Назад вперед
Увага! Попередній перегляд слайдів використовується виключно для ознайомлення та може не давати уявлення про всі можливості презентації. Якщо вас зацікавила ця робота, будь ласка, завантажте повну версію.
Мета заняття: Сформувати в учнів систему знання різних поглядах походження життя Землі.
Завдання заняття:
I. Освітні:
- Показати роль експерименту у вирішенні наукових суперечок про походження життя.
- Навчити аналізувати основні наукові гіпотези про походження життя.
ІІ. Розвиваючі:
- Продовжити розвивати прагнення самостійної пізнавальної активності.
- Продовжити формування формально-логічних умінь пояснення, конкретизації, визначення, узагальнення.
ІІІ. Виховні:
- Інтелектуальні – продовжити формування наукового світогляду.
- Екологічні – закріплення знань про взаємозв'язок живої та неживої природи.
- Моральні - формування знань та переконань учнів про відповідальність людини за збереження цілісності біосфери нашої планети.
Мотивація:
Походження життя нашій планеті – предмет багатовікових дискусій, у яких брало участь не одне покоління людства. Це цікава галузь знання, що має наукове, філософське та світоглядне значення, і досі привертає увагу дослідників різних напрямків.
Вивчення різних теорій виникнення життя Землі необхідно упорядкування цілісного ставлення до історичному шляху розвитку живої природи, формування наукового світогляду.
Учні повинні знати:
- Основні положення теорій виникнення життя;
- Сучасні ставлення до виникнення життя Землі (теорія біохімічної еволюції).
Учні повинні вміти:
- Розкрити ключові положення основних теорій щодо виникнення життя на Землі;
- Дати опис дослідів Ф. Реді, Л. Спалланцані, Л. Пастера, С. Міллера, розкрити їх значення для вирішення питання про походження життя;
- Розкрити основні положення сучасних уявлень про виникнення життя Землі (теорії біохімічної еволюції);
- Сформулювати основні тези теорії А.І.Опаріна.
Оснащення заняття:
- план заняття;
- конспект;
- роздатковий матеріал;
- завдання контролю;
- презентація;
- ноутбук;
- мультимедійний проектор;
- екран.
Міждисциплінарні зв'язки:
а) фізика (пристрій приладів, фізичні явища);
б) хімія (склад атмосфери, хімічні речовини);
в) історія (розвиток науки);
г) філософія (формування наукового світогляду);
д) іноземну мову (переклад термінів).
Література для викладача:
- Сивоглазов В.І., Агафонов І.Б. Загальна біологія 10-11.
- - М.: Дрофа, 2005
- Сивоглазов В.І., Сухова Т.С., Козлова Т.А. Загальна біологія. Посібник для вчителя. - М.: АЙРІС ПРЕС, 2004
Сухова Т.С. Урок біології. Технологія навчання. - М.: Вентана-Граф, 2001
Література для учнів:
1. Сивоглазов В.І., Агафонов І.Б. Загальна біологія 10-11. - М.: Дрофа, 2005
Хронокарта заняття:
1. Організаційний момент
Привітання, перевірка присутніх за списком, бажання успішної роботи на занятті. 2. Контроль вихідного рівня знань
(У дужках вказані зразки правильних відповідей)
- Цілі:
- Визначити рівень знань учнів.
Коригувати рівень складності подачі нового матеріалу.
1.За якими основними ознаками (критеріями) можна відрізнити живий об'єкт від неживого?
(Єдність хімічного складу живих організмів, обмін речовин, дратівливість, зростання, розмноження, розвиток, пристосованість до довкілля, саморегуляція). 2. Де і коли з'явилися перші живі організми? Якими вони були?
(Перші організми з'явилися близько 3 млрд років тому у водному середовищі, вони були одноклітинними прокаріотами, харчувалися за рахунок органічної речовини океану, анаероби.) 3. Які етапи у розвитку рослин Землі ви можете назвати?
(одноклітинні, багатоклітинні; виникнення фотосинтезу, статевого процесу; вихід на сушу, розвиток наземної рослинності.) 4. Які етапи у розвитку тварин Землі ви можете назвати?
