Σχηματισμός οργανικών ουσιών. Σχηματισμός οργανικών ενώσεων

Υπό τις συνθήκες της σύγχρονης Γης, ο φυσικός σχηματισμός οργανικών ενώσεων από ανόργανες πρακτικά δεν συμβαίνει. Επιπλέον, η ανάδυση ζωντανής οργανικής ύλης είναι αδύνατη. Όσο για την πρώιμη Γη, οι συνθήκες σε αυτήν ήταν εντελώς διαφορετικές. Μια αναγωγική ατμόσφαιρα με υψηλή συγκέντρωση υδρογόνου, μεθανίου και αμμωνίας, έντονη υπεριώδη ακτινοβολία από τον ήλιο, που δεν απορροφάται από μια τέτοια ατμόσφαιρα, και ισχυρές ηλεκτρικές εκκενώσεις στην ατμόσφαιρα δημιούργησαν τις απαραίτητες και, προφανώς, επαρκείς συνθήκες για το σχηματισμό οργανικών ενώσεων . Πράγματι, εργαστηριακά πειράματα που πραγματοποιήθηκαν υπό συνθήκες προσομοίωσης της υποτιθέμενης ατμόσφαιρας της πρώιμης Γης έχουν παραγάγει μια σειρά από οργανικές ενώσεις, συμπεριλαμβανομένων αμινοξέων που αποτελούν μέρος των ζωντανών πρωτεϊνών.

Η απουσία οξυγόνου στην ατμόσφαιρα ήταν απαραίτητη προϋπόθεση για την αυθόρμητη σύνθεση της οργανικής ύλης. Ωστόσο, από την άποψη των μεταγενέστερων μετασχηματισμών, αυτός ο παράγοντας αποδείχθηκε καταστροφικός. Στην πραγματικότητα, η στερημένη από οξυγόνο ατμόσφαιρα μεταδίδει σχεδόν ελεύθερα ισχυρή υπεριώδη ακτινοβολία (η ατμόσφαιρα της σύγχρονης Γης έχει ένα στρώμα όζοντος που προέκυψε μαζί με το συστατικό οξυγόνου, το οποίο απορροφά αυτή την ακτινοβολία). Η ακτινοβολία, ενώ παρέχει ενέργεια για τις χημικές αντιδράσεις της σύνθεσης οργανικών ενώσεων, ταυτόχρονα τείνει να τις καταστρέψει αμέσως. Επομένως, τα βιοπολυμερή, τα λιπίδια και οι υδρογονάνθρακες που σχηματίστηκαν στην ατμόσφαιρα, μόλις εμφανίστηκαν, ήταν καταδικασμένα. Για να μην πεθάνουν, έπρεπε να κρυφτούν από τις βλαβερές συνέπειες της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας. Πιστεύεται ότι μερικές από αυτές τις οργανικές ενώσεις γλίτωσαν τον θάνατο εισερχόμενοι στο υδάτινο περιβάλλον των πρωτογενών δεξαμενών.

Εδώ, σε ένα υδατικό περιβάλλον, οι οργανικές ενώσεις εισήλθαν σε μια ποικιλία χημικών αντιδράσεων, μεταξύ των οποίων επωφελήθηκαν οι αντιδράσεις που οδήγησαν στην αυτοανάπτυξη των πιο ενεργών καταλυτών. Η φύση επιδίωξε πολύ αυστηρά τη φυσική επιλογή κυκλικών αντιδράσεων ικανών να αυτοσυντηρούνται, μεταξύ άλλων λόγω της ενέργειας που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Το πρόβλημα της παροχής ενέργειας για τις εξελικτικές αντιδράσεις, ιδίως τις αντιδράσεις πολυμερισμού (ο συνδυασμός μορίων ίδιου τύπου - μονομερών σε μακρομόρια) φαίνεται να είναι το πιο σημαντικό σε αυτό το στάδιο της εξέλιξης, καθώς το υδατικό περιβάλλον συμβάλλει ελάχιστα στην ενεργοποίηση χημικών αντιδράσεις. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο μόνο αντιδράσεις υψηλής ενέργειας που περιλαμβάνουν ιδιαίτερα αποτελεσματικούς, αυτοαναπτυσσόμενους καταλύτες θα μπορούσαν να «επιβιώσουν».

