Теории вечности жизни

Что собой представляют теории вечности жизни?

Различные теории вечности жизни рассматривают жизнь как существующую постоянно.

Теория панспермии основывается на том, что семена жизни попали на Землю с других планет, например с упавшими метеоритами. Основателями данной теории являлись Г. Рихард, Г. Томсон, Г. Гельмгольц.

По другой теории, предложенной В. Прейером и В. И. Вернадским, жизнь существовала всегда, а неорганические вещества возникли как результат деятельности живых организмов.

Однако упомянутые теории не дают ответа на вопрос о происхождении жизни, а отвечают только на вопрос о ее появлении на Земле.

Материалистические теории происхождения жизни

Какие материалистические теории происхождения жизни вам известны?

1. Теория Э. Пфлюгера. Впервые рассматривается происхождение жизни как возникновение белковых тел. Разбираются различия между «живым» и «мертвым» белком, из которых основное заключается в неустойчивости «живого» белка и его способности к изменениям, которые объяснялись наличием в биологических молекулах кислорода и группы циана (CN).

2. Теория Дж. Эллена. Она приурочивает появление первых азотистых соединений к моменту, когда пары воды вследствие охлаждения превратились в воду и на поверхности Земли образовались мелкие водоемы. В воде были растворены соли металлов, имеющие первостепенное значение для образования и деятельности белков. В ней же содержалась углекислота, которая вступала в соединение с оксидами азота и аммиаком. Последние могли образовываться под действием электрических разрядов, происходивших в атмосфере, содержащей азот.

3. Теория коацерватных капель академика А. И. Опарина. Согласно этой теории, для перехода от химической эволюции к биологической необходимо возникновение индивидуальных фазово-обособленных систем, способных взаимодействовать с окружающей внешней средой, используя ее вещества и энергию, и на этой основе расти, множиться и подвергаться естественному отбору. Подобные системы Опарин назвал коацерватными каплями. Они представляют собой многомолекулярные комплексы, окруженные водной оболочкой из определенным образом ориентированных диполей воды.

Реакции ядерного синтеза

Что такое реакции ядерного синтеза? Приведите примеры.

Реакции ядерного синтеза протекают при высоких температурах и давлении; в результате из простых химических элементов образуются более сложные, например при слиянии четырех атомов водорода образуется атом гелия, при этом выделяется энергия.

Гипотеза Канта–Лапласа

Как, в соответствии с гипотезой Канта–Лапласа, из газово-пылевой материи формируются звездные системы?

В космическом пространстве формируются колоссальные скопления газово-пылевой материи — туманности. Их размеры могут достигать нескольких десятков световых лет. Материя, входящая в состав туманности, находится в постоянном движении — туманности вращаются вокруг своей оси, совершая один оборот примерно за 100 млн лет. В результате преобладания центробежных сил над центростремительными происходит многократная фрагментация газово-пылевого облака. Это происходит до тех пор, пока не образуется облако — протозвездный диск, масса и скорость вращения которого обеспечивают преобладание центростремительных сил. Большая часть материи диска (более 99%) концентрируется, переходит в состояние плазмы, возникает звезда. Из остальной части газово-пылевой материи формируются планеты.

Химический состав планет

Есть ли различия в химическом составе планет одной и той же звездной системы?

Поскольку все планеты формируются из газово-пылевой материи, элементный состав у них одинаковый. Однако по составу минералов и их распределению планеты могут отличаться.

Предпосылки возникновения жизни

Перечислите космические и планетарные предпосылки возникновения жизни абиогенным путем на нашей планете.

1. Космические предпосылки:
— равномерное излучение звезды;
— ультрафиолетовое излучение с длиной волны короче 150 нм;
— удары метеоритов; приливы и отливы.

