К 1861 году ему, наконец, удалось утвердить биогенез как твердую теорию, а не спорную гипотезу. Как только начинается работа с реальными условиями сразу же абиогенез идет как по маслу и сложнейшие переходы оказываются тривиальными.
Биогенез - Biogenesis
Все теории данного направления называют биохимическим абиогенезом. Происхождение жизни произошло именно на Земле, естественным путем и с затратами свободной энергии. Это результат появления сложных органических веществ из простых неорганических с появлением новых химических реакций между ними. Все теории происхождения жизни данного направления называются геоцентрическими. Главные свойства и признаки живого - это обмен веществ, самовоспроизведение себе подобных, наследственность и изменчивость. Таким образом, абиогенез - это геоцентрические и химические теории, объясняющие происхождение живого.
Жизнь как результат биогенеза Биогенез во главу угла ставит термодинамические и экологические свойства, отличающие живое от неживого. При этом генетический, эволюционный и биохимический подходы считаются дополнительными. Концепции биогенеза следующие: Живое, как и неживое, — это два взаимосвязанных и неразделимых состояния материи. Эти теории носят название физических. Термодинамическая противостояние энтропии и системная соподчинение и устойчивые динамические связи составляющая — это главные свойства и признаки жизни.
Жизнь возникла во Вселенной, а биосфера Земли — проявление живой части Космоса. Эти теории называют космическими. Биогенез, таким образом, это космоцентрические физические теории происхождения жизни. Современные воззрения Современная наука придерживается точки зрения, которая объединяет все концепции в единую систему знаний о том, как неживая материя превратилась в живую. Как наиболее вероятный путь происхождения живого современная наука признает, что начальный этап — это абиогенез.
И состоит он из 3 начальных этапов: Появление биологических мономеров. Образование биологических полимеров.
Он заметил, что даже в пределах одного вида есть особи с особыми признаками, увеличивающими их шансы на выживание. Потомство таких особей наследует эти признаки, и они постепенно становятся общими. Особи, не имеющие этих признаков, вымирают. Этот процесс называют естественным отбором.
Сперва все мотыльки имели серебристую окраску и были незаметными на ветвях деревьев. Выживали же мотыльки, окрашенные темнее. Эта темная окраска перешла к их потомству и впоследствии распространилась на весь вид. 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. Биогенез: теория и характеристика Согласно теории биогенеза, жизнь произошла от других уже существовавших форм жизни. Эту теорию поддержали несколько ученых, в том числе Франсиско Реди, Луи Пастер, Хаксли и Лаззаро Спалланцани; Все эти исследователи выделяются своим огромным вкладом в биологические науки. Однако теория биогенеза предполагает, что все живое кажется живым. Поэтому мы должны спросить себя, где и как появилась эта первая форма жизни? Чтобы добиться этого слабого — и замкнутого — аргумента, мы должны обратиться к теориям возникновения жизни.
Этот вопрос разрешили несколько исследователей, в том числе А. Опарин и Дж. Сначала мы обсудим эксперименты, которые подтвердили биогенез, а затем вернемся к этому вопросу. Но откуда появилось первое живое существо?? Давайте вернемся к нашему первоначальному вопросу. Сегодня широко известно, что живые организмы происходят только от других организмов — например, вы пришли от своей матери, и ваш питомец, в равной степени, родился от их соответствующей матери.
Но давайте перенесем этот вопрос в первобытную среду, где произошло начало жизни. В настоящее время биологи поддерживают гипотезу о том, что жизнь на Земле развивалась из неживых веществ, которые образовывали молекулярные агрегаты. Эти агрегаты сумели адекватно размножиться и развили метаболизм — замечательные характеристики существ, которые мы считаем «живыми». Однако мы уже собрали доказательства того, что живые существа не могут возникнуть из неживой материи. Итак, как нам разрешить этот очевидный парадокс? Первобытная атмосфера Земли сильно отличалась от того, что есть сейчас.
Концентрация кислорода была чрезвычайно низкой, наблюдалась молния, вулканическая активность, постоянные бомбардировки метеоритов и приход ультрафиолетового излучения был более интенсивным. В этих условиях может произойти химическая эволюция, которая через значительный период времени привела к появлению первых форм жизни.. Немного предыстории Вернемся немного назад. Во что верили люди в течение 200 лет после открытия Левенгука? Ответ: в так называемое самозарождение, когда живые существа просто появляются, обычно из-за пищи. На самом деле, люди раньше полагали, что это касается не только микроорганизмов.
Например, если оставить в углу дома еду, то появятся мыши. Их появление объяснили как спонтанное зарождение, то есть буквально они там появились. К тому времени, когда были открыты микроорганизмы, мало кто верил, что животные более высокого порядка, такие как мыши, произошли от спонтанного зарождения. Однако почти 200 лет существовало поверье, что микробы образуются таким образом. Почему абиогенез невозможен. Творческое исследовательское общество ежеквартально, 36 4.
Pross, A. Происхождение жизни: что мы знаем, что мы знаем и что мы никогда не узнаем. Садава, Д. Жизнь: наука биологии. Panamericana Medical. Саган, C.
На терминах «биогенез» и «абиогенез». Истоки жизни и эволюция биосфер, 5 3 , 529-529. Шмидт М. Ксенобиология: новая форма жизни как основной инструмент биобезопасности. Bioessays, 32 4 , 322-331. Серафино Л.
