Teori om biokjemisk evolusjon
Fram til midten av 1900-tallet. mange forskere trodde at organiske forbindelser bare kunne oppstå i en levende organisme. Det er derfor de ble kalt organiske forbindelser, i motsetning til livløse stoffer - mineraler, som ble kalt uorganiske forbindelser. Det ble antatt at organiske stoffer bare oppstår biogent, og naturen til uorganiske stoffer er helt annerledes, derfor er fremveksten av selv de enkleste organismer fra uorganiske stoffer helt umulig. Etter at den første organiske forbindelsen ble syntetisert fra vanlige kjemiske elementer, viste ideen om to forskjellige essenser av organiske og uorganiske stoffer seg å være uholdbar. Som et resultat av denne oppdagelsen oppsto organisk kjemi og biokjemi, studiet av kjemiske prosesser i levende organismer.

I tillegg gjorde denne vitenskapelige oppdagelsen det mulig å lage konseptet biokjemisk evolusjon, ifølge hvilken liv på jorden oppsto som et resultat av fysiske og kjemiske prosesser. Denne hypotesen var basert på data om likheten mellom stoffer som utgjør planter og dyr, om muligheten for å syntetisere organiske stoffer som utgjør protein under laboratorieforhold.

Akademiker A.I. Oparin publiserte sitt verk "The Origin of Life" i 1924, som skisserte en fundamentalt ny hypotese om livets opprinnelse. Essensen av hypotesen var som følger: opprinnelsen til liv på jorden er en lang evolusjonsprosess for dannelse av levende materie i dypet av ikke-levende materie. Og dette skjedde gjennom kjemisk evolusjon, som et resultat av at de enkleste organiske stoffene ble dannet fra uorganiske under påvirkning av sterke fysisk-kjemiske faktorer, og dermed steg kjemisk evolusjon gradvis til et kvalitativt nytt nivå og gikk over i biokjemisk evolusjon.

Med tanke på problemet med livets opprinnelse gjennom biokjemisk evolusjon, identifiserer Oparin tre stadier av overgang fra livløs til levende materie:

Syntese av innledende organiske forbindelser fra uorganiske stoffer under forholdene til den primære atmosfæren til den primitive jorden;

Dannelse av biopolymerer, lipider, hydrokarboner fra akkumulerte organiske forbindelser i jordens primære reservoarer;

Selvorganisering av komplekse organiske forbindelser, fremveksten på deres grunnlag og evolusjonær forbedring av prosessen med metabolisme og reproduksjon av organiske strukturer, som kulminerte med dannelsen av den enkleste cellen.

Til tross for all eksperimentell gyldighet og teoretisk overtalelsesevne, har Oparins konsept både styrker og svakheter.

Styrken til konseptet er dets ganske nøyaktige samsvar med kjemisk evolusjon, ifølge hvilken livets opprinnelse er et naturlig resultat av den prebiologiske utviklingen av materie. Et overbevisende argument for dette konseptet er også muligheten for eksperimentell verifisering av hovedbestemmelsene. Dette gjelder laboratoriereproduksjon av ikke bare de antatte fysisk-kjemiske forholdene til den opprinnelige jorden, men også koacervater som imiterer den precellulære stamfaren og dens funksjonelle egenskaper.

Den svake siden av konseptet er manglende evne til å forklare selve øyeblikket av spranget fra komplekse organiske forbindelser til levende organismer - det ble tross alt ikke oppnådd liv i noen av eksperimentene som ble utført. I tillegg innrømmer Oparin muligheten for selvreproduksjon av koacervater i fravær av molekylære systemer med genetiske kodefunksjoner. Med andre ord, uten å rekonstruere utviklingen av arvemekanismen, er det umulig å forklare prosessen med hoppet fra ikke-levende til levende. Derfor antas det i dag at det ikke vil være mulig å løse dette mest komplekse biologiproblemet uten å involvere konseptet med åpne katalytiske systemer, molekylærbiologi og kybernetikk

Essensen i denne teorien er at biologisk evolusjon – dvs. Fremveksten, utviklingen og komplikasjonen av ulike former for levende organismer ble innledet av kjemisk evolusjon - en lang periode i jordens historie assosiert med fremveksten, komplikasjonen og forbedringen av samspillet mellom elementære enheter, "byggesteinene" som alle levende ting er sammensatt - organiske molekyler.

I følge de fleste forskere (primært astronomer og geologer) ble jorden dannet som et himmellegeme for rundt 5 milliarder år siden ved kondensering av partikler av en gass- og støvsky som roterte rundt solen.
I løpet av denne perioden var jorden en varm ball, hvis overflatetemperatur nådde 4000-8000°C.
Gradvis, på grunn av strålingen av termisk energi ut i verdensrommet, begynner jorden å avkjøles. For rundt 4 milliarder år siden avkjølte jorden så mye at det dannet seg en fast skorpe på overflaten; samtidig bryter lette, gassformige stoffer ut fra dypet, stiger oppover og danner den primære atmosfæren. Sammensetningen av den primære atmosfæren var vesentlig forskjellig fra den moderne. Det var ikke noe fritt oksygen i atmosfæren til den gamle jorden, og dens sammensetning inkluderte hydrogen (H 2), metan (CH 4), ammoniakk (NH 3), vanndamp (H 2 O), nitrogen (N 2), karbon monoksid og karbondioksid ( CO og C0 2).
Fraværet av fritt oksygen i atmosfæren til den opprinnelige jorden er en viktig forutsetning for fremveksten av liv, siden oksygen lett oksiderer og dermed ødelegger organiske forbindelser. Derfor, i nærvær av fritt oksygen i atmosfæren, ville akkumulering av betydelige mengder organiske stoffer på den gamle jorden vært umulig.
Når temperaturen til den primære atmosfæren når 100 °C, begynner syntesen av enkle elementer i den. organiske molekyler, som aminosyrer, nukleotider, fettsyrer, etc.varme sukkerarter, flerverdige alkoholer, organiske syrer osv. Energi til syntese tilføres av lynutladninger, vulkansk aktivitet, hard kosmisk stråling og til slutt ultrafiolett stråling fra Solen, som Jorden ennå ikke er beskyttet av et ozonskjold fra, og forskere anser ultrafiolett stråling som hovedkilden til energi for abiogen (dvs. foregår uten deltakelse av levende organismer) syntese av organiske stoffer.

Når temperaturen i primæratmosfæren er under 100°C, dannes primærhavet, syntesen starter enkle organiske molekyler, og deretterkomplekse biopolymerer. Prototypene til levende organismer er koacervate dråper som dukket opp i primære hav og dannet en organisk buljong.Koacervatdråper har et visst utseende av metabolisme:

• kan selektivt absorbere visse stoffer fra løsningen og frigjøre deres forfallsprodukter til miljøet og vokse;
• når de når en viss størrelse, begynner de å "formere seg", spirende små dråper, som igjen kan vokse og "spire";
• i prosessen med å blande seg under påvirkning av bølger og vind, kan de bli dekket med et skall av lipider: enkle, som ligner såpemiceller (når en dråpe løftes fra overflaten av vann dekket med et lipidlag én gang), eller doble, som ligner en cellemembran (når en dråpe dekket med en enkeltlags lipidmembran faller igjen, på lipidfilmen som dekker overflaten av reservoaret).

Prosessene for fremveksten av koacervat-dråper, deres vekst og "spirer", så vel som deres "påkledning" med en membran av et lipid-dobbeltlag simuleres lett under laboratorieforhold.

Dermed var prosessene med abiogen syntese av organiske molekyler reproduserbareed i modelleksperimenter.

I 1828 syntetiserte den fremragende tyske kjemikeren F. Wöhler et organisk stoff, urea, fra et uorganisk stoff, ammoniumcyanat.

