После своего возникновения Земля представляла знойную и горячую сферу без жизни. Спустя же 4,5 миллиарда лет фауна и флора оказались представлены многочисленными формами ныне живущих организмов.
Основные этапы абиогенеза
Абиогенез биогенез зарождения жизни теории. Биогенезу, в котором жизнь возникает в результате размножения другой жизни, предположительно предшествовал абиогенез, который стал невозможным, как только атмосфера Земли приняла свой нынешний состав. Сторонники теории биогенеза (от греч. bios — «жизнь» и genesis — «происхождение») считают, что все живое происходит от живого, тогда как сторонники абиогенеза (греч. a — частица отрицания и «биогенез») считают возможным происхождение живого из неживой материи. Исследователи предполагают, что абиогенез происходил не на Земле, а источник генетического разнообразия не обусловлен выбором мутаций. До биогенеза общепринятой теорией, объясняющей происхождение живых существ, был абиогенез.
БИОГЕНЕЗ: ХАРАКТЕРИСТИКА И ТЕОРИЯ - БИОЛОГИЯ - 2024
В 1864 г. Луи Пастер наконец огласил результаты своих научных экспериментов. В серии экспериментов, подобных тем, которые были выполнены ранее Нидхэмом и Спалланцани, Пастер продемонстрировал, что жизнь не возникает в областях, которые не были загрязнены существующей жизнью. Эмпирические результаты Пастера были резюмированы фразой Omne vivum ex vivo, Латинское для «все живое [есть] от жизни». Смотрите также.
Таковы первые научные хотя и чрезвычайно наивные по современным меркам взгляды не абиогенез. Однако именно они вдохновили множество других, более сложных гипотез, и в самом скором времени — один простой эксперимент, ставший легендарным. В 1952 году совсем юный и не слишком успешный аспирант Стенли Миллер под руководством нобелевского лауреата Гарольда Юри решил воссоздать в лаборатории условия на юной Земле. Для этого потребовались всего лишь две запаянные колбы, две трубки, нагреватель и генератор электрических разрядов. За считанные часы и дни из метана, воды, водорода, аммиака и угарного газа самых что ни на есть неорганических соединений экспериментаторы получили целый ряд аминокислот — тех самых, из которых состоят все белки. Однако сейчас понятно, что эффектный и чрезвычайно удачный эксперимент Миллера—Юри не воспроизводит условия на ранней Земле.
Первичная атмосфера не была настолько восстановительной и имела другой газовый состав. Значит, и простого образования аминокислотного коктейля на ней скорее всего не происходило. Тот стремился вывести простую методологию Миллера и Юри «нагреть и посмотреть, что выйдет» на следующий уровень и добиться самопроизвольной сборки белков из свободных аминокислот. Полученные протеиноиды Фокса обладали целым рядом удивительных свойств, в том числе ускоряли химические реакции, однако они очень мало походили на белки и едва ли были прародителями живой клетки. Тем временем биология перешла на новый уровень развития: в 1953 году мир узнал о структуре и механизмах работы ДНК — главного хранилища генетической информации и основе всего живого. Теперь исследователям абиогенеза приходилось разбираться еще и с самопроизвольным появлением этой уникальной биомолекулы… В итоге в рядах исследователей абиогенеза, который ранее казался простым и почти понятым процессом, наступил хаос и даже раскол. Возникли непримиримые конкурирующие лагери — сторонников первичности белков, ДНК или липидной мембраны и так далее.
Наступил кризис, однако, как это часто бывает в подобных ситуациях, кризис обернулся открывшимися возможностями. Пришло время новых смелых предположений и новых действующих лиц. Среди них Майкл Маршалл удостоил внимания Грэма Кернса-Смита , шотландского химика и художника с непростой судьбой. Кернс-Смит обратил внимание на хрупкость и капризность биологических молекул, которые даже в условиях лабораторной пробирки быстро разрушаются.
Этот этап завершается появлением молекулярно-генетических систем управления и естественного отбора. Вероятно, первичными нуклеиновыми кислотами были различные типы РНК, которые обеспечивали все матричные процессы; ДНК как основной носитель генетической информации возникла значительно позже. Появление первых биологических систем — пробионтов.
