Gyvybės kilmė: šiuolaikinė gyvenimo kilmės teorija

Perskaitykite šį straipsnį, kad sužinotumėte apie šiuolaikinę teoriją, dar žinomą kaip „Oparin-Haldane“ gyvenimo teorijos teorija!

Šiuolaikinė teorija arba oparino-Haldano gyvenimo teorijos teorija:

Pagal šią teoriją gyvenimas atsirado ankstyvojoje žemėje per fizinius ir cheminius atomų jungimo procesus, jungiančius molekules, molekulės savo ruožtu reaguoja į neorganinius ir organinius junginius. Organiniai junginiai sąveikauja, kad gamintų visų rūšių makromolekules, kurios organizavo pirmąją gyvą sistemą arba ląsteles.

Image Courtesy: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6f/Blacksmoker_in_Atlantic_Ocean.jpg

Taigi pagal šią teoriją „gyvenimas“ mūsų žemėje atsirado spontaniškai iš ne gyvos medžiagos. Pirmieji neorganiniai junginiai ir tada organiniai junginiai buvo suformuoti pagal nuolat kintančias aplinkos sąlygas. Tai vadinama chemine evoliucija, kuri negali atsirasti esant dabartinėms aplinkos sąlygoms žemėje. Gyvenimo kilmėms tinkamos sąlygos egzistavo tik primityvioje žemėje.

Oparino-Haldanės teorija taip pat vadinama chemijos teorija arba naturalistine teorija. AI Oparin (1894-1980) buvo rusų mokslininkas. 1936 m. Jis išleido knygą „Gyvybės kilmė“ ir 1938 m. Anglų kalbą. JBS Haldanas (1892-1964) gimė Anglijoje, bet 1957 m. Liepos mėn. Persikėlė į Indiją ir apsigyveno Bhubanešare, Orisoje. Jis buvo biologas, biochemikas ir genetikas. Oparinas (1938 m.) Ir Haldanas (1929) pateikė panašias nuomones apie gyvenimo kilmę.

Modemų požiūris į gyvenimo kilmę apima cheminę evoliuciją ir biologinę evoliuciją:

A. Cheminė evoliucija (Chemogeny):

1. Atominė fazė:

Ankstyvoji žemė turėjo daugybę tų elementų atomų (pvz., Vandenilio, deguonies, anglies, azoto, sieros, fosforo ir kt.), Kurie yra būtini protoplazmos susidarymui. Atomai buvo suskirstyti į tris koncentrines mases pagal jų svorį, (a) Žemės centre buvo rasti sunkiausi geležies, nikelio, vario ir kt. Atomai, b) vidutinio svorio natrio, kalio, silicio, magnio atomai aliuminio, fosforo, chloro, fluoro, sieros ir kt. buvo surinkti į žemės šerdį, c) lengviausias azoto, vandenilio, deguonies, anglies ir kt. atomas sudarė primityvią atmosferą.

2. Neorganinių molekulių formavimasis:

Laisvieji atomai kartu sujungia neorganines molekules, tokias kaip H2 (vandenilis), N2 (azotas), H ₂ (vandens garai), CH4 (metanas), NH3 (amoniakas), C0 ₂ (anglies dioksidas). Vandenilio atomai buvo daugiausiai ir reaktyviausi primityvioje atmosferoje.

Pirmiausia vandenilio atomai kartu su visais deguonies atomais sudaro vandenį ir nepalieka laisvo deguonies. Taigi primityvioji atmosfera sumažino atmosferą (be laisvo deguonies), skirtingai nei dabartinė oksiduojanti atmosfera (su laisvu deguonimi).

Vandenilio atomai taip pat sujungiami su azotu ir sudaro amoniaką (NH ₃ ). Taigi vanduo ir amoniakas buvo pirmieji primityviosios žemės molekulės.

3. Paprastų organinių molekulių (monomerų) formavimasis:

Ankstyvosios neorganinės molekulės sąveikauja ir gamino paprastas organines molekules, tokias kaip paprastieji cukrūs (pvz., Ribozė, deoksiribozė, gliukozė ir kt.), Azoto bazės (pvz., Purinai, pirimidinai), amino rūgštys, glicerolis, riebalų rūgštys ir kt.

Krantiniai lietūs turi būti nukritę. Kai vanduo nuskubėjo, jis turi būti ištirpęs ir su juo sūrių ir mineralų, ir galiausiai sukauptas vandenynų pavidalu. Taigi senovės vandenyno vandenyse buvo daug ištirpintų NH3, CH4, HCN, nitridų, karbidų, įvairių dujų ir elementų.

