Тема 3. Происхождение жизни
1. Факты об условиях на планете в до биосферный период.
Температура поверхности планеты в начальный период была 4000-8000 оС и по мере того как Земля остывала , углерод и более тугоплавкие материалы конденсировались и образовали земную кору. Атмосфера была совершенно иной. Легкие газы- водород, гелий, азот, кислород – уходили из атмосферы, так как гравитационное поле нашей ещё недостаточно плотной планеты не могло их удержать. Однако простые соединения, содержащие эти элементы, удерживались.
Первичная атмосфера содержала водород и соединения углерода и азота. Отсутствие в атмосфере кислорода было, вероятно, необходимым условием возникновения жизни: лабораторные опыты показывают, что органические вещества гораздо легче создаются в восстановительной среде, чем в атмосфере , богатой кислородом. О том, что атмосфера была именно такой свидетельствуют самые древние грные породы на земле.
2. Первичные атмосфера Земли, океан, континент.
Первичная атмосфера состояла, преиущественно, из диоксида углерода, а выходящие глубинные газы, кроме того, содержали воду, серные соединения и азот. Первые прокариоты появились на Земле в условиях почти кипящего океана, при исключительной сейсмической активности и очень высоком уровне коротковолновой радиации, т.е. жизнестойкость их была невероятна.
3. Признаки живого вещества по в.И.Вернадскому.
В.И. Вернадский первый естествоиспытатель, увидевший глобальную роль живого вещества на планете, ему же принадлежат 10 признаков живого, приводимых ниже, в несколько адаптированной к современному уровню знаний форме.
1. Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией. Это, по выражению Вернадского, форма активированной материи. В отличии от неживой материи, осуществляющей пассивное взаимодействие, живая - активно взаимодействует с окружающей средой. Взаимодействие осуществляется по принципу прямых и обратных связей: с одной стороны обеспечивает поддержание собственного существования, а с другой - одновременно изменяет среду, делая невозможным прежнее неизменное существование в ней.
2. В живом веществе резко ускоряется протекание химических реакций, что объясняется действием ферментов. Академик Павлов назвал их «возбудителями жизни». Жиры и углеводы окисляются в организме при 37оС, а вне среды, на заводских установках - при температуре среды 450-500оС.
3. Индивидуальные химические соединения, слагающие живое вещество, устойчивы только в живых телах, в том числе и минералы, входящие в живое вещество.
4. Живое, естественное тело в биосфере характеризуется движением. Живому присущи две формы движения:
- пассивная - размножение,
- активная - перемещение организмов.
(живое вещество стремится заполнить собой все доступное пространство - в этом максимальная экспансия жизни).
5. Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие. (органических соединений - 2 млн., минералов - 2тыс.)
6. Органические вещества биогенного и абиогенного происхождения имеют существенные отличия. В биоорганическом мире полностью нарушена зеркальная симметрия (З-н хиральной чистоты). Молекулы, в которых имеется атом углерода, связанный своими четырьмя валентностями с разными «соседями», существует в двух зеркально противоположных формах. Их называют левыми и правыми стереомерами. Так, все природные аминокислоты - левые, а сахара - правые зеркальные изомеры. При искусственном же синтезе этих веществ, образуются в равных отношениях и левые и правые изомеры.
7. Живое вещество представлено в биосфере в виде дисперсных (отдельных, рассеянных) тел - индивидуальных живых организмов.
8. Будучи дисперсным, живое вещество никогда не находится на Земле в морфологически чистой форме, т.е. в виде популяций организмов одного вида. Оно всегда представлено комплексами популяций разных видов, или биоценозами.
9. Живое вещество существует на Земле в форме непрерывного чередования поколений. Благодаря этому современное живое вещество, характеризуясь непрерывным обновлением, оказывается генетически связанным с живым веществом всех прошлых геологических эпох. Краткая формулировка этой особенности: «все живое из живого», обозначается как принцип Реди. В противоположность этому, неживое вещество абиогенного происхождения поступает в биосферу из космоса или вносится порциями из нижележащих оболочек планеты.
10. Характерным для живого вещества являтся наличие эволюционного процесса. Воспроизводство живого вещества идет не по типу точного копирования предшествующих поколений, а путем новообразований на их основе. Общее направление эволюции живого вещества состоит в увеличении упорядочености живых систем при накоплении свободной энергии. При этом упорядочиваются, прежде всего, динамические отношения, процессы.
4. Абиогенный синтез- возникновение живых тел из веществ неорганической природы.
5. Первичный бульон- по гипотезе в первичном бульоне длинные нитеобращные молекулы белка могли сворачиваться в шарики, укрупняясь, благодаря этому они становились устойчивей к разрушающему действию прибоя и ультрафиолетового излучения. Белковые шарики в первичном бульоне притягивали к себе молекулы воды и жиров. Жиры оседали на поверхности белковых тел, обвалакивая их слоем, структура которого напоминала мембрану.
6. Предбиологический отбор привел к постепенному усложнению и упорядоченности, как обеспечивающих преимущество в выживании. Механизм отбора действовал на самых ранних стадиях зарождения органических веществ- из множества образующихся веществ сохранялись устойчивые к дальнейшему усложнению.