Тема: Развитие представлений о возникновении жизни Пименов А.В. Сформировать

гипотезах возникновения жизни на Земле.
Сформировать знания о трех этапах возникновения

жизни согласно гипотезы биохимической эволюции.

на Земле.
Различные представления о возникновении жизни можно объединить в четыре

гипотезы:

Креационизм – Божественное сотворение живого;
Самопроизвольное зарождение – живые организмы возникают самопроизвольно из неживого вещества;
Гипотеза панспермии – жизнь занесена на нашу планету извне;
Гипотеза биохимической эволюции – жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам.

Гипотеза абиогенеза: самозарождение

что жизнь создана Высшим Разумом.
Процесс Божественного сотворения мира мыслится как

недоступный для исследования. Наука занимается только теми явлениями, которые поддаются наблюдению и экспериментальному исследованию. Следовательно, с научной точки зрения гипотезу Божественного возникновения живого нельзя доказать. Мы и не будем этим заниматься.

Гипотеза абиогенеза: самозарождение

например, верили в то что плодов некоторых деревьев появляются ягнята.

Считалось, что есть деревья, из плодов которых, упавших на землю, образуются птицы, из упавших в воду – рыбы.

Даже философы древней Греции (Аристотель и другие) утверждали, что лягушки родятся из ила, черви и насекомые – заводятся сами собой в почве. Ученые того времени предлагали рецепты, с помощью которых можно было получить животных или даже маленьких человечков.

Гипотеза абиогенеза: самозарождение

"Положи в горшок зерна, заткни его грязной рубашкой и жди".

Через двадцать один день из испарений зерна и грязной рубашки зародятся мыши.

Ян Баптиста ван Гельмонт
(1580 – 1644)

Гипотеза абиогенеза: самозарождение

год, Франческо Реди взял четыре горшка с широким горлом, поместил

в один из них мертвую змею, в другой – немного рыбы, в третий – угрей, в четвертый – кусок телятины, плотно закрыл. Затем поместил то же самое в четыре других горшка, оставив их открытыми. Вскоре в открытых сосудах появились личинки мух, и можно было видеть, как мухи свободно залетают в сосуды и вылетают из них. В закрытых же горшках личинок мух не оказалось.

Гипотеза абиогенеза: самозарождение

не заводятся сами собой в гниющем мясе. Они выводятся из

яичек, отложенных туда мухами.»
Это был блестящий эксперимент. Реди доказал невозможность самозарождения мух. Его данные подтверждали мысль о том, что «жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни».

Франческо Реди
1626 - 1697,

Гипотеза абиогенеза: самозарождение

природы, открытые с помощью совершеннейших микроскопов» описал эритроциты, сперматозоиды, микроорганизмы.

Поэтому Левенгук и считается основоположником научной микроскопии.
Откуда они взялись? – Они произошли из неживого, они самозародились – утверждали сторонники абиогенеза.

Антони ван Левенгук
(1632 – 1723)

Гипотеза абиогенеза: самозарождение

и подливок»!
Но с ним не согласился итальянский аббат, знаменитый ученый,

математик и натуралист Ладзаро Спалланцани. «Стоит только запаять бутылочки и прокипятить настой в течение часа – и там не появится ни одного микроба, сколько бы времени настой ни простоял…. И у микробов должны быть родители»!

Жорж-Луи Леклерк, граф де Бюффон (1707 – 1788)

Ладзаро Спалланцани
(1729 – 1799)

Гипотеза абиогенеза: самозарождение

мертвы. Они ничего не дали бы и без всяких пробок

и запаивания!»
Парижская Академия наук назначила премию за решение этого вопроса, и в 1862 году Луи Пастер сумел доказать, что самозарождения микроорганизмов не происходит. Для этого он использовал колбу с длинным изогнутым горлом и кипятил настои при температуре 120 градусов. При этом погибали микробы и их споры, при остывании воздух проходил в колбу, а вместе с ним и микроорганизмы, но они оседали на стенках изогнутого горла колбы и в настой не попадали. Питательные растворы оставались прозрачными.

Жорж-Луи Леклерк, граф де Бюффон (1707 – 1788)

Луи Пастер
(1822 – 1895)

Гипотеза абиогенеза: самозарождение

Но как тогда появилась жизнь на Земле, если Земля прошла

стадию раскаленного тела?
Интересна гипотеза панспермии: микроорганизмы занесены из космоса вместе с метеоритами, а далее – эволюция. Но как же все-таки возникла жизнь?

