теория абиогенеза объясняет возникновение жизни на земле путем
Что такое абиогенез? Сущность гипотезы, сторонники концепции и эксперименты
В этой статье дается определение термина “абиогенез” и рассматриваются доказательства, подтверждающие эту теорию. Мы также обсудим раннюю Землю и возможности для зарождения первой жизни на планете с чисто научной точки зрения.
Определение
Как возникла жизнь на Земле? Когда все началось? Эти вопросы оставались загадкой на протяжении тысячелетий человеческой истории. Мы знаем, что возраст Земли составляет около 4,5 миллиардов лет, и что первые бактерии уже обитали на нашей планет более 3,5 миллиард лет назад. Теория эволюции дает нам объяснение того, как жизнь началась с одноклеточных бактерий и распространилась на миллионы видов животных, растений, грибов и бактерий. Но откуда взялась первая живая клетка?
Абиогенез — это научная теория, утверждающая, что жизнь на Земле появилась спонтанным естественным путем благодаря существующим в то время условиям. Другими словами, живая материя возникла из неживой.
Абиогенез предполагает, что первые созданные формы жизни были очень примитивными и постепенно становились все более сложными. Биогенезу, в котором жизнь возникает в результате воспроизводства другой жизни, предположительно предшествовал абиогенез, который стал невозможным, когда атмосфера Земли приняла свой нынешний состав.
Ранняя Земля
Представьте себе безжизненную Землю: постоянные извержения вулканов, мощные грозы, кипящие океаны, частые землетрясения и атмосфера с высоким уровнем токсичных газов.
Так как же и почему возникла жизнь в этих условиях? Эта тема интересовала многих ученых, которые хотели найти достоверный ответ на столь важный вопрос.
Теория Опарина — Холдейна
Оба также подозревали, что первые формы жизни появились в теплом примитивном океане и были гетеротрофными (получая предварительно сформированные питательные вещества из соединений, существовавших на ранней Земле), а не автотрофными (синтезирующими питательные вещества из солнечного света или неорганических веществ).
Опарин считал, что жизнь возникла из коацерватов, микроскопических спонтанно сформированных сферических агрегатов липидных молекул, которые удерживаются вместе за счет электростатических сил и, возможно, были предшественниками клеток. Работа Опарина с коацерватами подтвердила, что ферменты, лежащие в основе биохимических реакций метаболизма, функционируют более эффективно, когда они содержатся в мембраносвязанных сферах, чем когда они свободны в водных растворах.
Холдейн, незнакомый с коацерватами Опарина, полагал, что сначала образуются простые органические молекулы, а в присутствии ультрафиолетового света они становятся все более сложными, в конечном итоге формируя клетки. Идеи Холдейна и Опарина легли в основу многих исследований абиогенеза, проводившихся в последующие десятилетия.
Эксперимент Миллера — Юри
В 1953 году американские химики Гарольд Клейтон Юри и Стэнли Миллер проверили теорию Опарина — Холдейна. В своем эксперименте они использовали аппарат с колбой, наполненной водой и химическими веществами, которые, как считалось, существовали на ранней Земле. Ученые обнаружили, что эти химические вещества при определенных условиях спонтанно образуют органические молекулы. Эксперимент предполагает, что органические молекулы могли самопроизвольно образоваться на молодой Земле, став фундаментом для появления первых живых существ.
Некоторые ученые считают, что условия эксперимента Миллера — Юри не соответствовали реальным, но последующие эксперименты с измененной атмосферой показали аналогичные результаты спонтанного образования аминокислот, липидов и нуклеотидов.
РНК пришла первой
В течение многих лет ученые спорили о том, что важнее — ДНК или РНК. ДНК служит основным средством хранения генетической информации. РНК — это рибонуклеиновая кислота, которая может выступать в качестве генетической библиотеки и катализировать реакции. Эта способность делает РНК идеальным кандидатом для зарождения первой жизни на Земле.
