Moderne syn på kemisk og biologisk udvikling

Moderne syn på kemisk og biologisk udvikling!

Ifølge denne teori opstod livet på den tidlige jord gennem fysisk-kemiske processer af atomer, der kombinerer for at danne molekyler, idet molekylerne igen reagerer for at producere uorganiske og organiske forbindelser.

Organiske forbindelser interagerer for at producere alle typer af makromolekyler, som organiseres til at danne det første levende system eller celler.

Således udledes ifølge denne teori 'liv' på vores jord spontant fra ikke-levende materie. Første uorganiske forbindelser og derefter organiske forbindelser blev dannet i overensstemmelse med stadigt skiftende miljøforhold. Dette kaldes kemisk udvikling, som ikke kan forekomme under de nuværende miljøforhold på jorden. Betingelser egnet til livets oprindelse eksisterede kun på primitiv jord.

Oparin-Haldane-teorien kaldes også kemisk teori eller naturalistisk teori

Moderne synspunkter vedrørende livets oprindelse omfatter kemisk udvikling og biologisk udvikling:

1. Kemisk Evolution:

(i) Atomfasen:

Tidlige jorder dårlige utallige fri atomer af alle disse elementer (fx hydrogen, ilt, kulstof, nitrogen, svovl, fosfor osv.), Som er essentielle for dannelsen af ​​protoplasma. Atomer blev adskilt i tre koncentriske masser i overensstemmelse med deres vægte, (a) De tyngste atomer af jern, nikkel, kobber mv blev fundet i midten af ​​jorden, (b) natriumvægtige atomer af natrium, kalium, silicium, magnesium, aluminium, fosfor, chlor, fluor, svovl osv. blev samlet i jordens kerne, (c) de letteste atomer af nitrogen, hydrogen, oxygen, carbon etc. dannede den primitive atmosfære.

(ii) Oprindelse af molekyler og simple uorganiske forbindelser:

Fri atomer kombineret til dannelse af molekyler og simple uorganiske forbindelser. Hydrogenatomer var mest talrige og mest reaktive i primitiv atmosfære. Første hydrogenatomer kombineret med alle oxygenatomer for at danne vand og efterlader ingen fri ilt. Således reducerede primitiv atmosfære atmosfæren (uden fri oxygen) i modsætning til den nuværende oxiderende atmosfære (med frit oxygen). Hydrogenatomer kombineres også med nitrogen, der danner ammoniak (NH3). Så vand og ammoniak var sandsynligvis de første sammensatte molekyler af primitiv jord.

(iii) Oprindelse af simple organiske forbindelser (monomerer):

Den primitive atmosfære indeholdt gasser som CO ₂, CO, N, H ₂ osv. Stoffets nitrogen og kulstof kombineret med metallatomer, der danner nitrider og carbider. Vanddamp og metalliske carbider omsættes til dannelse af den første organiske forbindelse, methan (CH4). Senere dannedes hydrogencyanid (HCN).

Torrential regner skal være faldet:

Da vandet skyndte sig ned, måtte det være opløst og transporteret salte og mineraler og i sidste ende akkumuleret i form af oceaner. Således indeholdt gamle oceaniske vand store mængder opløst NH3, CH4, HCN, nitrider, carbider, forskellige gasser og elementer.

De tidlige forbindelser vekselvirkede og producerede enkle organiske forbindelser som simple sukkerarter (f.eks. Ribose, deoxyribose, glucose osv.), Nitrogenholdige baser (f.eks. Puriner, pyrimidiner), aminosyrer, glycerol, fedtsyrer osv. Nogle eksterne kilder skal har handlet på blandingen til reaktioner. Disse eksterne kilder kan være (i) solstråler som ultraviolet lys, røntgenstråler mv. (Ii) energi fra elektriske udladninger som lynnedslag, (iii) høje energistråler er andre energikilder (sandsynligvis ustabile isotoper på den primitive jord). Der var ikke noget ozonlag i atmosfæren.

Det oceaniske vand rig på blanding af organiske forbindelser blev betegnet af JBS Haldane (1920) som "varm fortyndet suppe af organiske stoffer". Den 'varme fortyndede suppe' kaldes også præbiotisk suppe '. Således blev scenen sat til kombination af forskellige kemiske elementer. Når de organiske molekyler er blevet dannet, akkumuleres de i vand, fordi deres nedbrydning var ekstremt langsom i fravær af nogen livs- eller enzymkatalysatorer.

Eksperimentel Bevis for Abiogen Molekylær Evolution af Livet:

Stanley Miller i 1953 viste klart, at ultraviolet stråling eller elektriske udladninger eller varme eller en kombination af disse kan producere komplekse organiske forbindelser fra en blanding af methan, ammoniak, vand (vandstrøm) og hydrogen.