К началу XXI века биологи смогли очень многое узнать о живой материи и даже научиться ее остроумно использовать для биотехнологий, медицины и не только , однако на месте разгаданных загадок всегда появляются все новые. Примером сложных или даже нерешаемых задач науки о живом можно назвать проблему абиогенеза , то есть самопроизвольного образования живой клетки из исходно неживых компонентов. Разумеется, возникновение Вселенной, живых существ и человека вызывала жгучий интерес у людей с древности, что породило множество замысловатых легенд и мифов-космогоний. Однако ученые, как ни странно, обратили свое внимание на проблему зарождения живого сравнительно недавно — лишь в прошлом веке, начиная с 1924 года, когда была впервые предложена концепция первичного бульона. Она положила начало череде гипотез, споров и экспериментов, за которыми стоят множество ярких личностей — самобытных ученых. Эту историю, которая длится вот уже сто лет, можно узнать благодаря только что вышедшей на русском языке книге Майкла Маршалла «Великий квест». Книга Маршалла — это безусловно, научно-популярное издание в лучших традициях, из которого любитель биологии и химии в том числе школьник может почерпнуть много нового и полезного. В книге просто и увлекательно обсуждаются важные и отнюдь не простые концепции естественных наук — включая определение жизни, химические реакции, устройство клетки, процессы в ее мембране и даже ряд вопросов, касающихся астрономии и геологической истории Земли. При этом все они помещены в исторический контекст и описываются в связке с яркими персоналиями ученых, открывших или описавших их. Поэтому «Великий квест» — это не только научпоп, но и пример хорошей беллетристики, которая живым языком описывает хитросплетение человеческих судеб.
Разумеется, Майкл Маршалл начинает рассказ с хрестоматийного первичного бульона Александра Опарина, колоритного советского биохимика с противоречивой биографией. Согласно его гипотезе, первые подобия клеток — коацерваты — возникли сами по себе в древнем океане, который представлял собой насыщенный горячий раствор органики. Удивительно, но впервые свое предположение Опарин высказал не в научном труде, а в скромной научно-популярной брошюре. Она была озаглавлена «Возникновение жизни» и вышла в 1924 году. Хорошие идеи порой витают в воздухе — и потому могут прийти разом в две светлые головы или более. Так случилось и в этот раз — спустя всего пять лет ничего не знавший об Опарине британский эволюционист и генетик Джон Бердон Сандерсон Холдейн или попросту JBS опубликовал собственную, очень близкую гипотезу абиогенеза.
Такая характеристика нуклеотидов придаёт спиральную структуру ДНК и РНК, но в синтезе из простых соединений получается равное количество изомеров, поэтому белки такой смеси не способны функционировать. Если железа много в неживой природе, то меди с марганцем и цинком — не особенно. Парадоксально, но все они содержатся в клетках в намного большей концентрации, чем во внешней среде. Перечисленные металлы характерны в обильном количестве для гидротермальных источников, с которых мы начнём поиск условий для абиогенного синтеза органических соединений. Воды источников имеют чёрный цвет благодаря сульфидам, сероводороду и другими взвесям [10]. После контакта с океаном гидротермальные воды охлаждаются, а соединения железа, меди и никеля выпадают в осадок. При дальнейшем остывании вод сульфиды цинка и марганца осаждаются на уже сформированный рельеф. Сульфиды цинка способны к фотохимическому восстановлению, поглощая ультрафиолет и фосфоресцируя. В таком состоянии возбуждённый электрон восстанавливает соединения диоксида углерода до муравьиной и других органических кислот, а при ультрафиолете восстанавливает азот до аммиака. При этом он защищает органические молекулы от ультрафиолета эффективней слоя воды в десятки метров. Именно поэтому первые организмы могли укрываться в минеральных осадках, имея доступ к продуктам фотохимических реакций [1]. Осадки образуются из мелких частиц и имеют много пор. Подобные условия являются удобными для репликации органики из-за относительной изоляции. Откладывающиеся сульфидные минералы становятся катализаторами химических реакций для синтеза органических соединений [11]. Градиенты температур разделяют хиральные формы соединений. В таких условиях термодиффузии РНК и белки накапливаются в одной локации, например — в вышеупомянутых порах, где происходит концентрация в миллиарды раз [12]. Источниками достаточного количества этого вещества являются вулканы и горячие геотермальные источники. Они содержат фосфиты, пирофосфаты, или оксиды фосфора. При растворении эти соединения дают молекулы в пригодной для сахарофосфатов и нуклеотидов форме. В условиях кипения минеральных вод растворённые соединения разделяются, поэтому часть испаряется с водой и выходит в грязевых котлах. В виду подобной сепарации металлов поднимающийся пар магмы содержит бораты, калий, натрий и соли молибдена в концентрации такой же, как в органической клетке. При добавлении гидроксиапатита в такую смесь на его поверхности откладывается рибоза [18][19], а соли молибдена превращают разветвлённые сахара в линейные, увеличивая синтез. Почувствуйте, как густые и горячие знания стекают вам на шею, ведь грязевые котлы обогащены всеми вышеописанными ранее элементами [15], потому и представляются одними из самых вероятных мест появления жизни, имея несколько преимуществ сразу: Условия, богатые необходимыми микроэлементами; Источник тепла с постоянными условиями; Пористые минеральные осадки, работающие в качестве катализаторов и локации для репликации органических соединений; Испарение на местах при концентрации веществ, солей и кислот, где происходит образование цепочек РНК; Несколько путей получения органических молекул; Фотохимические реакции и расположенные рядом защищённые поры; Нагрев пор, где накапливаются нуклеотиды и РНК в высоких концентрациях. Нагрев происходил за счёт реакций в глубине твёрдых пород, поэтому метан и кислоты этих вод образуются абиогенно, а изотопный состав углерода в них такой же, как в углекислом газе [16]. В атмосфере древнего мира метан реагировал с азотом, водой и углекислым газом, образуя формальдегид. Соединения фотолиза метана не накапливались, а выпадали с дождём рис. Синильная кислота и формальдегид растворимы в воде, поэтому они