I 1953 en ung amerikansk forsker, en doktorgradsstudent ved University of Chicago, Stanley Miller, reproduserte i en glasskolbe med elektroder forseglet den primære atmosfæren på jorden, som ifølge forskere på den tiden besto av hydrogenmetan CH 4, ammoniakk NH 3, og vanndamp H 2 0. Gjennom dette gassblanding S. Miller passerte elektriske utladninger som simulerte tordenvær i en uke. På slutten av forsøket ble det funnet α-aminosyrer (glycin, alanin, asparagin, glutamin), organiske syrer (ravsyre, melkesyre, eddiksyre, glykolsyre), y-hydroksysmørsyre og urea. Ved å gjenta eksperimentet var S. Miller i stand til å oppnå individuelle nukleotider og korte polynukleotidkjeder på fem til seks enheter.

J. Oro, ved moderat oppvarming av en blanding av hydrogen, karbon, nitrogen, NH 3, H 2 O, oppnådd adenin, og ved å reagere en ammoniakkløsning av urea med forbindelser som stammer fra gasser under påvirkning av elektriske utladninger, oppnådde han uracil.

L. Orgel (1980-tallet) syntetiserte nukleotidkjeder seks monomerenheter lange i lignende eksperimenter.

S. Akabyuri oppnådde polymerer av de enkleste proteinene.

Abiogen syntese av organiske molekyler kan forekomme på jorden på det nåværende tidspunkt (for eksempel i prosessen med vulkansk aktivitet). Samtidig kan man i vulkanske utslipp ikke bare finne blåsyre HCN, som er en forløper for aminosyrer og nukleotider, men også individuelle aminosyrer, nukleotider og til og med slike komplekse organiske stoffer som porfyriner. Abiogen syntese av organiske stoffer er mulig ikke bare på jorden, men også i verdensrommet. De enkleste aminosyrene finnes i meteoritter og kometer.

Grunnleggende hypoteser om opprinnelsen til livet på jorden.

Biokjemisk evolusjon

Det er generelt akseptert blant astronomer, geologer og biologer at jordens alder er omtrent 4,5 - 5 milliarder år.

I følge mange biologer var tilstanden til planeten vår tidligere ikke veldig lik den nåværende: sannsynligvis var temperaturen på overflaten veldig høy (4000 - 8000 ° C), og ettersom jorden ble avkjølt, ble karbon og mer ildfaste metaller kondenserte og dannet jordskorpen; planetens overflate var sannsynligvis bar og ujevn, siden det ble dannet folder og brudd på den som følge av vulkansk aktivitet, bevegelser og kompresjon av jordskorpen forårsaket av avkjøling.

Det antas at gravitasjonsfeltet til planeten, som ennå ikke var tett nok, ikke kunne holde lette gasser: hydrogen, oksygen, nitrogen, helium og argon, og de forlot atmosfæren. Men enkle forbindelser som inneholder blant annet disse grunnstoffene (vann, ammoniakk, CO2 og metan). Inntil jordens temperatur falt under 100°C, var alt vann i damptilstand. Fraværet av oksygen var trolig en nødvendig betingelse for livets fremvekst; Som laboratorieforsøk viser, dannes organiske stoffer (grunnlaget for liv) mye lettere i en oksygenfattig atmosfære.

I 1923 A.I. Oparin uttrykte, basert på teoretiske betraktninger, den oppfatning at organiske stoffer, muligens hydrokarboner, kunne lages i havet fra enklere forbindelser. Energien til disse prosessene ble tilført av intens solstråling, hovedsakelig ultrafiolett stråling, som falt på jorden før ozonlaget dannet seg, som begynte å fange det meste. I følge Oparin antyder mangfoldet av enkle forbindelser som finnes i havene, jordens overflateareal, energitilgjengelighet og tidsskalaer at organisk materiale gradvis samlet seg i havene og dannet en "ursuppe" der liv kunne oppstå.

Det er umulig å forstå menneskets opprinnelse uten å forstå livets opprinnelse. Og du kan forstå opprinnelsen til livet bare ved å forstå opprinnelsen til universet.

Først var det en stor eksplosjon. Denne eksplosjonen av energi skjedde for femten milliarder år siden.

Evolusjon kan tenkes som Eiffeltårnet. Ved basen er energi, over er materie, planeter, så liv. Og til slutt, helt på toppen - mannen, det mest komplekse og nyeste dyret som dukket opp.

Evolusjonsfremgang:

For 15 milliarder år siden: universets fødsel;

5 milliarder år siden: fødselen av solsystemet;

For 4 milliarder år siden: Jordens fødsel;

3 milliarder år siden: de første sporene av liv på jorden;

500 millioner år siden: første virveldyr;

200 millioner år siden: første pattedyr;

For 70 millioner år siden: de første primatene.

I følge denne hypotesen, foreslått i 1865. av den tyske vitenskapsmannen G. Richter og til slutt formulert av den svenske vitenskapsmannen Arrhenius i 1895, kunne liv ha blitt brakt til jorden fra verdensrommet. Det er mest sannsynlig at levende organismer av utenomjordisk opprinnelse kommer inn med meteoritter og kosmisk støv. Denne antakelsen er basert på data om den høye motstanden til enkelte organismer og deres sporer mot stråling, høyt vakuum, lave temperaturer og andre påvirkninger.

I 1969 ble Murchison-meteoritten funnet i Australia. Den inneholdt 70 intakte aminosyrer, hvorav åtte finnes i humant protein!

Mange forskere kan hevde at ekorn som ble forsteinet da de kom inn i atmosfæren var døde. Prionet, et protein som tåler svært høye temperaturer, ble imidlertid nylig oppdaget. Prionen er sterkere enn viruset og er i stand til å overføre sykdommen mye raskere. I følge Panspermia-teorien stammer mennesker på en eller annen måte fra et virus av utenomjordisk opprinnelse som infiserte aper, som muterte som et resultat.

Teori om spontan generering av liv

Denne teorien var vanlig i det gamle Kina, Babylon og Egypt som et alternativ til kreasjonisme, som den eksisterte med.

Aristoteles (384 – 322 f.Kr.), ofte hyllet som biologiens grunnlegger, holdt seg til teorien om livets spontane opprinnelse. Basert på sine egne observasjoner utviklet han denne teorien videre, og koblet alle organismer til en kontinuerlig serie - "naturstigen." "For naturen gjør overgangen fra livløse gjenstander til dyr med en slik jevn rekkefølge, og plasserer mellom dem vesener som lever uten å være dyr, at mellom nabogrupper, på grunn av deres nærhet, knapt noen forskjell kan merkes" (Aristoteles).

I følge Aristoteles sin hypotese om spontan generering inneholder visse "partikler" av materie et visst "aktivt prinsipp" som under passende forhold kan skape en levende organisme. Aristoteles hadde rett i å tro at dette aktive prinsippet var inneholdt i det befruktede egget, men han trodde feilaktig at det også var tilstede i sollys, gjørme og råtnende kjøtt.

"Dette er fakta - levende ting kan oppstå ikke bare gjennom parring av dyr, men også gjennom nedbrytning av jorda. Det samme er tilfellet med planter: noen utvikler seg fra frø, mens andre ser ut til å spontant generere under påvirkning av hele naturen, som oppstår fra råtnende jord eller visse deler av planter» (Aristoteles).

Med spredningen av kristendommen var teorien om den spontane generasjonen av liv ute av favør: den ble bare anerkjent av de som trodde på trolldom og tilbad onde ånder, men denne ideen fortsatte å eksistere et sted i bakgrunnen i mange flere århundrer.

Steady State Theory

I følge denne teorien ble jorden aldri til, men eksisterte for alltid, den er alltid i stand til å støtte liv, og hvis den endret seg, endret den seg veldig lite. Arter har også alltid eksistert.

Estimater av jordens alder har variert sterkt - fra rundt 6000 år i henhold til erkebiskop Usshers beregninger til 5000 10 til 6. potens av år i henhold til moderne estimater basert på å ta hensyn til hastighetene for radioaktivt forfall. Mer avanserte dateringsmetoder gir stadig høyere estimater av jordens alder, noe som lar tilhengere av steady state-teorien tro at jorden har eksistert for alltid. I følge denne teorien oppsto heller aldri arter, de har alltid eksistert og hver art har bare to alternativer – enten endring i antall eller utryddelse.