CH ₄ + C ₂ + H ₂ 0 -> Cukrus + glicerolis + riebalų rūgštys

CH4 + HCN + NH3 + H ₂ 0 -> Purinai + pirimidinai

CH4 + NH3 + C0 ₂ + H ₂ 0 -> Amino rūgštys

Kai kurie išoriniai šaltiniai turi veikti reakcijos mišinyje. Šie išoriniai šaltiniai gali būti: i) saulės spinduliai, pvz., Ultravioletinė šviesa, rentgeno spinduliai ir pan., Ii) energija iš elektros išleidimo, pvz., Žaibo, iii) didelės energijos spinduliuotės yra kiti energijos šaltiniai (tikriausiai nestabilūs izotopai primityvios žemės). Ozono sluoksnis atmosferoje nebuvo.

JB Haldane (1920) vadinamas „prebiotine sriuba“ (taip pat vadinama „karštojo skonio sriuba“) vadinamasis sriubos sultinys iš cheminių medžiagų, suformuotų ankstyvosios žemės vandenynuose, iš kurių, kaip manoma, atsirado gyvos ląstelės. Taigi etapas buvo nustatytas įvairių cheminių elementų derinimui. Sukūrus organines molekules kaupėsi vandenyje, nes jų degradacija buvo labai lėta, nesant jokių gyvybės ar fermentų katalizatorių.

Eksperimentiniai įrodymai apie Abiogeninę molekulinę evoliuciją:

Stanley Miller 1953 m., Kuris tuo metu buvo Čikagos universiteto Haroldo Urey (1893-1981) absolventas, aiškiai parodė, kad ultravioletinė spinduliuotė arba elektriniai išleidimai ar karštis arba jų derinys gali gaminti sudėtingus organinius junginius. metano, amoniako, vandens (vandens srauto) ir vandenilio mišinys. Metano, amoniako ir vandenilio santykis Miller eksperimente buvo 2: 1: 2.

„Miller“ cirkuliavo keturias dujas - metaną, amoniaką, vandenilį ir vandens garus oro sandariame aparate ir 800 ° C temperatūroje perdavė elektrodus. Jis perėjo mišinį per kondensatorių.

Tokiu būdu jis vieną savaitę nuolat cirkuliavo dujas ir tada analizavo cheminę skysčio sudėtį aparate. Jis rado daug paprastų organinių junginių, įskaitant kai kurias aminorūgštis, tokias kaip alaninas, glicinas ir asparto rūgštis. „Miller“ atliko eksperimentą, kad išbandytų idėją, kad organinės molekulės gali būti sintezuojamos mažinančioje aplinkoje.

Taip pat buvo kitų medžiagų, tokių kaip karbamidas, vandenilio cianidas, pieno rūgštis ir acto rūgštis. Kitame eksperimente „Miller“ dujų mišinį išplatino tokiu pačiu būdu, tačiau jis neišlaikė elektros iškrovos. Jis negalėjo gauti didelio organinių junginių kiekio.

Vėliau daugelis tyrėjų sintetino įvairius organinius junginius, įskaitant purinus, pirimidiną ir paprastus cukrus ir kt. Manoma, kad gyvų organizmų esminiai „statybiniai blokai“, pvz., Nukleotidai, amino rūgštys ir pan. primityvios žemės.

4. Kompleksinių organinių molekulių (makromolekulių) sudarymas:

Senovės jūroje kaupiasi įvairios aminorūgštys, riebalų rūgštys, angliavandeniliai, purinai ir pirimidino bazės, paprasti cukrūs ir kiti organiniai junginiai. Senovinės atmosferos metu elektros energijos išsiskyrimas, žaibas, saulės energija, ATP ir polifosfatai galėjo suteikti energijos šaltinį organinės sintezės polimerizacijos reakcijoms.

Majamio universiteto „SW Fox“ parodė, kad, jei šildomas beveik sausas aminorūgščių mišinys, sintezuojamos polipeptidų molekulės. Panašiai paprasti cukrūs gali sudaryti polisacharidus, o riebalų rūgštys galėtų derinti riebalus. Amino rūgštys gali sudaryti baltymus, kai dalyvavo kiti veiksniai.

