Презентация - Происхождение жизни

происхождение жизни
Елисеева Г.Н.
Елисеева Г.Н

Что такое жизнь ?
Ф. Энгельс «Диалектика природы» «жизнь…способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой…»
М.В. Волькенштейн «Живые тела…это открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров белков и нуклеиновых кислот»
Б.М. Медников «Жизнь – это активное свойство живой материи, идущее с затратой энергии на поддержание и воспроизведение специфической структуры»
А.В. Присный « Жизнь есть расширенное воспроизводство информации в отдельных материальных системах
Жизнь – это особая форма движения материи, способ существования биосистем на всех уровнях их организации – от молекулярного до биосферного
Жизнь – это особая форма движения материи, выражающаяся в совокупном взаимодействии универсальных свойств организмов.

гипотезы происхождения жизни
абиогенез
биогенез
идеализм
материализм

представления древних и средневековых философов
живое из неживого
5 век до н.э. Аристотель Вши из мяса, клопы из соков животных Черви из ила
Мыши из пшеницы при помощи «фермента», исходящего от грязной рубашки; Приготовление человека из гниющих жидкостей человеческого тела-мочи и крови.
самопроизвольное зарождение жизни
"виталисты"
Представления древних людей о возникновении жизни носили стихийно – материалистический характер

Открытие микроскопа. Открытие А. Левенгуком (1673) просто устроенных живых организмов. Расширение представлений о сложности строения организмов.
16-18 век
? ? ?

Ф.Реди Опыт: прикрыл кисеей, не ограничивающей доступ воздуха, мясо и показал, что при этом на мясе не появляются личинки мясной мухи, которая обычно Откладывает оплодотворённые яйца на гниющем мясе. Вывод: «всё живое из живого»
В.Гарвей провозглашает принцип «всё живое из яйца»
теория самозарождения

опыт
Франческо Реди
1661год

Идея первичного самозарождения не исчезла, а получила в 18 веке дальнейшее развитие по отношению к открытым микроорганизмам.

Он закупорил колбы, наполненные питательным раствором. Подверг их нагреванию на тлеющих углях, что по его мнению , должно было убить все зародыши. Но через несколько дней в колбах появились микроорганизмы.
1748 год
Эксперемент ирландского священника Д Нидгема
Но стоило прокипятить бульон в течение часа и запаять горлышко, как в колбе ничего не возникало. Виталисты заявляли, что длительное кипячение убивает «жизненную силу», которая не может проникнуть в запаянную колбу и «вдохнуть жизнь»

работы Луи Пастера
1862 год
Теория биогенеза

Основные идеи объясняющие появление жизни на нашей планете
Жизнь создана творцом
Теория панспермии
Теория вечности жизни
Жизнь возникла как следствие биохимической эволюции Теория Опарина
Теория биопоэза 1947 год Дж. Бернал

Немецкий учёный Прейер - проблемы происхождения жизни вообще нет. Жизнь существует вечно. Он утверждает, что неживая природа произошла от живой. Раскалённые массы, формировавшегося земного шара-это гигантские живые организмы со своим особым обменом веществ. По мере остывания Земли эти массы распадались на части, которые не могли вновь слиться, выпадали из жизненного круговорота и составляли неорганическую природу.
теория вечности жизни
1880

Г. Рихтер – жизнь занесена с других планет. Г Гельмгольц, П.Томсон, С. Аррениус, П. Лазарев (физики) Аргументы:1. Лабораторные исследования продемонстрировали высокую устойчивость живых организмов к неблагоприятным воздействиям. Длительное выдерживание спор и семян растений в жидком кислороде или азоте удавалось без нарушения их жизнеспособности. 2. Обнаружение в метеоритном веществе некоторых органических веществ.
теория панспермии
1865

В чём различия между неживой материей и живой природой? Э. Пфлюгер. Вопрос о происхождении жизни сводит к вопросу о происхождении белковых тел и их внутренней организации. Выводы: 1.Отличительная способность живого белка – его неустойчивость, способность к изменениям. Эти свойства связаны с наличием в молекуле белка кислорода и группы циана (СN). 2.Цианистые соединения появились тогда, когда Земля представляла собой раскалённую массу (опыты это подтвердили). Соединения циана с водой и с другими химическими веществами привели к образованию белковых веществ, наделённых «жизненными» свойствами. Теория устарела, но её ценность в материалистическом подходе и выделении белка как важнейшей составной части протоплазмы.
Материалистические теории происхождения жизни

1899 год. Дж. Эллен. Объясняет происхождение белков следующим образом: пары воды сгустились в воду и покрыли Землю. В воде были растворены соли металлов и углекислота, которые вступали в соединения с окислами азота и с аммиаком.

современные представления о возникновении жизни

Предпосылки возникновения жизни на Земле.
1. Эволюция химических элементов в космическом пространстве. Спектроскопия показывает, что всюду во Вселенной существуют одни и те же химические элементы и выполняются одни и те же физические законы. Самый распространенный элемент во Вселенной водород

Эволюция вещества во Вселенной
Первичное вещество во Вселенной составляет водород. Под воздействием гравитационных сил образуются гравитационно-связанные скопления вещества. В ходе их образования температура повышается – начинают протекать ядерные реакции. Водород превращается в гелий и выделяется энергия. Дальнейшее превращение этих элементов в ходе ядерных реакций приводит к возникновению других элементов. Образуются туманности-огромные скопления газов, из которых затем возникают звёзды и планеты.