Tilhengere av denne teorien anerkjenner ikke at tilstedeværelsen eller fraværet av visse fossile rester kan indikere tidspunktet for opptreden eller utryddelse av en bestemt art, og nevner som et eksempel en representant for lobefinnet fisk - coelacanth. Tilhengere av steady state-teorien hevder at bare ved å studere levende arter og sammenligne dem med fossile rester kan man trekke en konklusjon om utryddelse, og selv da er det svært sannsynlig at det vil være feil. Ved å bruke paleontologiske data for å bekrefte steady state-teorien, tolker dens få tilhengere utseendet til fossile rester i et økologisk aspekt (økning i befolkning, migrasjon til steder som er gunstige for bevaring av rester, etc.). Mye av argumentet for denne teorien har å gjøre med obskure aspekter ved evolusjon som betydningen av brudd i fossilrekorden, og det er langs disse linjene den har blitt mest omfattende utviklet.

Kreasjonisme

Kreasjonisme (latinsk sgea - skapelse). I følge dette konseptet er liv og alle arter av levende vesener som bor på jorden et resultat av en kreativ handling av et øverste vesen på et bestemt tidspunkt. Hovedprinsippene for kreasjonisme er nedfelt i Bibelen, i Første Mosebok. Prosessen med guddommelig skapelse av verden er tenkt som å ha funnet sted bare én gang og derfor utilgjengelig for observasjon. Dette er nok til å ta hele konseptet med guddommelig skapelse utenfor omfanget av vitenskapelig forskning. Vitenskapen omhandler kun de fenomenene som kan observeres, og derfor vil den aldri kunne enten bevise eller motbevise konseptet.

Teori om menneskets akvatiske opprinnelse

Det står: mannen kom rett fra vannet. De. vi var en gang noe sånt som marine primater, eller menneskelignende fisk.

"Vannteorien" om menneskelig opprinnelse ble fremsatt av Alistair Hardy (1960) og utviklet av Elaine Morgan. Deretter ble ideen sendt av mange popularisatorer, for eksempel Jan Lindblad og den legendariske ubåten Jacques Mayol. I følge Hardy og Morgan var en av våre forfedre en stor miocen ape fra Proconsul-familien, som før den ble jordisk, levde i vann i mange millioner år.

Følgende menneskelige trekk er sitert til fordel for opprinnelsen til "vannapen":

1. Evnen til å holde pusten, apné (inkludert under vokalisering) gjør en person til en dykker.

2. Å jobbe med flinke hender og bruke verktøy ligner på oppførselen til vaskebjørn og sjøaure.

3. Når de vasser vannmasser, står primater på baklemmene. En semi-akvatisk livsstil bidro til utviklingen av oppreist gange.

4. Tap av hår og utvikling av subkutant fett (hos mennesker er det normalt tykkere enn hos andre primater) er karakteristisk for akvatiske pattedyr.

5. Store bryster bidro til å holde kroppen i vannet og varme hjertet.

6. Håret på hodet hjalp til med å holde babyen oppe.

7. Den langstrakte foten hjalp til å svømme.

8. Det er en hudfold mellom fingrene.

9. En person kan lukke neseborene ved å rynke på nesen (aper kan ikke)

10. Det menneskelige øret absorberer mindre vann

Og for eksempel, hvis en nyfødt legges i vann umiddelbart etter at han forlater mors liv, vil han føle seg bra. Han vet allerede hvordan han skal svømme. Tross alt, for at en nyfødt skal gå fra scenen til en fisk til scenen til et luftpustende pattedyr, må han klappes på ryggen.

For 50 millioner år siden dukket delfiner opp fra vannet og ble landdyr. Og så, av ukjente årsaker, bestemte de seg for å gå tilbake til vannet. Vi kan bare følge deres eksempel.

Transformisme

Foreslått i 1815 av Jean Baptiste Lamarck

Endringer i det ytre miljø medfører endringer i celler.

Feilen tvang (!!) de første forhistoriske menneskene til å leve i en treløs savanne. De kunne ikke lenger klatre i trær for å unnslippe rovdyr. Folk ble tvunget til å stå på bakbeina for å se fienden langveisfra i det høye gresset. Stadig redde for angrep, rettet folk seg opp og snudde seg fra «dyr som hovedsakelig lever i trær og noen ganger tar oppreist stilling» til «dyr som går oppreist og noen ganger ser opp på trær».

Bruken av underekstremitetene frigjorde de øvre potene, og nå kunne man holde en pinne i hendene og bruke den som våpen.

Oppreist gange innledet en epoke med andre endringer, spesielt i skjelettet. Bekkenet ble en kurv for innvollene. Tidligere var forbindelsen mellom ryggsøylen og hodeskallen horisontal. Nå ble det vertikalt, og volumet av hodeskallen økte, siden ryggmargen ikke lenger forstyrret den.

Over 2 millioner år vokser hjernens volum fra 450 til 1000 kubikkcentimeter, deretter fra 1000 til det moderne 1450.

Vi har nesten ikke ull igjen. Ullen var nødvendig for at babyer kunne klamre seg til morens mage. Dette ble unødvendig når mødre kunne holde barna sine i armene. Og pelsen forble på toppen av hodeskallen for beskyttelse mot solen. Over øynene (øyenbrynene) beskyttelse mot regn.

Forskjellen fra darwinismen er at darwinister tror at mennesker er dyr som ved et uhell hadde et gen som gjorde at de kunne stå på bakbeina. Og lamarckister tror at ethvert dyr, om nødvendig, kan transformere genene sine.

Lamarcks ideer gir alle håp om det beste. Og Darwin, hvis du er en representant for en ikke særlig vellykket art, gir deg ikke en sjanse.

Det menneskelige embryoet utvikler seg i 9 måneder og lever gjennom hele artens historie.

12-dagers embryoet lignet en liten, langstrakt orm med store øyne. Ser ut som et fiskeembryo.

Når et menneskelig embryo er trettien dager gammelt, ser det ut som en øgle, ved 9 uker ser det ut som en spissmus, og ved 18 uker er det ikke forskjellig fra et apeembryo.

Darwinisme

Materialistisk evolusjonsteori ( historisk utvikling) av jordens organiske verden, basert på synspunktene til Charles Darwin.

To hovedmotorer i evolusjonen. Den første er tilfeldighet, den andre er utvalg av arter. Naturen utførte tusenvis av eksperimenter samtidig. EN naturlig utvalg eliminerer deretter den minste passformen.

Et bilde av historien til menneskelige forfedre.

For 70 millioner år siden: utseendet til de første primatene. De var insektetere og så mye ut som spissmus.

40 millioner år siden; utseendet til de første lemurene Disse dyrene hadde allerede trekk som var karakteristiske for mennesker: en tommelfinger med avstand, flate negler, et flatt ansikt. Tommelen, plassert i en vinkel til håndflaten, lar deg gripe gjenstander og bruke dem som verktøy. Flate negler i stedet for klør gjør det mulig å knytte en knyttneve. Lemurer var de første som utviklet en hånd Takket være sine flate ansikter begynte lemurer å se tredimensjonalt. Dyr hvis øyne er plassert på sidene av snuten kan ikke bestemme avstand og skille lettelse. Ullemurens snute sluttet å være forlenget, og øynene falt på samme plan. Lemurer har fått muligheten til å se verden i tre dimensjoner.

For 20 millioner år siden ble lemurer innhentet av aper, deres mye smidigere muterte fettere.

For mellom omtrent 4,4 og 2,8 millioner år siden dukket det opp en gren av australopithecus-aper, som mennesker senere dukket opp fra. Mennesket ble annerledes enn gorilla eller sjimpanse på grunn av klimaendringer. Aper bebodd Øst Afrika, hvor det oppsto et jordskjelv som forårsaket et brudd i jorda, den såkalte riften. Forkastningen forårsaket dannelsen av tre spesielle klimatiske soner: en sone med tett skog, en fjellsone og en savannesone med sparsom vegetasjon. Bare forfedrene til sjimpanser overlevde i tette skoger, forfedrene til gorillaer i fjellene, og australopithecinene, det vil si våre forfedre, i savannesonen med sparsom vegetasjon.