(Одноклітинні, колоніальні, багатоклітинні; поява статевого процесу; поява безхребетних і хребетних тварин; вихід на сушу; ускладнення в будові у зв'язку з наземним способом життя.)
5. Які речовини входять до складу живих організмів?
(Неорганічні (вода, мінеральні солі) та органічні (амінокислоти, білки, жири, вуглеводи та ін.))
3. Вивчення нового матеріалу (пояснення нового матеріалу супроводжується показом презентації, у тексті вказані номери слайдів)
3.1. Постановка проблеми
З давнину і до нашого часу було висловлено величезну кількість гіпотез про походження життя. Специфіка живого визначає низку питань, на які необхідно відповісти, вирішуючи проблему виникнення життя:
- Як виникло та розвивалося життя на нашій планеті?
- Як виникла клітина – структурна одиниця живого?
- Як відбулися всі специфічні живі речовини та структури?
- Як сформувався обмін речовин? І т.д.
Нам належить познайомитися з гіпотезами виникнення життя, проаналізувати їх і сформувати уявлення про те, як виникло та розвивалося життя на Землі.
3.2. Розвиток уявлень про життя на Землі (слайд №1)
З давніх-давен походження життя було загадкою для людства. З моменту появи завдяки праці людина починає виділятися серед інших живих істот.
Але здатність поставити собі питання "звідки ми?" людина отримує порівняно недавно – 7-8 тис. років тому.
До цього часу людина важко відокремлювала себе від інших тварин (людина була і мисливцем, і своєрідною дичиною), але поступово вона стала відмежовувати себе від природи своїм внутрішнім духовним світом. Перші примітивні форми віри в нереальні, надприродні чи божественні сили виникли вже 35-40 тис. років тому.
3.3. Основні теорії походження життя Землі (Слайд №2)
Згідно з цією теорією, життя виникло в результаті якоїсь надприродної події в минулому, що найчастіше означає божественне творіння. Виникло уявлення про створення світу як про "творчий акт" бога, і цей міф лежить в основі всіх релігій.
Відповідно до Аристотелю (384-322 рр. е.), певні частки речовини несуть у собі " активне початок " , здатне у відповідних умовах створити живий організм. Цей "початок" можна виявити в заплідненому яйці, м'ясі, що гниють, тину і сонячному світлі:
"Такі факти - живе може виникати не тільки в результаті спарювання тварин, а й розкладання ґрунту... Деякі рослини розвиваються з насіння, а інші самозароджуються під дією сил природи з землі, що розкладається, або певних частин рослин..."
Проте з приходом Християнства, особливо у Середньовіччі, теорія спонтанного зародження опинилася під гнітом Церкви. Її вважали атрибутом чаклунства та проявом диявольщини. Проте вона продовжувала існувати. На рубежі XVI-XVII ст. Ван Гельмонт (1579 – 1644 р.р.) описав експеримент, у якому йому вдалося з брудної білизни та пшениці, поміщених у темну шафу, отримати мишей. Активним початком зародження миші Ван Гельмонт уважав людський піт.(Слайд №5) - До онцепція біогенезу (від грец. "bios" - життя, "genesis" - походження).
(Слайд №6) У 1668р. італійський лікар Франческо Реді (1626-1698 рр.) довів, що білі хробаки, що зустрічаються у м'ясі, є личинками мух; якщо м'ясо або рибу закрити, поки вони свіжі, і запобігти доступу мух, то вони, хоч і згниють, але не зроблять черв'яків. Із цього Ф. Реді зробив висновок про виникнення живого тільки з живого).(Слайд №7) У 1765 році Ладзардо Спалланцані (1729-1799 рр.) піддав м'ясні та овочеві відвари кип'ятіння і відразу ж запечатав їх. Через кілька днів він досліджував відвари та не виявив жодних ознак життя. З цього він зробив висновок, що висока температура знищила все живе, і нічого нового вже не могло виникнути.
