Заняття № 50

Тема. Гіпотези виникнення життя на планеті.

Мета: розглянути основні гіпотези виникнення життя на Землі.

Література: л.1. Загальна біологія: (Підруч. для учнів 10-11-х кл. серед. загальноосвіт. шк.) / М.Є. Кучеренко та ін. –К.: Генеза, 2000. - 464 с. §88

План

1. Креаціонізм.

2. Теорія стаціонарного стану.

3. Теорія панспермії.

4. Теорія хімічної еволюції.

Проблема виникнення життя та пізнання його суті здавна хвилювала не лише вчених, але й широкі верстви населення. Існують чотири групи теорій, які пояснюють появу життя на Землі.

1. Основним положенням будь-якої креаціоністської теорії є поява життя внаслідок надзвичайної божественної події.

2. Основою теорії стаціонарного стану є положення про те, що Земля є вічною. Вона існувала завжди, і також завжди на ній існувало життя. Ця теорія припускає вимирання видів, але вважає що нові види не утворюються. А відсутність решток існуючих видів у осадових породах давніх епох пояс-нюється незначною чисельністю цих видів у ті епохи.

3. Сучасні біогенні погляди мають назву «гіпотези панспермії» (від грец. пан – усе та сперматос – насіння). Вперше на початку ХХ сторіччя її сформулював видатний шведський фізик С. Арреніус, а розвинув українсь-кий вчений В.І. Вернадський.

Суть цієї гіпотези полягає в наступному: спори прокаріот можуть, не втрачаючи здатності до відновлення життєдіяльності, витримувати перебу-вання у вакуумі при температурах, близьких до абсолютного нуля (- 273^оС), жорстке радіаційне та ультрафіолетове випромінювання, тобто умови кос-мічного простору. Вони легко досягають верхніх шарів атмосфери і завдяки мізерній власній масі можуть звідти потрапляти у відкритий космос. Отже, в космосі присутні спори прокаріот, які безперервно потрапляють на планети. У сприятливих умовах із них виходять активні форми прокаріот різних видів. В подальшому еволюція таких первинних видів.

4. Найбільш обґрунтованими є теорії, які пояснюють виникнення життя шляхом хімічної еволюції з неорганічних речовин. Існує кілька варіантів цих гіпотез.

У 20- роках ХХ сторіччя російський учений О. І. Опарін та англійський – Д. Холдейн сформулювали біохімічну гіпотезу виникнення життя.

За геологічними даними, літосфера, гідросфера та атмосфера сформу-вались понад 4 млрд. років тому.

На думку О. І. Опаріна та Д. Холдейна, біологічній еволюції пере-дувала хімічна еволюція органічних речовин, яка тривала протягом кількох сотень мільйонів років аж до часу виникнення життя (3, 8 млрд. років тому).

Процес виникнення життя на Землі пройшов кілька етапів.

Перший етап. Формування вуглеводневих сполук та їхніх похідних: ато-ми Карбону з’єднувалися між собою й утворювали ланцюги різної довжини. Це початкові ланки в еволюційній низці більш складних органічних сполук, до якої входять жири, прості вуглеводні й амінокислоти. Найпростіший пре-дставник вуглеводнів – метан. Первинна літосфера, гідросфера й атмосфера були буквально насичені вуглеводнями. Умови, які існували на Землі в той час: сильні теплові й радіаційні процеси, ультрафіолетові випромінювання та інші, - спричиняли їхні ускладнення. Основні процеси першого етапу –синтез із неорганічних попередників і накопичення органічних речовин.

Другий етап. Первинну атмосферу, яка склалася, головним чином, з амо-ніаку, метану, водню, вуглекислого газу та водяної пари (у ній не було кис-ню), пронизували велетенські блискавки. Під дією цих сильних електричних розрядів із суміші газів стали утворюватись амінокислоти. Разом зі зливними потоками амінокислоти потрапляли на Землю до первородного океану, яким була покрита майже вся молода планета. Після цього амінокислоти взаємодіяли між собою й утворювали білки. Аналогічно утворювалися й інші біополімери.

Третій етап. Виникнення передклітинних структур із поліпептидів і полінуклеотидів. Важливу роль у цьому процесі відігравали коагуляти (згу-стки в колоїдних розчинах), або, як їх іще називають коацервати. Вони здатні поглинати з навколишнього середовища й накопичувати хімічні сполуки. Усередині них може здійснюватися синтез нових сполук. Від механічних по-шкоджень або після накопичення певної маси роздроблюються усе це могло слугувати «прообразом» процесів обміну речовин, росту, розмноження, на-слідком чого було формування перших живих організмів.

У 1953 р. американський хімік С. Міллер провів експеримент, котрий, як уважалося тоді, вирішував питання про те, яким чином виникло життя на Землі. У герметичному скляному приладі вчений відтворив умови, які були характерні для первісної планети. Через газову суміш, яка вміщувала метан, амоніак і водень, Міллер пропускав електричні розряди, а воду на дні при-ладу нагрівав, імітуючи стародавній океан. Через кілька днів дослідник вия-вив у колбі наявність амінокислот. Експерименти Міллера довели можли-вість абіогенного синтезу важливих для життя молекул.

Яка молекула була першою – білок чи нуклеїнова кислота? Суперечка біохіміків, еволюціоністів та інших учених навколо цієї проблеми нагадує знайому дискусію: «Що було раніше курка чи яйце?».

Як відомо, білок не може бути синтезований у живій клітині з аміно-кислот без контролю з боку нуклеїнових кислот, які несуть інформацію про структуру всіх білків певного гену. Разом з тим, нуклеїнові кислоти можуть реплікуватися лише за наявності білків-ферментів (полімераз, лігаз).

1989 р. американські біохіміки Т. Чек і С. Альтман знайшли певний клас РНК, здатних до самокаталізу своєї реплікації (аутосплайсінг). Таким чином, певні види РНК можуть виконувати двійну функцію – генну та каталізатора подвоєння цього гена, тобто бути і «яйцем» і «куркою» одночасно. Згідно з цими фактами виникли гіпотези, наприклад У. Гілберта (США), що перші земні організми складались із простих молекул РНК, які самовідтворюва-лись. Поступово такі організми набули здатності синтезувати білки і ліпіди, що формують разом мембрану, допомогли виникнути клітинним структурам.