вымывались и на поверхность поступали формальдегид, цианамид и цианид — являющиеся прекурсорами для азотистых оснований и РНК [17]. Реакция получения нуклеотидов с помощью таких соединений была получена в 2009 году в Манчестере, во время работы Д. Сазерленда и его коллег [20]. Они синтезировали пиримидиновые нуклеотиды путём смешения в одной установке предшественников сахаров и нуклеотидов с фосфатами рис. Сейчас придётся хрустеть коркой головного мозга, но чтобы было проще, обратимся к рисунку 3 ниже, который будет иллюстрировать ход реакций. Как можем видеть, первоначальные соединения представлены: цианоацетиленом, цианамидом, глицеральдегидом и гликольальдегидом. Фосфат в реакции не только облегчает синтез нуклеотидов, подавляя побочные реакции, но и направляет соединение цианамида с гликольальдегидом в сторону аминооксазола. А уже его соединение с глицеральдегидом образует арабинозо-аминооксазолин. В реакции же аминооксазолина с цианоацетиленом снова фосфат помогает реакции — он поддерживает кислотность и создаёт условия для получения арабинозо-ангидронуклеозида. После, достаточно подогреть реакционную смесь для получения циклического цитидин-монофосфата. Такой раствор освещается ультрафиолетом, чтобы превратить часть цитозина в урацил и избавиться от побочных продуктов. Аналогичным способом получены пуриновые нуклеотиды при добавлении синильной кислоты вместо цианоацетилена. Всего из четырёх простых соединений получаются все нуклеотиды и десять из двадцати белковых аминокислот. Но главное, в реакциях почти не образуется соединений, не встречающихся в клетках. Этот момент станет сюжетной пружиной повествования. В условиях липидно-нуклеотидного раствора уже рассмотренных грязевых котлов образуются последовательности РНК в 50-100 нуклеотидов. Липиды, к которым мы вернёмся позже, при высыхании образуют слои и длинные цилиндры, где последовательности РНК упорядоченно накапливаются и сохраняют подвижность. При естественном отборе преимущество получают те последовательности, которые служат фрагментами для создания собственных копий — палиндромные цепи РНК [21]. Эта идея А. Маркова превращает необходимость фрагментов в фактор естественного отбора, который может привести к образованию рибозима среди длинных палиндромных молекул. Это частично подтверждает геноцентричный взгляд на эволюцию Ричарда Докинза [22], ведь палиндромный способ упаковки молекул наблюдается и в последовательностях соединений нынешних транспортных РНК.
Столетие исследованиям абиогенеза: великий квест продолжается
Абиогенез и биогенез Абиогенез — возникновение живого из неживого в процессе эволюции образование органических веществ, распространенных в живой природе вне организма. Главная» Новости» Оценка доказательности доводов креационизм абиогенез биогенез. Ключевые слова: абиогенез, биогенез, эксперимент Миллера-Юри., Происхождение Жизни, Эксперимент Пастера, Изначальный Суп, Гипотеза Спонтанного Поколения. Одной из проблем при разработке научных моделей абиогенеза является объяснение того, как молекулы превращаются в клетки, которые стали самовоспроизводящимися.
Абиогенез и биогенез: основные различия
В этой статье мы рассмотрим несколько самых популярных из подобных теорий. Как развивалась планета Земля Прежде чем перейти к основной части нашего обсуждения, следует поговорить о том, как развивалась планета Земля до возникновения жизни. Если теорий насчет появления живых организмов существует много, и все они разные, то вариантов формирования самой планеты выдвигается не так много. Наиболее известная и широко признанная теория — появление Земли из облака космической пыли. Такие объекты имеют все необходимые химические элементы и могут спрессовываться со временем, принимая форму раскаленного шара. С поверхности будущей планеты постоянно поднимался горячий пар, который охлаждался и превращался в воду. Это приводило к тому, что на молодой Земле постоянно шли сильные дожди. Попадая на раскаленную поверхность, капли снова превращались в пар и уходили обратно наверх. Так планета существовала в течение долгих миллионов лет. За это время она успела остыть, потеряв большую часть своего тепла. Из-за этого раскаленная разжиженная поверхность начала твердеть, постепенно превращаясь в кору.
Земля до возникновения жизни Остывание поверхности продолжалось еще несколько миллионов лет, пока дождевая вода наконец не перестала полностью превращаться в пар. Это привело к образованию первых водоемов. Температура все снижалась, сильные дожди не прекращались, воды становилось все больше, и начался огромный потоп. Вследствие этого водоемы стали разрастаться, перетекая в огромные впадины, образуя первый доисторический океан. Никакой жизни на планете тогда еще не было, а вода постепенно делала свое дело, размывая горные массивы и создавая равнины. Она начала стекать во все доступные ущелья, образуя реки и ручьи. Все это происходило на протяжении еще многих миллионов лет, пока баланс между сушей и водой не начал приходить в норму. Образование баланса между сушей и водой Наконец-то влаги в облаках стало намного меньше, и они постепенно начали рассеиваться, позволяя Солнцу освещать Землю своим светом. Дожди закончились, океан обрел свои границы, заняв почти всю поверхность планеты. Соли и различные минеральные вещества постепенно вымывались с суши и уносились в океан, из-за чего он стал соленым.
Вода с его поверхности начала испаряться, превращаясь в облака, и на Земле стали появляться кристаллические вещества. Они постепенно росли и подпитывались другими составляющими. Солнечные лучи и атмосферные молнии подпитывали их энергией и, возможно, из этих веществ и появились самые первые живые существа Земли — прокариоты. Прокариоты описываются как предки современных бактерий. Это одноклеточные организмы, у которых отсутствует ядро. Питались они анаэробным способом, но дышали не кислородом, так как в то время ему было еще неоткуда взяться в атмосфере. Обитали прокариоты либо на океанском дне, либо на влажных участках суши. Возможно, они действительно были предками всех современных простейших микроорганизмов. Но теорий возникновения жизни на Земле достаточно много и некоторые из них утверждают, что прокариоты появились и развивались независимо от бактерий. Настало время наконец поговорить об этих предположениях, а именно о десяти самых популярных из них.
