Теория жизни на земле из первичного бульона. Происхождение жизни из «первичного бульона. Ссылки и примечания

Советский биолог Александр Иванович Опарин в 1924 году создал теорию о возникновении жизни на нашей планете посредством химической эволюции углеродосодержащих молекул. Он ввел термин «первичный » для обозначения воды с высокой концентрацией подобных молекул.

Предположительно «первичный бульон» существовал 4 миллиарда лет назад в мелких водоемах Земли. Он состоял из воды, молекул азотистых оснований, полипептидов, и нуклеотидов. «Первичный бульон» образовался под влиянием космического излучения, высокой температуры и электрических разрядов.

Органические вещества возникали , водорода, и воды. Энергия для их образования могла быть получена от грозовых электрических разрядов (молний) или от ультрафиолетового излучения. А.И. Опарин предположил, что нитеобразные молекулы полученных могли сворачиваться и «склеиваться» друг с другом.

В лабораторных условиях ученым удалось создать подобие «первичного бульона», в котором успешно образовывались скопления белков. Однако не был решен вопрос о воспроизводстве и дальнейшем развитии коацерватных капель.

Теория академика Наточина подтверждается анализом содержания элементов в современных живых клетках. В них так же, как и в гейзерах, преобладают ионы К+.

В 2011 году японский Тадаси Сугавара сумел создать живую клетку в горячей минерализованной воде. Примитивные бактериологические образования – строматолиты и сейчас образуются в естественных условиях в гейзерах Гренландии и Исландии.

Общепринятой и единственной теории о происхождении жизни на Земле после восьмидесяти лети господства, наконец, выдвинута альтернативная гипотеза.

"Теория бульона" ("первичный бульон" - термин А.И.Опарина) была предложена еще в 1929 году, когда профессор Дж. Московский комсомолец.

Жизнь на Земле могла возникнуть не в океане, а в трещинах горных пород. Gzt.Ru 02.02.10 20:54
Уильям Мартин, один из авторов исследования, говорит, что по расчетам ученых насыщенный органическими веществами "бульон" в океане попросту не позволял бы первым клеткам получать достаточно энергии. Уильям Мартин, главный автор исследования.

Жизнь зародилась в горячих источниках на дне океана - BioEssays

МОСКВА, 4 фев - РИА Новости. Первые живые организмы могли возникнуть не в "первичном бульоне" из органических веществ, как считалось ранее, а на дне океана в гидротермальных источниках, пишут ученые из Великобритании и Германии в своей работе, опубликованной в электронной версии журнала BioEssays.

Предложенная в 20-е годы XX века теория "первичного бульона" гласит, что жизнь зародилась в ходе химической эволюции молекул, содержащих углерод, под действием ультрафиолета в своеобразном бульоне. Один из ее ключевых недостатков - отсутствие источника энергии, которая могла бы запустить такой процесс.

Новая гипотеза разрешает эту проблему. Доктор Ник Лейн (Nick Lane) из Университетского колледжа Лондона и его коллеги считают, что живые клетки использовали геохимический градиент - разницу в количестве энергии, возникающую в микроскопических отверстиях у гидротермальных источников на дне океана.

"Современные живые клетки унаследовали такой же размер протонного градиента и, что важно, такое же его направление: "плюс" снаружи, "минус" внутри, какой был у неорганических пузырьков, от которых они произошли", - сказал соавтор работы Джон Ален (John Allen), слова которого приводит пресс-служба колледжа.

Первые клетки производили АТФ, аденозинтрифосфаты, универсальный источник и переносчик энергии в клетке, используя энергию возникающих в источниках градиентов. Этот процесс, называемый хемиосмосом, сегодня используют все живые клетки, и, по словам ученых, они унаследовали его именно от тех первых клеток на дне океанов.

"Почти невозможно представить, как жизнь могла возникнуть без хемиосмоса. Пришло время отбросить "кандалы" брожения в каком-то "первичном бульоне" как источника "жизни без кислорода", идею, которая возникла до того, как кто-либо из биологов понял, как синтезируется АТФ", - отметил Лейн.

МК пишетет:
"
На протяжении восьмидесяти лет многие считали, что ранняя жизнь зародилась в "первичном бульоне" органических молекул перед эволюцией в океанах миллионы лет спустя. Знакомая всем по школьным учебникам "теория бульона" опровергнута!!! в новаторском исследовании, обнародованном в "BioEssays", где утверждается, что начало жизни дала химическая энергия Земли из гидротермальных источников на дне океана.