(Слайд №8) Дж. Нідхем - прихильник віталізму (від лат. vita – життя), пояснив негативні результати, отримані Л. Спалланцані, тим, що той піддав свої настої надто жорсткій обробці, внаслідок якої руйнувалася їхня "життєва сила".На думку віталістів, “життєва сила” є всюди. Достатньо лише "вдихнути" її, і неживе стане живим.
У 1862 р. великий французький вчений Луї Пастер (1822-1895 рр.) публікує спостереження щодо проблеми довільного самозародження. Він доводить, що раптове виникнення (“спонтанне самозародження”) мікробів у різних видах гниючих настоянок чи екстрактів немає виникнення життя. Гниєння та бродіння – це результат життєдіяльності мікроорганізмів, внесених ззовні. Його дослідження остаточно зруйнували вікові забобони про спонтанне самозародження.
Рис.1. Досвід Л. Пастера в колбах із S-подібними горлами:
1 - колба з підцукрованою дріжджовою водою; після стерилізації та охолодження залишається стерильною протягом тривалого часу;
2 - та сама колба через 48 год після видалення вигнутого горла; спостерігається зростання мікроорганізмів. (Слайди №10,11)
- Теорія стаціонарного стану (Слайд №12)
Якщо наслідувати цю теорію, Земля існувала вічно, ніколи не виникаючи, завжди була здатна підтримувати життя, і будь-які зміни на ній були зовсім незначними. Ця теорія нині не витримує жодної критики.
- Теорія панспермії (Слайд №13)
У V ст. до н.е. грецький філософ Анаксагор висловив ідею космічного посіву – панспермії(Від грец. "pan" - все і "sperma" - насіння). За його вченням життя виникло з насіння, яке існує “завжди і скрізь”. Відповідно до цієї теорії, зародки життя занесені на Землю метеоритами чи космічним пилом. Ця теорія не пропонує жодного механізму виникнення життя, просто висуваючи постулат про позаземне його походження. Стверджується, що життя могло виникати неодноразово у різний час та у різних місцях Всесвіту.
4. Сучасні уявлення про виникнення життя
(Слайд 14)Сучасна теорія походження життя полягає в ідеї у тому, що біологічні молекули могли виникнути у далекому геологічному минулому неорганічним шляхом.
Найбільшого поширення у ХХ ст. отримала теорія біохімічної еволюції, запропонована незалежно друг від друга російським хіміком А.И.Опариным (1894 – 1980 р.р.) та англійським біологом Д. Холдейном (1892 – 1964 р.р.).
- Теорія біохімічної еволюції (Слайд №15)
1 етап – абіогенне виникнення органічних мономерів Наша планета виникла близько 4,6 млрд. років тому. Поступове ущільнення планети супроводжувалося виділенням величезної кількості тепла, розпадалися радіоактивні сполуки, від Сонця йшов потік жорсткого ультрафіолетового випромінювання. Через 500 млн років почалося повільне охолодження Землі. Утворення земної кори супроводжувалося активною вулканічною діяльністю. Вважається, що первинна атмосфера складалася переважно з аміаку, води, метану, окису та двоокису вуглецю. Відсутність кисню надавала їй відновлювальних властивостей. 3 травня 1924 р. на зборах Російського ботанічного товариства молодий учений А. І. Опарін висловив думку, що в умовах первинної атмосфери Землі, що значно відрізняється від нинішньої, міг відбуватися синтез усіх необхідних зародження життя речовин-попередників.
У таких умовах органічні речовини могли створюватися набагато простіше і могли зберігатися, не зазнаючи розпаду тривалий час. А.И.Опарин вважав, що складні речовини могли синтезуватися з найпростіших за умов океану. Необхідна реакцій енергія приносилася сонячної радіацією, т.к. захисного озонового екрану ще існувало; також синтез мав місце за умов грозових розрядів.
Умови первісної Землі (Слайди №16,17):
Різноманітність простих сполук, що знаходилися в океані, і великі масштаби часу дозволяють припустити можливість накопичення в океані великої кількості органіки, що утворила "первинний бульйон", в якому могло зародитися життя.