Но в такого рода сценариях воды получается очень много — пожалуй, слишком много, чтобы обеспечить формирование и сколько-нибудь устойчивое существование длинных пептидных цепочек. Во всех более ранних работах, попытки добиться полимеризации аминокислот напрямую , были крайне малоэффективны — фактически, удавалось получить цепочки всего из двух ковалентно связанных аминокислот дипептиды , да и то лишь с очень маленьким выходом. Повторение этапов смачивания-высушивания не помогало добиться формирования более длинных цепочек, если только в смеси не добавляли гидроксикислоты, как в вышеописанной работе. Все потому, что вода, присутствуя в избытке, действует разрушительно по отношению к пептидным связям. Авторы предложили рассмотреть совершенно новый оригинальный сценарий. Идея в следующем.
У некоторых не любых минеральных солей есть способность при превышении определенного порога относительной влажности атмосферного воздуха поглощать водяной пар по-английски это свойство солей называют термином deliquescence. Самопроизвольная гидратация этих солей приводит к переходу их из кристаллического состояния в насыщенный водный раствор. При понижении влажности происходит обратный процесс — раствор отдает влагу в атмосферу, и соль кристаллизуется. Возможно, если аминокислоты окажутся в смеси с такими солями, и эта смесь будет периодически высушиваться и увлажняться, то поглощаемой солью влаги будет достаточно для формирования пептидных цепочек? В естественной среде циклы смены условий, необходимых для наращивания цепочек могли бы соответствовать, к примеру, сменам дня нагревание, высушивание и ночи охлаждение, увлажнение. Такой сценарий, без катастрофических событий вроде дождей и приливных волн, кажется более подходящим для постепенного устойчивого формирования все более и более длинных пептидных цепочек.
Гипотеза красивая. Осталось проверить, насколько хорошо все это будет работать в реальном эксперименте. Для этого надо было ответить на следующие вопросы: 1 Действительно ли эффект гидратации соли за счет атмосферной влаги может обеспечить достаточную меру увлажнения реакционной смеси после полного высушивания? Авторы провели эксперименты во множестве вариантов. Во-первых, были проверены разные соли. Как можно видеть, часть солей проявили нужное свойство — при достижении определенного уровня влажности в атмосфере сухая соль превращалась в насыщенный раствор.
Проверка способности различных солей переходить в раствор во влажной атмосфере. Красными рамками выделены лунки, в которых наблюдался данный процесс лунки с жидким раствором выглядят темными, а сухие соли светлые. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications Во всех экспериментах в смесь добавляли аминокислоту глицин — это наиболее простая по структуре аминокислота, и реакции спонтанной полимеризации с ней проходят более эффективно, чем с другими аминокислотами. Надо отметить, что здесь в реакционную смесь не добавлялись какие-либо дополнительные органические соединения вроде гидроксикислот, как это было в работе, которая обсуждалась выше. Пожалуй, наиболее заметным отличием этой работы от всех предшествующих является то, что эксперимент длился достаточно продолжительное время 10 суток и предусматривал многократные ежедневные повторения циклов смачивания и высушивания. Каждый цикл длился 24 часа.
Авторы отмечают, что, хотя в условиях ранней Земли 4 миллиарда лет назад смена дня и ночи происходила в несколько раз чаще по расчетам астрофизиков, сутки тогда длились около 6 часов , 24-часовой цикл позволил исследователям обеспечить необходимый контроль хода эксперимента и регулярно забирать пробы для анализа. Результаты одной из серий экспериментов по полимеризации аминокислоты показаны на рис. Здесь глицин смешивали с четырьмя компонентами: хлоридами натрия и калия, а также гидроксидами калия и натрия. Оценка эффективности полимеризации глицина при разных условиях реакции. Во всех случаях глицин находился в смеси из хлорида натрия, хлорида калия, гидроксида натрия и гидроксида калия. Циклы режимов влажности RH — relative humidity указаны на левом графике.
На правом графике черная линия повторяет голубую линию левого графика. По горизонтальной оси отложено число циклов и дней реакции, по вертикальной оси — доля молекул глицина, которые вошли в состав полипептидных цепочек. График справа наглядно демонстрирует, насколько эффективнее идет реакция в такого рода системе по сравнению с простым приливанием внушительного объема воды здесь — 20 мл. При таком подходе, имитирующем «дождь», эффективность реакции, фактически, приближается к нулю. На каждом цикле после этапа высушивания экспериментаторы отбирали пробы для анализа полученных продуктов, который проводили с использованием методов жидкостной хроматографии и МАЛДИ масс-спектрометрии. Их интересовало, во-первых, насколько большая доля аминокислоты войдет в состав полипептидов, а во-вторых, насколько длинные цепочки будут получены при тех или иных условиях.
В следующей серии экспериментов результаты которых показаны на рис. Первая соль образует раствор во влажной атмосфере, а вторая — нет. График слева отчетливо показывает, что этот фактор критически сказывается на результате: полипептиды образуются почти исключительно в смеси с гидрофосфатом калия. Это, в общем-то, вполне ожидаемый результат, но в науке принято проверять все теоретические ожидания, даже достаточно очевидные. График справа отображает наращивание цепочек полипептида по мере добавления циклов высушивания-увлажнения в присутствии гидрофосфата калия.
Слайд 5 Аристотель 384 - 322 гг.
Слайд 6 Ян Баптиста ван Гельмонт 1580 - 1644 Описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, тёмный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван Гельмонт считал человеческий пот. Слайд 7 Ф.
В голове прочно засела связь первичного океана и появления жизни.
Ну и значит, решил провести эксперимент. Налил в стакан воды, и стал ждать, когда оттуда полезут маленькие динозаврики. Через неделю другие дела были, кроме "научных", братва ровеснков на улице ждала заглянул в свою "лабораторию", устроенную в укромном месте, а в стакане сухо, хоть мышь бегай... Разочарование было столь сильным, что если б умел тогда писать, то забабахал бы статью, с названием "Теория эволюции с треском опровергнута! Раздвинули границы познания, не оставили мракобесам и шанса...
