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.
Кошка Жоффруа (Leopardus geoffroyi) - вид дикой кошки из Южной Америки. Принадлежит к роду тигровые кошки (Leopardus). Названа в честь французского зоолога Жоффруа Сент-Илера....
09 05 2024 12:54:55
Июнь славится пышностью зелени, а так же цветущими на клумбах цветами, в лесу на солнечных полянах и на лугах. Радуют разнообразием оттенков – розы, петуньи, настурция. В начале месяца зацветает калина....
08 05 2024 11:52:56
Потеря среды обитания или «родного дома», как правило, является самой важной причиной вымирания растений и животных....
07 05 2024 3:17:47
Ерофей Хабаров — один из наиболее известных русских землепроходцев, исследовавший земли Сибири и Приамурья. Благодаря стараниям Ерофея была освоена территория Приамурья, которая в будущем стала использоваться для хозяйственной деятельности....
06 05 2024 21:32:17
Половину территории суши Земли делят между собой десять крупнейших государств, а в двух странах - в Китае и Индии проживает более 35% всего населения планеты....
05 05 2024 1:38:11
Наши знания о животных Северного полюса основаны на наблюдениях и записях, тех людей, которые осмелились покорить опасный арктический лед и отправился туда......
04 05 2024 5:37:55
Споры - это репродуктивные клетки растений, грибов, водорослей и бактерий. Они, как правило, одноклеточные и обладают способностью развиваться в новый организм....
03 05 2024 20:30:19
Глобальное увеличение средней температуры, которое мы наблюдали в последние десятилетия, стало относительно быстрым и довольно значительным....
02 05 2024 6:40:40
Стихотворение «Осень» датировано 1970 – 1971 годами. Это был тяжелый период в биографии поэта. Его преследовали, печатались обличительные статьи, ощущалось давление....
01 05 2024 9:47:55
Земля – это дом для каждого человека. Но также на ней обитают животные, растения, бактерии. От благополучия Земли зависит качество нашей жизни, поэтому важно заботиться о родной планете....
30 04 2024 11:55:41
Аусси, или австралийская овчарка - порода собак известна своей физической выносливостью и высокими умственными способностями....
29 04 2024 22:17:44
Наша планета Земля очень большая. Каждый ее уголок отличается разнообразной природой. Но у каждого человека есть своя родная природа. Даже если встречаются наиболее красивые места, то родную природу нельзя ни с чем сравнить....
28 04 2024 22:28:50
Популяции животных постоянно взаимодействуют одна с другой и окружающей их средой в разных сферах....
27 04 2024 3:33:28
Каждый школьник с нетерпением ждет долгожданных летних каникул, в качестве подарка после сложной учебы. И вот они наконец-то настали....
26 04 2024 9:51:40
В этой статье перечислены пять самых длинных рек/речных систем мира в соответствии с общепринятыми стандартами....
25 04 2024 19:20:20
ОТВЕТ: Лоси являются травоядными животными, а это значит, что они способны есть......
24 04 2024 16:49:25
Задолго до того, как Атлантический и Тихий океаны были хорошо изучены, Индийский океан являлся оживленным регионом для путешествий и торговли. Более 2000 лет назад торговцы плыли по океану, чтобы обмениваться товарами между Индией, Африкой и Аравией....
23 04 2024 7:25:49
Баобаб – это поистине удивительное дерево. Он считается не только самым толстым деревом в мире, но и самым долгоживущим....
22 04 2024 19:22:23
Непарнокопытные (Perissodactyla) - это отряд травоядных, наземных млекопитающих. В отличие от парнокопытных, животные этого отряда имеют нечетное количество развитых пальцев. Непарнокопытные включают таких известных животных, как лошади, зебры, ослы, тапиры и носороги....
21 04 2024 8:23:23
Первичный, или дeвcтвeнный лес - это лес, который имеет большой возраст и обладает уникальными биологическими особенностями....
20 04 2024 17:41:19
Носороги - крупные непарнокопытные животные, которых легко узнать по их рогатой морде. Все виды носорогов являются растительноядными....
19 04 2024 22:52:10
Территория Подмосковья приковывает внимание орнитологов страны. В действительности список птиц, обитающих в этом месте, можно составлять бесконечно, остановимся на некоторых из них....
18 04 2024 3:16:10
Среди работ Шишкина хочется обратить внимание на картину «Сосновый лес». Это уголок леса, который заметил художник, находясь недалеко от дачного поселка возле Петербурга....
17 04 2024 20:53:52
Мадагаскарская руконожка, также известная как ай-ай (Daubentonia madagascariensis) является единственным современным видом семейства руконожковых....
16 04 2024 23:28:14
Замор рыбы - это массовая гибель рыбы, которая происходит в результате нехватки кислорода или попадания в водоем токсичных веществ...
15 04 2024 16:48:37
Существует множество гипотез и теорий возникновения жизни на Земле, и в этой статье мы рассмотрим некоторые из наиболее популярных в научных кругах....
14 04 2024 19:24:22
Растительность Азии разделена на пять основных зон, основанных на богатстве и типах флоры каждого региона: тропические дождевые леса в......
13 04 2024 16:25:50
В этой статье более подробно рассматривается основная разница между кометами и астероидами....
12 04 2024 1:50:34
Эндоцитоз - процесс, с помощью которого происходит перемещение веществ в клетку. Существует три основных типа эндоцитоза: фагоцитоз, пиноцитоз и рецепторно-опосредованный эндоцитоз....