Εδώ ήρθε μια από τις βασικές στιγμές ανάπτυξης. Ας υποθέσουμε ότι οι χημικές αντιδράσεις που είναι απαραίτητες για τη μετάβαση στη βιοεξέλιξη προέκυψαν και απέκτησαν την ιδιότητα της αυτοσυντηρούμενης. Για τη διατήρησή τους (και, φυσικά, την περαιτέρω ανάπτυξή τους), οι αντίστοιχοι όγκοι πρέπει να απομονωθούν κατά κάποιο τρόπο από το μη οργανωμένο περιβάλλον, χωρίς να χάνεται η ικανότητα ανταλλαγής ύλης και ενέργειας με αυτό. Η ταυτόχρονη εκπλήρωση αυτών των δύο, εκ πρώτης όψεως, ασυμβίβαστων συνθηκών ήταν υποχρεωτική για να φτάσει η χημική εξέλιξη σε ένα ποιοτικά νέο επίπεδο.

Αυτή η ευκαιρία βρέθηκε λόγω του σχηματισμού ειδικών δομών από λιπίδια - κελύφη μεμβράνης . Τα αποτελέσματα των σύγχρονων εργαστηριακών πειραμάτων δίνουν λόγους να πιστεύουμε ότι σε μια ορισμένη συγκέντρωση λιπιδίων στο νερό και εξωτερικές συνθήκες που προσομοιώνουν την κατάσταση της ατμόσφαιρας και της υδρόσφαιρας της τότε Γης, εμφανίζεται μια χαρακτηριστική διαδικασία αυτοοργάνωσης, που οδηγεί σε αυτοσυναρμολόγηση λιπιδικών κελυφών με ιδιότητες μεμβράνης.

Επιπλέον, δεν είναι δύσκολο να υποθέσουμε ότι οι διαδικασίες επιλογής κυκλικών καταλυτικών αντιδράσεων και αυτοσυναρμολόγησης των λιπιδικών κελυφών συνέπεσαν στο χρόνο και στο χώρο. Έτσι, θα μπορούσαν κάλλιστα να εμφανιστούν φυσικοί σχηματισμοί, απομονωμένοι από την καταστροφική επίδραση του περιβάλλοντος, αλλά συνδεδεμένοι με αυτό μέσω του μεταβολισμού. Οι αυτοσυντηρούμενες αντιδράσεις άρχισαν να συμβαίνουν σε ένα είδος αντιδραστήρα, ο οποίος βοηθά στη διατήρηση της σημαντικής μη ισορροπίας του συστήματος βιοπολυμερούς που περιέχεται σε αυτόν. Τώρα η θέση των χημικών αντιδραστηρίων έχει γίνει τακτική, οι διαδικασίες προσρόφησης στο κέλυφος συνέβαλαν στην αύξηση της συγκέντρωσής τους και, ως εκ τούτου, στην ενεργοποίηση του καταλυτικού αποτελέσματος. Μάλιστα πραγματοποιήθηκε μετάβαση από χημικά μείγματα σε οργανωμένα συστήματα προσαρμοσμένα για περαιτέρω ανοδική ανάπτυξη.

Θεωρούνται επίσης μια σειρά από άλλα μοντέλα που οδηγούν σε ένα παρόμοιο σημαντικό, αλλά ενδιάμεσο γεγονός στην πορεία προς τη μετάβαση στη βιολογική εξέλιξη. Ένα από αυτά εξετάζει τις διαδικασίες που σχετίζονται με το σχηματισμό αρχικών οργανικών ενώσεων στην ατμόσφαιρα, με την υπόθεση ότι η πρώιμη Γη με τη σπάνια αναγωγική ατμόσφαιρά της ήταν ένα ψυχρό σώμα με θερμοκρασία της τάξης των -50°C. Ένα ουσιαστικό σημείο αυτού του μοντέλου είναι η υπόθεση ότι η ατμόσφαιρα υπό αυτές τις συνθήκες ήταν ιονισμένη, δηλ. βρισκόταν σε κατάσταση ψυχρού πλάσματος. Αυτό το πλάσμα θεωρείται η κύρια πηγή ενέργειας για αντιδράσεις χημικής εξέλιξης. Η υπόθεση της χαμηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιείται για να εξηγήσει τη διατήρηση των βιοπολυμερών που σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα: παγώνοντας, έπεσαν στο κάλυμμα πάγου της Γης και αποθηκεύτηκαν σε αυτό το φυσικό ψυγείο «μέχρι καλύτερες εποχές». Σε αυτή τη μορφή, η υπεριώδης ακτινοβολία και οι ισχυρές εκκενώσεις ηλεκτρικής ενέργειας δεν ήταν πλέον τόσο επικίνδυνες για αυτούς.

