Ліцей № 35

РЕФЕРАТпо темі: «Походження життя на землі»

Учня 10 «Ю» класу
Юкельсона Дмитра

Калінінград,
2000

Існують дві головні гіпотези, по-різному пояснюють появу життяна Землі. Відповідно до гіпотези панспермії, життя занесене з космосу або ввигляді спор мікроорганізмів, або шляхом навмисного «заселення» планетирозумними прибульцями з інших світів.
Прямих свідчень на користь космічного походження життя немає. Космос,однак, поряд із вулканами міг бути джерелом низькомолекулярнихорганічних з'єднанні, розчин яких послужив середовищем для розвиткужиття.

Сучасною наукою вік Землі оцінюється в 4,5 - 4,6 млрд. років.
Поява на планеті перший водойм, з якими пов'язують зародженняжиття, він від цього часу на 3,8 - 4 млрд. років. Близько 3,8 млрд.років тому життя стало визначальним фактором планетарного кругообігувуглецю. У породах поблизу містечка Фіг-Три (Південна Африка), що мають вікбільш 3,5 млрд. років, виявлені безперечні сліди життєдіяльностімікроорганізмів.

Таким чином, процес утворення примітивних живих істот йшоввідносно швидко. Прискоренню процесу могло сприяти те, щонайпростіші органічні речовини були з декількох джерел: абіогеннещо утворюються в первинній атмосфері і в той же час надходять з осідаєна поверхню планети космічної та вулканічної пилом. Підраховано. що
Земля, проходячи через пилові хмари протягом 1 млрд. років, могла отримати зкосмічної пилом 10 млрд. т органічного матеріалу. Це всього в 300 разівменше сумарної біомаси сучасних наземних організмів (3 * 1012т).
Вулкан заодно виверження викидає до 1000 т органічних речовин.

Згідно з другою гіпотезою, життя виникло на Землі, коли склаласясприятлива сукупність фізичних і хімічних умов, які зробилиможливим абіогенного утворення органічних речовин з неорганічних.

У середині минулого століття Л. Пастер остаточно довів неможливістьсамозародження життя в теперішніх умовах. У 20-х роках цього століттябіохіміки А.І. Опарін і Дж. Хол-Дейн припустили, що в тих умовах, якімісце на планеті кілька мільярдів років тому, освіта живогоречовини було можливо. До таких умов вони відносили наявність атмосферивідновного типу, води, джерел енергії (у вигляді ультрафіолетового
(СФ) і космічного випромінювання, теплоти остигає земної кори,вулканічної діяльності, атмосферних електричних явищ,радіоактивного розпаду), прийнятної температури, а також відсутність іншихживих істот.

Головні етапи на шляху виникнення і розвитку життя, мабуть,полягають в: 1) освіту атмосфери з газів, які могли б служити
«Сировиною» для синтезу органічних вешеств (метану, оксиду і діоксидувуглецю, аміаку, сірководню, ціанистих сполук), і пари води; 2)абіогенне (тобто те, що відбувається без участіяорганнзмов) освіту простихорганічних речовин, у тому числі мономерів біологічних полімерів --амінокислот, Сахаров, азотистих основ, АТФ та інших мононук-леотідов;
3) полімеризації мономерів в біологічні полімери. насамперед білки
(поліпептиди) і нуклеїнові кислоти (полі-нуклеотиди); 4) освітупредбіологічною форм складногохімічного складу-протобіонтов, що мають деякі властивості живихістот; 5) виникненні найпростіших живих форм, що мають всю сукупністьголовних властивостей життя,-примітивних клітин; 6) біологічної еволюціївиникли живих істот.

Можливість абіогенного утворення органічних речовин, включаючимономери біологічних полімерів, в умовах, що були на Землі близько 4 млрд.років тому, доведено дослідами хіміків. У лабораторних умовах припропущенні електричних розрядів через різні газові суміші,нагадують примітивну атмосферу планети, а також при використанніінших джерел енергії вчені отримували серед продуктів реакційамінокислоти (аланін, гліцин, аспарагінову кислоту), бурштинову, оцтову,молочну кислоти, сечовину, азотисті основи (аденін, гуанін), АДФ і
АТФ. Низькомолекулярні органічні сполуки накопичувалися у водахпервинного океану у вигляді первинного бульйону або ж адсорбувати наповерхні глинистих відкладень. Остання підвищувало концентрацію цихвешеств, створюючи тим самим кращі умови для полімеризації.

