Šiuolaikiniai požiūriai į cheminę ir biologinę evoliuciją

Šiuolaikiniai požiūriai į cheminę ir biologinę evoliuciją!

Pagal šią teoriją gyvenimas atsirado ankstyvojoje žemėje per fizinius ir cheminius atomų jungimo procesus, jungiančius molekules, molekulės savo ruožtu reaguoja į neorganinius ir organinius junginius.

Organiniai junginiai, sąveikaujantys gaminant visų rūšių makromolekules, kurios organizavo pirmąją gyvą sistemą arba ląsteles.

Taigi pagal šią teoriją „gyvenimas“ mūsų žemėje atsirado spontaniškai iš ne gyvos medžiagos. Pirmieji neorganiniai junginiai ir tada organiniai junginiai buvo suformuoti pagal nuolat kintančias aplinkos sąlygas. Tai vadinama chemine evoliucija, kuri negali atsirasti esant dabartinėms aplinkos sąlygoms žemėje. Gyvenimo kilmėms tinkamos sąlygos egzistavo tik primityvioje žemėje.

Oparino-Haldanės teorija taip pat vadinama chemijos teorija arba naturalistine teorija

Šiuolaikiniai požiūriai į gyvenimo kilmę apima cheminę evoliuciją ir biologinę evoliuciją:

1. Cheminė raida:

(i) Atominė fazė:

Ankstyvieji žemės blogai nesuskaičiuojami daugybė laisvų šių elementų (pvz., Vandenilio, deguonies, anglies, azoto, sieros, fosforo ir kt.), Kurie yra būtini protoplazmos susidarymui. Atomai buvo suskirstyti į tris koncentrines mases pagal jų svorį, (a) Žemės centre buvo rasti sunkiausi geležies, nikelio, vario ir kt. Atomai, b) vidutinio svorio natrio, kalio, silicio, magnio atomai aliuminio, fosforo, chloro, fluoro, sieros ir kt. buvo surinkti į žemės šerdį, c) lengviausias azoto, vandenilio, deguonies, anglies ir kt. atomas sudarė primityvią atmosferą.

(ii) molekulių ir paprastų neorganinių junginių kilmė:

Laisvieji atomai, jungiantys molekules ir paprastus neorganinius junginius. Vandenilio atomai buvo daugiausiai ir reaktyviausi primityvioje atmosferoje. Pirmiausia vandenilio atomai kartu su visais deguonies atomais sudaro vandenį ir nepalieka laisvo deguonies. Taigi primityvioji atmosfera sumažino atmosferą (be laisvo deguonies), skirtingai nei dabartinė oksiduojanti atmosfera (su laisvu deguonimi). Vandenilio atomai taip pat sujungiami su azotu ir sudaro amoniaką (NH ₃ ). Taigi vanduo ir amoniakas tikriausiai buvo pirmieji primityviosios žemės junginiai.

(iii) Paprastų organinių junginių (monomerų) kilmė:

Primityvioje atmosferoje buvo dujų, pvz., CO ₂, CO, N, H ₂ ir tt. Azoto ir anglies atmosfera kartu su metaliniais atomais, sudarančiais nitridus ir karbidus. Vandens garai ir metaliniai karbidai reagavo į pirmąjį organinį junginį - metaną (CH ₄ ). Vėliau susidarė vandenilio cianidas (HCN).

Krantiniai lietūs turi būti nukritę:

Kai vanduo nuskubėjo, jis turi būti ištirpęs ir su juo sūrių ir mineralų, ir galiausiai sukauptas vandenynų pavidalu. Taigi senovės vandenyno vandenyse buvo daug ištirpintų NH3, CH4, HCN, nitridų, karbidų, įvairių dujų ir elementų.

Ankstyvieji junginiai sąveikauja ir pagamino paprastus organinius junginius, tokius kaip paprastieji cukrūs (pvz., Ribozė, deoksiribozė, gliukozė ir kt.), Azoto bazės (pvz., Purinai, pirimidinai), amino rūgštys, glicerolis, riebalų rūgštys ir kt. veikė reakcijos mišinį. Šie išoriniai šaltiniai gali būti: i) saulės spinduliai, pvz., Ultravioletinė šviesa, rentgeno spinduliai ir pan., Ii) energija iš elektros išleidimo, pvz., Žaibo, iii) didelės energijos spinduliuotės yra kiti energijos šaltiniai (tikriausiai nestabilūs izotopai primityvios žemės). Ozono sluoksnis atmosferoje nebuvo.