11 04 2024 10:27:53
ОТВЕТ: Берингов пролив расположен в Северном полушарии Земли, между США и Россией, а также соединяет Северный Ледовитый и Тихий океаны....
10 04 2024 22:30:50
Мы живем в мире, где наблюдается быстрый технический прогресс. Сейчас почти у каждого есть компьютеры, а для напечатания требуется много бумаги, которую получают вырубая леса. Почти каждая семья имеет автомобили. Но необходимо помнить, что они выбрасывают в атмосферу выхлопные газы, наносящие вред здоровью всего живого на Земле....
09 04 2024 23:11:51
В бассейн Индийского океана входит несколько примечательных заливов, о них и пойдет речь в этой статье....
08 04 2024 16:41:26
ОТВЕТ: Африка, второй по размеру континент в мире, который окружают Атлантический и Индийский океаны, а также Красное и Средиземное моря....
07 04 2024 0:55:49
Во время извержения вулкана из него выходит огромное количество разнообразных веществ. Основной продукт извержения – это магма. Так называют жидкий расплав горных пород, находящийся в нижних слоях земной коры и в верхней части мантии....
06 04 2024 5:22:27
Картинки из этой подборки являются отличным способом показать малышу изображения доброго, улыбающегося, лучистого и веселого солнышка....
05 04 2024 2:52:32
Лист - это зеленый плоский боковой отросток у растений. Они бывают разных форм, размеров и цветов, обычно сплюснутые и тонкие. Листья фактически называют «кухней растения»...
04 04 2024 10:34:23
Летающие змеи, конечно, не имеют крыльев, но их виртуозные перемещения по воздуху вполне можно назвать полётом....
03 04 2024 7:14:28
Трудно поверить, но есть явления природы, которые ученые до сих пор не могут объяснить....
02 04 2024 1:13:15
ОТВЕТ: Скорость передвижения аллигатора по суше может достигать......
01 04 2024 2:37:31
Они оба пятнистые, зубастые, усатые и большие. Как же отличить их друг от друга? На самом деле существует множество различий между ягуаром и леопардом......
31 03 2024 5:16:19
Живые организмы не могут существовать разобщенно, они всегда находятся во взаимодействии. Такое сосуществование порождает целые сообщества....
30 03 2024 19:27:47
Бенилюкс – это политический, экономический и таможенный союз в Западной Европе, в который входят три государства-монархии: Бельгия, Нидерланды и Люксембург, имеющие общие границы....
29 03 2024 10:44:59
Фауна Московской области представлена в основном лесными животными. Здесь обитают более 500 видов насекомых, порядка 70 видов млекопитающих, 11 видов рептилий и 6 видов амфибий, а также не менее 40 видов рыб и около 300 видов птиц....
28 03 2024 13:50:11
Африканский бородавочник (Phacochoerus africanus) - дикий представитель семейства свиньи (Suidae), обитающий на пастбищах, саваннах и редколесье Африканского континента к югу от Сахары....
27 03 2024 15:30:32
Движение клеток является важной функцией в живых организмах. Без способности двигаться клетки не могли бы расти, делиться и мигрировать в те области, где они необходимы....
26 03 2024 9:52:29
ОТВЕТ: Самым быстрым насекомым на Земле, известным науке, является вид австралийских жуков-скакунов - жужелица-скакун (Cicindela hudsoni)....
25 03 2024 6:14:13
Несмотря на гигантские размеры Тихого океана, в его акватории не так много действительно крупных заливов по сравнению с другими океанами....
24 03 2024 5:59:19
В этой статье представлен список и краткое описание десяти самых больших островов планеты в порядке возрастания площади....
23 03 2024 10:26:19
Познакомьтесь поближе с десяткой самых крупных видов пресноводных рыб на Земле....
22 03 2024 6:15:34
Австралия – самый маленький и сухой материк из всех, но несмотря на это природа континента очень разнообразна....
21 03 2024 21:14:10
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)
Природные зоны России — карта, названия, географическая хаpaктеристика и таблица
Русско-японская война 1904-1905 гг кратко даты и события в таблице
Стадии антропогенеза в таблице (11 класс, биология)
Самая краткая биография Андерсена
Природные зоны таблица(7 класс) по географии
Основные природные зоны Канады
Богатство (обществознание, 5 класс)
Самые большие равнины на территории России: названия, карта, границы, климат и фото
Ганс Христиан Андерсен биография кратко для детей и интересные факты
Teaching approaches: The grammartranslation method
Взаимоотношения между организмами – примеры, хаpaктеристика и таблица
Модификационная изменчивость – значение в жизни организма, примеры и особенности
Таблица “Природные зоны климатических поясов”, особенности климата мира
Внутреннее строение млекопитающих – таблица кратко
Разряды местоимений- таблица видов с примерами в русском языке
Местоимения 3 лица в русском языке, единственного и множественного числа
Самая краткая биография Грига
Страны Азии и их столицы – список и таблица
Булат Окуджава биография, кратко о творчестве и личной жизни
Какие бывают природные зоны, их основные особенности
Природные зоны таблица(7 класс) по географии
Лица глаголов, как определить – таблица для 1, 2, 3 лица в русском языке
Непроизводные и производные междометия, таблица с примерами
Самая краткая биография Марко Поло
Морфологический разбор причастия – примеры морфемного разбора слова по составу
Предлоги места в английском языке в таблице (4 класс)
Спряжения глаголов – как определить, таблица 1 и 2 спряжения в русском языке, правило и исключения
Природная зона Санкт-Петербурга – в какой находится