"Учебники утверждают, что жизнь возникла из органического «бульона», и что первые клетки стали результатом брожения этих органических веществ, давших энергию в форме АТФ-синтазы (фермента). Мы же предлагаем новый взгляд и убеждены, что старый подход не работает во всех ситуациях, - сказал руководитель исследовательской группы доктор Ник Лейн из Университетского колледжа в Лондоне. - Мы представляем альтернативу, по которой жизнь возникла из газов (H2, CO2, N2, H2S), а энергия для первой жизни пришла из использования геохимических градиентов, созданных Матерью-Землей в особого рода глубоководном гидротермальном источнике (жерле) – в лишь одном, который был пронизан крошечными взаимосвязанными отсеками или порами".

«Теория бульона» («первичный бульон» - термин русского академика А.И.Опарина, 1924 г. - Ред.) была предложена еще в 1929 году, когда профессор Дж. Б. С. Холдейн (J. B. S. Haldane) опубликовал свое, оказавшее влияние на многих эссе о происхождении жизни, где он утверждал, что УФ-излучение обеспечило энергию для преобразования метана, аммиака и воды в первые органические соединения в океанах ранней Земли. Однако критики теории «бульона» указали на то, что не существовало никакой движущей силы, заставляющей что-либо взаимодействовать; а без источника энергии, жизнь, как мы знаем, существовать не может.

"Несмотря на биоэнергетические и термодинамические недостатки, 81-летняя концепция «первичного бульона» остается "мейнстримной" гипотезой происхождения жизни, - сказал главный автор исследования, Уильям Мартин - эволюционный биолог из Института ботаники III (Insitute of Botany III) в Дюссельдорфе (Германия). – Однако «бульон» не имеет потенциала для производства витальной (жизненно важной) энергии для жизни".

Отвергая «теорию бульона» исследователи обратились к химии Земли с целью определить источник энергии, который мог питать первых примитивных предшественников живых организмов: геохимические градиенты через соты микроскопических естественных пещер в гидротермальных источниках. Эти каталитические клетки производили липиды, белки и нуклеотиды, которые, возможно, и привели к первым «настоящим» клеткам.

Команда сосредоточилась на идеях, инициированных геохимиком Майклом Дж. Расселом, точнее - на глубоководных щелочных жерлах в море, которые производят химические градиенты, очень похожие на те, что имеются практически во всех организмах, живущих в наши дни – трансмембранный протонный градиент. Ранние организмы, вероятно, использовали эти градиенты с помощью процесса, называемого хемиосмосом, в котором протонный градиент используется для синтеза универсальной энергетической "валюты", АТФ-синтазы (фермент), или более простых аналогов. Позже клетки эволюционировали для создания своего собственного протонного градиента путем переноса электрона от донора к акцептору. Ученые-авторы утверждают, что первым донором был водород, а первым акцептором - СО2.

"Современные живые клетки унаследовали одинаковый размер протонного градиента, и, самое главное, ту же ориентацию – внутри клетки – минус, снаружи – плюс – что и у неорганических пузырьков, из которых они возникли", говорит соавтор, Джон Аллен, биохимик из Лондонского университета королевы Марии.

"Термодинамические ограничения означают, что хемиосмос является строго необходимым для углеродного и энергетического метаболизма у всех организмов, которые растут из простых химических ингредиентов (автотрофии) в наши дни, и, предположительно у первых свободно живущих клеток, - сказал Лейн. - Мы рассмотрели то, как ранние клетки могли использовать геохимически созданную «силу», а затем научились производить и свою собственную".

Это была витальная транзиция (переход), поскольку хемиосмос является единственным механизмом, с помощью которого организмы могут вырваться из источников. "Причина того, что все сегодняшние организмы «хемиосмотичны» заключается в том, что они унаследовали хемиосмос от того времени и места, когда развились первые клетки – а развиться без него они не могли", - сказал Мартин.

"Не так уж и сложно понять, что активизировать раннюю жизнь было практически невозможно без хемиосмоса, - заключил Лейн. - Время сбросить оковы брожения в некоем первичном «бульоне», таком, как «жизнь без кислорода» - идея, которая относится к тому времени, когда кто-либо в биологии имел хоть какое-нибудь понимание того, как появилась АТФ-синтаза".
"

Сейчас в пользу точки зрения о том, что именно недра стали источником жизни, появился новый аргумент. Уильям Мартин, один из авторов исследования, говорит, что по расчетам ученых насыщенный органическими веществами «бульон» в океане попросту не позволял бы первым клеткам получать достаточно энергии!. Энергия!, необходимая для жизни, имеется только в недрах – точнее там имеется необходимый градиент энергии.

