Гипотеза происхождения жизни дж холдейна. Происхождение жизни на Земле: гипотезы, теории, основные концепции

Наибольшей популярностью у современных учёных пользуется гипотеза Опарина-Холдейна о происхождении жизни на Земле. Согласно гипотезе жизнь произошла из неживой материи (абиогенно) в результате сложных биохимических реакций.

Положения

Чтобы рассказать кратко о гипотезе возникновения жизни, следует выделить три этапа становления жизни по Опарину:

• возникновение органических соединений;
• образование полимерных соединений (белков, липидов, полисахаридов);
• появление примитивных организмов, способных к воспроизводству.

Рис. 1. Схема эволюции по Опарину.

Биогенной, т.е. биологической эволюции, предшествовала химическая эволюция, в результате которой образовывались сложные вещества. На их образование влияла бескислородная атмосфера Земли, ультрафиолет, разряды молний.

Из органических веществ возникали биополимеры, которые складывались в примитивные формы жизни (пробионты), постепенно отделяясь мембраной от внешней среды. Появление в пробионтах нуклеиновых кислот способствовало передаче наследственной информации и усложнению организации. В результате длительного естественного отбора остались только те организмы, которые были способны к успешному воспроизводству.

Рис. 2. Пробионты.

Пробионты или проклетки до сих пор не были получены экспериментальным путём. Поэтому до конца непонятно, как примитивное скопление биополимеров смогло перейти от неживого пребывания в бульоне к воспроизводству, питанию и дыханию.

История

Гипотеза Опарина-Холдейна прошла долгий путь и не раз критиковалась. История становления гипотезы описана в таблице.

ТОП-2 статьи которые читают вместе с этой

Рис. 3. Эксперимент Миллера.

Эксперимент Миллера неоднократно подвергался критике, и до конца не признаётся практическим подтверждением теории Опарина-Холдейна. Главная проблема - получение из образованной смеси органических веществ, составляющих основу жизни.

Что мы узнали?

Из урока узнали о сути гипотезы происхождения жизни на Земле Опарина-Холдейна. Согласно теории высокомолекулярные вещества (белки, жиры, углеводы) возникли из неживой материи в результате сложных биохимических реакций под воздействием внешней среды. Гипотезу впервые проверил Стэнли Миллер, воссоздав условия Земли до зарождения жизни. В результате были получены аминокислоты и другие сложные вещества. Однако как данные вещества воспроизводились, осталось без подтверждения.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.4 . Всего получено оценок: 64.

Теория происхождения жизни на Зем-ле , предложенная в 1924 г. выдающимся российским учёным, впоследствии академиком А. И. Опариным (1894— 1980; рис. 78) получила широкую извест-ность.

Первый этап , согласно этой теории, состоял в образовании органи-ческих веществ из неорганических. Реальность этого этапа экспери-ментально подтвердили американские учёные С. Миллер (1930—2007) и Г. Юри (1893—1981) в 1953 г. Воздействуя электрическими заря-дами на вещества, характерные для ранней атмосферы Земли, они по-лучили целую смесь из нескольких десятков органических соедине-ний — органических кислот (в том числе аминокислот), азотистых оснований, углеводов и др. Ещё активней стимулировало синтез орга-нических веществ из неорганических ультрафиолетовое излучение. В результате Мировой океан ранней Земли стал представлять собой «первичный бульон», т. е. раствор органических веществ в воде. Одна-ко сами эти вещества — ещё не жизнь. Её химическую основу, напом-ним, составляют биополимеры — белки, нуклеиновые кислоты, поли-сахариды и их производные, которые слагаются из аминокислот, ну-клеотидов и моносахаридов. Для того чтобы возникли биополимеры, необходимы процессы, идущие с затратой энергии (например, при участии АТФ), а также ДНК, РНК и ферменты, которые сами являют-ся продуктами такого процесса.

