Что такое абиогенез? Сущность гипотезы, сторонники концепции и эксперименты
Содержание
- Определение
- Ранняя Земля
- Теория Опарина — Холдейна
- Эксперимент Миллера — Юри
- РНК пришла первой
- Первые клетки
- Другие гипотезы
- Подведение итогов
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
В 20-х годах прошлого века британский ученый Холдейн, Джон Бёрдон Сандерсон и русский биохимик Александр Опарин независимо друг от друга выдвинули схожие идеи относительно условий, необходимых для возникновения жизни на Земле. Оба считали, что органические молекулы могут быть образованы из абиогенных материалов в присутствии внешнего источника энергии (например, ультрафиолетового излучения), и что примитивная атмосфера была с очень низким количеством свободного кислорода и содержала аммиак, водяной пар, водород и метан.
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:
- Аденин
- Гуанин
- Цитозин
- Урацил
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 панcпepмия, 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.
Биосфера (от греческого bios - жизнь, sphaira - сфера) - оболочка планеты Земля, в которой присутствует жизнь. Развитие термина «биосфера» связано с......
26 04 2024 0:24:53
Каждый школьник с нетерпением ждет долгожданных летних каникул, в качестве подарка после сложной учебы. И вот они наконец-то настали....
25 04 2024 21:40:24
Есть два материка, которые делятся экватором на две неравные части. Это Южная Америка и Африка....
24 04 2024 11:46:11
Экологическая наука - это изучение взаимодействия между физическими, химическими и биологическими компонентами природы....
23 04 2024 10:32:53
Фьорд – это залив, который отличается малой шириной и большой длиной. При этом берега фьорда высокие и очень крутые, обычно они образованы скалами....
22 04 2024 20:39:49
В Крыму насчитывается около 250 эндемичных растений, некоторые представители флоры являются реликтами ледникового периода....
21 04 2024 14:25:36
Проснувшись рано утром, на удивление всем, произошли большие перемены в городе. Стоило выглянуть в окно, как все оказалось в снегу. Значит наступила зима....
20 04 2024 11:19:18
Каждый хоть раз пробовал лисички или шампиньоны, ел белые грибы или подберезовики. Но почему одни грибы можно употрeбллять в пищу, а другие нельзя? Как отличить съедобные грибы от несъедобных или ядовитых? Как правильно готовить грибы?...
19 04 2024 10:27:55
Волки – одни из самых распространенных хищников на нашей планете. Они обитают и в холодной тундре, и в тайге, и в степях, и в горах, на территориях Азии, Европы...
18 04 2024 5:51:58
ОТВЕТ: Пустыня Сахара охватывает внушительную часть территорий таких стран Африки, как Алжир, Чад, Египет, Ливия, Мали, Мавритания, Марокко, Нигер, Сахарская Арабская Демократическая Республика (САДР), Судан и Тунис....
17 04 2024 10:58:14
Митоз - процесс деления клеток, при котором хромосомы из ядра материнской клетки равномерно распределены между двумя новыми клетками....
16 04 2024 21:28:55
Около 80% видов животных, обитающих в Австралии являются эндемиками, и не встречаются больше нигде в мире....
15 04 2024 10:36:49
Пероксисомы представляют собой небольшие органеллы, присутствующие в эукариотических клетках....
14 04 2024 0:44:19
ОТВЕТ: Пустыня Деште-Лут, расположенная на юго-востоке Ирана является самой жаркой пустыней на Земле, на основе спутниковых расчетов, которые измеряют температуру всей земной поверхности планеты....
13 04 2024 6:58:41
В этой статье представлен список и краткая хаpaктеристика самых редких видов растений на Земле....
12 04 2024 14:21:47
Здесь представлены физическая и контурная карты Индийского океана на русском языке и в высоком разрешении....
11 04 2024 11:35:35
ОТВЕТ: Белые медведи живут в Арктике, которая является регионом, окружающим Северный полюс. Они проводят большую часть своего времени на......
10 04 2024 7:30:42
Самым большим и наиболее опасным считается гребнистый крокодил. О нем и пойдёт речь в данной статье....
09 04 2024 20:28:11
ОТВЕТ: Скорость передвижения аллигатора по суше может достигать......
08 04 2024 23:17:14
Перед нами очень известная картина Шишкина – это «Корабельная роща». На ней представлен хвойный сосновый лес. Деревья очень старые, что их невозможно обнять руками. Все они тянутся высоко вверх своими пушистым ветками...