Гипотеза биогенеза: панспермии

опубликовал свою первую книгу по данной проблеме. Дж. Холдейн, английский

генетик и биохимик, с 1929 г. развивал идеи, созвучные представлениям А. И. Опарина.
Возраст Земли составляет 5 – 7 млрд. лет. Все планеты проходят стадию раскаленного тела, температура на поверхности Земли в это время была более 4000ºС. Когда температура снизилась и стала меньше 100ºС, вода, находившаяся в первичной атмосфере Земли образовала мировой океан. В первичной атмосфере не было кислорода, атмосфера была "восстановительной". В ней были пары воды, аммиак, сероводород, метан, водород.

Гипотеза биохимической эволюции

Земле в три этапа.
Гипотеза биохимической эволюции

первом этапе предшествует абиогенное образование в атмосфере и океане органических

соединений за счет энергии мощных грозовых разрядов, жесткого ультрафиолетового и радиоактивного излучения.

Стэнли Миллер и Сидни Фокс сконструировали аппарат, в котором содержались газы первичной атмосферы. Через эту смесь они пропускали электрические разряды. Через неделю в ловушке обнаружили аминокислоты, азотистые основания, рибозу, мочевину, молочную кислоту.

Отечественные ученые А.Г.Пасынский и Т.Е.Павловская получили сходные результаты с помощью энергии ультрафиолетовых лучей.

Гипотеза биохимической эволюции

всех мономеров, нужных для синтеза биополимеров. Это было на первом

этапе возникновения жизни на Земле.

На втором этапе образуются биополимеры – белки, полисахариды и РНК, которые концентрируются в коацерватах. Коацерваты – мельчайшие коллоидные капли, образующиеся вследствие взаимодействия и агрегации органических молекул.

Гипотеза биохимической эволюции

из ила, мух из гнилого мяса объясняет:
Гипотеза самозарождения.
Гипотеза панспермии объясняет

возникновение жизни на Земле:
Жизнь на Землю занесена из космоса.
Гипотеза биохимической эволюции объясняет возникновение жизни на Земле:
Жизнь на Земле появилась в результате биохимической эволюции.
Опыт Франческо Реди:
Опыт с 8 колбами, открытыми и закрытыми.
Окончательно опроверг гипотезу самозарождения:
Л.Пастер.
Гипотезу биохимической эволюции обосновали:
А.Н.Опарин и Дж.Холдейн.
На первом этапе, согласно гипотезе А.Опарина-Дж.Холдейна:
Образовались органические мономеры, простейшие органические молекулы.
За счет какой энергии шли реакции первого этапа?
За счет энергии электрических разрядов, ультрафиолетовых лучей и радиоактивного излучения.

Подведем итоги:

кислоты.
Перечислите четыре основные гипотезы, объясняющие возникновение жизни на Земле:
Креационизм –

Божественное сотворение живого;
Самопроизвольное зарождение – живые организмы возникают самопроизвольно из неживого вещества;
Гипотеза панспермии – жизнь занесена на нашу планету извне;
Гипотеза биохимической эволюции – жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам.

Подведем итоги:

открывает рибозимы – молекулы РНК, во-первых, обладающие каталитической активностью.
Во-вторых,

была доказана возможность спонтанного образования на матричных РНК РНК-копий – репликация. На этом этапе впервые появляется возможность для эволюции на уровне молекул, те молекулы РНК, которые придают устойчивость коацерватам и способны к самокопированию – размножаются, за счет мутационного процесса происходит их изменение и естественный отбор сохраняет наиболее удачные полирибонуклеотиды.

Гипотеза биохимической эволюции

и каталитическая активность. Более устойчивые коацерваты с такими РНК и

дали пробионтов.
Эволюция на уровне молекул РНК в коацерватах шла миллионы лет. Так возник древний мир РНК. Мутации и рекомбинации в популяциях РНК создавали все большее разнообразие этого мира.

Гипотеза биохимической эволюции

их более надежное существование. Так шла эволюция пробионтов.

В дальнейшем

возникают ДНК, их двухцепочечное строение обеспечивает сохранение РНК. Появились бактерии, первые клеточные формы.

По типу питания первые организмы были доядерными анаэробными гетеротрофами – питались готовыми органическими веществами.

Гипотеза биохимической эволюции

океана. Углекислый газ, как побочный продукт обмена веществ, выделялся в

атмосферу и накапливался в ней. Каким бы насыщенным ни был «первичный бульон», живые организмы довольно быстро использовали запасы органических веществ первичного океана.
Преимущество получили и широко размножились хемоавтотрофные бактерии. Хемоавтотрофы окисляют сероводород, серу, соединения железа, аммиак (нитрифицирующие бактерии), водород.
Хемоавтотрофный тип питания открыт в 1887 году С.Н.Виноградским, который впервые показал возможность получения энергии за счет окисления сероводорода и использования её для ассимиляции углекислого газа.