Опарин считал пробионтов еще неживыми существами, но его последователи считают их уже живыми. Вероятно, пробионты обладали уже всеми свойствами жизни, но системы гомеостаза и гомеореза еще не сформировались. Появление архебионтов по терминологии А. Опарина — протобионтов — предшественников современных организмов. Архебионты характеризовались наличием основных компонентов клетки: плазмалеммы, цитоплазмы и генетического аппарата. Существовали системы обмена веществ электрон—транспортные цепи и системы воспроизведения, передачи и реализации наследственной информации репликация нуклеиновых кислот и биосинтез белка на основании генетического кода. Формирование современных клеток и групп организмов: архебактерий, эубактерий, мезокариот и эукариот.
Первые три этапа рассматриваются как этапы предбиологической химической эволюции, а последние три этапа — как этапы биологической эволюции [1,3,4]. Концепции биогенеза Идеи биогенеза базируются, в первую очередь, на термодинамическом и экологическом подходах к определению границы между живым и неживым. Генетический и эволюционный подходы играют второстепенную роль, а биохимический подход практически игнорируется. Концепции биогенеза базируются на следующих положениях: 1. Живое и неживое есть два состояния материи. Ни одно из этих состояний не может быть выведено из другого. Такие теории называются физическими.
Основные свойства и признаки жизни: активное противостояние процессам разрушения термодинамические аспекты ; соподчинение биологических систем, наличие устойчивых динамических связей между биологическими объектами системные аспекты. Жизнь возникает не на Земле, а во Вселенной. Тогда биосфера Земли есть конкретное проявление живой части Космоса в земных условиях.
Однако необратимые процессы, а тем более живые системы, не могли быть удобно проанализированы с этой точки зрения, пока Ларс Онсагер , а позже Илья Пригожин не разработал элегантный математический формализм для рассмотрения «самоорганизации» материала под действием обобщенного химического потенциала.
Этот формализм стал известен как классическая необратимая термодинамика, и Пригожин был удостоен Нобелевской премии по химии в 1977 году «за свой вклад в неравновесную термодинамику , в частности теорию диссипативных структур. Анализ, проведенный Пригожиным, показал, что если системе дать возможность развиваться под наложенным внешним потенциалом, материал может спонтанно организоваться снизить свою энтропию , образуя то, что он назвал «диссипативными структурами», которые будут увеличить диссипацию внешнего навязанного потенциала увеличить производство глобальной энтропии. С тех пор неравновесная термодинамика успешно применялась для анализа живых систем, от биохимического производства АТФ до оптимизации бактериальных метаболических путей и завершенных экосистем. Текущая жизнь, результат абиогенеза.
С этим определением несколько разошлись хотя и следует тем же основным принципам , потому что разные учебники биологии определяют жизнь по-разному. Джеймс Гулд: Большинство словарей определяют жизнь как свойство, которое отличает живых от мертвых, и определяют мертвых как лишенных жизни. Эти необычно круглые и неудовлетворительные определения не дают нам ни малейшего представления о том, что у нас общего с простейшими и растениями. Это различие также можно найти в книгах о происхождении жизни.
Джон Касти дает одно предложение: По более или менее общему мнению, в настоящее время сущность считается «живой», если она способна выполнять три основных функциональных действия: метаболизм, самовосстановление и репликацию. Дирк Шульце-Макух и Луи Ирвин, напротив, проводят всю первую главу своей книги на эту тему. Ферментация Цикл лимонной кислоты Общая диаграмма химических реакций метаболизма в цикл лимонной кислоты можно распознать как кружок чуть ниже середины рисунка Альберт Ленингер примерно в 1970 году заявил, что ферментация, включая гликолиз, является подходящим примитивным источником энергии для зарождения жизни. Поскольку живые организмы, вероятно, впервые возникли в атмосфере, лишенной кислорода, анаэробная ферментация является самым простым и наиболее примитивным типом биологического механизма получения энергии из молекул питательных веществ.
Ферментация включает гликолиз, который довольно неэффективно преобразует химическую энергию сахара в химическую энергию АТФ.