Hovedforskjellen mellom Australopithecus og den forhistoriske gorillaen eller sjimpansen var forsvinningen av halen, som var nødvendig for å opprettholde balansen når man hoppet fra gren til gren. Berør halebeinet ditt. Denne ubrukelige lille halestubben nederst på ryggen er det siste tegnet på treapen som mennesket var før riften.

Fraværet av en hale er ikke den eneste forskjellen mellom menneske og ape. Overkroppen rettet seg gradvis ut, volumet av hodeskallen økte, ansiktet ble flatt, og personen fikk stereoskopisk syn. La oss ikke glemme det hengende i strupehodet. Tidligere gjorde primater bare grynt, men nedstigningen av strupehodet utvidet omfanget av lyder betydelig, barndommen ble forlenget, det vil si at tiden for barn å lære økte.

Og her er han, Homo Sapiens, det vil si oss. En av de perfekte formene for naturens skapelse.

Biologitime i 9. klasse om temaet " Innledende stadier utvikling av livet"

Nefedova E.V. .,lærer

Biologi MOU

"Gymnasium nr. 58" Saratov

Hensikten med leksjonen: studere årsaker og konsekvenser av utviklingen av liv på jorden.

Oppgaver:

pedagogisk: vurder hovedstadiene av biologisk evolusjon, finn ut dens årsaker og betydning;

utviklingsmessig: fortsette dannelsen evne til å analysere, identifisere årsak-virkningsforhold, danne konklusjoner.

Metoder: samtale, elevmeldinger.

Utstyr: datamaskin, interaktiv tavle, bord, kort.

Timeplan

Organisering av tid.

Lekseundersøkelse (kort, spørsmål, prøver).

Lære nytt materiale:

Konsolidering.

Oppsummering. Karaktersetting. Hjemmelekser.

I løpet av timene

Organisering av tid.

Lekseundersøkelse « Moderne representasjoner om livets opprinnelse" kan du starte med spørsmålene:

Hvilken kjemiske elementer og deres forbindelser var i den primære atmosfæren på jorden?

Spesifiser betingelsene som er nødvendige for abiogen dannelse av organiske forbindelser.

Hvilke forbindelser var vanlige i vannet i urhavet?

Hva er koacervater?

Hva er essensen av kjemisk evolusjon i de tidlige stadiene av jordens eksistens?

Hvilken hendelse markerte begynnelsen på biologisk evolusjon?

Når dukket de første cellulære organismene opp på jorden?

Samtidig jobber noen elever med kort.

Du kan fullføre lekseundersøkelsen din med tester:

Tester for gjennomgang av emnet: "Ettergence of life on Earth"

1. Hvilken av de navngitte forskerne tilbakeviste til slutt teorien om spontan generering av organismer?

a) Darwin

b) Pasteur

c) Lamarck

2. Essensen av teorien om spontan generering er at den støtter ideen:

a) fremveksten av levende organismer fra ikke-levende kropper

b) fremveksten av levende ting fra levende ting

c) skapelsen av levende ting av høyere makter

3. I følge den biokjemiske teorien om livet:

a) har alltid eksistert

b) brakt til planeten vår utenfra

c) oppsto som et resultat av prosesser som adlyder fysiske og kjemiske lover

4. Millers blanding inneholdt ammoniakk og metan. Hvorfor var disse stoffene nødvendige for eksperimentet?

a) han ønsket å bevise at disse stoffene var inneholdt i jordens primære atmosfære.

b) han ønsket å bevise umuligheten av livets opprinnelse i jordens primære atmosfære.

c) han ønsket å bevise muligheten for å syntetisere organiske forbindelser under forholdene til jordens primære atmosfære.

5. Hvilken reaksjon ligger til grunn for dannelsen av ammoniakk?

a) reaksjon av karbondioksid med nitrogen

b) reaksjon av vann med nitrogen

c) reaksjon av hydrogen med nitrogen

6. Essensen av hypotesen til A.I. Oparina består av:

a) i å gjenkjenne den abiogene syntesen av organiske forbindelser.

b) i fornektelsen av abiogen syntese av organiske forbindelser.

c) i uttalelsen om at liv ble brakt utenfra.

a) de kan absorbere noen stoffer fra det ytre miljøet og slippe andre ut i det.

b) de ble skilt fra vannmiljøet med en slags membran.

c) av alle de ovennevnte grunnene.

8. En av de viktigste stadiene i livets fremvekst kan betraktes:

a) utseendet til aminosyrer

b) utseendet til karbohydrater

c) utseendet til nukleinsyrer

9. Hvilken egenskap ved organiske molekyler tillot dem å bli "grunnlaget for livet"?

a) evnen til å gjennomgå en rekke kjemiske reaksjoner

b) evnen til selvorganisering og reprodusering

c) kompleksiteten til deres struktur

10. I følge kosmisk teori, liv:

a) oppsto gjentatte ganger fra ikke-levende materie

b) brakt til planeten vår utenfra

c) ble skapt av et overnaturlig vesen på et bestemt tidspunkt.

Riktige svar: 1 – b, 2 – a, 3 – c, 4 – c, 5 – c, 6 – a, 7 – c, 8 – c, 9 – b,

Studerer nytt materiale "De første stadiene av utviklingen av livet på jorden

Prokaryoter er de første encellede organismene (presentasjon).

Fremveksten av eukaryoter (studentmelding).

Fremveksten av flercellede organismer (studentmelding).

Etter å ha forklart materialet, gjør gutta arbeidet i en trykt notatbok (A.Yu. Tsibulevsky Biology - 9. Arbeidsbok til læreboka).

Feste:

1.Tester for å forsterke emnet "Innledende stadier av livsutvikling"

Velg de riktige svaralternativene:

1. De første levende organismer (probionter) som dukket opp på jorden var, med tanke på deres pustemetode og matemetode;

a) anaerobe heterotrofer;

b) anaerobe fototrofer;

c) aerobe heterotrofer.

2. Organismer som dukket opp på jorden da tilførselen av abiogene organiske stoffer var oppbrukt, var med tanke på deres respirasjonsmetode og ernæringsmetode;

a) anaerobe heterotrofer;

b) anaerobe fototrofer;

c) aerobe heterotrofer.

3. Akkumuleringen av oksygen i atmosfæren til den opprinnelige jorden og utseendet til ozonskjermen førte til:

a) begynnelsen av abiogen syntese av organiske stoffer og opphør av ultrafiolett stråling;

b) begynnelsen av abiogen syntese av organiske stoffer og økt ultrafiolett stråling;

c) opphør av abiogen syntese av organiske stoffer og beskyttelse av de første organismene mot ultrafiolett stråling.

4. Begynnelsen av biologisk evolusjon på jorden anses å være øyeblikket da den første dukket opp:

a) organiske stoffer syntetisert abiogenisk;

b) koacervate dråper, mikrosfærer og andre aggregater av organiske stoffer;

c) encellede prokaryote organismer – probioter;

5. Siden begynnelsen av biologisk evolusjon på jorden, hastigheten på evolusjonsprosessen:

a) har ikke endret seg;

b) stadig økt;

c) stadig redusert;

6. Den største aromorfosen, som hadde en betydelig innvirkning på de tidlige stadiene av utviklingen av livet på jorden, var:

a) utseendet til nye celler - prokaryoter;

b) utseendet til de første cellene - eukaryoter;

c) fremveksten av fotosyntese i anaerobe prokaryoter;

7. De første flercellede eukaryote organismene på jorden utviklet seg fra:

a) encellede prokaryoter;

b) encellede eukaryoter;

c) flercellede prokaryoter.

Riktige svar: 1 – a, 2 – b, 3 – c, 4 – c, 5 – b, 6 – c, 7 – b.

2. Arbeide med læreboka (fullfør setningen):

Den første encellede organismer– prokaryoter – arvematerialet var ikke omgitt av en membran, men var...( direkte i cytoplasmaet).