Περαιτέρω θεωρείται ότι οι «καλύτερες εποχές» ήρθαν με την εντατικοποίηση της τεκτονικής δραστηριότητας και την έναρξη των μαζικών ηφαιστειακών εκρήξεων. Η απελευθέρωση προϊόντων ηφαιστειακής δραστηριότητας στην ατμόσφαιρα οδήγησε στη συμπίεσή της και στη μετατόπιση του ορίου ιονισμού σε υψηλότερα στρώματα. Με μια αλλαγή στις συνθήκες θερμοκρασίας, το κάλυμμα πάγου έλιωσε φυσικά, σχηματίστηκαν πρωτεύουσες δεξαμενές, στις οποίες, μετά την απόψυξη, τα βιοπολυμερή, τα λιπίδια και οι υδρογονάνθρακες που συσσωρεύτηκαν για μεγάλο χρονικό διάστημα ξεκίνησαν την ενεργό χημική δραστηριότητα. Ως εκ τούτου, μπορούμε να μιλήσουμε για υψηλή συγκέντρωσή τους σε "αρχέγονος ζωμός"(όπως συχνά αποκαλείται η προκύπτουσα ουσία), που ήταν ένας ακόμη θετικός παράγοντας από την άποψη της εντατικοποίησης της χημικής εξέλιξης.

Επανειλημμένα πειράματα επιβεβαίωσαν ότι κατά την απόψυξη, τα λιπίδια στην πραγματικότητα επιδεικνύουν αυτοσυναρμολόγηση, σχηματίζοντας μικροσφαίρες με διάμετρο δεκάδων μικρομέτρων. Δεν έχει σημασία πώς καταλήγουν τα βιοπολυμερή στο εσωτερικό τους - είτε διεισδύουν μέσα από το στρώμα της μεμβράνης είτε το λιπιδικό κέλυφος τα τυλίγει σταδιακά. Το σημαντικό είναι ότι σε έναν όγκο που περιβάλλεται από ένα κέλυφος μεμβράνης, θα μπορούσε να ξεκινήσει ένα νέο στάδιο εξέλιξης - η μετάβαση από τις χημικές αντιδράσεις σε βιοχημικές.

Όσο για την αποφασιστική στιγμή - τη μετάβαση στο απλούστερο κελί, μπορεί να θεωρηθεί ως αποτέλεσμα ενός άλματος που χαρακτηρίζει την αυτοοργάνωση της ύλης. Για να προετοιμαστούν για αυτό το άλμα, έπρεπε να εμφανιστούν μερικές ακόμη δομές στη διαδικασία της χημικής εξέλιξης ικανές να εκτελούν τις λειτουργίες που είναι απαραίτητες για το πρωτοκύτταρο. Τέτοια δομικά θραύσματα εξετάζονται παρατάξεις , διασφαλίζοντας τη μεταφορά φορτισμένων σωματιδίων, η οποία είναι απαραίτητη για τη μεταφορά της ύλης. Άλλες ομάδες πρέπει να παρέχουν ενέργεια - αυτά είναι κυρίως μόρια ενώσεων που περιέχουν φώσφορο (σύστημα ADP-ATP). Τέλος, είναι απαραίτητο να σχηματιστούν πολυμερείς δομές όπως το DNA και το RNA, η κύρια λειτουργία των οποίων είναι να εξυπηρετούν καταλυτική μήτρα για αυτοαναπαραγωγή.

Ένα ακόμη βασικό σημείο που σχετίζεται με την παραβίαση της ισομερικής συμμετρίας δεν πρέπει να αγνοηθεί. Το πώς προέκυψε η επιλογή υπέρ της αριστερόστροφης οργανικής ύλης μπορεί μόνο να μαντέψει κανείς, αλλά το γεγονός ότι αυτή η διακύμανση προηγήθηκε αμέσως της προέλευσης της ζωής φαίνεται απολύτως φυσικό. Μπορούμε να υποθέσουμε ότι η βιολογική εξέλιξη «ξεκίνησε» με την εμφάνιση ενός αριστερόστροφου πρωτοκυττάρου.

Όπως γνωρίζετε, όλες οι ουσίες μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες - ορυκτές και οργανικές. Μπορείτε να δώσετε ένα μεγάλο αριθμό παραδειγμάτων ανόργανων ή ορυκτών ουσιών: αλάτι, σόδα, κάλιο. Ποιοι τύποι συνδέσεων ανήκουν όμως στη δεύτερη κατηγορία; Οργανικές ουσίες υπάρχουν σε κάθε ζωντανό οργανισμό.

σκίουροι

Το πιο σημαντικό παράδειγμα οργανικών ουσιών είναι οι πρωτεΐνες. Περιέχουν άζωτο, υδρογόνο και οξυγόνο. Εκτός από αυτά, μερικές φορές άτομα θείου μπορούν επίσης να βρεθούν σε ορισμένες πρωτεΐνες.