С.Н.Виноградский
1856 - 1953

Гипотеза биохимической эволюции

солнечного света.

У пурпурных и зеленых серобактерий с фотосистемой-1 при фотосинтезе

выделялась сера, источником водорода для синтеза органики был сероводород.

Фотосинтез пурпурных и зеленых бактерий:
СО2 + 2Н2S + Е → (СН2О) + 2S + Н2О

Фотосинтез цианобактерий:
СО2 + 2Н2О + Е → (СН2О) + О2 + Н2О

Гипотеза биохимической эволюции

воды – атмосфера стала насыщаться кислородом, что привело к появлению

дыхания, появляются аэробные бактерии.
У этих бактерий продукты гликолиза подвергаются дальнейшему окислению с помощью кислорода до углекислого газа и воды. И если при гликолизе образуется 2 моль АТФ на моль глюкозы, то при дальнейшем окислении продуктов гликолиза образуется еще 36 моль АТФ.

Фотосинтез пурпурных и зеленых бактерий:
СО2 + 2Н2S + Е → (СН2О) + 2S + Н2О

Фотосинтез цианобактерий:
СО2 + 2Н2О + Е → (СН2О) + О2 + Н2О

Гипотеза биохимической эволюции

Биопоэз – переход от неживого к живому. Он выделил три

основных этапа формирования жизни:
1. Химическая эволюция, результат – абиогенное возникновение органических мономеров;
2. Предбиологическая эволюция – формирование биологических полимеров и появление пробионтов с матричным типом наследственности на основе РНК;
3. Биологическая эволюция – от первых прокариот до появления всего многообразия современного мира.

Джон Бернал
1901-1971

А.И.Опарин
1894 – 1980

Джон Б.С.Холдейн
1892 - 1964

Гипотеза биохимической эволюции

архебактериям и сохранившей ферменты гликолитического окисления) с аэробными бактериями оказался

взаимовыгодным, причем бактерии со временем утратили самостоятельность и превратились в митохондрии.
Потеря самостоятельности связана с утратой части генов, которые перешли в хромосомный аппарат клетки-хозяина. Но все же митохондрии сохранили собственный белоксинтезирующий аппарат и способность к размножению.

Эволюция пробионтов, эволюция клеточных форм

аппарата клетки от реакций обмена веществ.
Симбиоз с цианобактериями привел к

появлению хлоропластов. Хлоропласты так же утратили часть генов и являются полуавтономными органоидами, способными к самовоспроизведению.
Их появление привело к развитию по пути с автотрофным типом обмена веществ и обособлению части организмов в царство Растений.

Эволюция пробионтов, эволюция клеточных форм

аргументируйте.
Нет. Даже если где-то образуются органические молекулы, они будут окислены

с помощью кислорода или с помощью живых организмов.

Эволюция пробионтов, эволюция клеточных форм

пары воды.
Что произошло на первом этапе возникновения жизни на Земле

согласно гипотезе А.И.Опарина?
Образование органических мономеров – моносахаридов, аминокислот, нуклеотидов.
Что произошло на втором этапе возникновения жизни на Земле согласно гипотезе А.И.Опарина?
Образование органических биополимеров – белков, нуклеиновых кислот, сложных углеводов.
Что произошло на третьем этапе возникновения жизни на Земле согласно гипотезе А.И.Опарина?
Появление самовоспроизводящихся молекул - РНК, которые обладали каталитическими свойствами.
Кем были первые пробионты по типу питания?
Гетеротрофными анаэробами.
Какие организмы появились первыми: синезеленые или бактерии-окислители?
Цианобактерии, они образовали кислород, который начали использовать бактерии-окислители.

Подведем итоги:

органоиды были самостоятельными организмами, но в результате совместной жизни утратили

самостоятельность и стали органоидами. Или происходило впячивание или выпячивание мембраны клетки и образование органоидов.
Какие органеллы считаются эндосимбионтами эукариотической клетки? От каких организмов они произошли?
Митохондрии произошли от бактерий-окислителей, хлоропласты – от цианобактерий.
Чем заканчивается химическая эволюция?
Образованием низкомолекулярных органических соединений.
Что происходит на этапе предбиологической эволюции?
Образование пробионтов, появляются самовоспроизводящиеся молекулы РНК.

Подведем итоги: