Современные представления о появлении жизни

Образование органических веществ.

Опыты Миллера – создание органических веществ в лаборатории

Классическая теория коацерватов устарела.

Теория Опарина: мировой океан насыщен органическими веществами, после перенасыщения они образуют мембранные структуры, для которых сразу есть пища – устарела, так как 1)Слишком много воды для создания такой концентрации органических веществ, 2)Слишком сложный процесс образования.

Теория пористых структур.

Глина либо FeS. Органические вещества, находящиеся в небольшой луже либо на дне океана, проникали в пористые структуры и оседали на стенках пор. На стенках возникали высокие концентрации органических веществ, они уже были со всех сторон отграничены, и для замыкания мембраны необходимо было образовать только маленькую перемычку. Размеры пор вFeS совпадают с размерами прокариотов.

На других планетах могли существовать сложные органические вещества. На Землю упали обломки камет, содержащие органику. Упав в небольшую лужу, органика растворилась и дала высокую концентрацию органического вещества. Метеориты и кометы могли состоять из пористых структур. Имеются соединения FeSс маленькими порами, в которых могла накапливаться органика. Причем размер пор сопоставим размеру мелких бактерий. Тогда начало жизни с клетки, следовательно вирусы – неживые.

У первых организмов был гетеротрофный тип питания, они были анаэробные хемосинтетики. FeиSмогут участвовать в ОВР, среди примитивных бактерий есть железобактерии и серобактерии, возможно это и было первым типом питания. Но все это шло на уровне макромолекул – биохимическая эволюция, биологической она стала тогда, когда появились первые устойчивые биологические структуры.

Без генетической информации существование живого невозможно. Ее прототип – РНК-подобные молекулы. Многие варианты случайно полученных в лаборатории олигосахаридов обладают слабой белковой активностью. Кроме рибозимов. Рибозим – биологический катализатор рибонуклеинового происхождения. Они способны поддерживать собственную репликацию. Рибозимы совмещают функции белков и носителей генетической информации ДНК. Они характеризуются резким повышением способности к самоупорядочиванию. Молекула РНК увеличивала свои размеры, отбирались наилучшие, стали синтезироваться белки, т. е. произошло разделение функций: белки – катализаторы, ДНК – хранение генетической информации. (ДНК сначала было двойной цепочкой РНК)

Вирусы. Живые или нет?

Доводы за то, что они живые:

• Молекулярная организация такая же, как у клетки живого организма: НК, белки, мембраны. С молекулярной точки зрения = это нормальный вариант жизни. Внутри живых объектов находят нуклеотидные последовательности сходные с нуклеотидными последовательностями вирусов.

• Вирусы имеют почти все свойства живого кроме развития.

Доводы за то, что они неживые:

• Не имеют клеточного строения

• Если поместить вирус под микроскоп и наблюдать за ним, то ничего не происходит. Для того, чтобы оно «начало жить», его нужно ввести в клетку. НО! Клетка – окружающая среда вируса. Если поместить живой организм в вакуум, то он умрет. Точно так же и вирус, для него воздушная среда – вакуум. Сухое семя растения может тысячелетиями лежать не проявляя свойств живого, до тех пор, пока не попадет в воду, замерзшая во льду лягушка, высохший в коконе чешуйчатник, всех можно оживить, поместив в подходящую среду, как и вирус.

Признак живого – большая степень самоупорядоченности. Матричный синтез – высшая степень упорядоченности, следовательно вирусы – живые. Однако наиболее просто устроенные вирусы – это молекулы ДНК, если вирусы живые, то и ДНК – живое.

Главный смысл жизни – продолжение жизни! Продолжение жизни – воспроизведение генетической информации. В эту схему хорошо укладывается то, что ДНК – живая. Некоторые транспозоны способны воспроизводиться по принципу репликации ДНК (ДНК – транскрипция). Смысл существованья транспозона вообще – воспроизведение отдельных участков генетической информации, причем каждый участок сам по себе. Все это привело к возникновению Selfish DNA – эгоистичная ДНК. ДНК способно к интенсивному воспроизведению; ДНК в ходе эволюции выработало такую среду, чтобы существовать –КЛЕТКА.

Итог: если принять, что вирусы живые то – клеточная теория живого отвергается; если вирусы живые, то и ДНК – живая; все более сложные структуры (кроме ДНК) имеют лишь одну цель – способствовать воспроизведению ДНК. В ходе эволюции создается клетка и ДНК «поняла», что это хорошо. Потом хорошо бы разделить на компартменты – возникли эукариоты. Хорошо бы рекомбинироваться – половое размножение. Потом многоклеточные существа. Среды обитания ДНК приспосабливались к окружающей среде, т. к. взаимоотношения с окружающей средой очень сложные, то возник разум. Следовательно,человек живет лишь для воспроизведения собственной генетической информации.