JBS Haldane (1920) vadinamas vandeniniu vandeniu, turinčiu daug organinių junginių mišinio, kaip „karštai praskiestą organinių medžiagų sriubą“. „Karšta praskiesta sriuba“ taip pat vadinama prebiotine sriuba. Taigi etapas buvo nustatytas įvairių cheminių elementų derinimui. Sukūrus organines molekules kaupėsi vandenyje, nes jų degradacija buvo labai lėta, nesant jokių gyvybės ar fermentų katalizatorių.

Eksperimentiniai įrodymai apie Abiogeninę molekulinę evoliuciją:

Stanley Miller 1953 m. Aiškiai parodė, kad ultravioletinė spinduliuotė arba elektriniai išleidimai ar šiluma arba jų derinys gali gaminti sudėtingus organinius junginius iš metano, amoniako, vandens (vandens srauto) ir vandenilio mišinio.

„Miller“ cirkuliavo keturias dujas - metaną, amoniaką, vandenilį ir vandens garus oro sandariame aparate ir 800 ° C temperatūroje perdavė elektrodus. Jis perėjo mišinį per kondensatorių. Tokiu būdu jis vieną savaitę nuolat cirkuliavo dujas ir tada analizavo cheminę skysčio sudėtį aparate. Jis rado daug paprastų organinių junginių, įskaitant kai kurias aminorūgštis, tokias kaip alaninas, glicinas ir asparto rūgštis. Milleris įrodė, kad organiniai junginiai yra gyvenimo pagrindas.

Taip pat buvo kitų medžiagų, tokių kaip karbamidas, vandenilio cianidas, pieno rūgštis ir acto rūgštis. Kitame eksperimente „Miller“ dujų mišinį išplatino tokiu pačiu būdu, tačiau jis neišlaikė elektros iškrovos. Jis negalėjo gauti didelio organinių junginių kiekio. Vėliau daugelis tyrėjų sintetino įvairius organinius junginius, įskaitant purinus, pirimidinus ir paprastus cukrus ir tt Manoma, kad gyvų organizmų pagrindiniai „blokai“, pvz., Nukleotidai, amino rūgštys ir pan. primityvios žemės.

(iv) Sudėtingų organinių junginių (polimerų) kilmė:

Senovės jūroje kaupiasi įvairios aminorūgštys, riebalų rūgštys, angliavandeniliai, purinai ir pirimidino bazės, paprasti cukrūs ir kiti organiniai junginiai. Senovinės atmosferos metu elektros energijos išsiskyrimas, žaibas, saulės energija, ATP ir polifosfatai galėjo suteikti energijos šaltinį organinės sintezės polimerizacijos reakcijoms. „SW Fox“ parodė, kad jei yra beveik sausas aminorūgščių mišinys, sintezuojamos polipeptidų molekulės.

Panašiai paprasti cukrūs gali sudaryti polisacharidus, o riebalų rūgštys galėtų derinti riebalus. Amino rūgštys gali sudaryti baltymus, kai dalyvavo kiti veiksniai. Taigi mažos paprastos organinės molekulės sujungtos suformuodamos dideles kompleksines organines molekules, pvz., Aminorūgščių vienetai, sujungti suformuojant polipeptidus ir baltymus, paprasti cukraus vienetai, sujungti į polisacharidus, riebalų rūgštis ir glicerolį, sujungtus suformuoti riebalus, cukrus, azoto bazes ir fosfatus. sujungtos į nukleotidus, polimerizavusius į nukleino rūgštis senovės vandenynuose.

2. Biologinė raida:

Gyvenimo kilimui reikalingos bent trys sąlygos:

a) Būtina turėti replikatorių, ty savarankiškai gaminančių molekulių.

(b) Šių replikatorių kopijavimas turėjo būti klaidingas per mutaciją.

c) Replikatorių sistema turi reikalauti nuolatinio laisvos energijos tiekimo ir dalinės izoliacijos nuo bendros aplinkos.

Aukšta temperatūra ankstyvoje žemėje atitiktų mutacijos reikalavimą.