De var heterotrofer, dvs. brukes som energikilde (mat)... ( ferdige organiske forbindelser funnet i oppløst form i vannet i det primære havet).

Siden det ikke var fritt oksygen i jordens atmosfære, hadde de en anaerob (oksygenfri) type metabolisme, hvis effektivitet... ( liten).

Utseendet til et stort antall heterotrofer førte til uttømming av vannet i det primære havet: mindre og mindre ble igjen i det ... ( tilberedte organiske stoffer).

De første fotosyntetiske organismene som frigjorde O2 til atmosfæren var...( blågrønne alger).

Over tid, som et resultat av gjensidig fordelaktig sameksistens (symbiose) av forskjellige prokaryoter, ... ( eukaryoter som har utviklet en ekte kjerne omgitt av et skall).

Fremveksten av et dobbelt sett med gener gjorde det mulig...( utvekslingen av komplette kopier av gener mellom forskjellige organismer som tilhører samme art - oppstoseksuell prosess).

Ved overgangen til den arkeiske og proterozoiske epoken førte den seksuelle prosessen til... (en betydelig økning i mangfoldet av levende organismer på grunn av dannelsen av mange nye kombinasjoner av gener).

For rundt 2,6 milliarder år siden dukket opp... ( flercellede organismer).

3. Spørsmål:

1. Hvordan spiste de første levende organismene?

2.Hva er fotosyntese? Hvilken rolle spilte dens utseende i utviklingen av liv på jorden?

3. Hvilke organismer begynte først å frigjøre fritt oksygen til atmosfæren?

4. Hvilken betydning hadde fremveksten av den seksuelle prosessen for evolusjonen?

Oppsummering. Karaktersetting. Hjemmelekser.

Selv om strukturen til de første levende organismene var mye mer perfekt enn den til koacervatdråper, var den fortsatt uforlignelig enklere enn levende skapninger i dag. Naturlig utvalg, som begynte i koacervate dråper, fortsatte med livets utseende. I løpet av lang tid ble strukturen til levende vesener bedre og mer og mer tilpasset til eksistensforholdene.

I begynnelsen var det kun organiske stoffer som oppsto fra primære hydrokarboner som var mat for levende vesener. Men over tid har mengden av slike stoffer gått ned. Under disse forholdene utviklet primære levende organismer evnen til å bygge organiske stoffer fra elementer av uorganisk natur - fra karbondioksid og vann. I prosessen med konsekvent utvikling, skaffet de seg evnen til å absorbere energien til en solstråle, bryte ned karbondioksid ved å bruke denne energien og bygge organiske stoffer i kroppene deres fra karbon og vann. Slik oppsto de enkleste plantene - blågrønne alger. Rester av blågrønnalger finnes i de eldste sedimentene av jordskorpen.

Andre levende vesener beholdt samme måte å spise på, men primærplanter begynte å tjene dem som mat. Slik oppsto dyr i sin opprinnelige form.

Ved livets begynnelse var både planter og dyr bittesmå encellede skapninger, som ligner på bakterier, blågrønne alger og amøber som lever i vår tid. En viktig begivenhet i historien om den konsekvente utviklingen av levende natur var fremveksten av flercellede organismer, det vil si levende vesener som består av mange celler samlet til en organisme. Gradvis, men mye raskere enn før, ble levende organismer mer komplekse og mangfoldige.

Med dannelsen av komplekse ultramolekylære systemer (probionter) inkludert nukleinsyrer, proteiner, enzymer og mekanismen til den genetiske koden, dukker det opp liv på jorden. Probioter trengte ulike kjemiske forbindelser - nukleotider, aminosyrer osv. På grunn av den lave graden av genetisk informasjon hadde probioter ganske begrensede evner. Faktum er at for veksten brukte de ferdige organiske forbindelser syntetisert under kjemisk evolusjon, og hvis livet hadde sin gang tidlig stadie eksisterte bare i form av én type organisme, da ville urbuljongen blitt oppbrukt ganske raskt.

På grunn av tendensen til å tilegne seg et bredt utvalg av egenskaper, og først av alt, fremveksten av evnen til å syntetisere organiske stoffer fra uorganiske forbindelser ved bruk av sollys, skjedde dette ikke.

I begynnelsen av neste trinn dannes biologiske membraner-organeller, ansvarlige for cellens form, struktur og aktivitet. Biologiske membraner er konstruert av aggregater av proteiner og lipider som er i stand til å skille organisk materiale fra miljøet og tjene som et beskyttende molekylært skall. Det antas at dannelsen av membraner kan begynne under dannelsen av koacervater. Men for overgangen fra koacervater til levende materie var det ikke bare nødvendig med membraner, men også katalysatorer for kjemiske prosesser - enzymer eller enzymer. Valg av koacervater forbedret akkumuleringen av proteinlignende polymerer som er ansvarlige for å akselerere kjemiske reaksjoner. Resultatene av seleksjon ble registrert i strukturen til nukleinsyrer. Systemet med vellykket arbeid av nukleotidsekvenser i DNA ble forbedret nøyaktig gjennom seleksjon. Fremveksten av selvorganisering var avhengig både av de innledende kjemiske forutsetningene og de spesifikke forholdene i jordens miljø. Selvorganisering oppsto som en reaksjon på visse forhold. Under selvorganisering ble mange forskjellige mislykkede alternativer eliminert inntil de viktigste strukturelle egenskapene til nukleinsyrer og proteiner nådde en optimal balanse fra synspunktet om naturlig seleksjon.

Takket være prebiologisk utvalg av selve systemene, og ikke bare individuelle molekyler, fikk systemene muligheten til å forbedre organisasjonen. Dette var det neste nivået av biokjemisk evolusjon, som sikret en økning i deres informasjonsevner. På det siste stadiet av utviklingen av isolerte organiske systemer ble en genetisk kode dannet. Når den genetiske koden er dannet, fortsetter evolusjonen gjennom variasjon. Jo lenger den beveger seg i tid, jo flere og mer komplekse er variasjonene.

Når livet dukket opp, begynte det å utvikle seg i et raskt tempo, og viste akselerasjonen av evolusjonen over tid. Dermed krevde utviklingen fra primære probionter til aerobe former ca. 3 milliarder år, mens det har gått ca. 500 millioner år siden fremveksten av landlevende planter og dyr; Fugler og pattedyr utviklet seg fra de første virveldyrene på land over 100 millioner år, primater utviklet seg over 12-15 millioner år, og fremveksten av mennesker tok omtrent 3 millioner år.

Konklusjon.

Det sanne livsgrunnlaget ble dannet som et resultat av cellens utseende, der biologiske membraner forente individuelle organeller til en enkelt helhet.

De første cellene var primitive og hadde ikke en kjerne. Men slike celler eksisterer fortsatt i dag. Overraskende nok dukket de opp for mer enn 3 milliarder år siden.

De første cellene var prototypen til alle levende organismer: planter, dyr, bakterier. Senere, i evolusjonsprosessen, under påvirkning av darwinistiske lover om naturlig utvalg, ble celler forbedret og spesialiserte celler fra høyere flercellede organismer, planter og dyr - metafytter og metazoer - dukket opp.

Som et samlende forhold mellom kjemisk evolusjon, som deretter blir til biokjemisk og biologisk evolusjon, kan følgende siteres:

enkle molekyler

komplekse makromolekyler og ultramolekylære systemer (probionter)

encellede organismer.

Så den levende verden ble skapt. Dette tok over 3 milliarder år og var det vanskeligste. Det er umulig å telle opp det store antallet alternativer for utvikling av innledende karbonforbindelser. Det viktigste resultatet var imidlertid fremveksten av liv på jorden.

Til tross for viktigheten av kunnskap om forholdene, årsakene og prosessene for fremveksten av liv på jorden i vår tid, tar ikke vitenskapelig og teknisk fremgang behørig oppmerksomhet til dette. Selv om det burde være veldig tydelig for alle at livet rundt oss ble dannet over en så gigantisk tidsperiode som rett og slett er utenfor vår bevissthets kontroll. Og bare på grunn av dette har skaden som allerede har blitt påført alle levende ting i løpet av det siste århundret ennå ikke ført til irreversible konsekvenser. Men takket være vitenskapelig og teknologisk fremgang skaper mennesket selv, uten å være klar over det, oppfinnelser som blir stadig farligere for alt levende. Og dessverre er det ingen som vet hvilken som blir den siste...