Так откуда же взялась РНК? Может ли РНК самопроизвольно образовываться? Сначала рассмотрим структуру РНК, состоящую из четырех нуклеотидных оснований:
Эти четыре нуклеотида являются строительными блоками РНК. Если они могут быть синтезированы самопроизвольно в условиях ранней Земли, тогда можно будет решить большую часть головоломки о том, как зародилась жизнь. И вот, недавно было обнаружено, что некоторые молекулы действительно могут образовывать все четыре нуклеотида в присутствии ультрафиолетового излучения или солнечного света.
Первые клетки
Итак, если органические молекулы и РНК могут спонтанно образовываться, то как насчет клеток? Как создаются клеточные мембраны?
Липиды – это молекулы, которые составляют слой клеточной мембраны. Как стало ясно из эксперимента Миллера — Юри, липиды могут спонтанно образовываться при определенных атмосферных условиях. Они имеют гидрофильную и гидрофобную стороны. В то время как гидрофильная сторона может взаимодействовать с водой, гидрофобная сторона – нет, и поэтому они образуют кластеры в воде. Гидрофильная сторона, обращена наружу, а гидрофобная – внутрь. Это похоже на то, как масло в лавовой лампе никогда не смешивается с жидкостью.
В липидном бислое молекулы ориентированы таким образом, что их полярные части направлены в сторону водной фазы и формируют две гидрофильные стороны, а неполярные «хвосты» формируют гидрофобную внутри бислоя. Это препятствует прохождению воды между ними и образует мембрану клетки. Вода из клетки не выходит наружу, и вода снаружи клетки не проникает внутрь. Из-за структуры липида он может спонтанно собираться в бислой в присутствии воды. Зная все это, можно предположить, что некоторые из первых структур РНК были заключены в примитивную клетку, состоящую из липидного бислоя, заполненного водой, неорганическими и органическими молекулами. Эти примитивные клетки затем дали начало первым живым клеткам.
Другие гипотезы
Хотя научные доказательства абиогенеза являются авторитетной научной теорией, некоторые ученые сформулировали другие гипотезы для объяснения происхождения жизни на Земле. Одной из таких гипотез является панспермия, которая утверждает, что жизнь прибыла на Землю из космоса и, следовательно, возникла в других частях галактики. Это интересная гипотеза, но ее трудно проверить.
Подведение итогов
Теория абиогенеза говорит, что жизнь возникла спонтанно при определенных условиях из неживой материи. Как ученые пришли к этой гипотезе? Эксперименты показывают, что органические молекулы, нуклеотиды РНК и клеточные мембраны могут самопроизвольно образовываться в условиях, схожих на раннюю Землю. РНК – это нуклеиновая кислота, которая может действовать как генетическая библиотека и катализировать реакции, поэтому, вероятно, первая жизнь на Земле была способна функционировать исключительно с РНК. За миллионы лет эти молекулы РНК развили новые каталитические способности и в конечном итоге превратились в сложные клетки, которые мы знаем сегодня.
Тест по биологии 9 класс «Происхождение и развитие жизни на Земле»
1. Теория абиогенеза объясняет возникновение жизни на Земле путём:
а) занесения её из космоса;
б) происхождение её от живого;
в) сверхъестественное творение;
г) самопроизвольное зарождение из неживого.
2.Окончательно в 19 в. доказал невозможность самопроизвольного зарождения жизни в питательной среде, помещённых в колбу, с образным горлом:
3. В 1924 году биохимическую гипотезу происхождения жизни на Земле сформулировал:
4.Согласно взглядам А.И.Опарина основными источниками энергии для абиогенного синтеза органических веществ из неорганических на древней Земле были:
а) электрические снаряды;
б) ультрафиолетовое излучение;
в)тепловые излучения от извержения вулканов;
г) энергия химических реакций.
5.Жизнь на Земле возникла:
а)первоначально на суши;
б) первоначально в океане;
в) на границе суши и океана;
г) одновременно на суши и океане.
6. Теория биогенеза объясняет возникновение жизни на Земле путём:
а) занесения её из космоса;
б) происхождение её от живого;
в) сверхъестественное творение;
г) самопроизвольное зарождение из неживого.
7.Классическое определение жизни дал:
8. Существенным отличием живого от неживого является:
а) наличие обмена веществ и энергии и генетическая программа;
б) единство элементного химического состава;
в) открытость и саморегуляция;
г) дискретность и целостность.
9.Теорию абиогенеза поддерживал:
10.Гипотеза панстермии предполагает
а) жизнь занесена на нашу планету извне;
б) жизнь возникала неоднократно из неживого вещества;
в)постепенное возникновение жизни на Земле из неорганических веществ
путём длительной абиогенной молекулярной эволюции;
Тестовое задание» Происхождение и развитие жизни на Земле»
Тестовое задание: « Происхождение и развитие жизни на Земле»
Теория абиогенеза объясняет возникновение жизни на Земле путем:
а) занесения её из космоса;
б ) происхождения её от живого;
в) сверхъестественного творения;
г) самопроизвольного зарождения из неживого.
Окончательно в Х IX в. доказал невозможность самопроизвольного зарождения жизни в питательных средах, помещенных в колбу, с S – горлом:
а) Ф.Реди; б) Л.Пастер; в) А.Левенгук; г) Л.Спаллациани.
В 1924 году кооцерватную гипотезу происхождения жизни на Земле сформулировал:
а) Л. Пастер; б) С.Миллер; в) Дж.Бернал; г) А.Опарин.
Согласно взглядам А.И.Опарина основными источниками энергии для абиогенного синтеза органических веществ из неорганических на древней Земле были:
а) электрические разряды; б) ультрафиолетовое излучение; в) энергия химических реакций; г) тепловое излучение от извержений вулканов.
Согласно теории А. Опарина, коацерваты обладали свойствами живого потому что:
а) состояли из молекул; б) распадались на более мелкие капли; в) воспроизводили новые коацерватные капли; г) осуществляли обмен веществ с окружающей средой.
Началом биологической эволюции жизни на Земле принято считать момент возникновения первых:
а) органических веществ; б) коацерватный капель из органических веществ; в) одноклеточных прокариотических организмов; г) одноклеточных эукариотических организмов.
Жизнь на Земле возникла:
а) первоначально на суше; б) первоначально в океане; в) на границе суши и океана; г) одновременно на суше и океане.
Первые живые организмы, появившиеся на Земле, по способу дыхании и питания были:
а) аэробными автотрофами; б) аэробными гетеротрофами; в) анаэробными автотрофами; г) анаэробными гетеротрофами.
При истощении запаса синтезированных абиогенным путем органических веществ, на Земле появились организмы по способу дыхания и способу питания:
а) аэробные автотрофы; б) аэробные гетеротрофы; в) анаэробные автотрофы;
г) анаэробные гетеротрофы.
Крупнейшим ароморфозом, оказавшим существенное воздействие на ранние этапы эволюции жизни на Земле, было:
а) появление прокариот; б) появление эукариот; в) возникновение фотосинтеза у прокариот; г) возникновения дыхания у эукариот.
Правильная геохронологическая последовательность эр в истории Земли следующая:
а) архей, протерозой, палеозой, мезозой, кайнозой ; б) протерозой, архей, палеозой, мезозой, кайнозой; в) архей, палеозой, протерозой, кайнозой. мезозой; г) кайнозой, мезозой, палеозой, протерозой, архей.
Самая древняя из перечисленных в истории земли эра:
а) архей; б) мезозой; палеозой; г) протерозой.
а) бактерии и сине – зеленые водоросли ( цианобактерии);
б) многоклеточные водоросли и кишечнополостные;
в) коралловые полипы и многоклеточные водоросли;
г) морские беспозвоночные животные и водоросли.