Второй этап , по теории Опарина, — это этап возникновения жизни. Так, он показал, что в растворах органических соединений образуются коацерваты — маленькие капельки, ограниченные полупроницаемой оболочкой — первичной мембраной. В коацерватах могут концентри-роваться органические вещества, в них быстрее идут реакции и обмен веществ с окружающей средой. Они способны даже делиться, как бак-терии. Экспериментально это предположение Опарина было подтверж-дено американским исследователем С. Фоксом (1912—1998), который назвал эти капельки микросферами. Материал с сайта

Третий этап , по мнению Опарина, состоял в том, что в коацерватах мог сформироваться первичный ген, несущий информацию о первом белке. Вероятно, таким капелькам-коацерватам были присущи свой-ства наследственности и даже естественного отбора, потому что выжи-вали более приспособленные и усовершенствованные из них. В резуль-тате такого отбора жизнь на Земле выбрала асимметрические органические молекулы аминокислот и сахаров. Такие молекулы называют также хиральными. Они похожи друг на друга, как правая рука чело-века на левую (рис. 79), т. е. являются зер-кальными отражениями друг друга. Их так и назвали — правыми и левыми. Аминокисло-ты, из которых состоят белки земных орга-низмов, всегда левые, а углеводы (рибоза и дезоксирибоза), входящие в состав нуклеиновых кислот, всегда правые. Экспериментально доказано, что коацерваты-микросферы из асимме-тричных биополимеров росли быстрее симметричных и вытесняли их. Однако, как подчеркнул А. Эйнштейн, то, что аминокислоты у нас ле-вые, а углеводы правые, можно объяснить простой случайностью.

Нетрудно заметить, что предположение о первых этапах возникно-вения жизни на Земле, по теории Опарина, доказано эксперименталь-но, а вот последний этап носит гипотетический характер. На заключи-тельном этапе возник биосинтез белка — процесс, который характерен даже для самых примитивных микроорганизмов. Механизм его не ме-нялся за всю историю Земли.

На этой странице материал по темам:

• Примеры необратимых и обратимых процессов из разных областей естествознания

• О докладе опарина о возникновении жизни на земле кратко

• Как организованы белки полисахариды с ьочки зрения асиметрии

• Теория академика опарина. кратко

• Теория опарина доклад кратко

Вопросы по этому материалу:

Теория возникновения жизни, предложенная советским ученым Александром Опариным (1894-1980) надолго стала одной из самых влиятельных в научном мире. Данная теория описывает жизнь с позиций материалистической методологии и постулирует самозарождение жизни под воздействием физико-химических процессов, протекающих в условиях первобытной Земли.

Теория Опарина является теорией химической эволюции. Свои идеи ученый впервые изложил в книге «Происхождение жизни», опубликованной в Советском Союзе в 1924 году и переведенной на английский язык в 1938 году. Теорию Опарина горячо поддержал кембриджский профессор, воинствующий атеист, многолетний главный редактор коммунистической газеты «Дейли Уоркер». Хэлдейн открыл полемику по проблеме происхождения жизни в статье, опубликованной в «Ежегодном Вестнике Рационалиста» в 1929 году. В ней Хэлден выдвинул гипотезу о том, что на первобытной Земле скопились огромные количества органических соединений, образовав то, что получило название «первичного бульона» или «протобульона».

Современные понятия "первобытного бульона" и "самозарождения жизни" исходит из теории Опарина-Хэлдейна о происхождении жизни. Суть теории сводится к следующему:

1. Первобытная Земля имела разреженную (то есть лишенную кислорода) атмосферу.

2. Когда на эту атмосферу стали воздействовать различные естественные источники энергии - например, грозы и извержения вулканов - то при этом начали самопроизвольно формироваться основные химические соединения, необходимые для органической жизни.

3. С течением времени молекулы органических веществ накапливались в океанах, пока не достигли консистенции горячего разбавленного бульона. Однако в некоторых районах концентрация молекул, необходимых для зарождения жизни, была особо высокой, и там образовались нуклеиновые кислоты и протеины.