Определены вероятные условия абиогенного синтеза полипептидов на ранней Земле
Креационисты не мешкая напоминают эволюционистам, что абиогенез и эволюция описывают события, которые вступают в прямое противоречие с установленным законом. Узнайте больше о значении абиогенеза и разнице между абиогенезом и биогенезом. биогенез — БИОГЕНЕЗ — одна из теорий происхождения жизни на Земле, согласно которой зародыши живых существ были занесены в состоянии анабиоза с более древних небесных тел. Теория абиогенеза была подтверждена ещё в 1955 году американским учёным Мюллером-Юри.
Теория биогенеза
Изгиб в горловине препятствовал попаданию загрязняющих частиц в бульон, в то же время обеспечивая свободную диффузию воздуха. Тот факт, что фляга позволила проходить воздуху, был прорывом в дизайне, который, наконец, обратился к критикам Спалланцани. Колба Пастера оставалась свободной от бактериального роста до тех пор, пока колба оставалась в вертикальном положении. Чтобы показать, где были расположены загрязняющие элементы, он наклонил колбу достаточно, чтобы бульон выместил изгиб в гусиной шее; затем бульон быстро затуманивается при росте бактерий. Общее заблуждение Некоторые креационисты утверждают, что закон биогенеза подрывает эволюционную теорию и теорию о том, что вся жизнь возникла из неорганического материала миллиарды лет назад. Тем не менее, биогенез просто лишает законной силы теорию спонтанного поколения - он говорит о том, что может быть достигнуто в промежутках времени поколений, а не в течение тысяч поколений или миллионов лет. Теории о происхождении жизни принимают во внимание отсутствие хищников и очень различную химическую структуру атмосферы Земли в то время. Они также рассматривают, что может быть достигнуто за миллионы лет методом проб и ошибок. Ни один из них не рассматривается в законе биогенеза. Теория самопроизвольного рождения говорит о сложной жизни, которая кажется полностью сформировавшейся за несколько дней, и теориям происхождения постулата жизни потребовались миллионы лет проб и ошибок, чтобы сформироваться в условиях, которых больше нет на Земле.
Опыт Пастера В 1860 году проблемой происхождения жизни занялся Луи Пастер. К этому времени он уже многое сделал в области микробиологии и сумел разрешить проблемы, угрожавшие шелководству и виноделию. Он показал также, что бактерии вездесущи и что неживые материалы легко могут быть заражены живыми существами, если их не стерилизовать должным образом. В результате ряда экспериментов, в основе которых лежали методы Спалланцани, Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг гипотезы спонтанного зарождения. Пастер придал своим заключениям исключительную убедительность благодаря прекрасно задуманным и осуществлённым им экспериментам. Эти эксперименты имели целью не только доказать правильность положений автора, но и выявить ошибки его противников и вскрыть причины отдельных неудач его предшественников. Пастер заполнял баллон питательной средой, а шейке колбы придавал S-образную форму. Кипячением из баллона выгонялся воздух, который при остывании жидкости возвращался обратно. Микроорганизмы из воздуха при этом оседали на изгибе шейки, и жидкость в баллоне оставалась стерильной неопределённо долго. Стоило только отрезать шейку колбы, как через несколько дней в жидкости появлялись бактерии. Появления их можно было также добиться, наклоняя баллон и смывая микроорганизмы, осевшие в изгибе трубки. Работы Пастера явились переломным моментом в истории учения о происхождении жизни.
За счет того, что он обладал такими характеристиками, как наследственность, изменчивость, а также избирательное размножение определенных вариаций, он смог с помощью естественного отбора добиться совершенствования возникшей живой системы. Данный механизм очень тщательно изучили многие биологи, и поэтому можно с уверенностью сказать о том, что он невероятно мощный и вполне может принимать участие в создании очень сложных структур. Главным при этом остается его старт. В конце прошлого столетия ученые открыли огромное количество механизмов прохождения каждого отдельного этапа столь трудного и невероятно долгого процесса, когда из неживой материи образовалась самая первая живая система. Сегодня синтез простого типа органических веществ из неорганики вполне может без особого труда происходить в естественной обстановке. Ученые отмечают, что для процесса даже не требуется планета, ведь он может происходить даже в космическом пространстве из наиболее простых молекул. В качестве катализаторов будут выступать более сложные частицы, в составе которых могут присутствовать никель и железо. В конечном результате произойдет образование простой органики. Достаточно давно удалось установить, что весьма неплохим реактором для запуска производства органики могут выступать разнообразные гидротермальные источники. Еще в 2012 году провели исследование, которое продемонстрировало, что это самые вероятные места, где особенно активно происходил процесс синтеза веществ органического происхождения. Соответственно, именно в гидротермальных источниках и могло произойти зарождение жизни. При этом они должны были находиться в мелководных водоемах, расположенных на континентах, а не в морях или океанах, где для преобразования неорганики в органику невозможно из-за неподходящего ионного состава раствора. Вопрос относительно зарождения жизни на Земле достаточно сложный, и поэтому сегодня все еще проводятся исследования, чтобы получить точный ответ.