Miller cirkulerede fire gasser-methan, ammoniak, hydrogen og vanddamp i et lufttæt apparat og passerede elektriske udladninger fra elektroder ved 800 ° C. Han passerede blandingen gennem en kondensator. Han cirkulerede gassen kontinuerligt på denne måde i en uge og analyserede derefter væskens kemiske sammensætning inde i apparatet. Han fandt et stort antal simple organiske forbindelser, herunder nogle aminosyrer, såsom alanin, glycin og asparaginsyre. Miller viste sig, at organiske forbindelser var grundlaget for livet.

Andre stoffer, såsom urea, hydrogencyanid, mælkesyre og eddikesyre var også til stede. I et andet forsøg cirkulerede Miller blandingen af ​​gassen på samme måde, men han passerede ikke den elektriske udladning. Han kunne ikke få det betydelige udbytte af de organiske forbindelser. Senere har mange efterforskere syntetiseret et stort udvalg af organiske forbindelser, herunder puriner, pyrimidiner og simple sukkerarter. Det anses at de væsentlige "byggesten" som nukleotider, aminosyrer osv. Af levende organismer kunne have dannet på primitiv jord.

(iv) Oprindelse af komplekse organiske forbindelser (polymerer):

En række aminosyrer, fedtsyrer, kulbrinter, puriner og pyrimidinbaser, enkle sukkerarter og andre organiske forbindelser akkumuleret i de gamle have. I den primære atmosfære kunne elektrisk udladning, lyn, solenergi, ATP og polyphosphater have givet energikilden til polymeriseringsreaktioner af organisk syntese. SW Fox viste, at hvis en næsten tør blanding af aminosyrer opvarmes, syntetiseres polypeptidmolekyler.

Tilsvarende simple sukkerarter kunne danne polysaccharider, og fedtsyrer kunne kombinere for at producere fedtstoffer. Aminosyrer kunne danne proteiner, når andre faktorer var involveret. Således kombineres de små enkle organiske molekyler til dannelse af store komplekse organiske molekyler, fx aminosyreenheder, der er forbundet til dannelse af polypeptider og proteiner, enkle sukker enheder kombineret til dannelse af polysaccharider, fedtsyrer og glycerol forenet til dannelse af fedtstoffer, sukkerarter, nitrogenholdige baser og phosphater kombineret til nukleotider, som polymeriseres i nukleinsyrer i de gamle oceaner.

2. Biologisk Evolution:

For livets oprindelse er der mindst tre forudsætninger:

(a) Der skal have været en forsyning af replikatorer, dvs. selvproducerende molekyler.

(b) Kopiering af disse replikatorer skal have været genstand for fejl ved mutation.

c) Reproduktionssystemet skal have krævet en kontinuerlig forsyning af fri energi og delvis isolation fra det generelle miljø.

Den høje temperatur i tidlig jord ville have opfyldt kravet om mutation.

Oprindelse af præbiotiske molekyler:

Den tredje betingelse, delvis isolering, er opnået inden for aggregater af kunstigt dannede præbiotiske molekyler. Disse aggregater kaldes protobionter, som kan adskille kombinationer af molekyler fra omgivelserne. De opretholder et internt miljø, men kan ikke reproducere. To vigtige protobionter er coacervates og mikrosfærer.

koacervater:

Oparin (1924) observerede, at hvis en blanding af et stort protein og et polysaccharid rystes, dannes koacervater. Coacervaterne indeholder primært proteiner, polysaccharider og noget vand. Oparin's coacervates viser også en simpel form for metabolisme. Da disse coacervates ikke har lipid ydre membraner, kan de derfor ikke reproducere. Således opfylder de ikke kravet om sandsynlige livsforløbere.

Mikrosfærer:

Når blandinger af kunstigt producerede organiske forbindelser blandes med køligt vand, dannes der mikrosfærer. Hvis blandingen indeholder lipider, består overfladen af ​​mikrosfærerne af et lipid-dobbeltlag, der minder om (husker ting fra fortiden) til lipid-dobbeltlaget af cellemembraner. Sydney Fox (1950) opvarmede en blanding af 18 ammo syrer til temperaturer på 130 til 180 ° C. Han opnåede stabile proteiner som makromolekyler, som han kaldte protenoider.

Når protenoidmaterialet blev afkølet og undersøgt under mikroskop, observerede Fox små sfæriske cellelignende enheder, der var opstået fra aggregeringer af protenoider. Disse molekylære aggregater blev kaldt protenoide mikiospheier. De første ikke-cellulære former for liv kunne have stammer fra 3 milliarder år tilbage. De ville have været gigantiske molekyler (RNA, Proteiner og Polysaccharider osv.).

Fysiske egenskaber ved protenoide mikrosfærer:

De var sfæriske mikroskopiske med ca. 1 til 2 (i diameter, svarende til størrelsen og formen af ​​coccoid bakterier.

Strukturelle egenskaber af protenoide mikrosfærer:

Under elektronmikroskop er der observeret koncentriske dobbeltlagede grænser omkring dem, gennem hvilke der forekommer diffusion af materiale. De har evnen til bevægelighed, vækst, binær fission i to partikler og reproduktionskapacitet ved udflod og fragmentering. Overfladisk ligner deres spirende med bakterier og svampe.

