Основные гипотезы происхождения жизни

Концепции современного естествознания

Лекция: «Хранение и передача генетической информации.

Гипотезы происхождения жизни на Земле»

 

Строение и функции нуклеиновых кислот

К нуклеиновым кислотам (от лат. nucleus - ядро) относятся ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота), которые состоят из нуклеотидов. Молекула нуклеотида состоит из трех частей: углевода (рибоза или дезоксирибоза), фосфорной кислоты и азотистого основания (аденин, тимин, цитозин, гуанин, урацил). В обоих типах нуклеиновых кислот содержится основания четырех разных видов: ДНК – А, Т, Г, Ц; РНК – А, Т, У, Ц. ДНК и РНК отвечают за хранение и передачу наследственной информации живых организмов.

РНК представляет собой одноцепочечную молекулу. ДНК имеет структуру двойной спирали: нуклеотиды соединяются в цепь посредством ковалентных связей, а две цепи объединяются в одну молекулу ДНК по всей длине водородными связями строго между парами А-Т и Г-Ц. Такие пары называют комплементарными, а принцип формирования молекулы ДНК – принципом комплементарности.

Молекулы ДНК содержаться в хромосомах ядра эукариотической клетки живых организмов (у человека 46 хромосом), в прокариотных клетках, во многих вирусах, в органеллах клетки (хлоропластах, митохондриях).

Число нуклеотидных пар в организме человека ~ 3-3,5 млрд. ДНК – материальный носитель наследственной информации, которая кодируется последовательностью расположения нуклеотидов в цепи. Три рядом расположенных нуклеотида (триплет) кодируют одну аминокислоту в молекуле белка. От набора белков зависят свойства клеток и индивидуальные признаки организмов. Определенное сочетание нуклеотидов и последовательность их расположения в молекуле ДНК образуют генетический код. Он един для всего живого на Земле, что говорит о биохимическом единстве жизни, то есть вероятном происхождении всех живых существ от единого предка.

Ген – это единица наследственного материала, занимает участок молекулы ДНК, определяющий структуру одной молекулы белка. Совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом организма, называется геном, а совокупность всех генов организма – генотип. Нарушение последовательности нуклеотидов в цепи ДНК, следовательно, в генотипе, приводит к наследственным изменениям в организме – мутациям.

Для молекулы ДНК характерно свойство удвоения – репликация – образование двух одинаковых двойных спиралей, каждая из которых идентична исходной молекуле. В начале репликации две исходные цепи начинают раскручиваться и отделяться друг от друга. Затем по принципу комплементарности к двум исходным цепям достраиваются новые, и образуются две идентичные двойные спирали. Репликация обеспечивает точное копирование генетической информации и передачу ее по наследству от поколения к поколению.

Кодирование генетической информации и репликация молекул ДНК – это два важнейших взаимосвязанных процесса, составляющих основу развития и воспроизведения живых организмов.

Генная инженерия – новая отрасль молекулярной биологии и генетики, основная задача которой конструирование новых, не существующих в природе сочетаний генов. Это дает возможность выведения новых сортов культурных растений и пород животных, создания лекарственных препаратов и т.п.

В 1985 г. в геноме человека обнаружены особые сверхизменчивые участки, которые настолько индивидуальны, что позволяют составить «портрет» ДНК человека и провести идентификацию личности практически безошибочно, что находит применение в криминалистике, при установлении отцовства, материнства и родства, а также при паспортизации.

Основные гипотезы происхождения жизни

Проблема происхождения и эволюции жизни относится к наиболее интересным и в то же время наименее исследованным вопросам, связанным с философией и религией. Практически на протяжении почти всей истории развития научной мысли считалось, что жизнь - явление самозарождающееся.

Основные теории:

1) жизнь была создана Творцом в определенное время — креационизм (от лат. creatio - сотворение);

2) жизнь возникла самопроизвольно из неживого вещества;

3) жизнь существовала всегда;

4) жизнь была занесена на Землю из Космоса;

5) жизнь возникла в результате биохимической эволюции.

Согласно теории креационизма, возникновение жизни относится к определенному событию в прошлом, которое можно вычислить. Организмы, населяющие сегодня Землю, происходят от сотворенных по отдельности основных типов живых существ. Сотворённые виды были с самого начала превосходно организованы и наделены способностью к некоторой изменчивости в определенных границах (микроэволюция).

Теория спонтанного зарождения жизни существовала в Вавилоне, Египте и Китае как альтернатива креационизму. Она восходит к Эмпедоклу и Аристотелю: определенные «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при определенных условиях может создать живой организм. Аристотель считал, что активное начало есть в оплодотворенном яйце, солнечном свете, гниющем мясе. У Демокрита начало жизни было в иле, у Фалеса - в воде, у Анаксагора - в воздухе.

С распространением христианства идеи самозарождения были объявлены еретическими, и долгое время о них не вспоминали. Но Гельмонт придумал рецепт получения мышей из пшеницы и грязного белья. Бэкон считал, что гниение — зачаток нового рождения. Идеи самозарождения жизни поддерживали Коперник, Галилей, Декарт, Гарвей, Гегель, Ламарк, Гете, Шеллинг.