Главное эволюционное событие в развитии органического мира в протерозое:
а) выход растений на сушу;
б) выход многоклеточных животных на сушу;
в) появление и расцвет эукариот ( зеленых водорослей);
г) появление и расцвет прокариот ( сине – зеленых водорослей);
Основные организмы, существовавшие на Земле в позднем палеозое ( кембрий, ордовик, силур):
а) костные рыбы, насекомые и водоросли;
б) трилобиты, панцирные рыбы и водоросли;
в) кораллы, хрящевые рыбы и споровые растения;
г) хрящевые рыбы, насекомые и споровые растения.
Основные организмы, существовавшие на Земле в позднем палеозое ( девон, карбон. пермь):
а) хрящевые рыбы, трилобиты и водоросли;
б) панцирные рыбы и трилобиты и папоротниковообразные;
в) хрящевые и костные рыбы, насекомые и папоротниковообразные;
г) панцирные и хрящевые рыбы, пресмыкающиеся и папоротниковообразные;
Главное эволюционное событие в развитии органического мира в середине мезозоя ( юра);
а) господство голосеменных и появление первых птиц;
б) расцвет папоротниковообразных и появление голосеменных;
в) расцвет земноводных и появление первых млекопитающих;
г) появление папоротниковообразных и расцвет пресмыкающихся;
Господствующее положение млекопитающих в эволюции органического мира связано с их:
а) относительно крупными размерами тела;
б) высокой плодовитостью и заботой о потомстве;
в) теплокровностью и внутриутробным развитием;
г) приспособленностью к разным способам размножения.
Главное эволюционное событие в развитии органического мира в середине кайнозоя ( неоген):
а) господство млекопитающих, птиц и насекомых;
б) вымирание пресмыкающихся и поведение птиц;
в) господство голосеменных и вымирание пресмыкающихся;
г) появление первых млекопитающих и вымирание пресмыкающихся.
Периодом в истории Земли, когда растительный и животный мир приобрел современный облик, был:
а) неоген; б) антропоген; в) палеоген; г) кайнозой.
Ключи к тестовому заданию: «Происхождение и развитие жизни на Земле»
1 – г); 2 – б); 3 –г); 4 – а); 5 – г); 6 – в); 7 – б); 8 – г); 9 – в); 10 – в).
Оцените свою работу:
1 – а); 2 – а); 3 – а); 4 – в); 5 – б); 6 – в); 7 – а);8 – в); 9 – а); 10 – б).
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Курс профессиональной переподготовки
Биология: теория и методика преподавания в образовательной организации
Номер материала: ДБ-221120
Международная дистанционная олимпиада Осень 2021
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Минобрнауки внедрит в программы вузов модуль по Великой Отечественной войне
Время чтения: 1 минута
Рособрнадзор оставил за регионами решение о дополнительных школьных каникулах
Время чтения: 1 минута
В России объявлены нерабочие дни с 30 октября по 7 ноября
Время чтения: 2 минуты
Минобрнауки запускает проект по наставничеству для девушек
Время чтения: 1 минута
Путин поручил создать 21,5 тыс. новых учебных мест в школах Дальнего Востока
Время чтения: 2 минуты
В школе в Пермском крае произошла стрельба
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Что такое абиогенез? Сущность гипотезы, сторонники концепции и эксперименты
В этой статье дается определение термина “абиогенез” и рассматриваются доказательства, подтверждающие эту теорию. Мы также обсудим раннюю Землю и возможности для зарождения первой жизни на планете с чисто научной точки зрения.
Определение
Как возникла жизнь на Земле? Когда все началось? Эти вопросы оставались загадкой на протяжении тысячелетий человеческой истории. Мы знаем, что возраст Земли составляет около 4,5 миллиардов лет, и что первые бактерии уже обитали на нашей планет более 3,5 миллиард лет назад. Теория эволюции дает нам объяснение того, как жизнь началась с одноклеточных бактерий и распространилась на миллионы видов животных, растений, грибов и бактерий. Но откуда взялась первая живая клетка?
Абиогенез — это научная теория, утверждающая, что жизнь на Земле появилась спонтанным естественным путем благодаря существующим в то время условиям. Другими словами, живая материя возникла из неживой.