Men vi er en del av den levende verden, og skapelsen tok milliarder av år. Jeg tror det er noe å tenke på.

Litteratur.

Vashchekin N.P. "Concepts of moderne naturvitenskap", M, MGUK, 2000

Poteev M.I. "Concepts of modern natural science", St. Petersburg, Peter, 1999

Yugay G. A. " Generell teori livet", M., Mysl, 1985

S. Kashnitsky Syntese av skjebne? Forvandlingen av livløs materie til levende materie er fullstendig...

S. Kashnitsky

Syntese av skjebne?

Forvandlingen av livløs materie til levende materie er slett ikke middelalderens alkymisters håpløse tull. Mennesket kom ikke fra dyr i det hele tatt. Homo Sapiens er ikke naturens krone, som vi pleide å tro, men den samme begynnelsen på den som encellede organismer. Siden antikken har planeten vår vært en slags Noahs ark, der "prototypene" av alle levende vesener bodde - "hver skapning." Og verdensrommet kan infisere oss med influensa. Og menneskelig sivilisasjon er i stand til å befolke fjerne planeter stjerneverdener omtrent på samme måte som livet en gang ble brakt fra universets vidder til jorden.

Mer? Vær så snill.

Homunculus – vårt medmenneske vokst i en «flaske» – har ikke bare all rett til å eksistere, men er også klar til å bli menneskehetens fullmektig på verdensrommets jomfruelige land.

Det ser ut til at vi, fortsetter listen over oppsiktsvekkende uttalelser, kommer til Volga, som ikke renner ut i Det Kaspiske hav. Alt det ovennevnte er imidlertid en konsekvens av en streng vitenskapelig hypotese, bekreftet av en rekke eksperimenter. De er produsert i den astrofysiske avdelingen til A.F. Ioffe Physico-Technical Institute ved USSR Academy of Sciences under veiledning av senior forskningspartner kandidat for fysiske og matematiske vitenskaper Evgeniy Alekseevich Kaimakov.

Livets postbud.

Disse små himmellegemene med store skinnende haler har inspirert overtroisk frykt hos mennesker siden antikken. De begynte å observere dem gjennom teleskoper, og lærte å forutsi utseendet til mange av dem på himmelen. Men i motsetning til planeter, store satellitter og asteroider, var utviklingen av liv ikke forbundet med kometer. Hva slags liv er det - tross alt er mer enn halvparten av dem laget av is!

Astrofysiker Kaimakov viet en betydelig del av livet sitt til romvandrere, og for syv år siden [fra 1981] foreslo han at komethaler må inneholde organiske forbindelser, først og fremst cyanogen og acetonitril. Snart fant amerikanske forskere disse stoffene i halen til kometen Kohoutek.

Biofysikeres interesse for vandrende stjerner har økt: hvor er cyanidforbindelsene? Der er det svært sannsynlig at aminosyrer, de elementære "byggesteinene" som protein er bygget fra, vil dukke opp. Kaliumcyanid i lyset er allerede en aminosyre. Gass- og støvskyen til en komets hale inneholder metan og ammoniakk. Hvis du sender en lynelektrisk utladning gjennom en blanding av disse gassene og vann, får du aminosyrer - slike eksperimenter har blitt utført mer enn en gang av Miller, Ponnamperuma og andre forskere fra begynnelsen av livet. Komplekse organiske forbindelser i kometer! Dette betyr at det også kan være nukleotider - de samme enkle "byggesteinene", bare for DNA-kjeder. Disse stoffene er ikke synlige i emisjonsspektrene til kometer: de er ikke så flyktige. Men ifølge Kaimakovs antakelse kan antallet være én prosent av den totale massen til kjernen. Ikke så lite: tross alt er kjernen til en komet av gjennomsnittlig størrelse allerede en milliard tonn.

Aminosyrer betyr proteiner; nukleotider betyr DNA, sukker, fett er slett ikke så langt fra det som menes med ordet "liv". Forstått, selvfølgelig, av biofysikere, ikke filosofer. Hvis "komponenter av liv" er til stede i kometer, kan halereisende være bærere av liv?

Det ville være fristende å teste antakelsen. For flere år siden begynte Evgeniy Alekseevich eksperimentelle tester. Siden det ennå ikke er mulig å fly til kometen, måtte det gjøres kunstig.

En løsning av vanlig bordsalt fryses. I et vakuumkammer sublimeres vann, det vil si at det fordamper uten å bli flytende - som fuktigheten i vått tøy som tørkes i kulde. Et sediment forblir i koppene med den frosne løsningen: finkornet "ekstra" salt. Mikrokrystaller er så små at de bare kan sees med et mikroskop. La oss ta en titt: her er det, et granulat, to mikron i diameter. Isen fordampet i et vakuum, men saltet ble værende, fordi flyktigheten er hundre millioner ganger mindre enn vann.

Gjør nå det samme med en annen vandig løsning, bare i stedet for salt er det aminosyrer. Når det er nok av dem, er resten igjen "ekstra", men ikke fra bordsalt, men fra aminosyrer. Hvis konsentrasjonen er lav, endrer den tørre resten utseende. Det er ikke mer "ekstra" - under et mikroskop ligner strukturen på fjellrevens pels. Vertikale villi "vokser" veldig tett: ti millioner stykker per kvadratcentimeter. Diameteren på en er to mikron, lengden er omtrent 2 centimeter. Etter å ha veid sedimentet, var Kaimakov overbevist om at en femtedel av massen til løsningen var igjen. Det vil si at villi består ikke bare av urenheter, men også av is. Det viser seg at av en eller annen grunn ikke alt vannet sublimerte - noe forble i sedimentet. Hva skjedde?

Stangen, "svøpt" med aminosyrer, kunne ikke raskt fordampe. Vann, sublimerende, kommer ut i en spiral - på samme måte renner det ut av et badekar og danner en trakt. Det er derfor en tråd av urenheter viklet seg rundt iskjernen i en spiral. Urenhetsmolekylene stilte seg "rygg mot rygg av hverandre." For et sublimasjonsdesign! Sublikon, som vitenskapsmannen kalte det.

Et protein er bare den samme molekylkjeden av forskjellige aminosyrer, det er tjue typer totalt. Sublikon er en lignende struktur av molekyler. Alt som gjenstår er å koble dem sammen eller, som Evgeniy Alekseevich sier, "sy sammen" molekylene. Da blir det en biopolymer. Forskeren gjorde dette ved å skinne en lysstråle på sublikonet. Resultatet ble biosublicon.

Her er en annen veldig lignende opplevelse. En lavkonsentrasjonsløsning av nukleotider fryses og sublimeres. Akkurat som "kryssbundne" aminosyrer danner et kunstig protein, så danner nukleotider forbundet med lys en DNA-kjede. Hun er passet og livsprogrammet til et levende vesen.

Det tredje, viktigste eksperimentet: aminosyrer og nukleotider av alle typer er oppløst i vann. Sublimering i et vakuum, lys - biosublikon. En prototype av en levende celle: dens spiral inneholder tross alt "halvfabrikata" av både protein og DNA. Dessuten veksler periodiske seksjoner tilfeldig med ikke-periodiske, noe som gir en uendelig variasjon av informasjon.

Biosublicons sørger allerede for bestillingskarakteristikken til biopolymerer av forskjellige klasser. Det er nok nå å plassere biosublicons i et flytende næringsmedium, mener forskeren, og det vil dukke opp ekte celler i det. De vil reagere på reproduksjon og dele seg. Det vil si å leve.

Engelske fysikere Hoyle og Wihramasinghe oppdaget en sammenheng mellom passasje av komethaler av jorden og utbrudd av pandemier. Det ser ut til at det er her, en vitenskapelig bekreftelse av mystiske profetier: feil lys gir utallige problemer.