07 04 2024 2:59:18
ООН условно разделяет территорию Азии на 5 макрорегионов: Западная Азия; Восточная Азия; Южная Азия; Юго-Восточная Азия; Центральная Азия....
06 04 2024 2:53:37
На Урале насчитывается около 1600 видов растений, о некоторых из них мы расскажем в данной статье....
05 04 2024 4:12:49
В бассейн Северного Ледовитого океана входит несколько примечательных заливов, о них и пойдет речь в этой статье....
04 04 2024 14:14:31
С яркими лучами солнца к нам приходит весна. Ее все с нетерпением ждут, зима кажется длинной, холода и метели надоедают. Ведь так хочется побольше тепла,...
03 04 2024 19:23:34
Сложно даже примерно подсчитать, сколько рек впадает в Тихий океан. Географы выделяют не менее 40 рек, которые достаточно большие, чтобы их можно было рассмотреть на обычной мировой карте. Какие из них являются самыми крупными?...
02 04 2024 7:45:54
Все живые организмы - от маленьких до больших - обладают общими свойствами и хаpaктеристиками, которые отделяют их от объектов неживой природы, таких как камни или почва....
01 04 2024 12:40:21
Клеточная стенка представляет собой жесткий, полупроницаемый защитный слой в некоторых типах клеток....
31 03 2024 7:16:38
Больше всего осадков выпадет в Южной Америке. Причина этого – горная система Анды, которая защищает большую часть континента от холодных ветров из Тихого океана....
30 03 2024 0:24:50
В дикой природе гиппопотамы проводят большую часть своего времени в воде, выходя в сумерках, чтобы питаться в основном короткой травой....
29 03 2024 20:56:34
В крае произрастает около 800 видов растений, большая часть которых приспособилась к жизни в холодном и сухом климате. Но активная деятельность человека по освоению новых территорий, незаконные вырубки лесов и природные пожары привели к тому, что более двух сотен видов растений оказались на грани исчезновения....
28 03 2024 17:46:44
Бенгальская порода домашних кошек является межродовым гибридом домашней кошки и бенгальской дикой кошки....
27 03 2024 2:53:56
Восьмитысячники - группа из 14 гор, вершины которых находятся на высоте более 8000 метров над уровнем моря, в "зоне cмepти". Эти горы независимы друг от друга и располагаются в горных системах Каpaкорум и Гималаи....
26 03 2024 11:40:20
Экономикой называют всякую хозяйственную деятельность человека. Однако эта деятельность очень разнообразна, поэтому ее разбивают на несколько отраслей....
25 03 2024 19:26:32
Отличить эти два географических объекта очень легко, достаточно понимать их смысл. Остров – это участок суши, который со всех сторон омывается водой. Полуостров же омывается водой только с трех сторон, а с четвертой стороны он соединен с другим участком суши....
24 03 2024 17:41:16
Загрязнение воды является серьезной экологической проблемой и определяется наличием загрязняющих веществ в водных ресурсах....
23 03 2024 8:50:55
Усатые киты или беззубые киты (Mysticeti) - подотряд китообразных млекопитающих. Эти водные животные имеют набор роговых пластин, свисающих с верхней челюсти, с помощью которых фильтруется пища из морской воды....
22 03 2024 4:47:14
Австралия – самый маленький континент нашей планеты, всю территорию которого занимает одноименная страна. Общая численность населения Австралии на 2019 г. составляет 25,3 млн чел....
21 03 2024 10:45:20
Растениям, как и другим живым организмам, для роста необходимы определенные вещества и условия. Понимание основных потребностей растений помогает нам выращивать их здоровыми и сильными....
20 03 2024 12:53:23
Северный Ледовитый океан в разы меньше любого другого океана Земли. Однако всё же есть несколько достаточно крупных рек, которые относятся к его бассейну....
19 03 2024 15:11:41
На Земле находится 6 материков, которые сильно отличаются друг от друга климатом, рельефом, а также населением. Давайте же разберем каждый из них более подробно....
18 03 2024 16:48:35
Считается, что первая атмосфера Земли состояла из водорода и гелия, подобно газообразным планетам и Солнцу....
17 03 2024 7:28:23
Сыр имеет плохую репутацию, потому что он содержит большое количество жиров. Однако для активной собаки, употрeбление небольшого количества сыра не должно быть проблемой....
16 03 2024 18:31:22
Газель-доркас (Gazella dorcas) - относительно не крупное для рода газели млекопитающее, члeн семейства полорогие, родом из Северной Африки....