Абиогенез предполагает, что первые созданные формы жизни были очень примитивными и постепенно становились все более сложными. Биогенезу, в котором жизнь возникает в результате воспроизводства другой жизни, предположительно предшествовал абиогенез, который стал невозможным, когда атмосфера Земли приняла свой нынешний состав.
Ранняя Земля
Представьте себе безжизненную Землю: постоянные извержения вулканов, мощные грозы, кипящие океаны, частые землетрясения и атмосфера с высоким уровнем токсичных газов.
Так как же и почему возникла жизнь в этих условиях? Эта тема интересовала многих ученых, которые хотели найти достоверный ответ на столь важный вопрос.
Теория Опарина — Холдейна
Оба также подозревали, что первые формы жизни появились в теплом примитивном океане и были гетеротрофными (получая предварительно сформированные питательные вещества из соединений, существовавших на ранней Земле), а не автотрофными (синтезирующими питательные вещества из солнечного света или неорганических веществ).
Опарин считал, что жизнь возникла из коацерватов, микроскопических спонтанно сформированных сферических агрегатов липидных молекул, которые удерживаются вместе за счет электростатических сил и, возможно, были предшественниками клеток. Работа Опарина с коацерватами подтвердила, что ферменты, лежащие в основе биохимических реакций метаболизма, функционируют более эффективно, когда они содержатся в мембраносвязанных сферах, чем когда они свободны в водных растворах.
Холдейн, незнакомый с коацерватами Опарина, полагал, что сначала образуются простые органические молекулы, а в присутствии ультрафиолетового света они становятся все более сложными, в конечном итоге формируя клетки. Идеи Холдейна и Опарина легли в основу многих исследований абиогенеза, проводившихся в последующие десятилетия.
Эксперимент Миллера — Юри
В 1953 году американские химики Гарольд Клейтон Юри и Стэнли Миллер проверили теорию Опарина — Холдейна. В своем эксперименте они использовали аппарат с колбой, наполненной водой и химическими веществами, которые, как считалось, существовали на ранней Земле. Ученые обнаружили, что эти химические вещества при определенных условиях спонтанно образуют органические молекулы. Эксперимент предполагает, что органические молекулы могли самопроизвольно образоваться на молодой Земле, став фундаментом для появления первых живых существ.
Некоторые ученые считают, что условия эксперимента Миллера — Юри не соответствовали реальным, но последующие эксперименты с измененной атмосферой показали аналогичные результаты спонтанного образования аминокислот, липидов и нуклеотидов.
РНК пришла первой
В течение многих лет ученые спорили о том, что важнее — ДНК или РНК. ДНК служит основным средством хранения генетической информации. РНК — это рибонуклеиновая кислота, которая может выступать в качестве генетической библиотеки и катализировать реакции. Эта способность делает РНК идеальным кандидатом для зарождения первой жизни на Земле.
Так откуда же взялась РНК? Может ли РНК самопроизвольно образовываться? Сначала рассмотрим структуру РНК, состоящую из четырех нуклеотидных оснований:
Эти четыре нуклеотида являются строительными блоками РНК. Если они могут быть синтезированы самопроизвольно в условиях ранней Земли, тогда можно будет решить большую часть головоломки о том, как зародилась жизнь. И вот, недавно было обнаружено, что некоторые молекулы действительно могут образовывать все четыре нуклеотида в присутствии ультрафиолетового излучения или солнечного света.
Первые клетки
Итак, если органические молекулы и РНК могут спонтанно образовываться, то как насчет клеток? Как создаются клеточные мембраны?
Липиды – это молекулы, которые составляют слой клеточной мембраны. Как стало ясно из эксперимента Миллера — Юри, липиды могут спонтанно образовываться при определенных атмосферных условиях. Они имеют гидрофильную и гидрофобную стороны. В то время как гидрофильная сторона может взаимодействовать с водой, гидрофобная сторона – нет, и поэтому они образуют кластеры в воде. Гидрофильная сторона, обращена наружу, а гидрофобная – внутрь. Это похоже на то, как масло в лавовой лампе никогда не смешивается с жидкостью.
