веществ. Накапливая вещества, коацерваты увеличивают свой объем (рост). По достиже¬нии опреде-ленных размеров они распадаются на части, сохраняя при этом некоторые чер-ты исходной химической организации (размножение). Поскольку устойчивость коацерватов различного химического состава различна, среди них происходит отбор.

Перечисленные выше свойства ученые усматривают у протоби-онтов. Про-тобионты представляются как обособленные от окружа¬ющей среды, открытые макромолекулярные системы, возникавшие в первичном бульоне и способные к примитивным формам роста, размножения, обмена веществ и предбиологиче-скому химическому отбору.

Предбиологическая эволюция протобионтов осуществлялась в трех главных на-правлениях. Важное значение имело совершенство¬вание каталитической (фер-ментной) функции белков. Один из путей, дающих требуемый результат, за-ключается, по-видимому, в образовании комплексов металлов с органическими молекулами. Так, включение железа в порфириновое кольцо гемоглобина уве¬личивает его каталитическую активность в сравнении с активностью самого же-леза в растворе в 1000 раз. Развивалось такое свойство биологического катализа, как специфичность. Во-вторых, исключи¬тельная роль в эволюции протобионтов принадлежит приобретению полинуклеотидами способности к самовоспроизве-дению, что сделало возможным передачу информации от поколения к поколе-нию, т. е. сохранение ее во времени. В основе этой способности лежит матрич-ный синтез. Механизм матричного синтеза был использован также для переноса информации с полинуклеотидов на полипепти-ды. Третье главное направление эволюции протобионтов состояло в возникновении мембран. Отграничение от окружающей среды мем¬браной с избирательной проницаемостью превращает протобионт в устойчивый набор макромолекул, стабилизирует важные парамет¬ры обмена веществ на основе специфического катализа.

Разделение функций хранения и пространственно-временной передачи инфор-мации, с одной стороны (нуклеиновые кислоты), и использование ее для орга-низации специфических структуры и обмена веществ — с другой (белки); появ-ление молекулярного ме¬ханизма матричного синтеза биополимеров; освоение эффективных систем энергообеспечения жизнедеятельности (АТФ); образова-ние типичной биологической мембраны — все это привело к возник¬новению живых существ, которые поначалу были представлены примитивными клетка-ми.

С момента появления клеток предбиологический химический отбор уступил ме-сто биологическому отбору. Дальнейшее развитие жизни шло согласно законам биологической эволюции. Переломным моментом на этом пути было возникно-вение клеток эукариотического типа, многоклеточных организмов, человека.




Copyright © 2005—2007 «Mark5»