Схема утворення "первинного бульйону"
Підтвердження ця теорія знайшла в експериментах С. Міллера, проведених 1953 року. (Слайд 18)
Рис.2. Схема приладу С. Міллера:
1 – реакційна колба; 2 - вольфрамові електроди; 3 - іскровий розряд; 4 - колба з окропом; 5 - холодильник; 6 - пастка; 7 - кран, через який апарат подається газова суміш
Через газову суміш, що містить метан, аміак, молекулярний водень і пари води, тобто імітує атмосферний склад первісної Землі, він пропускав електричні розряди, а потім аналізував продукти реакції, що утворюються. У реакційну колбу, що містить суміш газів, було вмонтовано вольфрамові електроди. Протягом тижня пропускали іскрові розряди напругою 60 000 В. В іншій колбі (малій) воду підтримували в стані кипіння. Пари води проходили через реакційну колбу та конденсувалися у холодильнику. В процесі циркуляції вони захоплювали з реакційної колби продукти реакції і переносили їх у пастку, де здійснювалося їх концентрування. При ідентифікації продуктів реакції було виявлено органічні сполуки: сечовина, молочна кислота та деякі амінокислоти.
2 етап – утворення біологічних полімерів та коацерватів (Слайд №19)
А.І. Опарін вважав, що вирішальна роль у перетворенні неживого на живе належить білкам. Молекули білків утворювали комплекси з молекулами води, що їх оточувала. Злиття таких комплексів один з одним призводило до їх відокремлення від водного середовища, що утворювалися. коацервати(Від лат. Coacervus - потік). Краплі-коацервати були здатні: обмінюватися речовинами з довкіллям, накопичувати різні сполуки. Поглинання коацерватами іонів металів призводило до утворення ферментів. Білки в коацерватах захищали нуклеїнові кислоти від руйнівної дії ультрафіолету. У самих краплях відбувалися подальші хімічні перетворення речовин, що потрапили туди. На межі крапель із зовнішнім середовищем вибудовувалися молекули ліпідів, утворюючи примітивну мембрану, що підвищує стабільність усієї системи.
3 етап – формування мембранних структур та первинних організмів (пробіонтів) Навколо коацерватів, багатих на органічні сполуки, виникли шари ліпідів, що відокремили коацерват від навколишнього водного середовища. Ліпіди перетворилися в ході еволюції на зовнішню мембрану, що істотно підвищила життєздатність і стійкість організмів. Так виникли пробіонти – примітивні гетеротрофні організми, які харчувалися органічними речовинами первинного бульйону. Сталося це 3,5 – 3,8 млрд. років тому. Закінчилась хімічна еволюція.
Сутність теорії А.І. Опарину можна сформулювати у вигляді трьох постулатів:
1. Життя – одне із стадій еволюції Всесвіту. 2. Виникнення життя – закономірний результат хімічної еволюції сполук вуглецю. 3. Для переходу від хімічної еволюції до біологічної необхідні формування та природний відбір цілісних відокремлених від середовища, але постійно з нею взаємодіючих багатомолекулярних систем, які були названі пробіонтами.
Висновки. (Слайд №20)
Багатовікова історія людства знає безліч гіпотез виникнення життя Землі. З найдавніших століть у цьому питанні існує дві абсолютно протилежні точки зору. Одна з них стверджує, що живе зароджується з неживого – це абіогенез. Друга дотримується думки, що живе може виникнути лише від живого – це біогенез. У чому відмінність теорій біогенезу від абіогенезу, спробуємо розібратися у цій статті.
Історія поглядів
Уявлення про чітко корелюють із рівнем знань конкретної епохи. У давнину, коли рівень знань був ще малий, теорії походження живого вражають своєю фантастичністю. Наведемо деякі погляди філософів та натуралістів минулого. Наприклад, Емпедокл (V ст. е.) вважав, що дерева несуть яйця. Аристотель (IV ст. е.) стверджував, що воші походять із м'яса, а клопи - із соку тіла тварин. Ці погляди самозародження життя існували аж до середини XVII століття, коли англійський філософ Ф. Бекон (1561-1626) теоретично, а італійський лікар Ф. Реді (1626-1698) і Луї Пастер (1822-1895) практично довели неможливість самозародження життя . Саме тоді почали формуватися ці два протилежні табори, дві взаємовиключні теорії виникнення життя - біогенез та абіогенез.