Температура все снижалась, сильные дожди не прекращались, воды становилось все больше, и начался огромный потоп. Вследствие этого водоемы стали разрастаться, перетекая в огромные впадины, образуя первый доисторический океан. Никакой жизни на планете тогда еще не было, а вода постепенно делала свое дело, размывая горные массивы и создавая равнины. Она начала стекать во все доступные ущелья, образуя реки и ручьи. Все это происходило на протяжении еще многих миллионов лет, пока баланс между сушей и водой не начал приходить в норму. Образование баланса между сушей и водой Наконец-то влаги в облаках стало намного меньше, и они постепенно начали рассеиваться, позволяя Солнцу освещать Землю своим светом. Дожди закончились, океан обрел свои границы, заняв почти всю поверхность планеты. Соли и различные минеральные вещества постепенно вымывались с суши и уносились в океан, из-за чего он стал соленым. Вода с его поверхности начала испаряться, превращаясь в облака, и на Земле стали появляться кристаллические вещества. Они постепенно росли и подпитывались другими составляющими. Солнечные лучи и атмосферные молнии подпитывали их энергией и, возможно, из этих веществ и появились самые первые живые существа Земли — прокариоты. Прокариоты описываются как предки современных бактерий. Это одноклеточные организмы, у которых отсутствует ядро. Питались они анаэробным способом, но дышали не кислородом, так как в то время ему было еще неоткуда взяться в атмосфере. Обитали прокариоты либо на океанском дне, либо на влажных участках суши. Возможно, они действительно были предками всех современных простейших микроорганизмов. Но теорий возникновения жизни на Земле достаточно много и некоторые из них утверждают, что прокариоты появились и развивались независимо от бактерий. Настало время наконец поговорить об этих предположениях, а именно о десяти самых популярных из них. Прокариоты Кометы и метеориты Данную теорию о возникновении жизни на Земле выдвинул палеонтолог, профессор Техасского технологического университета Санкар Чаттерджи. Впервые он рассказал о ней на 125-ом собрании американского геологического общества. Профессор собрал огромную базу информации о раннем периоде жизни нашей планеты, сопоставил их с различными теориями эволюции и выдвинул свое предположение о том, как могла появиться жизнь на Земле — с помощью комет и метеоритов. Как утверждают многие геологии, самый интенсивный период падения метеоритов на Землю проходил около 4 миллиардов лет назад. Согласно теории Чаттерджи, первые формы жизни на нашей планете зародились в кратерах от упавших космических тел во времена той самой масштабной «бомбардировки» планеты кометами и метеоритами. Предположение ученого схоже с Моделью Ниццы, которая говорит о том, что Земля в то время подвергалась большому количеству падений различных космических тел, и ее поверхность была вся усыпана кратерами, примерно, как Луна. Лишь она спасла нашу планету от полного уничтожения, перетянув часть объектов на себя. Появление жизни на Земле с помощью комет и метеоритов Чаттерджи полагает, что из-за постоянных «атак» метеоритов на Землю в океане зародилась жизнь в виде первых простейших организмов. На эту тему проводилось множество различных исследований, которые утверждают, что воды на Земле намного больше, чем должно было быть. Ученые связывают это именно с падением метеоритов, прилетевших на нашу планету из облака Оорта. Обледенелые кометы врезались в поверхность планеты, таяли и пополняли ее водой. Панспермия Долгие столетия люди пытались понять, как появилась жизнь на Земле. Не то что бы на все остальные вопросы уже найдены ответы, просто этот — один из самых интересных.
Биогенез: резюме, значение, защитники и абиогенез
Биогенез и абиогенез. Канал видеоролика: Репетитор по биологии. 1.2 Опыт Реди. Биогенез и абиогенез. Смотреть видео: Свежая информация для ЕГЭ и ОГЭ по Биологии (листай). Биогенезу, в котором жизнь возникает в результате размножения другой жизни, предположительно предшествовал абиогенез, который стал невозможным, как только атмосфера Земли приняла свой нынешний состав. Как только начинается работа с реальными условиями сразу же абиогенез идет как по маслу и сложнейшие переходы оказываются тривиальными.
БИОГЕНЕЗ: ХАРАКТЕРИСТИКА И ТЕОРИЯ - БИОЛОГИЯ - 2024
Учёный считал, что микроорганизмы возникают не из воздуха, а от других микроорганизмов. Было известно, что при кипячении микроорганизмы погибают, поэтому Спалланцани разлил мясной бульон по стеклянным колбам и прокипятил их. Контрольные колбы он оставил открытыми, а экспериментальные — запаял. В результате микроорганизмы появились только в открытых колбах то есть они были занесены туда из воздуха , что позволило учёному сделать вывод о невозможности их самозарождения. Однако противники Спалланцани не сдавались. По их мнению, во время кипячения вместе с микроорганизмами в колбах была убита и та самая «жизненная сила», а анималькули не могут возникнуть там, где этой силы нет. Окончательное опровержение самозарождения микроорганизмов: опыты Луи Пастера Окончательно разрешил вопрос возможности самозарождения французский биолог Луи Пастер. Это произошло только во второй половине XIX в. Пастер использовал колбы с горизонтальным S-образным горлышком. В открытое горлышко из воздуха могла проникать «жизненная сила», а споры микроорганизмов оседали на изгибе трубки и не попадали в колбу.
Питательный бульон в колбе оставался стерильным, микроорганизмы в нём не возникали. В результате ряда экспериментов Пастер окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения жизни и доказал справедливость теории биогенеза: «всё живое от живого». Луи Пастер а и колба Пастера с S-образным горлышком б Это интересно: Пастер, пастеризация, асептика и антисептика За эксперимент, доказавший невозможность самозарождения микроорганизмов, Луи Пастеру была вручена специальная премия Французской академии наук. Именно благодаря трудам этого учёного появились антисептики и асептики, открывшие дорогу современной хирургии. Впоследствии этот способ получил название в честь своего изобретателя — пастеризация. Пастер выяснил, что некоторые бактерии очень устойчивы к воздействию высоких температур и уничтожить их можно только путём длительного кипячения, или нагревания под давлением, или прокаливания, или с помощью специальных химических растворов. Уничтожение всех микроорганизмов и их спор называется стерилизацией от лат. Антисептика от лат. При антисептических процедурах используют механические, физические и химические методы воздействия.