Prebiotinių molekulių kilmė:

Trečioji sąlyga, dalinė izoliacija, pasiekta dirbtinai suformuotų prebiotinių molekulių agregatuose. Šie agregatai vadinami protobionais, kurie gali atskirti molekulių derinius iš aplinkos. Jie palaiko vidinę aplinką, bet negali atgaminti. Du svarbūs protobionai yra koacervatai ir mikrosferos.

Coacervates:

Oparinas (1924 m.) Pastebėjo, kad jei susimaišys didelio baltymo ir polisacharido mišinys, susidaro koacervatai. Koacervatai daugiausia turi baltymų, polisacharidų ir šiek tiek vandens. Oparino koacervatai taip pat rodo paprastą metabolizmo formą. Kadangi šie koacervatai neturi lipidų išorinių membranų, jie negali daugintis. Taigi jie neatitinka reikalavimo dėl tikėtinų gyvenimo pirmtakų.

Mikrosferos:

Kai dirbtinai pagamintų organinių junginių mišiniai sumaišomi su šaltu vandeniu, susidaro mikrosferos. Jei mišinyje yra lipidų, mikrosferų paviršius susideda iš lipidų dvigubo sluoksnio, primenančio (praeities atsiminimus) į ląstelių membranų dvigubą sluoksnį. Sidnėjaus lapė (1950 m.) Sušildė 18 ammo rūgščių mišinį iki 130–180 ° C temperatūros. Jis gavo stabilių, baltymų panašių makromolekulių, kurias jis pavadino protenoidais.

Kai protenoidinė medžiaga buvo atšaldyta ir tiriama mikroskopu, Fox pastebėjo mažus sferinius ląstelinius vienetus, atsiradusius iš protenoidų agregacijų. Šie molekuliniai agregatai buvo vadinami protenoidiniais miciosphey. Pirmieji nešūniniai gyvenimo būdai galėjo atsirasti 3 milijardus metų. Jie būtų buvę milžiniškos molekulės (RNR, baltymai ir polisacharidai ir tt).

Protenoidinių mikrosferų fizinės savybės:

Jie buvo sferiniai mikroskopiniai, apie 1–2 (skersmens, panašūs į kokosų bakterijų dydį ir formą).

Protenoidinių mikrosferų struktūrinės savybės:

Elektronų mikroskopu buvo stebimos koncentrinės dvigubo sluoksnio ribos, per kurias atsiranda medžiagos difuzija. Jie turi judrumo, augimo, dvejetainio dalijimosi į dvi daleles gebėjimą ir dauginimosi ir sugebėjimo sugebėjimą. Paviršiumi jų jaunikliai panašūs į bakterijų ir grybų.

Fermentinių mikrosferų fermentų tipo veikla:

Nustatyta, kad jie turi katalizinį aktyvumą, pvz., Gliukozės skaidymą. Šitas protenoidinių mikrosferų fermentinis aktyvumas šildymo metu iš dalies prarandamas.

Didžiausias protenoidinių mikrosferų trūkumas yra tas, kad jie turi ribotą įvairovę. Taigi vis dar neišspręstas dalinio izoliavimo mechanizmas, vedantis į protobionų kilmę.

Kadangi tiek baltymų, tiek nukleino rūgščių (kartu su kitomis paprastesnėmis medžiagomis) yra reikalingos šiandien gyvenantiems organizmams vystyti ir dauginti, akivaizdu, kad iš šių medžiagų atsirado pirmiausia? Nėra jokio aiškaus atsakymo.

RNR pirmasis modelis:

Pastaraisiais metais įrodyta, kad RNR yra pirmosios formos geno medžiaga (Woese, 1967, Crick 1968, Orgel 1973, 1986 Watson ir kt., 1986, Darnell ir kt., 1986). Taigi RNR galėjo būti pirmasis polimeras ir tam tikra atvirkštinės transkripcijos forma galėjo sukelti DNR ir RBA ir DNR pradėjo kontroliuoti baltymų sintezę.

Kodėl RNR, o ne DNR, buvo pirmoji gyvoji molekulė?

