Реферат: Еволюція життя на Землі
В 1897 році Бухнеру вдалось ізолювати “неживий” фермент із дріждживих клітин, досліджувані Пастером в 1855 р. Ця робота поклала початок хімічному вивченню процесу бродіння. Цим самим були закладені основи для поняття природи і функціонування ферментів – органічних молекул, здатних в багато разів прискорювати звичайні хімічні реакції надзвичайно специфічні в своїй діяльності. Іншими словами, ферменти є ніщо інше, як органічні каталізатори. Опаріну було зрозуміло, що їх виникнення виявилось необхідною ланкою процесу виникнення життя.
Він намагався відповісти на заперечення – заперечення доволі вагомі, - висовувані проти старих теорій виникнення життя на Землі, і усунути протиріччя, народженні успіхом досвіду Пастера, експерементально довівшого неможливість спонтанного самонародження. Пастер довів, що живе виникає тільки із зародків, вже присутніх в середовищі. Якщо погодитись з таким висновком, то життя слідує вважати таким же вічним, як і сама матерія, - а численні вчені саме так і вважали. Але це положення в сутності лежало на гіпотезі Аристотеля про незмінювання світотворення і заперечувало новій, доведеній теорії еволюції організмів. Відмова ж від цієї ідеї відкривала шлях для нової гіпотези, складеній в тому, що умови, в яких виникло життя, відрізняється від умов, в яких життя існує зараз. Ця відмінність стосувалась головним чином складу атмосфери.
5.Основні етапи виникнення життя
Ознаки діяльності живих організмів виявлені багатократно в докембрійських породах, розсіяних по всій земній кулі. В Пд. Африці (м. Фіг-три) знайдені породи зі слідами діяльності мікроорганізмів, вік яких більше 3,5 млрд. років.
Процеси, які передували виникненню життя на Землі, безперечно, здійснювались на основі тих же фізичних і хімічних законів, які діють на Землі і досі. Фізичні і хімічні властивості різних атомів і молекул робили обов’язковим взаємодію між ними. Говорячи про виникнення життя шляхом складних хімічних перетворень молекул, важливо мати на увазі, що ці процеси не мали єдиного і неповторюваного характеру, а могли протікати і, очевидно, протікали в неоднакових умовах і на різних ділянках поверхні Землі.
Передбачаєма історія виникнення життя викладена в трьох основних частинах:
1. від атома до молекули;
2. від молекули до полімера;
3. від полімера до організму.
Хімічна еволюція живого
Із Водню, Азоту і Вуглецю при наявності вільної енергії на Землі повині були виникати спочатку прості молекули: аміак, метан і подібні з’єднання. Далі ці нескладні молекули в первинному океані могли вступати в нові зв’язки між собою і з іншими речовинами.
З особливим успіхом, очевидно, протікали процеси росту молекул при наявності групи –N=C=N – . Ця група приховує в собі великі хімічні можливості до росту як за рахунок приєднання до атому Вуглецю атома Водню, так і шляхом реагування з азотистою основою.
З визначеного етапу хімічної еволюції, участь кисню в цьому процесі стала необхідною. В атмосфері Землі кисень міг накопичуватись в результаті розкладу води і водяної пари під впливом ультрафіолетових променів Сонця( існують припущення про наявність кисню до зародження життя). Для перетворення відновленої атмосфери первинної Землі в окислену витратилось не менше 1-1,2 млрд. р. З накопиченням в атмосфері кисню відновлені з’єднання почали окислюватись, а саме: NH₃ – до NO₃,CH₄ – до CO₂,H₂S – до SO₃. В ряді випадків при окислені CH₄утворились метиловий спирт, формальдегід, мурашинна кислота і т.д., які разом з дощевою попадали в первинний океан. Ці речовини, вступаючи в реакції з аміаком і ціанистим воднем , дали початок амінокислотам і з’єднанням типу аденіну.
В ході таких і аналогічних їм реакцій води первинного океана насичувались різноманітними речовинами, утворюючи первинний бульйон. Шляхом реакції полімерилізації з простих молекул могли бути утворені і більш складні молекули – білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти і їх спричинені. Однією з найбільш важливих ланок початкової стадії хімічної еволюції слідує визнати з’єднані здібності до самовідтворення полінуклеотидів з каталітичною активністю поліпептидів. При виникненні життя необхідна була участь як полінуклеотидів, так і поліпептидів.