4. Некоторые из этих молекул оказались способны к самовоспроизводству.

5. Взаимодействие между возникшими нуклеиновыми кислотами и протеинами в конце концов привело к возникновению генетического кода.

6. В дальнейшем эти молекулы объединились, и появилась первая живая клетка.

7. Первые клетки были гетеротрофами, они не могли воспроизводить свои компоненты самостоятельно и получали их из бульона. Но со временем многие соединения стали исчезать из бульона, и клетки были вынуждены воспроизводить их самостоятельно. Так клетки развивали собственный обмен веществ для самостоятельного воспроизводства.

8. Благодаря процессу естественного отбора из этих первых клеток появились все живые организмы, существующие на Земле.

Наибольшим успехом теории Опарина-Хэлдейна стал широко известный эксперимент, проведенный в 1953 году американским аспирантом Стэнли Миллером.

Эксперимент Миллера

Проверил теорию Стэнли Миллер в 1953 году. Эксперимент Миллера - Юри, ставший поворотным пунктом в этой области, был предельно прост. Аппарат состоял из двух стеклянных колб, соединенных в замкнутую цепь. В одну из колб помещено устройство, имитирующее грозовые эффекты - два электрода, между которыми происходит разряд при напряжении около 60 тысяч вольт; в другой колбе постоянно кипит вода. Затем аппарат заполняется атмосферой, предположительно существовавшей на древней Земле: метаном, водородом и аммиаком. Аппарат проработал неделю, после чего были исследованы продукты реакции. В основном получилось вязкое месиво случайных соединений; в растворе также было обнаружено некоторое количество органических веществ, в том числе и простейшие аминокислоты - глицин и аланин. Позднее в разных условиях были получены также сахара и нуклеотиды. Миллер сделал вывод, что эволюция может произойти при фазово-обособленном состоянии из раствора (коацерватов). Однако, такая система не может сама себя воспроизводить.

Публикация данных эксперимента Миллера вызвала беспрецедентный интерес, и вскоре многие другие ученые стали повторять этот эксперимент. При этом обнаружилось, что видоизменение условий эксперимента дает возможность получать небольшое количество других аминокислот. Однако повторить эксперимент было сложно, и многие результаты были получены только после множества безрезультатных попыток.

Сообщалось о том, что в процессе экспериментов возникли основные компоненты, необходимые для жизни. Так, в некоторых учебниках биологии говорится, что в ходе экспериментов были получены представители всех важнейших типов молекул, имеющихся в клетках. Это утверждение абсолютно неверно, так как из многих биохимических веществ, имеющихся в клетках, только два подобны тем, что получены в экспериментах типа миллеровских - это глицин и аланин. Но и они были представлены в очень малых концентрациях. К тому же в ходе экспериментов ни разу не были получены нуклеиновые кислоты, протеин, липид и полисахарид - более 90% веществ, составляющих живую клетку.

Почти все специалисты в области происхождения жизни долго закрывали глаза неа одну проблему теории Опарина - Холдейна. Даже если спонтанно, путём случайных безматричных синтезов в коацервате и возникали единичные удачные конструкции белковых молекул (например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимущество данному коацервату в росте и размножении), то остается неизвестным механизм, с помощью которого они могли копироваться для распространения внутри коацервата, а тем более для передачи коацерватам-потомкам.

Теория оказалась неспособной предложить решение проблемы точного воспроизведения - внутри коацервата и в поколениях - единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Однако, было показано, что первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных абиогенным путем, и они могли вступить в симбиоз с «живыми растворами» - колониями самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липидов, а такое сообщество уже можно назвать организмом.

Теория (правильнее было бы говорить о гипотезе) Опарина вызывает большое количество споров, но до сих пор является основной в биологии.

Русская Цивилизация

>> Гипотеза Опарина-Холдейна

Гипотеза Опарина-Холдейна

А. И. Опарин полагал, что решающая роль в превращениях неживого в живое принадлежит белкам . Белковые коацерваты он рассматривал как пробионты - предшественники живого организма. В коацерватные капли из внешней среды поступали ионы металлов, выступавшие в качестве первых катализаторов. Из огромного количества химических соединений, присутствовавших в «первичном бульоне», отбирались наиболее эффективные в каталитическом отношении комбинации молекул, что в конечном счете привело к появлению ферментов.

На границе между коацерватами и внешней средой выстраивались молекулы липидов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны.

Предполагается, что на определенном этапе белковые пробионты включили в себя нуклеиновые кислоты , создав единые комплексы.

Взаимодействие белков и нуклеиновых кислот привело к возникновению таких свойств живого, как самовоспроизведение, сохранение наследственной информации и ее передача последующим поколениям.
Пробионты, у которых обмен веществ сочетался со способностью к самовоспроизведению, можно уже рассматривать как примитивные проклетки, дальнейшее развитие которых происходило по законам эволюции живой материи.

Дж. Холдейн также выдвинул гипотезу абиогенного происхождения жизни. Согласно его взглядам, впервые изложенным в 1929 г., первичной была не коацерватная система, способная к обмен веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству. Другими словами, А. И. Опарин отдавал первенство белкам, а Дж. Холдейн - нуклеиновым кислотам.

Гипотеза Опарина - Холдейна завоевала много сторонников, так как возможность абиогенного синтеза органических биополимеров получила экспериментальное подтверждение.

Однако она имеет и слабую сторону, на которую указывают ее оппоненты. В рамках данной гипотезы не удается объяснить главную проблему: как произошел качественный скачок от неживого к живому.

Кооцерваты. Пробионты.

1. Перечислите основные положения гипотезы А. И. Опарина.
2. Какие экспериментальные доказательств; можно привести в пользу данной гипотезы?
3. В чем отличия гипотезы А. И. Опарина от гипотезы Дж. Холдейна?
4. Какие доводы приводят оппоненты, критикуя гипотезу А. И. Опарина?

Каменский А. А., Криксунов Е. В., Пасечник В. В. Биология 9 класс
Отправлено читателями с интернет-сайта

31-Мар-2015 | Нет комментариев | Лолита Окольнова

«Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ, с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».

Биологию, как науку о жизни, волнуют вопросы, связанные с зарождением и развитием жизни. На вопросы, касающиеся развития , нам дает ответы .

А вот возникновение жизни – это явление, находящиеся вне компетенции , важно это понимать.

Понимать, что эволюция изучает развитие жизни, а не ее возникновение.

На сегодняшний день известны разнообразные идеи о возникновении жизни. Заметим, именно «идеи», а не теории. Так как не все идеи научны и имеют право называться теориями.

Есть, например, гипотеза стационарного состояния жизни .

Согласно ей, жизнь на земле никогда не возникала , а существовала вечно , то есть она находится в так называемом стационарном состоянии.

Почему эта гипотеза является несостоятельной? В настоящее время наука установила: планета земля не существовала вечно, она образовалась четыре с половиной миллиарда лет назад. Следовательно, жизнь не могла существовать всегда на объекте, который существовал не всегда. О какой стационарности здесь может идти речь?

Эта нестыковка устраняется теорией панспермии .

Немецкий ученый Герман Рихтер в середине девятнадцатого века предположил, что микроскопические споры организмов, впоследствии давшее начало всей жизни, были занесены на землю с других небесных тел вместе с метеоритами.

Подразумевается, что жизни переходит с одной планеты на другую. Но главный вопрос, откуда и как она возникла, остается открытым. И факт того, что в соответствии с современными научными представлениями, вселенная тоже не существовала всегда, а возникла в результате большого взрыва, не позволяет сделать допущение о том, что и жизнь не существовала всегда (а это подразумевается в рамках теории панспермии).

Интересный факт — теории панспермии придерживался академик

Некогда существовало учение, согласно которому живые клетки (и даже целые организмы) постоянно образуются из неживой материи: учение о самозарождении жизни . Например, из пшеницы и грязи «создаются» мыши; из гниющего мяса – опарыши и так далее.

Сейчас нам понятно, что мыши и опарыши не создавались из неживого материала.

Проводили опыт: мясо закрывали марлей. В этом случае мухи не имели доступа к нему, следовательно, не могла отложить яйца: опарыши не появлялись.

По идее самозарождения нанес серьезный удар эксперимент.

Люди заметили, что мясной бульон, если его оставить на воздухе закиснет. А если его прокипятить и не допускать контакта с воздухом, то закисать не будет. Но даже кипяченый бульон скиснет на воздухе. Приверженцы идеи самозарождения утверждали, что кипячение лишает питательную среду некой «жизненной энергии». В герметичном сосуде бульон не скисает, потому что жизненной энергии неоткуда поступить. А в не герметичном закисает, так как жизненная энергия, содержащаяся в воздухе, проникает в питательную среду. И там зарождается жизнь.

Пастер поместил в колбу с S-образным горлышком стерильную питательную среду, воздух с нее спокойно проникал. Но так как споры микроорганизмов оседали в изгибе и не достигали питательной среды, бульон не скисал. Стоило отломать S-образное горлышко, как бульон начинал закисать.

Это доказывало, что микроорганизмы, вызывающие закисание бульона развиваются не из питательной среды, а из спор, занесенных в эту среду.

То есть жизнь не возникает из неживого, а заносится .

Учение , согласно которому живые организмы обладают некой особой «жизненной силой», «жизненной энергией» называется витализм . От латинского vitalis – жизненный. От этого же корня образован термин .

С развитием науки с накоплением биологических знаний учение о постоянном самозарождении жизни было отвергнуто.

Это отразилось в дополнении Вирхова к : «omnis cellula ex cellula».

Это истолковывается: «каждая клетка развивается только из материнской клетки «.

Становилось все отчетливее ясно, что жизнь – это очень сложная система . Она не может вот так в мгновение ока возникнуть из мертвой материи. Но то, что это однажды произошло, очевидно. Тогда в умах ученых созрело представление о том, что подобно тому, как из примитивных за миллиарды лет эволюции смогли сформироваться сложные многоклеточные организмы, как мы, могли и органические молекулы при определенных условиях дать начало клетке.

Это вполне логичная мысль, только развиться сразу ей не давали много «но» и «если». Это и то, что до поры до времени научное сообщество было очень религиозным, что, понятное дело, накладывает некоторые ограничения на свободомыслие в таких областях знания, как изучение возникновения жизни, ее развития и так далее. Это и мнение о том, что органические молекулы могут рождаться только живых организмах, некогда существовавшие и впоследствии опровергнуто методом эксперимента.

Возникновение жизни из неживой материи называется абиогенез .

Мы постепенно подходим к современным представлениям.

В первой половине двадцатого века независимо друг от друга к одинаковым выводам пришли советский ученый Александр Иванович Опарин и английский биолог Джон Бердон Сандерсон Холдейн .

Что потом вошло в историю, как теория абиотического возникновения жизни Опарина – Холдейна .

Изложение теории: атмосфера молодой земли была образована аммиаком, угарным газом, метаном, водородом и парами воды. Под действием ультрафиолетового излучения, молний, высоких температур из этого набора веществ образовывались органические вещества: , нуклеотиды, азотистые основания и так далее.

Кажется невероятным этот процесс? Таким же он показался американским ученым Стэнли Миллеру и Гарольду Юри .

Они провели эксперимент.