Трохи теорії
Під абіогенезом (від грецької приставки заперечення - a, bio- життя та genesis- виникнення) розуміють теорію виникнення органічних структур з неорганічних та поза живим організмом. У широкому значенні абіогенез – про походження живого з неживого. І тут потрібно уточнення, що вважати життям і коли неживе стає живим. І оскільки і сьогодні визначення життя трактується по-різному і з різних точок зору, прихильників як абіогенезу, так і біогенезу залишається безліч.
Життя в теорії абіогенезу
У цій концепції найважливішими вважаються генетичні та еволюційні критерії, що визначають життя. Всі інші критерії – термодинамічний та екологічний – визнаються другорядними. Положення абіогенезу такі:
- Живе та неживе розрізняються за хімічним складом та його особливостями (обміном речовин). Усі теорії цього напряму називають біохімічним абіогенезом.
- Походження життя сталося саме на Землі, природним шляхом та з витратами вільної енергії. Це результат появи складних органічних речовин із простих неорганічних з появою нових хімічних реакцій між ними. Усі теорії походження життя цього напряму називаються геоцентричними.
- Головні властивості та ознаки живого – це обмін речовин, самовідтворення собі подібних, спадковість та мінливість.
Таким чином, абіогенез – це геоцентричні та хімічні теорії, що пояснюють походження живого.
Життя як результат біогенезу
Біогенез на чільне місце ставить термодинамічні та екологічні властивості, що відрізняють живе від неживого. При цьому генетичний, еволюційний та біохімічний підходи вважаються додатковими. Концепції біогенезу такі:
- Живе, як і неживе, - це два взаємопов'язані і нероздільні стани матерії. Ці теорії звуться фізичних.
- Термодинамічна (протистояння ентропії) і системна (супідпорядкування та стійкі динамічні зв'язки) складова - це основні властивості та ознаки життя.
- Життя виникло у Всесвіті, а біосфера Землі – прояв живої частини Космосу. Ці теорії називають космічними.
Біогенез, отже, це космоцентричні фізичні теорії походження життя.
Сучасні погляди
Сучасна наука дотримується точки зору, яка поєднує всі концепції в єдину систему знань про те, як нежива матерія перетворилася на живу. Як найімовірніший шлях походження живого сучасна наука визнає, що початковий етап - це абіогенез. І складається він із 3 початкових етапів:
- Виникнення біологічних мономерів.
- Утворення біологічних полімерів.
- Поява мембранних структур та первинних найпростіших організмів – протобіонтів.
Небіологічна освіта органіки
Або добіологічний абіогенез – це виникнення органічних речовин із неорганічних. 1924 року російський академік А.І. Опарин (1894-1980) припустив, що насичених високомолекулярними сполуками розчинах мимоволі утворюються зони підвищених концентрацій (коацервати або коацерватні краплі), які відокремлені від навколишнього середовища, але підтримують з нею обмін. 1929 року підтримав англійський вчений Джон Холдейн (1892-1964), і в науку міцно увійшла теорія коацерватів, яка передбачає самозародження органічних речовин на ранніх етапах розвитку нашої планети з унікальними фізичними умовами.
Докази гіпотези абіогенезу
Спочатку довести можливість мимовільного синтезу органічних речовин з неорганічних було неможливо. Проте сьогодні вже пройдено певні етапи та отримано результати.
А почалося все в 1953 році, коли хіміки Стенлі Міллер і Гарольд К. Юрі провели експеримент з первинним бульйоном (середовище, схоже на передбіотичне на Землі). Приплив енергії (до 60 тисяч В) під тиском і при температурі 80 градусів за Цельсієм призвів до утворення жирних кислот, сечовини та кількох амінокислот (мономерів білка). А вже у 2008 році американські біологи створили «протоклетку» з мембраною, у 2011 році японські біологи опублікували роботи зі створення везикули з оболонкою та здатністю до поділу.