Как зародилась жизнь на нашей планете? Может быть, она появилась, как учит религия, в одночасье, в результате Божественного акта творения? Но, возможно, её зародыши были занесены из космоса? Или жизнь возникла из соединения простых органических молекул в результате сложных физико-химических процессов, бушевавших миллиарды лет назад на пустынной Земле?

За миллиард лет до нашей эры

ВОБР - это событие, произошедшее на Земле 470 миллионов лет назад, в ордовикский период. Заключалось оно в том, что за очень короткий (в геологическом отношении) промежуток времени число видов, населявших первобытный океан, увеличилось во много раз. Новые виды сильно потеснили старые, населявшие океан в предыдущий, кембрийский период, а затем некоторые из этих новых видов выбрались на сушу.

Так на суше и появились первые растения - мхи и лишайники, первые животные - членистоногие. И началась стремительная эволюция наземных видов, приведшая в итоге к появлению человека.

Но «историческое значение» (как писали раньше в учебниках) ВОБР заключается не только в этом. Великое ордовикское биологическое разнообразие, случившееся 470 миллионов лет назад, представляет собой одну из величайших научных загадок - ведь ни до него, ни после не происходило подобной «биологической революции».

Вулканы или метеориты?

В начале исследования ВОБР учёные полагали, что главную роль тут сыграли земные вулканы. Из-за существенных подвижек геологических плит в раннем и среднем ордовике закрывались одни моря и открывались другие. Плиты, несущие на себе эти моря, входили одна под другую, из-за чего возникали очаги гигантских землетрясений и вулканических извержений. Это приводило к выбросу в воду огромного количества новообразованных химических веществ, которые с удовольствием поедались первобытным планктоном.

Ну а бурное размножение планктона, которым питались в то время все остальные морские обитатели, и «запустило» ВОБР.

Кроме того, значительные выбросы в атмосферу вулканической пыли могли надолго затмить солнце, что привело к снижению температуры от кембрийских 70-80 °С до вполне комфортных ордовикских 35-40 «С. Отчего бы в таких условиях, наевшись планктона, и не попытаться выбраться на сушу?

Всё бы хорошо, но у сторонников «вулканической» гипотезы пока не получается «привязать» по времени описываемые тектонические сдвиги и начало ВОБР.

Другой, альтернативной гипотезой появления ВОБР до последнего времени считалась мощная метеоритная бомбардировка Земли.

Метеориты с кулак

Шведский геолог Биргер Шмиц в 2001 году обнаружил в скалах времён среднего ордовика большое число крупных, размером с кулак, оплавленных остатков метеоритов. Их количество было столь велико, что для объяснения находки Шмиц выдвинул сенсационное предположение: в те времена метеориты падали на Землю в сотни раз чаще, чем теперь. Причём эта бомбардировка длилась несколько миллионов лет и происходила именно во времена ВОБР.

Астрономы косвенно подтвердили правоту Шмица. Компьютерное моделирование метеоритных потоков с учётом всех законов небесной механики показало, что в те времена действительно мог расколоться один очень большой астероид, двигавшийся по орбите между Марсом и Юпитером. Его обломки как раз и должны были попасть на Землю в ближайшие миллионы лет в виде крупных метеоритов.

Как тут было не предположить, что существует причинно-следственная связь между усиленной метеоритной бомбардировкой Земли и началом «биологической революции»? И хотя ни Шмиц, ни его последователи так и не сумели внятно объяснить, как именно падение метеоритов могло «запустить» ВОБР, эта гипотеза на протяжении долгих 16 лет представлялась исследователям даже более привлекательной, нежели «вулканическая».

И снова - неизвестность

Однако в начале 2017 года «космическая» гипотеза была опровергнута. Журнал Nature Communications в январе 2017 года опубликовал статью шведских и датских исследователей, в которой были приведены доказательства того, что метеоритная бомбардировка Земли произошла лишь спустя три миллиона лет после начала ВОБР. Более точную датировку этого события им удалось установить, исследуя найденные в одном из шведских карьеров метеориты с кристаллами циркона.

Присутствие в водах первичного океана большого числа органических соединений привело к возникновению концентрированного “первичного бульона”, в котором осуществлялся дальнейший процесс синтеза сложных органических молекул – белков и нуклеиновых кислот – из достаточно простых углеродных соединений.(О.Н. Стрельник “концепция современного естествознания”)

Первичный бульон – термин, введенный российским биологом Александром Ивановичем Опариным. В 1924 году он выдвинул теорию о возникновении жизни на Земле через превращение в ходе постепенной химической эволюции молекул, содержащих углерод, в первичный бульон.