RNR molekulių fermentinė veikla nuolat aptinkama, bet DNR nekelia jokio fermentinio aktyvumo. Be to, ribozė yra daug lengviau susintetinama nei deoksiribozė stimuliuojamomis prebiotinėmis sąlygomis. Selektyvi, naudinga RNR molekulė būtų tokia, kuri nukreiptų baltymų sintezę, kuri pagreitintų tam tikros RNR (ty RNR polimerazės) replikaciją.

RNR galėjo katalizuoti lipidų panašių molekulių susidarymą, kurios savo ruožtu galėjo sudaryti plazmos membraną ir baltymus. Baltymai galėjo perimti daugumą fermentinių funkcijų, nes jie yra geresni katalizatoriai nei RNR. Jei pirmosios ląstelės naudojo RNR kaip paveldimą molekulę, DNR išsivystė iš RNR šablono. Kai ląstelės išsivystė, daugelyje organizmų DNR tikriausiai pakeitė RNR.

Ankstyviausių ląstelių kūrimas:

i) Pirmieji gyvi organizmai kilę iš organinių molekulių ir be atmosferos deguonies (mažinanti atmosfera). Manoma, kad jie įgijo energiją kai kurių šių organinių molekulių fermentacija. Jie buvo anaerobai, galintys kvėpuoti be deguonies. Jie priklausė nuo egzistuojančių organinių molekulių maistui, todėl jie buvo heterotrofai.

(ii) Kai išnaudotos esamos organinės molekulės, kai kurie heterotrofai galėjo išsivystyti į autotrofus. Šie organizmai galėjo gaminti savo organines molekules chemosintezės arba fotosintezės būdu.

a) Chemosintezė:

Chemosintezę atliekantys organizmai vadinami chemoautotrofais. Jie buvo anaerobiniai. Chemoautotrofai sukūrė gebėjimą sintezuoti organines molekules iš neorganinių žaliavų. Toks mitybos būdas egzistuoja kai kuriose bakterijose, pvz., Sieros bakterijose, geležies bakterijose, nitrifikuojančiose bakterijose.

b) fotosintezė:

Fotosintetiniai organizmai, fotoautotrofai, sukūrė pigmento chlorofilą derinant paprastas chemines medžiagas. Jie paruošė ekologišką maistą naudodami saulės energiją, užfiksuotą chlorofilo pagalba. Jie neturėjo biocheminių būdų gaminti deguonį. Jie vis dar buvo anaerobiniai ir naudojo vandenilį iš kitų šaltinių nei vanduo.

Vėliau atsirado deguonį atpalaiduojančių fotosintetinių organizmų. Jie buvo panašūs į esamą mėlynąsias dumblius (cianobakterijas). Jie naudojo vandenį, kad gautų vandenilį ir išleistų deguonį. O ₂ pridėjimas į atmosferą pradėjo oksiduoti metaną ir amoniaką, kuris pradėjo dingti.

CH4 + 2O2 → CO ₂ + 2H ₂ O

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O

Gyvenimas Žemėje buvo maždaug 3, 9 mlrd. Metų. Tačiau iki šiol atrasti seniausi mikrofosilai yra fotosintetinių cianobakterijų, kurios prieš 3, 3–3, 5 mlrd.

Ozono sluoksnio susidarymas:

Kadangi deguonis susikaupė atmosferoje, ultravioletinė šviesa šiek tiek pakeitė deguonį į ozoną.

2O2 + O2 → 2O3

Ozonas atmosferoje sudarė sluoksnį, blokuodamas ultravioletinę šviesą ir paliekant matomą šviesą kaip pagrindinį energijos šaltinį.

Eukariotinių ląstelių kilmė (tikrosios branduolinės ląstelės):

Aerobinis kvėpavimas primityvioje atmosferoje išsivystė pakankamai deguonies. Prokariotai palaipsniui pakeitė, kad prisitaikytų prie naujų sąlygų. Jie sukūrė tikrą branduolį ir kitus specializuotus ląstelių organelius. Tokiu būdu laisvieji gyvi eukariotiniai ląsteliniai organizmai, kilę iš Ancierit vandenyno, tikriausiai buvo apie 1, 5 mlrd. Metų. Primityvūs eukariotai paskatino protistų, augalų, grybų ir gyvūnų evoliuciją.

Pagrindinių gyvenimo pradžios etapų santrauka pagal šiuolaikinę gyvenimo teorijos teoriją.