2. Планетарные предпосылки:
— оптимальное расстояние до звезды;
— размеры планеты, достаточные для удержания атмосферы;
— круговая орбита;
— высокая скорость вращения планеты вокруг своей оси;
— первичная восстановительная атмосфера;
— наличие первичного океана (водная среда);
— вулканизм (высокие температуры);
— пористые глины приливно-отливной зоны, на которых происходили адсорбция и перемешивание веществ первичного океана (повышение концентрации веществ в зоне адсорбции);
— молнии (энергия грозовых разрядов).

Значение первичной атмосферы

Какое значение для возникновения органических молекул из неорганических веществ на Земле имел восстановительный характер первичной атмосферы?

Восстановительная атмосфера с высоким содержанием аммиака создавала условия возникновения первых аминокислот. Это доказано опытами С. Миллера и X. Юри, которые подвергли смесь водорода, метана, аммиака и воды воздействию электрических разрядов, что привело к образованию аминокислот и других органических соединений в растворе.

Опыты С. Миллера и X. Юри

Опишите аппарат и методику проведения опытов С. Миллера и X. Юри.

Суть метода Миллера–Юри заключается в том, что они постарались максимально приблизить параметры эксперимента к условиям, существовавшим на Земле 4–4,5 млрд лет назад. Аппарат Миллера представлял собой замкнутый контур, в котором через пары кипящей воды, содержащей метан, аммиак и водород, пропускались электрические разряды. Затем пары проходили через холодильник-конденсатор, и органические вещества оказывались в растворе, который затем подвергали качественному и количественному анализу.

Коацервация и коацерват

Что такое коацервация, коацерват?

Коацервация — процесс выделения из однородного раствора многомолекулярных фазово-обособленных образований, отделенных от внешней среды водной оболочкой.

Коацерват — многомолекулярный комплекс, отграниченный от внешней среды водной оболочкой, способный к примитивному метаболизму — поглощению из среды и выделению в нее определенных молекул.

Модели коацерватов

На каких модельных системах можно продемонстрировать образование коацерватных капель в растворе?

Например, коацерватную каплю, образованную из белка, гуммиарабика и фосфорилазы, погружают в раствор глюкозо-1-фосфата. Глюкозо-1-фосфат начинает входить в каплю и полимеризуется в ней в крахмал при действии катализатора — фосфорилазы. Процессы, протекающие в коацерватной капле, изображены в квадратных скобках, а вне их помещены вещества, находящиеся во внешней среде:

глюкозо-1-фосфат → [глюкозо-1-фосфат → крахмал → мальтоза] → мальтоза.

За счет образовавшегося крахмала капля растет, что легко может быть установлено как химическим анализом, так и непосредственными микроскопическими измерениями. Если в каплю включить другой катализатор — 6-амилазу, крахмал распадается до мальтозы, которая выделяется во внешнюю среду.

Таким образом, возникает простейший метаболизм. Вещество входит в каплю, полимеризуется, обусловливая рост системы. А при распаде вещества продукты этого процесса выходят во внешнюю среду, где их ранее не было.

Другая схема иллюстрирует опыт, где полимером является полинуклеотид. Капля, состоящая из белка-гистона и гуммиарабика, окружена раствором АДФ. Поступая в каплю, АДФ полимеризуется под влиянием полимеразы в полиадениловую кислоту, за счет которой капля растет, а неорганический фосфор поступает во внешнюю среду:

АДФ → [АДФ → Поли-А + Ф] → Ф.

При этом капля за короткий срок увеличивается в объеме более чем в 2 раза.

Как в случае синтеза крахмала, так и при образовании полиадениловой кислоты в качестве исходных веществ в окружающий раствор вносили богатые энергией (макроэргические) соединения. За счет энергии этих соединений, поступающих из внешней среды, и происходил синтез полимеров и рост коацерватных капель. В другой серии опытов академиком А. И. Опариным и его сотрудниками было продемонстрировано, что и в самих коацерватных каплях могут протекать реакции, связанные с рассеиванием энергии.