Этапы зарождения жизни на земле опарин. Современная гипотеза (Опарина—Холдейна) о происхождении жизни на Земле. Этапы возникновения жизни по Опарину – Холдейну

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.

Интерес к вопросу о том, как в далеком прошлом возникла жизнь, появился в основном после того, как в 1862 г. были опубликованы результаты знаменитых экспериментов Пастера , разрушивших всякую веру в возможность спонтанного зарождения жизни в наше время. Наряду с другими эта проблема «биопоэза» обсуждалась физиком-экспериментатором Тиндалем в 1874 г. . Сейчас мало знают об идеях Больцмана, который был не только физиком-теоретиком, но и горячим сторонником Дарвина относительно ранней истории живой материи. В 1886 г. он писал :

«Мы предполагаем, что развились комплексы атомов, которые были способны размножаться, образуя вокруг себя такие же комплексы. Из возникавших таким образом более крупных масс более жизнеспособными были те, которые смогли размножаться делением, затем те, которые обладали тенденцией двигаться в сторону более благоприятных жизненных условий. Этой тенденции сильно способствовала чувствительность к внешним воздействиям - химическому составу и движению окружающей среды, к свету и тени и т. д.».

В 1904 г. в споре с Оствальдом по поводу счастливой случайности (!) он писал: «Для нас в данном случае безразлично, где миллионы лет тому назад возникла первая протоплазма: зародилась ли она на Земле «случайно», в толще воды или в илистом дне первобытного океана, или же яйцеклетки, споры или другие подобные зародыши попали когда-то на Землю из космического пространства в виде пыли или внутри метеоритов. Более высокоразвитые особи вряд ли могли упасть с неба. Итак, сначала имелись только совсем простые организмы, простые клетки или комочки протоплазмы. Как известно, всем мелким тельцам свойственно постоянное, так называемое броуновское движение; вполне также можно себе представить их чисто механический рост и размножение посредством всасывания соответствующих составных частей из среды и последующего деления. Столь же легко понять, что внешняя среда влияла на их быстрые движения,

изменяя его. Те комочки, у которых это изменение приводило к тому, что они в среднем (преимущественно) двигались туда, где были более подходящие для всасывания вещества (лучшее питание), лучше росли, чаще делились и вскоре вытеснили всех остальных».

Но тогда было слишком мало физиологических и биохимических данных для успешной работы в этом направлении, и интерес к проблеме пропал. Обсуждение возобновилось только после публикации первых основополагающих работ Опарина и Холдейна . Оно расширилось после появления классического труда Опарина «Происхождение жизни» сначала на русском , а затем на английском языках .

В основе идей Опарина и Холдейна лежит дарвиновский подход к событиям на недавно возникшей Земле. Мы не можем здесь обсудить подробнее эти новые идеи, сейчас ставшие общепринятыми, и отсылаем читателя к соответствующим монографиям и статьям . Можно рекомендовать также популярную книгу Поннамперумы с прекрасными иллюстрациями .

"Введение в общую биологию и экологию. 9 класс". А.А. Каменский (гдз)

Гипотеза Опарина-Холдейна. Экспериментальные доказательства абиогенного происхождения жизни

Вопрос 1. Основные положения гипотезы Опарина-Холдейна
Согласно теории возникновения жизни на Земле, созданной А.И. Опариным и Дж. Холдейном в 1924-1927 гг., живые тела возникли из веществ неорганической природы в три этапа:
1. На первом этапе происходило образование органических веществ из неорганических. В современных условиях возникновение живых существ из неживой природы невозможно. Абиогенное (т. е. без участия живых организмов) возникновение живой материи возможно было только в условиях древней атмосферы и отсутствия живых организмов. В состав древней атмосферы входили метан, аммиак, углекислый газ, водород, пары воды и другие неорганические соединения. Под действием мощных электрических разрядов, ультра-фиолетового излучения и высокой радиации из этих веществ могли возникать органические соединения, которые накапливались в океане, образуя «первичный бульон».
2. На втором этапе - образование из простых органических соединений в водах первичного океана белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. В «первичном бульоне» из биополимеров образовывались многомолекулярные комплексы - коацерваты. В коацерватные капли из внешней среды попадали 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.
3. Третий этап - это этап развития жизни. На этом этапе коацерваты (лат. coacervo - собираю, скапливаю), то есть коллоидные капли, в которых концентрация веществ была выше, чем в окружающем растворе, начали укрупняться и взаимодействовать друг с другом и с другими веществами. В результате взаимодействия коацерватов с нуклеиновыми кислотами образовались способные к самовоспроизведению протобионты (белковые частицы, которые включали в себя нуклеиновые кислоты), что привело к возникновению самовоспроизведения, сохранение наследственной информации и передача её последующим поколениям; с этого момента начался период органической эволюции. Следует подчеркнуть, что живые организмы - это открытые способные к самовоспроизведению системы, в которые энергия поступает извне. В связи с этим очевидно, что первые живые организмы были гетеротрофами, получавшими энергию за счет анаэробного расщепления органических соединений. Возникновение современной атмосферы прямо Связано с появлением и развитием автотрофных организмов и фотосинтеза. С момента возникновения жизни появилась и связь между биологическими, геологическими и геохимическими процессами, которые изучает созданная академиком В.И. Вернадским Наука «биогеохимия».

Вопрос 2. Какие экспериментальные доказательства можно привести в пользу данной гипотезы?
В 1953 г. эта гипотеза А. И. Опарина была экспериментально подтверждена опытами американского ученого С. Миллера (за экспериментальное получение аминокислот ему была присуждена Нобелевская премия по химии) . В созданной им установке были смоделированы условия, предположительно существовавшие в первичной атмосфере Земли. В результате опытов были получены аминокислоты. Сходные опыты многократно повторялись в различных лабораториях и позволили доказать принципиальную возможность синтеза в таких условиях практически всех мономеров основных биополимеров. В дальнейшем было установлено, что при определенных условиях из мономеров возможен синтез более сложных органических биополимеров: полипептидов, полинуклеотидов, полисахаридов и липидов. Опариным было впервые проведено Исследование химических реакций, которые могли бы вызвать без участия живых организмов образование углеводов, жиров и аминокислот, было проведено Опариным и продолжено Кальвином и др. Хотя, получение органических веществ было проведено значительно раньше, чем Опариным и его приверженцами (Вёлер синтезировал мочевину в 1828 году, Кольбе синтезировал уксусную кислоту в 1845 году, Бертло синтезировал жир в 1854 году, Бутлеров получил сахаристое вещество в 1861 году), но никто из этих учёных не проводил эксперименты в условиях, по аналогии сходных с теми, которые существовали в исторические времена на Земле (атмосфера без О2, сильное ультрафиолетовое излучение, гигантские электрические разряды).

Вопрос 3. В чем отличия гипотезы А. И. Опарина от гипотезы Дж. Холдейна?
Дж. Холдейн также выдвинул гипотезу абиогенного зарождения жизни, но, в отличие от А. И. Опарина, он отдавал первенство не белкам - коацерватным системам, способным к обмену веществ, а нуклеиновым кислотам, т. е. макромолекулярным системам, способным к самовоспроизводству.

Вопрос 4. Какие доводы приводят оппоненты, критикуя гипотезу А. И. Опарина?
Гипотеза А. И. Опарина по сути своей не объясняет механизма качественного скачка от неживого к живому.

краткое содержание других презентаций

«Проблема происхождения и сущности жизни» - Современное понимание сущности живого. Справедливость теории биогенеза. Концепция панспермии. Вирус обладает очень сложной внутренней структурой. Основная заслуга Опарина. Новая форма стабильности. Сущность жизни и проблема происхождения жизни. Субстратный подход к определению жизни. Концепции происхождения жизни. Живое отличается от неживого клеточными строением. Вирусы. Симпозиумы по проблеме происхождения жизни.

«Теории зарождения жизни» - Белково-коацерватная теория Опарина. Доказательства. Панспермия. Теории происхождения вселенной и возникновение жизни. Мир РНК как предшественник современной жизни. Теории возникновения жизни. Идея возникновения мира. Самозарождение жизни. Теория стационарного состояния. Теории происхождения вселенной. Креационизм. Дата возникновения вселенной. Биохимическая эволюция.

«Гипотезы возникновения жизни на Земле» - Гипотезы самозарождения жизни. Космическое зарождение жизни. Сущность абиогенеза. Луи Пастер. Гипотеза креационизма находится вне поля научных изысканий. Самопроизвольное зарождение жизни. Франческо Реди. Опыт Франческо Реди. 2 взаимоисключающие точки зрения. Стационарное состояние жизни. Биохимическая гипотеза. Гипотезы возникновения жизни на Земле. Живое может зародиться из неживого. Гипотеза панспермии.

«Древнейшие организмы на Земле» - Современные представители. Строение тела трилобитов. Космическая теория. В каком периоде мы с вами живем. Рождение жизни. Понятие о геохронологической таблице. Оборудование. Тип Брахиоподы. Создал собственную теорию. Гребенчатый замок. Геохронологическая таблица. Кораллы. Древнейшие организмы. Перечень временных подразделений. Формирование представлений об условиях зарождения жизни. Черты сходства.

«Как возникла жизнь на Земле» - Теории происхождения жизни. Панспермия. Теория биохимической эволюции. Естественное происхождение жизни. Креационизм. Жизнь на Земле. Концепция биогенеза. Изменение атмосферы Земли. Л.Спалланцани. Ван Гельмонт. Теория стационарного состояния. Теория А.И. Опарина. Витализм. Л.Пастер. Опыт С. Миллера. Атмосфера Земли. Микроорганизмы. Самопроизвольное зарождение жизни. Ф.Реди. Возникновение жизни на Земле.

«История возникновения жизни на Земле» - Материалы. Возникновение жизни на Земле. Гипотеза самозарождения. Гипотеза биохимической эволюции. Гипотеза панспермии. Наука. Гипотеза креационизма. Возникновение жизни. Гипотезы самозарождения и станционарного состояния. Гипотеза стационарного состояния. Ученые.