Термин был введён английским хирургом Дж. Принглом, описавшем антисептическое действие хинина — вещества, извлекаемого из коры хинного дерева. Похожим словом — антисептики — называются обеззараживающие вещества: различные спирты, раствор йода, соединения фенола и др. Аcептика — это мероприятия, направленные на предупреждение попадания микроорганизмов в рану путём обеззараживания рук хирурга, хирургических инструментов и перевязочного материала. Методики обеззараживания — кипячение, прокаливание, обработка химическими веществами раствором хлорной извести, этиловым спиртом. До осознания врачами того, что всё, что соприкасается с раной, должно быть стерильно, хирурги не делали операций, связанных со вскрытием полостей человеческого тела, поскольку такие вмешательства обычно вызывали быструю гибель пациента. Внедрение асептики и антисептики в хирургию стало одним из величайших достижений медицины XIX века. Александр Иванович Опарин. В 1924 г.
Учёный предположил, что под влиянием солнечного излучения, мощных электрических разрядов молний и извержений вулканов в атмосфере древней Земли 4—4,5 млрд лет назад из неорганических веществ могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для появления жизни. Самоорганизация сгустков органических молекул в водах древнего океана привела к появлению первых примитивных одноклеточных существ, похожих на современных бактерий. Условия древней Земли: а — частые грозы; б — жёсткое ультрафиолетовое солнечное излучение; в — бурная вулканическая деятельность; г — безжизненный океан. Одновременно с А. Опариным подобные взгляды на возможность зарождения жизни были высказаны американским учёным Джоном Холдейном. Их гипотеза возродила интерес учёных к идеям самозарождения абиогенеза. Узнать больше: вероятный механизм абиогенного происхождения жизни 9—11 кл. Гипотеза абиогенеза основывается на данных науки о формировании Земли примерно 4,5 млрд лет назад. После образования планеты как твёрдого тела и её постепенного остывания происходила конденсация водяного пара в первичной атмосфере Земли.
Дождевая вода с растворёнными в ней веществами накапливалась в углублениях рельефа. Первичная атмосфера Земли содержала углекислый газ, сероводород, метан, аммиак и пары воды; кислород почти полностью отсутствовал, следовательно, не существовало озонового слоя, поглощающего жёсткое ультрафиолетовое излучение Солнца. Энергию для образования и разрыва химических связей поставляли такие источники, как ультрафиолетовое излучение Солнца, электрические разряды при грозах молнии , ядерные реакции уровень естественной радиоактивности был очень высок , высокая температура вследствие мощной вулканической деятельности. По мнению А. Опарина, на протяжении миллионов лет вода на поверхности Земли насыщалась органическими соединениями, самопроизвольно образующимися в атмосфере. Часть этих веществ разрушалась, однако некоторые из них могли скапливаться в определённых местах, образуя более сложные органические вещества. Например, из скоплений жирных кислот и спиртов образовывались липиды, а из аминокислот — пептиды. Далее из этих веществ образовывались обособленные сгустки — зоны повышенной концентрации органического вещества. Эти сгустки Опарин назвал коацерватными каплями, или коацерватами от лат.
Такое состояние древнего океана учёный назвал «первичным бульоном», имея в виду его насыщенность органическим веществом, создавшимся абиогенным путём. Схема образования коацерватных капель. Позднее экспериментально было доказано, что липиды склонны к самопроизвольному образованию однослойных на поверхности воды и двухслойных в толще воды жировых плёнок. Плёнки, напоминающие бислой цитоплазматической мембраны, могли окружать сгустки, состоящие из белковых молекул пептидов и других органических веществ. Цитоплазматическая мембрана современных клеток — двойной слой липидов. Для дальнейшей эволюции жизни важны были те коацерваты, которые содержали в себе белково-нуклеиновые комплексы. Биологические мембраны, организовавшиеся на основе жировых плёнок, обеспечивали коацерватам защиту и независимое существование, создавая упорядоченность биохимических процессов. Такие сложные коацерватные капли были способны поглощать вещества из окружающей среды. Если в коацерватные капли попадали катализаторы например, ферменты , то в них происходили химические реакции, в том числе полимеризация мономеров, поступающих из внешней среды.
За счёт этого капли могли увеличиваться в объёме и массе. В дальнейшем сохранялись только те простейшие живые структуры, которые были способны к саморегуляции и самовоспроизводству. Так появились первые живые клетки — пробионты, или протобионты от др. Так закончилась химическая эволюция и наступило время биологической эволюции живой материи. Свернуть Узнать больше: вероятное начало биологической эволюции 9—11 кл. В начале биологической эволюции источником питания, вероятно, служили запасы органических веществ, созданных абиогенным путём. Первые клетки были, скорее всего, анаэробными осмотрофными гетеротрофами, поскольку атмосфера древней Земли не содержала кислорода, а «первичный бульон» отличался высокой концентрацией органических веществ.
Публикация возрождает самую противоречивую идею о происхождении жизни. Эта идея простирается к временам Древней Греции. Она называется панспермия. Что такое абиогенез Официальная позиция науки о происхождении жизни называется абиогенез. Общий смысл теории абиогенеза в том, что в ранней истории Земли наступил момент, когда условия благоприятствовали созданию сложной органической химии. Что, в свою очередь, привело к самоорганизации первых примитивных форм жизни. Об этом процессе многое известно. Но то, как именно информация кодируется в нуклеиновых кислотах ДНК и РНК , чтобы сформировать систему генетического наследования, и как все это трансформируется непосредственно в жизнь, остается загадкой. Другой, слегка неудобный для сторонников абиогенеза аспект заключается в том, что процесс этот, по-видимому, произошел в удивительно короткий промежуток времени. Эта теория требует, чтобы «первичный суп», из которого возникла самовоспроизводящаяся РНК, сформировался в течение 800 миллионов лет после стабилизации земной коры. Этот интервал времени, по мнению некоторых исследователей, слишком короткий. Несмотря на свои недостатки и нехватку конкретных данных, абиогенез — это компромисс. И единственная признанная наукой на сегодня гипотеза о происхождении жизни. Гипотеза панспермии, однако, оспаривает почти все аспекты этой теории. Гипотеза панспермии Авторы работы утверждают, что «жизнь попала на Землю с метеоритами и кометами. Как только условия на планете позволили бы ей выжить и развиваться. Это произошло около 4,1 миллиарда лет назад. Живые организмы, такие как устойчивые к космическим условиям бактерии, вирусы, более сложные эукариотические клетки и, возможно, даже оплодотворенные яйцеклетки и семена растений непрерывно падали на Землю. До тех пор, пока условия на ней не позволили запуститься процессу биологической эволюции». Другими словами исследователи предполагают, что абиогенез происходил не на Земле.