Биогенез — определение, суть теории, примеры и сторонники
Стоит отметить, что абиогенез делится на несколько важных этапов, каждый из которых имеет свои определенные особенности. Таким образом, проблема биогенеза или абиогенеза, активно обсуждавшаяся и предшественниками, и современниками Дарвина, вряд ли может войти в круг тех направлений, синтез которых привел к становлению дарвинизма. Существует две основных концепции возникновения жизни на Земле: концепция абиогенеза и концепция биогенеза. Если поставить на одну чашу весов "абиогенез" и "биогенез", то вероятнее всего жизнь пришла на Землю из космоса, что упорно доказывает теория панспермии. Узнайте больше о значении абиогенеза и разнице между абиогенезом и биогенезом.
Разница между абиогенезом и биогенезом
Теперь исследователям абиогенеза приходилось разбираться еще и с самопроизвольным появлением этой уникальной биомолекулы. Приверженцы абиогенеза и биогенеза сходились во мнении, что кипячение воды убивало любые живые существа, которые могли в ней находиться. Абиогенез, автотрофность, биогенез, коацерваты, открытые системы, первичная атмосфера Земли.
Теория биогенеза и абиогенеза презентация
Луи Пастер 70-е годы XIX века Опыты Луи Пастера доказали несостоятельность позиций абиогенеза, утвердив идеи биогенеза. Все многообразие точек зрения ученых-материалистов о происхождении живого на Земле без участия божественной силы сводится к двум противоположным позициям: биогенезу и абиогенезу. Узнайте больше о значении абиогенеза и разнице между абиогенезом и биогенезом. Тем не менее, Томас Генри Хаксли выбрал термин «абиогенез» и переопределил биогенез до жизни, возникающей из существовавшей ранее жизни. Споры между сторонниками абиогенеза(происхождение живого от живого) и биогенеза(происхождение живого от неживого) продолжались в XVIII веке и в I половине XIX века. Хотя Левенгук сам не вступал в спор между сторонниками теорий биогенеза и абиогенеза, его наблюдения стимулировали новые исследования со стороны других ученых.
Определены вероятные условия абиогенного синтеза полипептидов на ранней Земле
Спонтанное возникновение жизни из неживой материи Различие между биогенезом и абиогенезом Основное различие между биогенезом и абиогенезом заключается в понимании того, откуда появилась жизнь на Земле. Биогенез утверждает, что жизнь возникла из живой материи, то есть из предшествующих организмов. Такая идея подтверждается современными научными открытиями и экспериментами, которые показывают, что жизнь может возникнуть только из жизни. Абиогенез же предполагает, что жизнь может возникнуть прямо из неживой материи, без участия живых организмов. Эта идея была популярна в прошлом, но с развитием науки и открытием законов биологии, абиогенез стал рассматриваться как маловероятное объяснение происхождения жизни. Чем отличаются основные идеи биогенеза и абиогенеза? Основная идея биогенеза заключается в том, что жизнь возникает только из жизни. Это подтверждается наблюдениями и экспериментами, которые показывают, что все живые организмы произошли от предшествующих живых организмов. Биогенез поддерживается научными доказательствами и является основой современной биологии. Абиогенез, в свою очередь, предполагает возможность возникновения жизни из неживой материи. Такая идея была популярна в прошлом, особенно вплоть до открытия микроорганизмов.
Однако с появлением новых знаний и технологий, большинство ученых отвергают абиогенез как несостоятельную теорию. В целом, различие между биогенезом и абиогенезом заключается в понимании происхождения жизни. Биогенез утверждает, что жизнь возникает только из жизни, в то время как абиогенез предполагает возможность возникновения жизни из неживой материи. Однако, биогенез является основным представлением в современной биологии и подтверждается множеством научных данных. Раздел 4: Доказательства биогенеза и абиогенеза Основное различие между абиогенезом и биогенезом заключается в представлении о том, как жизнь возникла. По теории абиогенеза жизнь возникла из неорганических веществ в результате химических реакций. Эта идея подразумевает, что жизнь может возникнуть естественным путем без участия живых организмов. С другой стороны, теория биогенеза гласит, что жизнь может возникнуть только из других живых организмов или живых компонентов. Существует множество доказательств и аргументов в пользу как абиогенеза, так и биогенеза. Некоторые ученые считают, что абиогенез мог быть основным механизмом возникновения жизни на Земле, и приводят в пример лабораторные эксперименты, в которых удалось создать простейшие жизненные формы из неорганических веществ.