Taigi mažos paprastos organinės molekulės sujungtos suformuodamos dideles kompleksines organines molekules, pvz., Aminorūgščių vienetai, sujungti suformuojant polipeptidus ir baltymus, paprasti cukraus vienetai, sujungti į polisacharidus, riebalų rūgštis ir glicerolį, sujungtus suformuoti riebalus, cukrus, azoto bazes ir fosfatus. sujungtos į nukleotidus, polimerizavusius į nukleino rūgštis senovės vandenynuose.

Cukrus + cukrus ———-> Polisacharidai

Riebalų rūgštys + glicerolis ———-> Riebalai

Amino rūgštys- + amino rūgštys ———–> Baltymai

Azoto pagrindai ir pentozės cukrus + fosfatai ———> Nukleotidai

Nukleotidai + nukleotidai ———–> Nukleino rūgštys

Kuris atėjo pirmasis RNR arba baltymas?

RNR pirmoji hipotezė:

Devintojo dešimtmečio pradžioje trys mokslininkai (Leslio angelas, Francis Crick ir Carl Woese) nepriklausomai pasiūlė RNR pasaulį kaip pirmąjį gyvenimo evoliucijos etapą, kuriame RNR katalizavo visas gyvybei ir replikacijai būtinas molekules. Thomas Ceck ir Sidney Altman pasidalino Nobelio premija chemijoje 1989 m., Nes jie atrado, kad RNR gali būti ir substratas, ir fermentas.

Jei pirmosios ląstelės panaudojo RNR kaip paveldimą molekulę, DNR išsivystė iš RNR šablono. DNR greičiausiai neišsivystė kaip paveldima molekulė, o RNR pagrindu gyvenantis gyvenimas įsitvirtino membranoje. Kai ląstelės išsivystė, DNR tikriausiai pakeitė RNR kaip genetinį kodą daugumai organizmų.

Pirmoji baltymų hipotezė:

Keletas autorių (pvz., Sidney Fox, 1978) teigė, kad prieš nukleino rūgšties replikacinę sistemą turi būti sukurta baltymų katalizinė sistema. Sidney Fox parodė, kad amino rūgštys, kurios polimerizuotos abiotiškai, veikiant sausai šilumai, susidaro proteinoidai.

Kernso-Smitho hipotezė:

Graham Caims-Smith pasiūlė, kad tiek baltymai, tiek RNR atsirado tuo pačiu metu.

Nukleoproteinų susidarymas:

Gigantinės nukleoproteinų molekulės buvo sujungtos su nukleino rūgšties ir baltymų molekulėmis. Šios nukleoproteinų dalelės buvo apibūdintos kaip laisvi gyvi genai. Nukleoproteinai greičiausiai davė pirmąjį gyvenimo požymį.

B. Biologinė evoliucija (Biogen):

Gyvenimo kilmės sąlygos:

Gyvenimo kilmei reikalingos bent trys sąlygos.

a) Būtina turėti replikatorių, ty savarankiškai gaminančių molekulių.

(b) Šių replikatorių kopijavimas turėjo būti klaidingas per mutaciją.

c) Replikatorių sistema turi reikalauti nuolatinio laisvos energijos tiekimo ir dalinės izoliacijos nuo bendros aplinkos.

Aukšta temperatūra ankstyvoje žemėje atitiktų mutacijos reikalavimą.

1. Protobionai arba protoceliai:

Tai yra bent dviejų tipų gana paprasti laboratoriniai gamybos būdai - Oparino koacervatai ir „Fox“ mikrosferos, turinčios kai kurias pagrindines proto ląstelių prielaidas.

Nors šios struktūros buvo sukurtos dirbtinai, jos nurodo tikimybę, kad ne biologiniai membraniniai gaubtai (proto ląstelės) galėjo palaikyti reaktyvias sistemas mažiausiai trumpą laiką ir paskatino atlikti eksperimentinę membranos susietų pūslelių, turinčių molekulių, gamybą, ty, proto ląstelės.

i) Coacervates:

Pirmąją hipotezę pasiūlė Oparin (1920). Pagal šią hipotezę ankstyvoji proto ląstelė galėjo būti koacervatas. Oparinas davė terminą coacervates. Tai buvo ne gyvos struktūros, dėl kurių atsirado pirmosios gyvos ląstelės, iš kurių išsivystė sudėtingesnės ląstelės.