Enzymlignende aktiviteter af protenoide mikrosfærer:

De har vist sig at have katalytisk aktivitet, såsom nedbrydning af glucose. Denne enzymatiske aktivitet af protenoide mikrosfærer fjernes delvist under opvarmning.

Den største ulempe i protenoidmikrosfærerne er, at de har begrænset mangfoldighed. Således forbliver mekanismen for partiel isolering, der fører til oprindelsen af ​​protobioner, stadig uløst.

Da både protein og nukleinsyrer (sammen med andre enklere stoffer) er nødvendige for at udvikle og reproducere organismer, som lever i dag, er et indlysende spørgsmål, hvilket af disse stoffer opstod først? Der er ikke noget klart svar til rådighed.

RNA første model:

I de senere år er bevis for, at RNA er materiale af først dannet gen (Woese, 1967, Crick 1968, Orgel 1973, 1986 Watson et al 1986, Darnell et al 1986). Således kan RNA have været den første polymer, og en eller anden form for revers transkription kan have givet anledning til DNA og RBA, og DNA begyndte at kontrollere proteinsyntese.

Hvorfor RNA og ikke DNA var det første levende molekyle?

Enzymatiske aktiviteter af RNA-molekyler opdages konstant, men ingen enzymatisk aktivitet er nogensinde blevet tilskrevet DNA. Endvidere syntetiseres ribose mere end deoxyribose under stimulerede præbiotiske tilstande. Et selektivt fordelagtigt RNA-molekyle ville være en, som leder syntesen af ​​protein, der accelererer replikationen af ​​særligt RNA (dvs. RNA-polymerase).

RNA'er kunne have katalyseret dannelsen af ​​lipidlignende molekyler, som igen kunne have dannet plasmamembran og proteiner. Proteinerne kan have overtaget de fleste enzymatiske funktioner, fordi de er bedre katalysatorer end RNA'er. Hvis de første celler brugte RNA som deres arvelige molekyle, udviklede DNA fra en RNA-skabelon. Når cellerne har udviklet sig, erstatter DNA sandsynligvis RNA i de fleste organismer.

Dannelse af de tidligste celler:

(i) De første levende organismer stammer fra organiske molekyler og i oxygenfri atmosfære (reducerende atmosfære). De formodede formentlig energi ved fermentering af nogle af disse organiske molekyler. De var anaerobe, i stand til åndedræt i fraværelse af ilt. De var afhængige af de eksisterende organiske molekyler til deres ernæring, og de var dermed heterotrofer.

(ii) Når udbuddet af eksisterende organiske molekyler var opbrugt, kunne nogle af heterotroferne have udviklet sig til autotrofer. Disse organismer var i stand til at producere deres egne organiske molekyler ved kemosyntese eller fotosyntese.

(a) kemosyntese:

De organismer, der udfører kemosyntese, kaldes chemoautotrophs. De var anaerobe. Chemoautotrophs udviklede evnen til at syntetisere organiske molekyler fra uorganiske råmaterialer. En sådan ernæringstilstand er til stede selv nu i nogle bakterier, f.eks. Svovlbakterier, jernbakterier, nitrificerende bakterier.

(b) fotosyntese:

De fotosyntetiske organismer, fotoautotroferne, udviklede pigmentet chlorophyll ved kombination af enkle kemikalier. De lavede økologisk mad ved at bruge solenergi fanget ved hjælp af klorofyl. De manglede de biokemiske veje til at producere ilt. De var stadig anaerobe og udnyttede hydrogen fra andre kilder end vand.

På et senere tidspunkt udviklede oxygenudgivende fotosyntetiske organismer. Disse lignede de eksisterende blågrønalger (cyanobakterier). De brugte vand til at få hydrogen og frigivet ilt. Tilsætning af O2 til atmosfæren begyndte at oxidere metan og ammoniak, som begyndte at forsvinde.

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H20

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H20

Livet var til stede på jorden omkring 3, 9 milliarder år siden. Imidlertid er de ældste mikrofossiler, der hidtil er opdaget, de fotosyntetiske cyanobakterier, der forekom 3, 3-3, 5 milliarder år siden.

Dannelse af ozonlag:

Som ilt akkumuleret i atmosfæren ændrede det ultraviolette lys noget tifoxygen til ozon.

2O2 + 02 → 2O3

Ozonet dannede et lag i atmosfæren og blokerede det ultraviolette lys og forlod det synlige lys som hovedkilden til energi.

Oprindelse af eukaryote celler (rigtige nukleare celler):

Aerob åndedræt udviklede tilstrækkeligt ilt i den primitive atmosfære. Prokaryoterne ændres gradvist for at tilpasse sig efter nye forhold. De udviklede en ægte kerne og andre specialiserede celleorganeller. Således opstod frie levende eukaryote cellelignende organismer i Ancierit Ocean formentlig omkring 1, 5 milliarder år siden. Primitive eukaryoter førte til udviklingen af ​​protister, planter, svampe og dyr.

Resumé af hovedtrin i livets oprindelse i overensstemmelse med den moderne teori om livets oprindelse.