Selfish DNA

Выдвинута в 60 годы. Некоторые вирусы способны инфицировать клетку в виде голой ДНК, следовательно, основа жизни – это ДНК, следовательно, ДНК – живая. Доводы за эту концепцию:

1. Существование вирусов

2. В клетках разных живых организмов есть нуклеотидные последовательности, не предназначенные ни для чего, кроме своего воспроизведения – транспозоны, они содержат генетическую информацию, которая отвечает за перемещение транспозона. Есть 2 типа транспозонов:

• Транспозоны 1 класса, ретротранспозоны. Ретротранспозоны – мобильные генетические элементы. Могут легко менять последовательность генетической информации. Перемещаются по геному путём обратной транскрипции с их РНК. Они мигрируют, при этом исходная копия остается на месте, а другая интегрируется в другое место. Внутренняя область очень похожа на генетический материал ретровирусов, но без области, кодирующей белок капсида. Ретровирусы – идет метод обратной транскрипции (ДНК по РНК). Сначала были ретровирусы. Они были в клетках и со временем утратили капсид, став транспозонами. Другая точка зрения – сначала были транспозоны. Но со временем по каким-то причинам появился капсид, позволяющий выйти транспозонам из клетки в виде ретровирусов.

• ДНК-транспозоны, вырезаемые белками и переносимые ими в другое место, имеют только функцию самораспространения.

3. ДНК – живой объект, который строит вокруг себя подходящую среду – клетку. ДНК отслеживает процессы размножения ДНК без размножения организма, пример бесплодные муравьи.

4. Важно, насколько эффективно воспроизводится ДНК, судьба организма не важна.

5. Концепция Вейсмана: в организме высшего животного можно выделить 2 типа структур:

• Зародышевый путь – более ценный, от клеток эмбриона к репродуктивным клеткам

• Сома – все остальные клетки, с генетической информацией можно делать что угодно

У аскариды клетки сомы выбрасывается множество фрагментов ДНК – диминуция ДНК.

Информация – это неоднородность пространства, созданная специально. Вирусы обладают генетической информацией, которая устроена так же как и у других живых существ.

Записывающее устройство

Носитель информации

Считывающее устройство

ДНК-полимераза

ДНК

РНК-полимераза ТФ Рибосомы Протеинкиназы

У вирусов

Нет

Есть

Нет

Следовательно, вирусы – это молекулярные паразиты живых систем, сами живыми системами не являющиеся, а значит, клеточная теория справедлива, а компьютерные программы также не живые

Биология развития

Детерминированное дробление –дробление, которое начинает быть видным очень рано. Наиболее яркий пример: нематоды. У них можно до клеток просчитать, сколько их в каждом сегменте (считают ядра).

Caenorhabditisebgans(нематода). У взрослой особи количество соматических ядер – 959. Если на одно меньше или больше – мутант по развитию. Для каждой клетки определена судьба. Некоторые клетки, образовавшиеся из первых, должны умереть. Это явление получило названиеапоптоз. У человека апоптоз проявляется как разделение кисти (лопаточка на ранних стадиях) на пальцы. Некоторые клетки отмирают, что позволяет образовываться пальцам.

У млекопитающих детерминация намного слабее, есть стволовые клетки, но, получив специализацию, они уже не могут вернуться обратно, это называется терминальная дифференцировка.

Экология

Экология изучает взаимоотношение живых организмов с окружающей средой. Любые трофические отношения состоят из элементарных частей. Центральным звеном любых экологических отношений являются разнообразные биологические ответы – это система адекватных реакций организма на определенный внешний или внутренний сигнал.

Биология – наука о жизни. Не известно, кто впервые ввел этот термин в науку. Считают, что это понятие ввели независимо друг от друга два ученых (один из них Ламарк). Применяли это понятие и до Ламарка, например, Линней, но, скорее всего, в другом значение.

Каждую науку можно раздробить на более «мелкие» (узкоспециализированные). На пересечение строк и столбцов получаем реально существующую науку.

Есть науки, которые в этот способ классификации не вписываются. Науки, возникшие на границе естественных наук.

В какой-то степени эти науки синтетические.

Науки, которые изучают все многообразие сразу, используя методы всех наук: молекулярная биология, эволюционное учение, систематика – описание существующего и существовавшего многообразия видов и их распределение в системе в зависимости от их филогении. Эволюционное учение, систематика – это синтетические наука.

Систематика – это основа и венец биологии.