Nå kan vi finne en fullstendig materiell forklaring på de illevarslende himmelske tegnene. Interstellare vandrere overøser jorden med biosublikoner, som når de tines i næringsmediet til jordens reservoarer, gir opphav til virus og fager.

Er det ikke sant at kometer "infiserte" jorden med liv for 3,5 milliarder år siden? Riktignok begynte opprøret av alt liv på planeten vår for bare 700-800 millioner år siden, det vil si 2,5 milliarder år etter utseendet til blågrønne alger. Hvordan kan vi forklare dette gapet?

Kaimakov tar hypotesen i betraktning, og gir sitt svar på spørsmålet. Det sannsynlige endelige resultatet av evolusjonen, hele utviklingsprogrammet, er allerede registrert i DNAet til et bestemt biosublikon.

Med andre ord iht eldgammelt land to ormer som ser like ut kan krype side om side. Men man har allerede utarbeidet det genetiske programmet hans - han har blitt det han er bestemt til å være under konstruksjonen av biosublikonet for den eldgamle cellen som begynte å utvikle seg og nådde ormen. Den andre er fortsatt på vei, i DNA-kjeden hans står det skrevet: «to go public». Det vil si at du og jeg, strengt tatt, aldri har vært verken en fisk, eller en øgle [det er sikkert - R], eller et ekorn eller en ape - vi tok bare midlertidig på oss de.

Planeten vår, etter å ha mottatt en "batch av biosublicons" med "komettransport", fylte umiddelbart opp et fond med alle fremtidige arter av planter og dyr. Det ble til Noahs ark, hvor "forfedrene" til all fremtidig flora og fauna bodde.

Forresten, noen astrofysikere er sikre på at ikke alle kometer strengt tatt bor på deres registreringssted - i solsystemet. Ære av dem kan reise fra stjerne til stjerne. Og hvis dette er slik, kan vi tvile på ikke bare vår jordiske, men også vår circumsolar opprinnelse.

Og igjen, den lenge avviste ideen om de gamle er fylt med ny mening: mennesker og dyr har helt forskjellige røtter. Eller, i forhold til den nye hypotesen, biosublikoner med forskjellige lengder på kjeder og rekkefølgen på arrangementet av "klossene" - perler.

Men hvis kometer er bærere av liv, fyller de kanskje nå jorden med nye biosublikons, som nye livsformer etter hvert vil utvikle seg fra?

Neppe. Biosublikons er som kjøttterninger for buljong. Og allerede utviklede virus og fager angriper dem grådig og sluker «romvesenene». Virus er enkle å forstå: de eliminerer konkurrenter - det er mulig at de potensielt er mer organisert enn deg og meg.

Vi står i gjeld til kosmos. Tiden kommer for folk til å befolke fjerne verdener. Selv i dag, send biosublicons til naboplaneter - bare finn betingelser for vekkelse.

Men du kan stille inn parametrene for disse forholdene, det kybernetiske systemet selv vil se etter dem på nye bosteder og først da "tømme kjøleskapene." Varigheten av mange menneskeliv er ikke nok til å fly selv til nærmeste stjerne. Men biosublicons vil med hell fly hvor som helst. Og i sitt nye hjemland vil de utvikle seg til de levende skapningene som best vil slå rot i den ukjente verden. Ved å omorganisere perlene i kjeden, vil forskerne kunne variere utseendet og egenskapene til jordens budbringere. Og til og med gi dem de nødvendige egenskapene.

Til slutt, når rekkefølgen av nukleotider i menneskets DNA blir kjent, kan vi prøve å konstruere et biosublikon som vil komme til live i et vanlig hunnegg. Slik blir den mangeårige drømmen til Aristoteles og Paracelsus – en kunstig mann – realisert. Vitenskapen, etter å ha latterliggjort fedrene til homunculus i gamle tider, er klar til å bli dens mor. Et av kunnskapens paradokser.

Eller kanskje våre svakheter og ufullkommenheter også bestemmes av nukleotider? Bytte ut perlene og lage en bedre enn meg?

Jeg ønsker å tro. Dessuten tillater vitenskapen det.

Vi spurte en av de største sovjetiske astrofysikere, akademiker ved vitenskapsakademiet i Tajik SSR O.V. Dobrovolsky, om å kommentere artikkelen.

E.A. Kaimakov var, så vidt jeg vet, den første som uttrykte hypotesen om kometers mulige forhold til livets opprinnelse. Dens levedyktighet er bevist av det faktum at dens tilhenger er en av de mest fremtredende biokjemikerne i verden, Ponnamperuma, den utøvende redaktøren av det vitenskapelige tidsskriftet «The Origin of Life».

Det ville være veldig ønskelig å fortsette Kaimakovs eksperimenter. Dette er desto viktigere fordi det gjøres interessante logiske konklusjoner som viser vei for ytterligere konklusjoner, men den endelige avgjørelsen gjenstår fortsatt med eksperimentet. Det er svært sannsynlig at eksperimenter kan bidra til å avklare spørsmålet om opprinnelsen til livet på jorden.

Oparins protein-koacervatteori

Kanskje den første vitenskapelige, gjennomtenkte teorien om livets opprinnelse med abiogene midler ble foreslått av biokjemikeren A.I. Oparin tilbake på 20-tallet av forrige århundre. Teorien var basert på ideen om at alt begynte med proteiner, og på muligheten, under visse forhold, for spontan kjemisk syntese av proteinmonomerer – aminosyrer – og proteinlignende polymerer (polypeptider) på en abiogen måte. Publiseringen av teorien stimulerte en rekke eksperimenter i en rekke laboratorier rundt om i verden, som viste realiteten til en slik syntese under kunstige forhold. Teorien ble raskt allment akseptert og ekstremt populær.

Hovedpostulatet var at proteinlignende forbindelser som spontant dukket opp i den primære "buljongen" ble kombinert "til koacervate dråper - isolerte kolloidale systemer (soler) som flyter i en mer fortynnet vandig løsning. Dette ga hovedforutsetningen for fremveksten av organismer - isoleringen av et visst biokjemisk system fra miljø, dens oppdeling. Siden noen proteinlignende forbindelser av koacervatdråper kunne ha katalytisk aktivitet, ble det mulig å gjennomgå biologisk kjemiske reaksjoner syntese inne i dråpene - et utseende av assimilering oppsto, noe som betyr veksten av koacervatet med dets påfølgende desintegrasjon i deler - reproduksjon. Assimilering, vekst og reprodusering ved deling, ble koacervatet ansett som en prototype av en levende celle (fig. 1).

Ris. 1. Skjematisk representasjon av banen til livets opprinnelse i henhold til protein-koacervat-teorien til A.I. Oparina

Alt var gjennomtenkt og vitenskapelig underbygget i teorien, bortsett fra ett problem, som nesten alle spesialister innen livets opprinnelse vendte det blinde øyet til i lang tid. Hvis spontant, gjennom tilfeldige malfrie synteser, enkelt vellykkede design av proteinmolekyler oppsto i koacervatet (for eksempel effektive katalysatorer som gir en fordel for et gitt koacervat i vekst og reproduksjon), hvordan kan de så kopieres for distribusjon innenfor koacervate, og enda mer for overføring til etterkommere koacervater? Teorien viste seg ikke å være i stand til å tilby en løsning på problemet med eksakt reproduksjon - innen et koacervat og i generasjoner - av enkelt, tilfeldig forekommende effektive proteinstrukturer.

RNA-verdenen som en forløper til moderne liv

Akkumuleringen av kunnskap om den genetiske koden, nukleinsyrer og proteinbiosyntese førte til godkjennelsen av en fundamentalt ny idé om TOM, at det hele begynte ikke med proteiner, men med RNA. Nukleinsyrer er den eneste typen biologiske polymerer hvis makromolekylære struktur, takket være prinsippet om komplementaritet under syntesen av nye kjeder, gir muligheten til å kopiere sin egen lineære sekvens av monomerenheter, med andre ord evnen til å reprodusere (replikere) polymeren og dens mikrostruktur. Derfor bare nukleinsyrer, men ikke proteiner, kan være genetisk materiale, det vil si reproduserbare molekyler som gjentar sin spesifikke mikrostruktur over generasjoner.