Надалі ускладнення обміну речовин в таких системах значну роль повинні були відіграти каталізатори (різні органічні і неорганічні речовини) і просторово-часові роззносини (тобто, закінчити зв’язок) початкових і кінцевих продуктів реакції. Все це не могло з’явитись до появи мембран. Утворення мембранної структури вважається самим важким етапом хімічної еволюції життя. Біологічні мембрани, як відомо, складають агрегати білків і ліпідів, здатні розмежувати речовини від середовища і надати упаковці молекул міцності.
Початкові етапи біологічного обміну
Вважають, що в початкових етапах передбіологічної еволюції коацервати, в яких виникла концентрація певного набору металів і простих органічних речовин, стали основою для переходу до біогенних синтезів. Навіть перші живі організми могли получити АТФ із оточуваного середовища.
З іншого боку, каталітична активність коацерватов могла бути підсилина і при виникненні комплексів між металами і органічними з’єднаннями.
До виникнення дійсної живої істоти здібність до самовідтворення не обов’язково могла бути зв’язана з точною редуплікацією нуклеїнових кислот, так як вона здійснювалась дуже повільно. Самоподвоєння їх могло б бути результатом постійності співвідношення швидкостей різних реакцій обміну речовин, йдучих із участю коферментов – каталізаторов небілкової природи. Надалі, очевидно, шов передбіологічний відбір коацерватов і по здібності накопичення спеціальних білковоподібних полімерів, відповідальних за прискорення хімічних реакцій. Всі ці зміни привели до виникнення циклічного обміну речовин, характерного для живих створінь.
В системі коацерватов не виключен і відбір самих нуклеїнових кислот, тобто відбір по генам. Система з успішною працюючою послідовністю нуклеотидів в нуклеїновій кислоті має право називатись живою.
Хіральна чистота живого
В питанні про походження життя одним із загадкових залишається факт наявності абсолютної хіральної чистоти (від греч. cheir – рука ): у живих істот – зміст в молекулах білків тільки “лівих” амінокислот, а в нуклеїнових кислотах – “правих” цукрів. Подібне явище могло виникнути тільки внаслідок утрати передбіологічного середовища первинної зеркальної симетрії (однаковий зміст правих і лівих ізомерів амінокислот і цукрів). Неживій природі присутня тенденція установлення зеркальної симетрії(рацемації).
Досвіди останніх років показали, що тільки в хірально чистих розчинах практично могло виникнути біологічно вагоме видовження ланцюга полінуклеотидів і процес самореплікації. Живі системи організовані так, що тРНК із правих цукрів приєднує до себе тільки ліві амінокислоти. Ось чому виникнення життя, очевидно, виключалось до руйнування зеркальної симетрії передбіологічного середовища і появи саморепліцируючих систем.
Усі живі організми піддтримують свою хіральну чистоту, і еволюція не надала їм засобів для мешкання в рацимічному середовищі.
Всі викладені – не більш як правдоподібні гіпотези можливих шляхів виникнення життя, і тут можна очікувати нових цікавих відкриттів. Так, за останні роки показано, що давно відомі бактерії, проживаючі в гарячих джерелах, на дні океанів, в шлунку деяких жуйних тваринах, поглинаючи вуглекислий газ, водень і виділяючі метан (метаноутворюючі бактерії), мало відрізняються від організмів, які жили на Землі першими.
В проблемі виникнення біологічного обміну на Землі ще є багато нез’ясованого. Занесене життя на землю чи воно тут виникло? Прошов біологічний обмін через коацерватний стан чи первісно виникає генетичний код? Але научно вірогідною залишається можливість виникнення життя з неорганічних речовин за допомогою діяння фізичних факторів середовища і діяння передбіологічного відбору.
6.Прискорення еволюції
Прискорення (акселірація) – відміна риса еволюції: вперше це підкреслив академік Опарін. Після виникнення життя на Землі її еволюція характеризується тенденцією до поступового прискорення. Від виникнення перших живих істот (біля 3,5 млрд.р.назад) до першого масового розвитку багатоклітинних в вендську епоху пройшло більш 2,5 млрд.р. Для досягнення величезного різноманіття тварин і рослин було необхідно біля 400 млн.р., для розвитку ссавців і птах – біля 100 млн.р., приматів – біля 60 млн.р., гомінід – біля 16 млн. р., для роду чоловіка – 6 млн. р., для Homo sapiens – 60 тис.р.
Древній кам’яний вік (палеоліт) продовжувався стільки ж, скільки слідуючі неоліт, бронзовий і залізний віки. Сучасна наука зародилась біля 300 р. назад. Увесь хід розвитку свідчить про прискорення.