Οι πρωτεΐνες είναι από τις πιο σημαντικές οργανικές ενώσεις και είναι οι πιο κοινές στη φύση. Σε αντίθεση με άλλες ενώσεις, οι πρωτεΐνες έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά γνωρίσματα. Η κύρια ιδιότητά τους είναι το τεράστιο μοριακό τους βάρος. Για παράδειγμα, το μοριακό βάρος ενός ατόμου αλκοόλης είναι 46, το βενζόλιο είναι 78 και η αιμοσφαιρίνη είναι 152.000 Σε σύγκριση με τα μόρια άλλων ουσιών, οι πρωτεΐνες είναι πραγματικοί γίγαντες, που περιέχουν χιλιάδες άτομα. Μερικές φορές οι βιολόγοι τα αποκαλούν μακρομόρια.

Οι πρωτεΐνες είναι η πιο πολύπλοκη από όλες τις οργανικές δομές. Ανήκουν στην κατηγορία των πολυμερών. Εάν εξετάσετε ένα μόριο πολυμερούς κάτω από ένα μικροσκόπιο, μπορείτε να δείτε ότι είναι μια αλυσίδα που αποτελείται από απλούστερες δομές. Ονομάζονται μονομερή και επαναλαμβάνονται πολλές φορές στα πολυμερή.

Εκτός από τις πρωτεΐνες, υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός πολυμερών - καουτσούκ, κυτταρίνη, καθώς και συνηθισμένο άμυλο. Επίσης, πολλά πολυμερή δημιουργήθηκαν από ανθρώπινα χέρια - νάιλον, lavsan, πολυαιθυλένιο.

Σχηματισμός πρωτεΐνης

Πώς σχηματίζονται οι πρωτεΐνες; Αποτελούν παράδειγμα οργανικών ουσιών, η σύσταση των οποίων στους ζωντανούς οργανισμούς καθορίζεται από τον γενετικό κώδικα. Στη σύνθεσή τους, στη συντριπτική πλειοψηφία των περιπτώσεων, χρησιμοποιούνται διάφοροι συνδυασμοί

Επίσης, νέα αμινοξέα μπορούν να σχηματιστούν ήδη όταν η πρωτεΐνη αρχίσει να λειτουργεί στο κύτταρο. Ωστόσο, περιέχει μόνο άλφα αμινοξέα. Η πρωτογενής δομή της ουσίας που περιγράφεται προσδιορίζεται από την αλληλουχία των υπολειμμάτων αμινοξέων. Και στις περισσότερες περιπτώσεις, όταν σχηματίζεται μια πρωτεΐνη, η πολυπεπτιδική αλυσίδα συστρέφεται σε μια σπείρα, οι στροφές της οποίας βρίσκονται κοντά η μία στην άλλη. Ως αποτέλεσμα του σχηματισμού ενώσεων υδρογόνου, έχει μια αρκετά ισχυρή δομή.

Λίπη

Ένα άλλο παράδειγμα οργανικών ουσιών είναι τα λίπη. Ο άνθρωπος γνωρίζει πολλά είδη λιπών: βούτυρο, βοδινό και ιχθυέλαιο, φυτικά έλαια. Τα λίπη σχηματίζονται σε μεγάλες ποσότητες στους σπόρους των φυτών. Εάν τοποθετήσετε έναν αποφλοιωμένο ηλιόσπορο σε ένα φύλλο χαρτιού και τον πιέσετε προς τα κάτω, θα παραμείνει ένας λιπαρός λεκές στο φύλλο.

Υδατάνθρακες

Οι υδατάνθρακες δεν είναι λιγότερο σημαντικοί στη ζωντανή φύση. Βρίσκονται σε όλα τα φυτικά όργανα. Η κατηγορία των υδατανθράκων περιλαμβάνει ζάχαρη, άμυλο και φυτικές ίνες. Οι κόνδυλοι πατάτας και τα φρούτα μπανάνας είναι πλούσια σε αυτά. Είναι πολύ εύκολο να εντοπιστεί το άμυλο στις πατάτες. Όταν αντιδρά με ιώδιο, αυτός ο υδατάνθρακας γίνεται μπλε. Μπορείτε να το επιβεβαιώσετε ρίχνοντας λίγο ιώδιο σε μια κομμένη πατάτα.