Можливість полімеризації низькомолекулярних сполук з утвореннямполіпептидів і полінуклеотідов (визначає наступний етап на шляхувиникнення життя) безпосередньо в первинному бульйоні викликає сумнівипо термодинамічних міркувань. Водне середовище сприяє реакціїдеполімеризації. Учені припускають, що освіта поліпептидів іполінуклеотідов могло відбуватися в плівці з низькомолекулярнихорганічних сполук у безводному середовищі, наприклад на схилахвулканічних конусів, покритих остигає лавою. Це припущення знаходитьпідтвердження в дослідах. Витримка протягом певного часу при
130 ° С сухої суміші амінокислот в судинах з шматків лави призводило доосвіти поліпептидів.

Утворені описаним чином біополімери змивалися зливовими потоками впервинний бульйон, що захищали їх від руйнівного дії УФ-випромінювання,яке у той час через відсутність в атмосфері планети озонового шару булодуже жорстким.

У міру підвищення концентрації поліпептидів, полінуклеотідов та іншихорганічних сполук у первинному бульйоні склалися умови длянаступного етапу-мимовільного виникнення предбіологічною формскладного хімічного складу, або протобіонтов. Імовірно вони моглибути представлені коацерватами (А. І. Опарін) або мікросферами (С. Фоці).
Це колоїдні краплі з ущільненим поверхневим шаром, що імітуємембрану, вміст яких складали один або декілька видівбіополімерів. Можливість утворення у колоїдних розчинах структур типукоацерватів або мікросфер доведено досвідченим шляхом.

За певних умов коацервати виявляють деякі загальні властивостіживих форм. Вони здатні до певної міри вибірково поглинатиречовини з навколишнього розчину. Частина продуктів хімічних реакцій,що проходять в коацерватах за участю поглинаються речовин, виділяється ниминазад в середу. Відбувається процес, що нагадує обмін речовин. Накопичуючиречовини, коацервати збільшують свій об'єм (зростання). Після досягненняпевних розмірів вони розпадаються на частини, зберігаючи при цьому деякіриси вихідної хімічної організації (розмноження). Оскільки стійкістькоацерватів різного хімічного складу різна, серед них відбуваєтьсявідбір.

Перераховані вище властивості вчені вбачають у протобі-онтов.
Протобіонти представляються як відокремлені від навколишнього середовища, відкритімакромолекулярні системи, що виникали в первинному бульйоні і здатні допримітивним формам зростання, розмноження, обміну речовин і предбіологічноюхімічним відбору.
Предбіологічною еволюція протобіонтов здійснювалася в трьох головнихнапрямках. Важливе значення мало вдосконалення каталітичної
(ферментної) функції білків. Один із шляхів, що дають необхідний результат,полягає, мабуть, в освіті комплексів металів з органічнимимолекулами. Так, включення заліза в порфириновой кільце гемоглобінузбільшує його каталітичну активність у порівнянні з активністю самогозаліза в розчині в 1000 разів. Розвивалося така властивість біологічногокаталізу, як специфічність. По-друге, виняткова роль в еволюціїпротобіонтов належить придбання полінуклеотідамі здатності досамовідтворення, що зробило можливим передачу інформації від поколіннядо покоління, тобто збереження її в часі. В основі цієї здатностілежить матричний синтез. Механізм матричного синтезу був використаний такождля переносу інформації з полінуклеотідов на поліпепті-ди. Третє головненапрям еволюції протобіонтов полягало у виникненні мембран.
Відмежування від навколишнього середовища мембраною з виборчою проникністюперетворює протобіонт в стійкий набір макромолекул, стабілізує важливіпараметри обміну речовин на основі специфічного каталізу.
Поділ функцій зберігання і просторово-часової передачіінформації, з одного боку (нуклеїнові кислоти), і використання її дляорганізації специфічних структури та обміну речовин - з іншого (білки);поява молекулярного механізму матричного синтезу біополімерів; освоєнняефективних систем енергозабезпечення життєдіяльності (АТФ); освітатиповою біологічної мембрани - все це призвело до виникнення живихістот, які спочатку були представлені примітивними клітинами.
З моменту появи клітин предбіологічною хімічний відбір поступився місцембіологічного відбору. Подальший розвиток життя йшло згідно із законамибіологічної еволюції. Переломним моментом на цьому шляху було виникненняклітин еукаріотичного типу, багатоклітинних організмів, людини.