Л. Пастер в 1860 г. окончательно показал, что бактерии могут появляться в органических растворах только тогда, если они были туда занесены ранее. И для избавления от микроорганизмов необходима стерилизация, получившая название пастеризации. Отсюда укрепилось представление, что новый организм может быть только от живого.

Сторонники теории вечного существования жизни считают, что на вечно существующей Земле некоторые виды вынуждены были вымереть или резко изменить численность в тех или иных местах из-за изменения внешних условий. Четкой концепции на этом пути не выработано, поскольку в палеонтологической летописи Земли есть некоторые разрывы и неясности.

Гипотеза о появлении жизни на Земле в результате переноса с других планет неких зародышей жизни получила название панспермии(от греч. pan - весь, всякий и sperma - семя). Теория панспермии не предлагает механизма для объяснения первичного возникновения жизни и переносит проблему в другое место Вселенной. Зародившись в космосе, жизнь долго сохранялась в анабиозе почти при Т = О К и была занесена на Землю метеоритами. В начале XX в. с идеей радиопанспермии выступил Аррениус. Он описывал, как с населенных планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Они, сохраняя жизнеспособность, летают во Вселенной за счет светового давления и, попадая на планету с подходящими условиями, начинают новую жизнь.

В последнее столетие при изучении вещества метеоритов и комет были обнаружены многие «предшественники живого» - органические соединения, вода, формальдегид, цианогены. Современные приверженцы концепции панспермии считают, что жизнь на Землю занесена случайно или преднамеренно космическими пришельцами. К гипотезе панспермии примыкает точка зрения астрономов Ч. Викрамасингха (Шри-Ланка) и Ф. Хойла (Великобритания). Они считают, что в космическом пространстве, в основном в газовых и пылевых облаках, в большом количестве присутствуют микроорганизмы, где они, по мнению ученых, и образуются. Далее эти микроорганизмы захватываются кометами, которые затем, проходя вблизи планет, «сеют зародыши жизни».

Первую научную теорию относительно происхождения живых организмов на Земле создал советский биохимик А.И. Опарин. В 1924 г. он опубликовал работы, в которых изложил представления о том, как могла возникнуть жизнь на Земле. Согласно этой теории, жизнь возникла в специфических условиях древней Земли, и рассматривается как закономерный результат химической эволюции соединений углерода во Вселенной. Согласно этой теории, процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделен на три этапа:

1) Возникновение органических веществ.

2) Образование из более простых органических веществ биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и др.).

3) Возникновение примитивных самовоспроизводящихся организмов.

В представлениях о зарождении жизни в результате биохимической эволюции важную роль играет эволюция самой планеты. Земля существует почти 4,5 млрд. лет, а органическая жизнь - около 3,5 млрд. лет. Молодая Земля была горячей планетой с температурой 5...8•103 К. По мере остывания тугоплавкие металлы и углерод конденсировались, образуя земную кору. Атмосфера первичной Земли сильно отличалась от современной. Легкие газы - водород, гелий, азот, кислород, аргон и др. - не удерживались еще недостаточно плотной планетой, а более тяжелые соединения оставались (вода, аммиак, двуокись углерода, метан).

Когда температура Земли опустилась ниже 100ºС, водяной пар начал конденсироваться, образуя Мировой океан. В это время происходил абиогенный синтез, то есть в первичных земных океанах, насыщенных разными простыми химическими соединениями, «в первичном бульоне» под влиянием вулканического тепла, разрядов молний, интенсивной ультрафиолетовой радиации и других факторов среды начался синтез более сложных органических соединений, а затем и биополимеров. Образованию органических веществ способствовало отсутствие живых организмов - потребителей органики - и главного окислителя - кислорода. Сложные молекулы аминокислот случайно объединялись в пептиды, которые, в свою очередь, создали первоначальные белки. Из этих белков синтезировались первичные живые существа микроскопических размеров.

Наиболее сложной проблемой в современной теории эволюции является превращение сложных органических веществ в простые живые организмы. Опарин полагал, что решающая роль в превращении неживого в живое принадлежит белкам. По-видимому, белковые молекулы, притягивая молекулы воды, образовывали коллоидные гидрофильные комплексы. Дальнейшее слияние таких комплексов друг с другом приводило к отделению коллоидов от водной среды (коацервация). На границе между коацерватом (от лат. coacervus - сгусток, куча) и средой выстраивались молекулы липидов - примитивная клеточная мембрана. Предполагается, что коллоиды могли обмениваться молекулами с окружающей средой (прообраз гетеротрофного питания) и накапливать определённые вещества.

Первые организмы на Земле были одноклеточные – прокариоты. Через несколько миллиардов лет образовывались эукариоты, и с их появлением наметился выбор растительного или животного образа жизни, различие между которыми заключается в способе питания и связано с процессом фотосинтеза. Он сопровождается поступлением в атмосферу кислорода, современное содержание кислорода в атмосфере 21% было достигнуто 250 млн. лет назад в результате интенсивного развития растений.


Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 326; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:




Мы поможем в написании ваших работ!