Av flere grunner var det RNA, og ikke DNA, som kunne representere det primære genetiske materialet.

For det første, både i kjemisk syntese og i biokjemiske reaksjoner går ribonukleotider foran deoksyribonukleotider; Deoksyribonukleotider er modifikasjonsprodukter av ribonukleotider.

For det andre, I de eldste, universelle prosessene for vital metabolisme er det ribonukleotider, og ikke deoksyribonukleotider, som er bredt representert, inkludert de viktigste energibærerne som ribonukleosidpolyfosfater (ATP, etc.).

Tredje, RNA-replikasjon kan skje uten deltakelse av DNA, og mekanismen for DNA-replikasjon, selv i den moderne livsverden, krever obligatorisk deltakelse av en RNA-primer i initieringen av DNA-kjedesyntese.

For det fjerde Med alle de samme matrise- og genetiske funksjonene som DNA, er RNA også i stand til å utføre en rekke funksjoner som er iboende i proteiner, inkludert katalyse av kjemiske reaksjoner. Dermed er det all grunn til å betrakte DNA som en senere evolusjonær tilegnelse – som en modifikasjon av RNA, spesialisert til å utføre funksjonen med å reprodusere og lagre unike kopier av gener som en del av det cellulære genomet uten direkte deltakelse i proteinbiosyntesen.

Etter at katalytisk aktive RNA ble oppdaget, fikk ideen om RNAs forrang i livets opprinnelse en sterk drivkraft for utvikling, og konseptet ble formulert selvforsynt RNA-verden, før det moderne liv. Et mulig opplegg for fremveksten av RNA-verdenen er vist i fig. 2.

Ris. 2. Skjematisk representasjon av banen til livets opprinnelse i henhold til det moderne konseptet om RNA-verdenens forrang

Abiogene syntese av ribonukleotider og deres kovalente assosiasjon til oligomerer og polymerer som RNA kunne skje under omtrent de samme forholdene og i det samme kjemiske miljøet som ble postulert for dannelsen av aminosyrer og polypeptider. Nylig har A.B. Chetverin og hans kolleger (Institute of Protein, Russian Academy of Sciences) viste eksperimentelt at i det minste noen polyribonukleotider (RNA) i et normalt vannmiljø er i stand til spontan rekombinasjon, det vil si utveksling av kjedesegmenter, gjennom trans-esterifisering. Utveksling av kortkjedede segmenter med lange bør føre til forlengelse av polyribonukleotider (RNA), og slik rekombinasjon i seg selv bør bidra til det strukturelle mangfoldet til disse molekylene. Blant dem kan det også oppstå katalytisk aktive RNA-molekyler.

Selv det ekstremt sjeldne utseendet til enkelt RNA-molekyler som var i stand til å katalysere polymeriseringen av ribonukleotider eller sammenføyning (spleising) av oligonukleotider på en komplementær tråd som en mal betydde etableringen av en RNA-replikasjonsmekanisme. Replikering av RNA-katalysatorene (ribozymene) i seg selv burde ha resultert i fremveksten av selvreplikerende RNA-populasjoner. Ved å produsere kopier av seg selv, multipliserte RNA-ene. Uunngåelige feil i kopiering (mutasjon) og rekombinasjon i selvreplikerende RNA-populasjoner skapte en stadig mer mangfoldig verden. Dermed er den foreslåtte eldgamle RNA-verdenen "en selvforsynt biologisk verden der RNA-molekyler fungerte både som genetisk materiale og som enzymlignende katalysatorer".

Fremveksten av proteinbiosyntese

Videre, basert på RNA-verdenen, dannelsen av proteinbiosyntesemekanismer, fremveksten av ulike proteiner med arvelige strukturer og egenskaper, kompartmentalisering av proteinbiosyntesesystemer og proteinsett, muligens i form av koacervater, og utviklingen av sistnevnte til cellulære strukturer - levende celler, skulle ha oppstått.

Problemet med overgangen fra den gamle RNA-verdenen til den moderne proteinsyntetiseringsverden er det vanskeligste selv for en rent teoretisk løsning. Muligheten for abiogen syntese av polypeptider og proteinlignende stoffer hjelper ikke med å løse problemet, siden ingen spesifikk vei er synlig hvordan denne syntesen kan kobles med RNA og falle under genetisk kontroll. Genetisk kontrollert syntese av polypeptider og proteiner måtte utvikles uavhengig av primær abiogen syntese, på sin egen måte, på grunnlag av den allerede eksisterende RNA-verdenen. Flere hypoteser har blitt foreslått i litteraturen for opprinnelsen til den moderne mekanismen for proteinbiosyntese i RNA-verdenen, men kanskje ingen av dem kan betraktes som gjennomtenkt og upåklagelig med tanke på fysisk-kjemiske evner. Jeg vil presentere min versjon av prosessen med evolusjon og spesialisering av RNA, som fører til fremveksten av proteinbiosynteseapparatet, men det hevder ikke å være fullstendig.

Den foreslåtte hypotetiske ordningen inneholder to vesentlige punkter som virker grunnleggende.

For det første, Det er postulert at abiogenisk syntetiserte oligoribonukleotider rekombinerte aktivt gjennom mekanismen for spontan ikke-enzymatisk transesterifisering, noe som førte til dannelsen av forlengede RNA-kjeder og ga opphav til deres mangfold. Det var på denne måten at både katalytisk aktive typer RNA (ribozymer) og andre typer RNA med spesialiserte funksjoner kunne dukke opp i populasjonen av oligonukleotider og polynukleotider. Videre kan ikke-enzymatisk rekombinasjon av oligonukleotider som komplementært binder til polynukleotidmatrisen sikre kryssbinding (spleising) av fragmenter komplementære til denne matrisen til en enkelt kjede. Det var på denne måten, og ikke ved katalysert polymerisering av mononukleotider, at den primære kopieringen (reproduksjonen) av RNA kunne utføres. Selvfølgelig, hvis ribozymer med polymeraseaktivitet dukket opp, var effektiviteten (nøyaktighet, hastighet og produktivitet) av kopiering komplementær. matrisen måtte øke betydelig.

Sekund Det grunnleggende poenget i min versjon er at det primære proteinbiosynteseapparatet oppsto på grunnlag av flere typer spesialiserte RNA før oppkomsten av det enzymatiske (polymerase) replikasjonsapparatet av genetisk materiale - RNA og DNA. Dette primære apparatet inkluderte et katalytisk aktivt proribosomalt RNA med peptidyltransferaseaktivitet; et sett med pro-tRNA som spesifikt binder aminosyrer eller korte peptider; et annet proribosomalt RNA som er i stand til å interagere samtidig med katalytisk proribosomalt RNA, pro-mRNA og pro-tRNA. Et slikt system kan allerede syntetisere polypeptidkjeder på grunn av transpeptidasjonsreaksjonen det katalyserer. Blant andre katalytisk aktive proteiner - primære enzymer (enzymer), har det også dukket opp proteiner som katalyserer polymeriseringen av nukleotider - replikaser, eller NK-polymeraser.

Imidlertid er det mulig at hypotesen om den antikke verden av RNA som forgjengeren til den moderne livsverden ikke vil kunne motta tilstrekkelig begrunnelse for å overvinne hovedvanskeligheten - en vitenskapelig plausibel beskrivelse av mekanismen for overgangen fra RNA og dens replikasjon til proteinbiosyntese. Det er en attraktiv og gjennomtenkt alternativ hypotese av A.D. Altstein (Institute of Gene Biology, Russian Academy of Sciences), som postulerer at replikasjonen av genetisk materiale og dets oversettelse - proteinsyntese - oppsto og utviklet seg samtidig og konjugert, og startet med interaksjonen av abiogenisk syntetiserte oligonukleotider og aminoacyl-nukleotidylater - blandede anhydrider av aminosyrer og nukleotider.