В липидном бислое молекулы ориентированы таким образом, что их полярные части направлены в сторону водной фазы и формируют две гидрофильные стороны, а неполярные «хвосты» формируют гидрофобную внутри бислоя. Это препятствует прохождению воды между ними и образует мембрану клетки. Вода из клетки не выходит наружу, и вода снаружи клетки не проникает внутрь. Из-за структуры липида он может спонтанно собираться в бислой в присутствии воды. Зная все это, можно предположить, что некоторые из первых структур РНК были заключены в примитивную клетку, состоящую из липидного бислоя, заполненного водой, неорганическими и органическими молекулами. Эти примитивные клетки затем дали начало первым живым клеткам.
Другие гипотезы
Хотя научные доказательства абиогенеза являются авторитетной научной теорией, некоторые ученые сформулировали другие гипотезы для объяснения происхождения жизни на Земле. Одной из таких гипотез является панспермия, которая утверждает, что жизнь прибыла на Землю из космоса и, следовательно, возникла в других частях галактики. Это интересная гипотеза, но ее трудно проверить.
Подведение итогов
Теория абиогенеза говорит, что жизнь возникла спонтанно при определенных условиях из неживой материи. Как ученые пришли к этой гипотезе? Эксперименты показывают, что органические молекулы, нуклеотиды РНК и клеточные мембраны могут самопроизвольно образовываться в условиях, схожих на раннюю Землю. РНК – это нуклеиновая кислота, которая может действовать как генетическая библиотека и катализировать реакции, поэтому, вероятно, первая жизнь на Земле была способна функционировать исключительно с РНК. За миллионы лет эти молекулы РНК развили новые каталитические способности и в конечном итоге превратились в сложные клетки, которые мы знаем сегодня.
Теории происхождения жизни
За всю историю существования человечества сторонниками этой теории не было приведено ни одного подтверждающего доказательства. Справедливо отметить, что и опровергнуть эту теорию невозможно. Основополагающим моментом здесь являются не факты, а вера.
Теория стационарного состояния
Теория панспермии (греч. pan — всё и sperma — семя)
Теория самозарождения
Сторонники этой теории считали (или считают, если такие еще остались)), что жизнь способна самозарождаться из неживого. Еще Аристотель считал, что личинки, из которых появляются мухи, самозарождаются в гниющем мясе. Эти представления были довольно долго распространены и популярны.
Особенно активно эти идеи обсуждались в конце XVI века, когда апогея достигла легенда о гомункулусе. Свой рецепт «приготовления» гомункулуса Парацельс описывает так: «Возьмите сперму и заставьте ее гнить 7 суток в запечатанной тыкве, а затем в течение 40 недель в лошадином желудке, ежедневно добавляя кровь. В результате произойдет живой ребенок, как дитя, родившееся от женщины».
Кажется что-то таинственное и магическое скрыто за этими древними строками, однако это всего лишь остроумная шутка, на которую попались многие, даже из числа наших современников. Первым аргументированно попытался опровергнуть теорию самозарождения жизни Франческо Реди в 1668 году.
В честь Луи Пастера процесс тепловой обработки пищевых продуктов называется пастеризацией. Она представляет собой нагревание жидких продуктов до 60-70 °C в течение 60 минут, в результате чего болезнетворные микроорганизмы погибают. Это позволяет сохранить продукты свежими на долгое время.
Гипотеза А.И. Опарина абиогенного происхождения жизни
В результате таких преобразований из первичного бульона возникли первые прокариотические клетки.
По итогам эксперимента в системе появились аминокислоты, сахара, жиры и даже предшественники нуклеиновых кислот.
С точки зрения вероятности возникновение жизни весьма маловероятно, однако учитывая очень долгое время (1 млрд. лет от появления Земли) вероятность такого события значительно возрастает.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.