Oparinas spėliojo, kad proto ląstelė susideda iš angliavandenių, baltymų, lipidų ir nukleino rūgščių, kurios sukaupė koacervatą. Tokia struktūra galėjo būti organinių makromolekulių rinkinys, apsuptas vandens molekulių plėvelės.

Šis vandens molekulių išdėstymas, nors ir ne membrana, galėjo veikti kaip fizinė barjeras tarp organinių molekulių ir jų aplinkos. Jie galėtų pasirinktinai paimti medžiagą iš savo aplinkos ir įtraukti juos į savo struktūrą.

Laboratorijoje buvo sintezuoti koacervatai. Jie gali selektyviai įsisavinti chemines medžiagas iš aplinkinio vandens ir įtraukti juos į savo struktūrą. Kai kuriuose koacervatuose yra fermentų, kurie nukreipia specifinę cheminės reakcijos rūšį.

Kadangi jiems trūksta aiškios membranos, niekas teigia, kad coacervates yra gyvi, tačiau jie turi tam tikrą gyvenimą kaip simbolių. Jie turi paprastą, bet nuolatinę organizaciją. Jie gali išlikti tirpale ilgą laiką. Jie gali padidinti savo dydį.

ii) Mikrosferos:

Kita hipotezė yra ta, kad ankstyvoji proto ląstelė galėjo būti mikrosfera. Mikrosfera yra negyvi organinių makromolekulių rinkiniai su dvigubo sluoksnio išorine riba. Sąvoka „mikrosfera“ buvo suteikta Sidnėjus Fox (1958-1964).

Sidney Fox parodė sugebėjimą kurti mikrogrupes iš proteinoidų. Proteinoidai yra baltymų tipo struktūros, susidedančios iš šakotųjų aminorūgščių grandinių. Proteinoidai susidaro aminorūgščių dehidratacijos sintezėje 180 ° C temperatūroje. „Fox“ iš Majamio universiteto parodė, kad įmanoma pavienes aminorūgštis sujungti į proteinoidų polimerus. Jis taip pat parodė gebėjimą kurti iš šių proteinoidų mikrosferas.

„Fox“ pastebėjo mažus sferinius ląstelinius vienetus, atsiradusius dėl proteinoidų agregacijų. Šie molekuliniai agregatai buvo vadinami proteinoidinėmis mikrosferomis. Pirmieji nešūniniai gyvenimo būdai galėjo atsirasti 3 milijardus metų. Jie būtų buvę milžiniškos molekulės (RNR, baltymai, polisacharidai ir tt).

Mikrosferos gali būti susidariusios, kai proteinoidai dedami į verdantį vandenį ir lėtai leidžiama atvėsti. Kai kurios proteinoidinės medžiagos sukuria dvigubos ribos struktūrą, kuri uždaro mikrosferą. Nors šiose sienose nėra lipidų, jie pasižymi tam tikromis membranos savybėmis ir siūlo ląstelių membranos struktūrą.

Mikrosferos patenka arba susitraukia, priklausomai nuo aplinkinio tirpalo osmotinio potencialo. Jie taip pat rodo vidinį judėjimą (srautą), panašų į tą, kurį parodo ląstelės, ir yra kai kurių proteinoidų, kurie veikia kaip fermentai. Naudojant ATP kaip energijos šaltinį, mikrosferos gali nukreipti polipeptidų ir nukleino rūgščių susidarymą. Jie gali sugerti medžiagą iš aplinkinės terpės.

Jie turi judrumo, augimo, dvejetainio dalijimosi į dvi daleles gebėjimą ir dauginimosi ir sugebėjimo sugebėjimą. Paviršiumi jų jaunikliai panašūs į bakterijų ir grybų.

Pasak kai kurių tyrėjų, mikrogrupės gali būti laikomos pirmosiomis gyvomis ląstelėmis.

2. Prokariotų kilmė:

Prokariotai buvo kilę iš proto ląstelių maždaug 3, 5 mlrd. Metų jūroje. Atmosfera buvo anaerobinė, nes atmosferoje nebuvo deguonies. Prokariotai neturi branduolinės membranos, citoskeleto ar sudėtingų organelių. Jie padalijami pagal dvejetainį dalijimąsi. Kai kurios seniausios žinomos iškastinės ląstelės atsiranda kaip stromatolitų dalys. Šiandien stromatolitai susidaro iš nuosėdų ir fotosintetinių prokariotų (daugiausia gijinės cinobakterijos - mėlynos žaliavos).