6.Предбиологический отбор.

Предбиологический отбор коацерватов, по-видимому, шел по нескольким направлениям. Во-первых, в направлении выработки способности накопления специальных белковоподобных полимеров, ответственных за ускорение химических реакций. В результате строение нуклеиновых кислот изменялось в направлении преимущественного “размножения ” систем, в которых удвоение нуклеиновых кислот осуществлялось с участием ферментов. На этом пути и возникает характерный для живых существ циклический обмен веществ.

Во-вторых, в системе коацерватов происходил и отбор самих нуклеиновых кислот по наиболее удачному сочетанию последовательности нуклеотидов. На этом пути формировались гены. Самовоспроизводящиеся системы со сложившейся стабильной последовательностью нуклеотидов в нуклеиновой кислоте уже могут быть названы живыми. (Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. – М.,1999).

7. Понятие о биологических мембранах.

Биологические мембраны, тонкие (не более 10 нм толщиной) липопротеидные пленки, состоящие из двойного слоя липидных молекул, в которых включены молекулы разнообразных белков. Расположены на поверхности клеток (плазматическая мембрана) и внутриклеточных частиц (ядра, митохондрии и др.). В состав многих мембран входят углеводы, количество которых может достигать 2-10%.

8. Коацерваты.

Коацерваты – области полимера, биополимера (капли, слои) с повышенной концентрацией этого вещества по сравнению со всем остальным раствором. Коацерватные капли – это сгустки подобно водным растворам желатина. Коацерваты способны абсорбировать различные вещества. (В. С. Данилова, Н. Н. Кожевников «Основные концепции современного естествознания»)

9.Гетеротрофы.

Гетеротрофы- организмы, которые питаются готовыми органическими веществами.

К гетеротрофам относятся человек, все животные, некоторые растения, большинство бактерий, грибы.

10.Автотрофы .

Автотрофы - это организмы создающие органические вещества из неорганических.

Автотрофы, основные продуценты органического вещества в биосфере, обеспечивают существование всех др. организмов.

11.Анаэробы.

Анаэробы способны жить в отсутствии атмосферного кислорода; некоторые виды бактерий, дрожжей, простейших, червей. Энергию для жизнедеятельности получают, окисляя органические, реже неорганические вещества без участия свободного кислорода или используя энергию света (напр., пурпурные бактерии). Облигатные, или строгие, анаэробы развиваются только в отсутствии кислорода (напр., клостридии), факультативные, или условные, анаэробы - и в его присутствии (напр., кишечная палочка, ресничные инфузории). Широко распространены в почве, воде, в донных отложениях.

Он выдвинул теорию о возникновении жизни на Земле через превращение, в ходе постепенной химической эволюции, молекул , содержащих углерод , в первичный бульон.

Первичный бульон предположительно существовал в мелких водоёмах Земли 4 млрд. лет назад. Он состоял из аминокислот , полипептидов , азотистых оснований, нуклеотидов . Он образовался под воздействием электрических разрядов, высокой температуры и космического излучения. При этом атмосфера Земли в то время не содержала кислорода.

В 1923 г. российский учёный Александр Иванович Опарин предположил, что в условиях первобытной Земли органические вещества возникали из простейших соединений - аммиака, метана, водорода и воды. Энергия, необходимая для подобных превращений, могла быть получена или от ультрафиолетового излучения, или от частых грозовых электрических разрядов - молний. Возможно, эти органические вещества постепенно накапливались в Древнем океане, образуя первичный бульон, в котором и зародилась жизнь.

По гипотезе А. И. Опарина, в первичном бульоне длинные нитеобразные молекулы белков могли сворачиваться в шарики, «склеиваться» друг с другом, укрупняясь. Благодаря этому они становились устойчивыми к разрушающему действию прибоя и ультрафиолетового излучения. Происходило нечто подобное тому, что можно наблюдать, вылив на блюдце ртуть из разбитого градусника: рассыпавшаяся на множество мелких капелек ртуть постепенно собирается в капли чуть побольше, а потом - в один крупный шарик. Белковые «шарики» в «первичном бульоне» притягивали к себе, связывали молекулы воды, а также жиров. Жиры оседали на поверхности белковых тел, обволакивая их слоем, структура которого отдалённо напоминала клеточную мембрану. Этот процесс Опарин назвал коацервацией, а получившиеся тела - коацерватными каплями, или просто коацерватами .

Напишите отзыв о статье "Первичный бульон"

Ссылки

Отрывок, характеризующий Первичный бульон