Другие исследователи утверждают, что все жизненные формы, которые существуют сегодня, происходят от предшествующих живых организмов, и приводят в качестве доказательства фоссилии, генетические исследования и теорию естественного отбора.
Органические реакции разложения материи могут породить формы жизни, которые называются жизненной силой. Например, считалось, что крысы появились из загрязненных тканей, а лягушки - из грязи во влажной среде. Однако в настоящее время известно, что эта жизненная сила, по сути, является химической реакцией органических соединений.
Теория перестала иметь смысл в исследованиях ученого Франческо Рейде, который смог доказать, что личинки, обнаруженные в разлагающихся трупах, не возникли спонтанно. Из эксперимента с органическим веществом в процессе разложения Рейде удалось продемонстрировать, что найденные личинки произошли из яиц мух, которые приблизились к разлагающейся плоти. Защитники абиогенеза Аристотель, Исаак Ньютон, Святой Августин и Рене Декарт являются примерами философов и исследователей, которые верили и влияли на теорию абиогенеза.
Развитие представлений о происхождении жизни на Земле было разным на протяжении многих веков. Определение 1 Происхождение жизни означает появление наследуемого и эволюционирующего самовоспроизводства. Теория о происхождении жизни является темой биологии в 9 классе. Теория большого взрыва о происхождении Вселенной дала новые представления о теме биологической эволюции. Была выдвинута гипотеза о том, что сложные формы жизни на Земле, включая людей, возникли в течение определенного периода времени из простых бактерий, таких как крошечные клетки. Произошло это в результате процесса самоорганизации, сродни эволюции Вселенной путем самоорганизации простых материальных структур то есть фундаментальных частиц, созданных большим взрывом , до все более и более сложных структур. Существует несколько вариантов происхождения жизни.
Гипотеза стационарного развития Определение 2 Гипотеза стационарного развития — это теория, выдвинутая немецким физиологом XIX века Тьерри Уильямом Прейером. Согласно данной гипотезе, жизнь на Земле, как и сама наша планета, существовала всегда во Вселенной. Самой эволюции также не существовало, таким образом, Прейер и его сторонники постулировали вечную жизнь на Земле, возникновение всех видов одновременно. Виды живых существ не развивались, более того, они будут существовать в неизменном виде всегда. Меняется только численность популяции данных видов. Появление новых видов живых существ исключено. Эту теорию поддерживали ученый-естествоиспытатель Владимир Вернадский и зоолог Жорж Кювье. Вернадский поставил под сомнение абиогенез, как только начал создавать свою собственную концепцию биосферы. Он принял противоположную идею о неслучайности природы жизни в системе материальных и энергетических отношений в биосфере. Если иметь в виду фундаментальный уровень, то живая материя необходима для преобразования энергии в земные химические соединения.
Таким образом, Вернадский связал геологические и биологические явления и процессы причинно-следственными связями. Такой подход выводит законы биосферы на планетарный и даже космологический уровень. Однако в современной науке концепция Вернадского о вечности и космическом статусе живого материя практически неизвестна. Она по-прежнему стоит особняком, не влияя на развитие наук о Земле. Вернадский основывает концепцию биосферы на первоначальных эмпирических обобщениях. Они не требуют доказательств, потому что проистекают из всего многовекового научного опыта. Приведем их вкратце: никогда не было начала жизни, оно всегда передавалось путем биогенеза; на Земле никогда не было безжизненных геологических эпох; вся жизнь едина в своих основных свойствах; живая материя всегда определяла химическую среду поверхности планеты; количество атомов, захваченных живой материей в биосфере в любой данный момент, никогда не выходило за пределы средних значений, то есть постоянно; энергия, выделяемая живыми организмами, в основном является солнечной. Именно в вышеупомянутых заключительных книгах Вернадский считал, что законы природы неизменны. Если живая материя стимулирует движение химических соединений на поверхности планеты, то так было на протяжении всей ее геологической истории.