3. Mitybos režimų raida:

i) Heterotrofai:

Ankstyviausi prokariotai greičiausiai įgijo energiją, fermentuodami organines molekules iš jūros sultinio, be atmosferos deguonies (sumažindami atmosferą). Jie reikalavo paruoštos organinės medžiagos kaip maistas, todėl jie buvo heterotrofai.

ii) Autotrofai:

Dėl sparčiai didėjančio heterotrofų skaičiaus jūros vandens maistinė medžiaga pradėjo išnykti ir palaipsniui išnyko. Tai lėmė autotrofų evoliuciją. Šie organizmai galėjo gaminti savo organines molekules chemosintezės arba fotosintezės būdu.

a) Chemoautotrofai:

Temperatūros kritimas sustabdė organinių molekulių sintezę jūros vandenyje. Kai kurie ankstyvieji prokariotai buvo paversti chemoautotrofais, kurie paruošė ekologišką maistą, naudodamiesi tam tikromis neorganinėmis cheminėmis reakcijomis išsiskiriančia energija. Šie anaerobiniai chemoautotrofai buvo panašūs į dabartines anaerobines bakterijas. Jie išskiria CO ₂ atmosferoje.

b) Photoautotrophs:

Chlorofilo molekulės evoliucija leido tam tikriems protoceliams naudoti šviesos energiją ir sintezuoti angliavandenius. Tai buvo anaerobiniai fotoautotrofai. Jie nenaudojo vandens kaip vandenilio šaltinio. Jie buvo panašūs į dabartines sieros bakterijas, kuriose vandenilio sulfidas padalintas į vandenilį ir sierą. Vandenilis buvo naudojamas maisto gamyboje, o siera buvo išleista kaip atliekų produktas.

Aerobiniai fotoautotrofai naudojo vandenį kaip vandenilio ir anglies dioksido šaltinį kaip anglies šaltinį, kad sintetintų angliavandenius saulės energijoje. Pirmieji aerobiniai fotoautotrofai buvo mėlynos dumblių panašios formos, kurios turėjo chlorofilo. Jie išleidžia deguonį atmosferoje kaip fotosintezės produktą. Pagrindinis genetinio variacijos šaltinis buvo mutacija.

Deguonies revoliucija:

Didėjant fotoautotrofų skaičiui, jūroje ir atmosferoje išsiskyrė deguonis. Laisvas deguonis, nei reagavo su metanu ir amoniaku, esančiu primityvioje atmosferoje, ir metaną bei amoniaką pavertė anglies dioksidu ir laisvu azotu.

CH ₄ + 20 ₂ ————-> CO ₂ + 2H ₂ O

4NH3 + 3O2 ———–> 2N2 + 6H2O

Seniausias iškastas, priklausantis mėlynoms žaliavoms, vadinamas Archaeospheroides barbertonensis, kuris yra 3, 2 milijardo metų. Deguonies išskyrimo prokariotai pirmą kartą pasirodė prieš 2, 5 mlrd. Metų.

4. Ozono sluoksnio susidarymas:

Kadangi deguonis susikaupė atmosferoje, ultravioletinė šviesa pakeitė dalį deguonies į ozoną.

2O2 + O2 ———-> 2O3

Ozonas atmosferoje sudarė sluoksnį, blokuodamas ultravioletinę šviesą ir paliekant matomą šviesą kaip pagrindinį energijos šaltinį.

5. Eukariotų kilmė:

Eukariotai išsivystė iš primityvių prokariotinių ląstelių prieš maždaug 1, 5 mlrd. Metų. Yra du požiūriai į eukariotų kilmę.

i) Simbiotinė kilmė:

Pasak Bostono universiteto Margulio (1970-1981), kai kurios anaerobinės plėšrūnų ląstelės užsikimšdavo primityvias aerobines bakterijas, bet jos ne virškino. Šios aerobinės bakterijos įsitvirtino šeimininkų ląstelėse kaip simbionai. Tokios plėšrūnų ląstelės tapo pirmosiomis eukariotų ląstelėmis.

Prievartos ląstelės, kurios sulaikė aerobines bakterijas, išsivystė į gyvūnų ląsteles, o tos, kurios sulaikė ir aerobines bakterijas, ir mėlynai žalias dumblius, tapo eukariotinėmis augalų ląstelėmis. Aerobinės bakterijos įsitvirtino kaip mitochondrija ir mėlynos dumbliai kaip chloroplastai.