Швидкість позицій
Незважаючи на успіхи біологів в експериментальних спробах підтвердження теорії Опаріна-Холдейна про зародження життя на планеті в коацерватах, все ж таки всі отримані структури далекі від будови живої клітини. не визнає ці досліди як незаперечний доказ саме такого зародження життя. Як біогенез, так і абіогенез – це теорії на сьогодні не підтверджені експериментально. Враховуючи, що шлях від неорганічних молекул до живої клітини був довгим, з безліччю розвилок і зупинок, вченим залишається поки що будувати гіпотези, як міг бути пройдений цей шлях. Але всі ці гіпотези не доводять, що саме так і сталося на Землі багато мільярдів років тому.
Імовірність абсолютно неймовірна
Випадковість виникнення живої клітини у первинному бульйоні підрахована математично. Британський математик Фред Холл з використанням сучасних комп'ютерів підрахував можливість випадкового утворення білка амеби. І ця можливість виявилася дуже малою - 1/10*40000. Нагадаємо, що це за деяких ідеальних умов. І це наводить на певні роздуми та дає аргументи прихильникам інших теорій та концепцій виникнення життя на нашій планеті.
Неймовірне ймовірно
Але, як відомо, все щодо. На нашій планеті і в нашому світі - це Ось кілька прикладів, які змусять задуматися - чи така неможлива така випадковість, як виникнення життя в первинному бульйоні.
- Якби тривалість життя людини була 100 000 років, то ми гарантовано (тобто 100%) гинули б в авіакатастрофах.
- Імовірність виграти в лотерею Cool Million складає 1 до 5 200 000. Проте американка Валері Вільсон виграла головний приз двічі: у 2002 і в 2006 роках.
- У 2009 році у болгарській лотереї «6 із 41» у двох тиражах з різницею у 4 дні випали однакові цифри (4 15 23 24 35 42). Імовірність такої події становить 3,61. 10 −14 .
Для людей, які хочуть постійно вдосконалюватись, чогось навчатися та постійно вивчати щось нове, ми спеціально зробили цю категорію. У ній виключно освітній, корисний контент, який, безумовно, припаде Вам до смаку. Велика кількість відео, мабуть, можуть позмагатися навіть із освітою, яку нам дають у школі, коледжі чи університеті. Найбільшою перевагою навчальних відео є те, що вони намагаються давати найсвіжішу, найактуальнішу інформацію. Світ навколо нас в епоху технологій постійно змінюється, і друковані видання просто не встигають видавати свіжу інформацію.
Серед роликів також можна знайти й навчальні відео для дітей дошкільного віку. Там Вашу дитину навчать літер, цифр, рахунку, читання і т.д. Погодьтеся, дуже непогана альтернатива мультикам. Для учнів початкових класів можна знайти навчання англійської мови, допомогу у вивченні шкільних предметів. Для старших учнів створені навчальні ролики, які допоможуть підготуватися до контрольним, до іспитів або просто поглибити свої знання у певному предметі. Набуті знання можуть якісно позначитися на їх розумовому потенціалі, а також Вас порадувати відмінними оцінками.
Для молодих людей, які вже закінчили школу, навчаються чи не навчаються в університеті, є безліч захоплюючих освітніх відео. Вони їм можуть допомогти у поглибленні знань за професією, на яку навчаються. Або ж отримати професію, наприклад програміста, веб-дизайнера, SEO-оптимізатора та інше. Таким професія поки що в університетах не вчать, тому фахівцем у цій просунутій та актуальній сфері можна стати лише займаючись самоосвітою, в чому ми намагаємося допомогти, збираючи найкорисніші ролики.
Для дорослих людей ця тема теж актуальна, тому що дуже часто буває, що пропрацювавши за професією роки, приходить розуміння, що це не твоє і хочеться освоїти щось найкраще для себе і одночасно прибуткове. Також серед цієї категорії людей часто стають ролики на кшталт самовдосконалення, економії часу та грошей, оптимізації свого життя, в яких вони знаходять способи жити набагато якісніше та щасливіше. Ще для дорослих людей дуже добре підійде тема створення та розвитку власного бізнесу.