Смесь газов, которая, вероятно, была близка по составу с атмосферой молодой земли пропускали через сосуд, внутри которого были помещены два электрода, между которыми возникали электрические разряды (имитируются молнии на молодой земле). После конденсации водяного пара, полученная жидкость вновь кипятилась, и пар снова пропускался через этот сосуд. Получился цикл. После нескольких дней работы этой циклической системы, жидкость из нее содержала сложные органические вещества.

Эксперимент Миллера – Юри стал важным практическим подтверждением возможности появления сложных органических веществ из неорганики .

Продолжительное время на молодой земле накапливались сложные органические вещества. Поверхность земли покрывал океан, в котором растворялись образовывавшиеся органические вещества.
Далее, согласно теории Опарина – Холдейна , находившиеся в коллоидном растворе органические вещества усложнялись и начали образовывать сгустки, как мелкие капельки ртути на ровной поверхности сливаются и образуют одну большую каплю, это характерно для таких соединений, что были растворены в океане молодой земли.

Этот коллоидный раствор называется первичный бульон , такое название дал ему профессор Опарин. А сгустки органических веществ, образовывавшиеся в первичном бульоне, он назвал коацерватными каплями (или просто коацерватами) .

Они имели четкую структуру: отчетливое разграничение внешней среды и внутреннего содержимого. Имели мембрану (что-то вроде ).

Этот процесс преобразования и усложнения органики носит название биохимической эволюции .

В результате нее коацерваты превратились в протобионты . Эти тела, имевшие более сложную структуру, нежели коацерваты, можно рассматривать как прародители живых клеток.

Протобионты, возможно, уже имели способность к самовоспроизведению и примитивной регуляции обмена веществ с внешней средой.

Примерно три миллиарда лет назад из протобионтов появилась настоящая жизнь – первые .

Биохимическая эволюция постепенно переросла в биологическую .

Этапы возникновения жизни по Опарину – Холдейну:

1. Появление органических веществ.
2. Усложнение органических веществ.
3. Появление белков.
4. Появление белковых тел.
5. Возникновение способности белковых тел к размножению и обмену веществ.
6. Появление первых клеток.

Согласно теории Опарина – Холдейна начальным этапом абиогенеза было образование белков, но непонятно как эти белки образовывались без и ферментов.

В двадцать первом веке обрела популярность теория РНК-мира , согласно которой первичными биополимерами были не белки, а РНК-подобные молекулы, имевшие способность к саморепликации.

В целом теорию Опарина – Холдейна нельзя назвать в корне ошибочной. Скорее следует считать ее положения устаревшими.

Теория РНК-мира внесла большей ясности в понимании вопросов возникновения жизни.

Основные идеи теории Опарина – Холдейна: возникновение органических веществ из неорганических под действием погодных условий молодой земли, биохимическая эволюция, – остаются актуальными по сей день.

По всей видимости, мы в ожидании более совершенной теории. Она ответит на вопросы, на которые не могут ответить теории Опарина – Холдейна и РНК-мира.

А пока достаточно белых пятен и вопрос об абиогенезе остается открытом.

Интересный факт : во времена лысенковщены многие лженаучные ошибочные идеи обрели второе дыхание (правда, искусственное). Например, одна из соратниц Трофима Лысенко по уничтожению советской биологии – Ольга Борисовна Лепешинская всерьез утверждала, что клетки ткани человеческого организма способны к самозарождению из межклеточного вещества.

Нужно знать (то есть не наизусть учить определения, а понимать о чем идет речь) следующие термины:

• коацерватные капли,
• первичный бульон,
• абиогенез,
• теория Опарина – Холдейна,
• помнить опыт Пастера,
• знать, чем Опарин заслужил место в школьном курсе биологии.

Задание С1:

что представляют собой полученные в лаборатории коацерваты.

Ответ: коацерваты содержат низкомолекулярные органические вещества: мочевину, аминокислоты и т. д., которые при высокой концентрации могут соединяться и образовывать более сложные органические вещества.