Что, в свою очередь, привело к самоорганизации первых примитивных форм жизни.
Об этом процессе многое известно. Но то, как именно информация кодируется в нуклеиновых кислотах ДНК и РНК , чтобы сформировать систему генетического наследования, и как все это трансформируется непосредственно в жизнь, остается загадкой. Другой, слегка неудобный для сторонников абиогенеза аспект заключается в том, что процесс этот, по-видимому, произошел в удивительно короткий промежуток времени. Эта теория требует, чтобы «первичный суп», из которого возникла самовоспроизводящаяся РНК, сформировался в течение 800 миллионов лет после стабилизации земной коры. Этот интервал времени, по мнению некоторых исследователей, слишком короткий. Несмотря на свои недостатки и нехватку конкретных данных, абиогенез — это компромисс. И единственная признанная наукой на сегодня гипотеза о происхождении жизни. Гипотеза панспермии, однако, оспаривает почти все аспекты этой теории. Гипотеза панспермии Авторы работы утверждают, что «жизнь попала на Землю с метеоритами и кометами. Как только условия на планете позволили бы ей выжить и развиваться.
Это произошло около 4,1 миллиарда лет назад. Живые организмы, такие как устойчивые к космическим условиям бактерии, вирусы, более сложные эукариотические клетки и, возможно, даже оплодотворенные яйцеклетки и семена растений непрерывно падали на Землю. До тех пор, пока условия на ней не позволили запуститься процессу биологической эволюции». Другими словами исследователи предполагают, что абиогенез происходил не на Земле. А основной источник генетического разнообразия не обусловлен выбором естественных полезных мутаций. И, скорее всего, жизнь появилась из-за «дождя» из внеземного живого вещества. Который способствовал горизонтальному переносу генов. Помимо этого, исследование также утверждает, что различные массовые эпидемии связаны с появлением вирусов из космоса и что внеземные ретровирусы спровоцировали кембрийский взрыв. В работе также высказывается предположение, что осьминог может быть инопланетным существом.
Абиогенез и биогенез: основные различия
Ссылки В теория биогенеза предлагает происхождение жизни, начиная с ранее существовавших живых существ. Он противостоит древним идеям самозарождения, когда живые организмы могли «рождаться» из неодушевленной материи - включая грязь, разлагающееся мясо и даже грязную одежду. Первые идеи, связанные с биогенезом, начали развиваться в 17 веке. Наиболее важные эксперименты, подтверждающие теорию биогенеза, были разработаны Франческо Реди и Луи Пастером. Откуда берутся живые организмы? Основная задача биологии - изучение жизни. По этой причине одним из самых захватывающих и интригующих неизвестных для биологов является выдвижение теорий и формулировка гипотез, раскрывающих, как возникло происхождение этого явления. Существует бесконечное количество теорий, которые пытаются разгадать эту загадку.
Ниже мы опишем две теории происхождения жизни, которые предшествовали теории биогенеза, чтобы получить историческую перспективу по этому вопросу. Теория особого творения Первоначально считалось, что жизнь была создана божественным творцом. Созданные формы были совершенными и неизменными. Это видение, основанное исключительно на религиозной мысли, стало перестать быть убедительным для исследователей того времени. Теория абиогенеза Позже была развита идея самозарождения или абиогенеза. Эта идея сохранялась учеными с греческих времен, а затем была видоизменена до 19 века. Было принято думать, что жизнь возникла из неживой материи.
Таким образом, идея возникновения жизни из неодушевленной материи получила название «самозарождение». Среди наиболее ярких постулатов теории - происхождение таких животных, как улитки, рыбы и земноводные, из грязи. Невероятно, но считалось, что мыши могли появиться из грязной одежды после того, как оставили их на улице примерно на три недели. То есть теория не ограничивалась происхождением жизни в древности. Это также предназначалось для объяснения происхождения современных органических существ, начиная с неодушевленных веществ.
Каковы сходства между абиогенезом и биогенезом?