Також серед освітніх роликів є відео із загальною спрямованістю, які підійдуть для практично будь-якого віку, в них можна дізнатися про те, як зароджувалося життя, які теорії еволюції існують, факти з історії тощо. Вони добре розширюють кругозір людини, роблять його набагато більш ерудованим і приємним інтелектуальним співрозмовником. Такі пізнавальні відео дійсно корисно дивитися всім без винятку, тому що знання - це сила. Бажаємо Вам приємного та корисного перегляду!
У наш час просто потрібно бути, що називається «на хвилі». Мається на увазі не лише новини, а й розвиток власного розуму. Якщо Ви хочете розвиватися, пізнавати світ, бути затребуваним у суспільстві та цікавим, цей розділ саме для Вас.
Вода, постійно випаровуючись із Землі, конденсувалася у верхніх шарах атмосфери і знову випадала як дощів на розпечену земну поверхню. Поступове зниження температури призвело до того, що на Землю обрушилися зливи, що супроводжувалися безперервними грозами. На земній поверхні почали утворюватися водоймища.
У гарячій воді розчинялися атмосферні гази і речовини, які вимивалися із земної кори. В атмосфері з її компонентів під дією частих і сильних електричних грозових розрядів, потужного ультрафіолетового випромінювання, що йде від Сонця, і активної вулканічної діяльності, що супроводжувалася викидами радіоактивних сполук, утворювалися найпростіші органічні речовини (формальдегід, гліцерин, амінокислоти, амінокислоти).
Так як в атмосфері вільного кисню ще не було, ці сполуки, потрапляючи у води древнього океану, не окислювалися і могли накопичуватися, ускладнюючись у будові та утворюючи концентрований «первинний бульйон» - Термін, введений . Органічні речовини, накопичуючись мільйони років у воді древнього океану, утворювали концентрований розчин, або первинний бульйон.
Утворення біологічних полімерів та коацерватів
Перший етап біохімічної еволюції був підтверджений численними експериментами, а ось що відбувалося на наступному етапі, вчені можуть лише припускати, спираючись на знання хімії та молекулярної біології.
Очевидно, найпростіші органічні речовини, що утворилися, взаємодіяли один з одним і з неорганічними сполуками, що потрапляють у водойми. Жирні кислоти, вступаючи у реакцію зі спиртами, утворювали ліпіди, які формували жирові плівки на поверхні водойм. Амінокислоти, поєднуючись один з одним, утворювали пептиди. Важливою подією цього етапу стала поява нуклеїнових кислот молекул, здатних до редуплікації.
Сучасні біохіміки вважають, що першими утворювалися короткі ланцюги РНК, які могли синтезуватися самостійно, без спеціальних ферментів. Утворення нуклеїнових кислот та взаємодія їх з білками стало необхідною передумовою для виникнення життя, в основі якого лежать реакції матричного синтезу та обмін речовин.
У 20-30-х роках XX ст. наука знову повернулася до ідеї самозародження з урахуванням тієї критики, на яку були піддані концепції абіогенезу в XIX ст. Мимовільне зародження життя неможливе в сучасних умовах, але воно могло здійснитися в минулий час, коли умови на Землі були іншими. На початку XX ст. панувало переконання, що органічні речовини (білки, жири, вуглеводи), що лежать в основі життя, в природних умовах можуть виникати тільки біогенно, тобто. шляхом синтезу їх самими організмами. У двадцяті роки А.І. Опарин і Дж. Холдейн експериментально показали, що в розчинах високомолекулярних органічних сполук можуть виникати зони підвищеної їх концентрації - коацерватні краплі - які в деякому сенсі поводяться подібно до живих об'єктів: мимоволі ростуть, діляться і обмінюються речовиною з навколишньою рідиною через ущільнену поверхню розділу.