Вернадский основывает концепцию биосферы на первоначальных эмпирических обобщениях. Они не требуют доказательств, потому что проистекают из всего многовекового научного опыта. Приведем их вкратце: никогда не было начала жизни, оно всегда передавалось путем биогенеза; на Земле никогда не было безжизненных геологических эпох; вся жизнь едина в своих основных свойствах; живая материя всегда определяла химическую среду поверхности планеты; количество атомов, захваченных живой материей в биосфере в любой данный момент, никогда не выходило за пределы средних значений, то есть постоянно; энергия, выделяемая живыми организмами, в основном является солнечной. Именно в вышеупомянутых заключительных книгах Вернадский считал, что законы природы неизменны. Если живая материя стимулирует движение химических соединений на поверхности планеты, то так было на протяжении всей ее геологической истории. Уже в статье 1922 года Вернадский неявно вывел абсолютный научный запрет на происхождение жизни, основанный на геологическом движении. Примечание 1 Биосфера является вторым компонентом высокого уровня, наряду с геосферой, которые вместе составляют систему Земли. Биосфера, вероятно, была изменена человеческой деятельностью даже больше, чем геосфера, и поэтому играет ключевую роль в определении антропоцена. Биосфера — это область земли, которая охватывает все живые организмы: растения, животных и бактерии. Это особенность, которая отличает Землю от других планет Солнечной системы. Непрерывность биологического движения особенно очевидна в наследственности. В этом процессе само продление времени или его течение постоянно обновляется и никогда не прекращается. Вернадский глубоко ценил мысли о непрерывности жизни путем сохранения прошлого, когда в 1925 году он начал воспроизводить организмы. Основываясь на многих фактах, он вывел эмпирическую формулу для размножения, общую для бактерий, растений и животных. Оказалось, что скорость передачи жизни не зависит от условий окружающей среды. Размножение вполне может прекратиться, например, из-за недостатка питания и многих других несчастных случаев. Но существует, как мы бы сказали сегодня, программа селекции, определяемая чисто генетической причиной. Таким образом, Вернадский нашел мировые константы, имеющие объективный и абсолютный характер. Изучая Землю, мы обязаны распространить основные особенности ее строения на астрономические тела того же класса. В Солнечной системе к ним относятся планеты земной группы. Общие и наиболее важные особенности их структуры будут заключаться в следующем, говорил Вернадский: они являются твердыми, холодными телами вращения, все имеют геологические оболочки, в первую очередь атмосферу; все они индивидуально различны, и их планетарные оболочки физически и химически различны; для двух планет — Венеры и Марса — мы можем предположить наличие биосферы; атмосферные газы всех планет имеют биогенное происхождение; Отсюда следует, что планеты-гиганты солнечной системы не являются планетами, подчеркивает Вернадский. Они имеют разный состав и структуру. Креационизм Определение 3 Креационизм — это название, данное вере в то, что история сотворения мира в книге Бытия является буквальной правдой о том, как возник мир. Согласно христианским креационистам, Вселенная и все в ней было создано Богом за шесть дней, в то время, которое, по подсчетам библеистов, было чуть более 6000 лет назад. Вплоть до конца XIX века было вполне возможно верить в научную картину мира, а также в библейскую историю сотворения мира, потому что сама наука не имела никакого конкретного представления о сотворении мира. Но за последние 150 лет ученые постепенно собрали воедино свои собственные представления о том, как зародилась жизнь и Вселенная.
И только сейчас немецкие ученые смогли воссоздать условия в которых появились элементарные инструменты живых клеток — везикулы, необходимые для транспортировки питательных веществ. Суть эксперимента такова: в лабораторной емкости были воспроизведены условия, которые были на Земле 3,8 миллиардов лет назад в земной коре. Емкость была наполнена жидкостью, состав которой соответствовал «первичному бульону» раствор множества микроэлементов, необходимых для появления органических веществ. Температура жидкости варьировалась от 40 — 80 градусов Цельсия при повышенном давлении. Ученые предполагают, что именно в таких условиях зародилась жизнь на Земле. Со временем, в емкости стали образовываться везикулы, при чем некоторые из них пережили смену поколений вобрав в себя элементы химического состава первичного «бульона».
Биогенез — определение, суть теории, примеры и сторонники
В главное отличие между абиогенезом и биогенезом заключается в том, что абиогенез не подтвержден научными экспериментами, тогда как биогенез доказан научными экспериментами. Главная» Новости» Оценка доказательности доводов креационизм абиогенез биогенез. Тем не менее, Томас Генри Хаксли выбрал термин «абиогенез» и переопределил биогенез до жизни, возникающей из существовавшей ранее жизни. В этой статье дается определение термина "абиогенез" и рассматриваются доказательства, подтверждающие эту теорию.
1.2 Опыт Реди. Биогенез и абиогенез
Возникновение жизни из неживого материала называется абиогенезом, и (согласно сторонникам абиогенеза) происходило в результате ступенчатой химической и молекулярной эволюции на протяжении миллионов лет. Все многообразие точек зрения ученых-материалистов о происхождении живого на Земле без участия божественной силы сводится к двум противоположным позициям: биогенезу и абиогенезу. две основные концепции, объясняющие происхождение жизни на Земле. До биогенеза общепринятой теорией, объясняющей происхождение живых существ, был абиогенез.