15 03 2024 8:51:54
Хаpaктеристика водных, лесных, земельных, минеральных, а также биологических ресурсов регионов и стран Азии....
14 03 2024 0:10:24
Леса умеренного пояса - это леса растущие в регионах с умеренным климатом, например, восточная часть Северной Америки, Западная и Центральная Европа и Северо-Восточная Азия....
13 03 2024 0:56:13
В этой статье мы рассмотрим, что такое аэробное дыхание, и ознакомимся с некоторые ключевыми примерами аэробных организмов....
12 03 2024 7:13:54
Морской леопард (Hydrurga leptonyx) - вид млекопитающих из семейства настоящих тюленей. Как и его наземный тезка леопард из семейства кошачьих, морской леопард является хищником и находится на вершине пищевой цепи....
11 03 2024 0:13:26
Полосатый варан (Varanus salvator) - большая ящерица, принадлежащая к роду вараны (Varanus), обитающая на территории Южной и Юго-Восточной Азии....
10 03 2024 20:50:15
ОТВЕТ: Из шести материков Земли, Евразия является самым большим континентом как по размеру, так и по населению....
09 03 2024 12:31:18
Хотя Солнце часто кажется желтым и меняет цвет на восходе и закате, на самом деле оно белое....
08 03 2024 18:45:19
Еще:
Знания -1 :: Знания -2 :: Знания -3 :: Знания -4 :: Знания -5 :: Знания -6 :: Знания -7 :: Знания -8 :: Знания -9 ::
Размножение и развитие животных (3 класс, окружающий мир)
Самая краткая биография Андерсена
Морфологический разбор причастия – примеры морфемного разбора слова по составу
Лица глаголов, как определить – таблица для 1, 2, 3 лица в русском языке
Природные зоны таблица(7 класс) по географии
Строение глаза и функции его частей в таблице
Московский Кремль и его достопримечательности (2 класс, окружающий мир)
Местоимения 3 лица в русском языке, единственного и множественного числа
Этапы антропогенеза – основные в таблице (9 класс, биология)
Взаимоотношения между организмами – примеры, хаpaктеристика и таблица
Наклонение глагола – как определить, таблица с примерами в русском языке
Соляной бунт 1648 года кратко, причины и итоги восстания в таблице
Русско-японская война 1904-1905 гг кратко даты и события в таблице
Спряжения глаголов – как определить, таблица 1 и 2 спряжения в русском языке, правило и исключения
Самая краткая биография Гайдара
Анализаторы человека в таблице, центральные отделы органов чувств
Красота гор, самые высокие горы (доклад 2 класс, окружающий мир)
Самые большие равнины на территории России: названия, карта, границы, климат и фото
Исследователи Северной Америки – история открытия и исследования
Основные природные зоны Канады
Внутреннее строение млекопитающих – таблица кратко
Самая краткая биография Грига
Какие бывают природные зоны, их основные особенности
Стадии антропогенеза в таблице (11 класс, биология)
Как провести разговорный клуб студентам разных уровней
Природные зоны России — карта, названия, географическая хаpaктеристика и таблица
Самая краткая биография Бетховена
Таблица “Природные зоны климатических поясов”, особенности климата мира
Богатство (обществознание, 5 класс)
Витамины (таблица по биологии, 8 класс)
Сходство и различие между митозом и мейозом
Природные зоны таблица(7 класс) по географии
Южная Америка (доклад для 2 класса, окружающий мир)
Путешествие по Москве (2 класс, окружающий мир)
Страны Азии и их столицы – список и таблица
Железы внутренней секреции человека в таблице
Краткая биография Пастернака Бориса Леонидовича интересное о творчестве писателя
Агния Барто биография для детей (3 класс) кратко
Виды мутаций в таблице – хромосомные, генные и геномные (10 класс, биология)
Богдан Хмельницкий краткая биография
Модификационная изменчивость – значение в жизни организма, примеры и особенности
Джонатан Свифт биография и творчество писателя кратко
Краткая биография Суворова, рассказ о полководце Александре Васильевиче для детей всех классов
Причастие и деепричастие – отличия
Цепь питания на примере тайги и луга (4 класс, окружающий мир)
На какие вопросы отвечает причастие и деепричастие
Основные события Первой мировой войны – хронология в таблице
Строение эукариотической клетки в таблице, кратко о функциях (9 класс, биология)
Разноспрягаемые глаголы в русском языке, примеры и полный список
Мэджик Джонсон (Magic Johnson) краткая биография баскетболиста
Природная зона Санкт-Петербурга – в какой находится