Радянський біохімік А.І. Опарін (1894-1980) висловив припущення, що при потужних електричних розрядах в атмосфері Землі, яка 4-4,5 млрд. років тому складалася з аміаку, метану, вуглекислого газу та пар води, могли виникнути найпростіші органічні сполуки, необхідні для виникнення життя . Пророцтво А.І. Опаріна здобула широке визнання і було підтверджено експериментами. Особливу популярність здобули досліди Г. Юрі та С. Міллера (1955), проведені в університеті Чикаго. Пропускаючи електричні розряди напругою до 60 000 В через суміш вуглекислого газу, метану, аміаку, водню та парів води під тиском у декілька паскалів при температурі +80* С, вони отримали найпростіші жирні кислоти, сечовину, оцтову та мурашину кислоти та кілька амінокислот, в тому числі гліцин та аланін. Схему приладу Міллера наведено на рис. 49 Як відомо, амінокислоти - це "цеглинки", з яких побудовані молекули білків. Через деякий час С. Фоксу вдалося з'єднати останні в короткі нерегулярні ланцюги – безматричний синтез поліпептидів; подібні поліпептидні ланцюги потім були реально знайдені, серед іншої простої органіки, в метеоритному речовині. Експериментальний доказ можливості утворення амінокислот із неорганічних сполук дало підставу припустити, що першим кроком на шляху виникнення життя на Землі був абіогенний синтез органічних речовин (рис. 39).
Нині у різних лабораторіях здійснено абіогенний синтез багатьох біологічно важливих мономерів. Велика інформація отримана щодо абіогенного синтезу амінокислот (табл. 14). Перелічені в таблиці амінокислоти утворюються у простих за складом газових або водних сумішах внаслідок дії на них різними джерелами енергії. При деякому ускладненні реакційної суміші введенням до неї С2-, С3-вуглеводнів, оцтового альдегіду, гідроксиламіну, гідразину та інших сполук, утворення яких легко відбувається в умовах первісної Землі, синтезується значно більша кількість амінокислот, у тому числі і таких, які не були виявлені як продукти реакції в газоподібних і водних сумішах простого складу. Експериментально доведено, що багато амінокислоти, що входять до складу природних білків, можна отримати в лабораторії при імітації умов первісної Землі.
Важливий крок на шляху хімічної еволюції - синтез нуклеозидів та нуклеотидів, і насамперед аденінових. Американському біохіміку К.Поннамперума (К.Ponnamperuma) вдалося показати, що при УФ-опроміненні суміші водних розчинів аденіну та рибози при температурі 40 гоадусів по С у присутності фосфорної кислоти відбувається реакція конденсації, що призводить до утворення аденозину. Якщо реакцію проводити при додаванні до реакційної суміші етилметафосфату, має місце утворення також і нуклеотидів: АМФ, АДФ, АТФ. Функція фосфорних сполук цих хімічних синтезах двояка: вони грають каталітичну роль і можуть безпосередньо включатися в продукти реакції. Абіогенний синтез АТФ, що є результатом декількох відносно простих хімічних реакцій, говорить про можливу ранню появу цієї сполуки. Перші живі структури могли отримувати АТФ із довкілля.
Наступний етап передбіологічної еволюції – подальше ускладнення органічних сполук, пов'язане з полімеризацією мономерів. Усі живі клітини складаються з чотирьох основних типів макромолекул: білків, нуклеїнових кислот, ліпідів та полісахаридів. З них білки та нуклеїнові кислоти є найскладнішими речовинами клітини.
С.Фокс (S.Fox) здійснив абіогенний синтез поліпептидів, що складаються з 18 природних амінокислот, з молекулярною масою від 3000 до 10000 Да. Особливістю первинної структури цих полімерів була виявлена у них певна послідовність амінокислотних залишків у ланцюзі, обумовлена, ймовірно, структурними особливостями самих амінокислот. Отримані полімери мали багато властивостей, що зближують їх з природними білками: служили джерелом живлення для мікроорганізмів, гідролізувалися протеїназами, при кислотному гідролізі давали суміш амінокислот, мали каталітичну активність і здатність до утворення мікросистем, відмежованих від навколишнього середовища мембраноподібними поверхнею. Через велику схожість із природними білками поліпептиди, синтезовані С.Фоксом, були названі