Образование планетарных систем
Туманности являются этапом формирования галактик, или крупных звёздных систем. В таких моделях планеты представляют собой побочный продукт образования звёзд. 1.Внутри галактик образуются молодые звёзды – области концентрированного межзвёздного газа и пыли. 2.Когда газопылевое облако становиться большим, оно теряет устойчивость и дробится на облака меньшего размера-протозвёзды (типа Солнечной системы) 3.В протозвезде продолжается гравитационное сжатие, она представляет собой диск. По мере сжатия повышается температура и происходит слияние атомов водорода. 4. Планеты формировались из оставшихся газов и пыли на территории протозвезды.

Первичная атмосфера Земли.
Преобладает водород. Главные составляющие – метан, вода, аммиак, а также содержится гелий, азот, углерод, магний, кислород, сера, железо и др. элементы. Большая часть первичной атмосферы была утеряна. Многие первичные газы оказались в недрах Земли. Водород ушёл в космическое пространство на смену пришла вторичная атмосфера из вулканических газов.

Земля – атомарное газовое облако
Земля-раскалённое уплотнённое тело (температура поверхности –более 1000 градусов
Охлаждение планеты
Ливневые дожди
Возникновение первичного океана

иточники энергии для первичной химической эволюции
высокая температура
вулканизм
ультрофиолетовое излучение
электрические разряды
удары метеоритов

А.И. Опарин
коацерватная теория
Холдейн
1924 год

Переход от химической эволюции к биологической требовал обязательного возникновения индивидуальных фазово-обособленных систем, способных взаимодействовать с окружающей средой, используя её вещества и энергию, и на этой основе способных расти, множиться и подвергаться естественному отбору.

Первый этап возникновения жизни на Земле.
Образование органических веществ из неорганических, происходящее в водах первичного океана более 3,5 млрд лет назад. При этом на Землю, которую не защищал озоновый экран проникало ультрафиолетовое излучение; в атмосфере происходили грозовые разряды. В условиях бескислородной среды атмосфера насыщалась альдегидами, спиртами, аминокислотами.

Второй этап возникновения жизни на Земле.
Этап образования из простых органических соединений в водах первичного океана белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот. Разрозненные молекулы соединений концентрировались и формировали коацерваты, действующие как открытые системы, способные к обмену веществ с окружающей средой и к росту.

Атомы, входящие в состав молекулы, закономерно расположены в пространстве. Вследствие этого в молекуле образуются полюсы с различными зарядами. Кроме того, некоторые молекулы в водной среде диссоциируют на ионы. В силу таких особенностей химической организации молекул вокруг них в воде образуются водные плёнки из оределённым образом ориентированных молекул воды. При определённых условиях водная оболочка приобретает чёткие границы и отделяет молекулы органических веществ от окружающего раствора. Молекулы органических веществ, окружённые водной оболочкой, могут объединяться, образуя многомолекулярные комплексы-коацерваты.

Третий этап развития жизни на Земле.
Коацерваты соединялись, укрупнялись, взаимодействовали между собой и с другими веществами. Путём включения в коацерватные капли различных катализаторов можно вызвать некоторые реакции, например, полимеризацию мономеров. За этот счёт капли могут увеличиваться в объёме и весе, а затем дробиться на дочерние образования. Таким образом, происходит простейший метаболизм. Вещество входит в каплю, полимеризуется, обуславливая рост, а при его распаде продукты этого распада выходят во внешнюю среду. В результате взаимодействия коацерватов с нуклеиновыми кислотами образовались первые живые существа – пробионты, способные к самовоспроизведению. Наступил период органической эволюции.

Абиогенное образование простых органических соединений
Аминокислота + Аминокислота
БЕЛКИ
Белки
Белки
коацерваты
Реакции синтеза Увеличение размера коацерватной капли. Деление на дочерние коацерваты.
Возникновение мембраны обмен веществ
Пробионты

Термическая теория. Образование полимеров из низкомолекулярных структур путём нагревания. С.Фокс
Низкотемпературная теория. Благодаря энергии холодной плазмы химические соединения преобразуются в активные частицы- свободные радикалы, которые соединяясь могут образовывать липиды, пептиды.(К Симонеску и Ф.Денеш)
Теория адсорбции. Преодоление концентрационного барьера происходит в результате адсорбции в пресноводных или морских отложениях очень тонких глин. Дж.Бернал

Термическая теория (1957)
Аминокислоты могут соединяться, образуя пептидные связи в отсутствии воды, т.е. благодаря дегидратационному синтезу. Он нагревал сухую смесь аминокислот и после охлаждения и растворения в воде обнаруживал белковоподобные соединения. Фокс предполагал, что на древней Земле аминокислоты концентрировались в испаряющихся водоёмах, а затем полимеризовались под действием тепла лавовых потоков или в ходе высушивания под действием солнечных лучей. Таким образом, можно представить, что на древней Земле могли образовываться полипептиды, которые могли обладать каталитической активностью.

Теория биопоэза. 1947 год. Дж Бернал
Абиогенное возникновение биологических мономеров. Образование биологических полимеров Формирование мембранных структур и первичных организмов пробионтов.

1953 год
Г. Юри С Миллер Подвергли смесь метана , аммиака и воды действию электрических разрядов и получили аминокислоты, что стимулировало исследования молекулярной эволюции и происхождения жизни.

Открытие Т. Чеком в 1982 году каталитической активности РНК позволяет предположить, что РНК были первыми биополимерами на Земле. Были проведены эксперименты, показывающие, что в среде, содержащей в высокой концентрации минеральные соли и рибонуклеотиды, спонтанно синтезируются олигорибонуклеотиды. Также спонтанно, путём спаривания комплементарных оснований, могут образовываться РНК-копии. Возможно, что благодаря активности древнего белка, схожего с ферментом- обратной транскриптазой(способного синтезировать ДНК, используя в качестве матрицы РНК), и образовались первые молекулы ДНК на Земле.

спасибо за внимание