В чем разница между абиогенезом и биогенезом? Даже после того, как Дарвин сосредоточился на происхождении видов, некоторые ученые пытались описать эволюцию с помощью абиогенеза. Гипотеза «Первозданного супа» 1924 г. Русский биохимик Александр Опарин предположил, что жизнь на Земле постепенно возникла из неживых веществ в результате последовательности химических реакций. Атмосферные газы примитивной земли были вызваны молнией и другими источниками энергии, чтобы вступить в реакцию друг с другом, образуя простые органические соединения мономеры. Эти соединения накапливались в «исконном бульоне» с высокими концентрациями в некоторых точках, таких как океанические жерла и береговые линии.
Последующая самосборка этих простых органических соединений сформировала сложные органические соединения полимеры , такие как углеводы и белки. Они, в свою очередь, могут сами организовываться в живые клетки. Рисунок 1: Александр Опарин справа в своей лаборатории Эксперимент Миллера-Юри 1953 Стэнли Миллер и Гарольд Юри провели эксперимент, пытаясь смоделировать условия примитивной земной атмосферы. На дне колбы кипятили воду, превращая ее в пар, а затем пар пропускали через устройство, соединяя с газами водорода, аммиака и метана. Полученную смесь подвергали искровому разряду 50 000 вольт. Затем смесь охлаждали и собирали образовавшееся смолообразное вещество.
Они нашли строительные блоки жизни, такие как аминокислоты, в смолоподобном веществе. Рисунок 2: Эксперимент Миллера-Юри Этот эксперимент продемонстрировал, как органические соединения образуются спонтанно; таким образом, он решительно поддерживает гипотезу об изначальном супе Опарина.
Подобные условия могли существовать 3,5 миллиона лет назад, когда считалось, что жизнь на Земле началась.
Абиогенез подробно описывает механизмы того, как это могло произойти. Материалы по теме: Луи Пастер: биография, изобретения, эксперименты и факты Абиогенез не спонтанное поколение Как абиогенез, так и спонтанное поколение предполагают, что жизнь может происходят из неживой материи, но детали двух совершенно разные. В то время как абиогенез является достоверной теорией, которая не была опровергнута, самопроизвольная генерация является устаревшей верой, которая, как было показано, неверна.
Эти две теории отличаются тремя основными способами. Теория абиогенеза утверждает, что: Теория самопроизвольной генерации утверждает, что: Раньше ученые верили в самозарождение, но сегодня даже широкая публика больше не верит, что мухи происходят из гнилого мяса, а мыши - из мусора. Некоторые ученые также задаются вопросом, является ли абиогенез действительной теорией, но они не смогли предложить лучшую альтернативу.
Теоретические основы абиогенеза Как могла зародиться жизнь, впервые предложил русский ученый Александр Опарин в 1924 году, а затем - британский биолог Дж. Холдейн в 1929 году. Оба предположили, что на ранней Земле была среда, богатая аммиаком, углекислым газом, водородом и углеродом, строительными блоками органических молекул.
Ультрафиолетовые лучи и молнии обеспечили энергию для химических реакций, которые позволили бы этим молекулам соединиться. Типичная цепочка реакций будет проходить следующим образом: Хотя теория представляла непротиворечивые и заслуживающие доверия концепции, некоторые из этапов оказались трудными для выполнения в лабораторных условиях, которые пытались имитировать те, что на ранней Земле.
Но сторонники спонтанного зарождения утверждали, что это не относится к микробам, и продолжали считать, что они могут возникать спонтанно. Попытки опровергнуть спонтанное зарождение жизни из неживого продолжались в начале 19 века наблюдениями и экспериментами Теодора Шванна.
В 1745 году Джон Нидхэм добавил куриный бульон в колбу и вскипятил его. Затем он дал ему остыть и стал ждать. Микробы выросли, и он предложил это как пример самозарождения. В 1768 году Лаззаро Спалланцани повторил эксперимент Нидхема, но удалил из колбы весь воздух.
Роста не произошло.
Абиогенез и биогенез - что это такое?
Одной из проблем при разработке научных моделей абиогенеза является объяснение того, как молекулы превращаются в клетки, которые стали самовоспроизводящимися. Гипотеза абиогенеза имеет много нерешенных проблем, различных взглядов на определенные этапы химической эволюции. Как биогенез, так и абиогенез – это теории на сегодня не подтвержденные экспериментально.