Τα σάκχαρα είναι επίσης εύκολο να εντοπιστούν - όλα έχουν γλυκιά γεύση. Πολλοί υδατάνθρακες αυτής της κατηγορίας βρίσκονται στους καρπούς των σταφυλιών, των καρπουζιών, των πεπονιών και των μήλων. Είναι παραδείγματα οργανικών ουσιών που παράγονται επίσης σε τεχνητές συνθήκες. Για παράδειγμα, η ζάχαρη εξάγεται από ζαχαροκάλαμο.

Πώς σχηματίζονται οι υδατάνθρακες στη φύση; Το απλούστερο παράδειγμα είναι η διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Οι υδατάνθρακες είναι οργανικές ουσίες που περιέχουν μια αλυσίδα πολλών ατόμων άνθρακα. Περιέχουν επίσης αρκετές υδροξυλομάδες. Κατά τη φωτοσύνθεση, το ανόργανο σάκχαρο σχηματίζεται από μονοξείδιο του άνθρακα και θείο.

Κυτταρίνη

Ένα άλλο παράδειγμα οργανικής ύλης είναι οι ίνες. Το μεγαλύτερο μέρος του βρίσκεται στους σπόρους του βαμβακιού, καθώς και στους μίσχους των φυτών και στα φύλλα τους. Η ίνα αποτελείται από γραμμικά πολυμερή, το μοριακό της βάρος κυμαίνεται από 500 χιλιάδες έως 2 εκατομμύρια.

Στην καθαρή του μορφή, είναι μια ουσία που δεν έχει οσμή, γεύση ή χρώμα. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή φωτογραφικών φιλμ, σελοφάν και εκρηκτικών. Οι φυτικές ίνες δεν απορροφώνται από τον ανθρώπινο οργανισμό, αλλά αποτελούν απαραίτητο μέρος της διατροφής, καθώς διεγείρουν τη λειτουργία του στομάχου και των εντέρων.

Οργανικές και ανόργανες ουσίες

Μπορούμε να δώσουμε πολλά παραδείγματα σχηματισμού οργανικών και δεύτερων πάντα προερχόμενων από ορυκτά - μη ζωντανά που σχηματίζονται στα βάθη της γης. Βρίσκονται επίσης σε διάφορους βράχους.

Υπό φυσικές συνθήκες, σχηματίζονται ανόργανες ουσίες κατά την καταστροφή ορυκτών ή οργανικών ουσιών. Από την άλλη πλευρά, οργανικές ουσίες σχηματίζονται συνεχώς από ορυκτά. Για παράδειγμα, τα φυτά απορροφούν νερό με ενώσεις διαλυμένες σε αυτό, οι οποίες στη συνέχεια μετακινούνται από τη μια κατηγορία στην άλλη. Οι ζωντανοί οργανισμοί χρησιμοποιούν κυρίως οργανικές ουσίες για τη διατροφή.

Λόγοι διαφορετικότητας

Συχνά οι μαθητές ή οι μαθητές χρειάζεται να απαντήσουν στο ερώτημα ποιοι είναι οι λόγοι για την ποικιλομορφία των οργανικών ουσιών. Ο κύριος παράγοντας είναι ότι τα άτομα άνθρακα συνδέονται μεταξύ τους χρησιμοποιώντας δύο τύπους δεσμών - απλούς και πολλαπλούς. Μπορούν επίσης να σχηματίσουν αλυσίδες. Ένας άλλος λόγος είναι η ποικιλία των διαφορετικών χημικών στοιχείων που περιλαμβάνονται στην οργανική ύλη. Επιπλέον, η ποικιλομορφία οφείλεται και στην αλλοτροπία - το φαινόμενο της ύπαρξης του ίδιου στοιχείου σε διαφορετικές ενώσεις.

Πώς σχηματίζονται οι ανόργανες ουσίες; Οι φυσικές και συνθετικές οργανικές ουσίες και τα παραδείγματά τους μελετώνται τόσο στο γυμνάσιο όσο και σε εξειδικευμένα ανώτατα εκπαιδευτικά ιδρύματα. Ο σχηματισμός ανόργανων ουσιών δεν είναι τόσο περίπλοκη διαδικασία όσο ο σχηματισμός πρωτεϊνών ή υδατανθράκων. Για παράδειγμα, οι άνθρωποι εξάγουν σόδα από λίμνες σόδας από αμνημονεύτων χρόνων. Το 1791, ο χημικός Nicolas Leblanc πρότεινε τη σύνθεσή του στο εργαστήριο χρησιμοποιώντας κιμωλία, αλάτι και θειικό οξύ. Μια φορά κι έναν καιρό, η σόδα, που είναι γνωστή σε όλους σήμερα, ήταν ένα αρκετά ακριβό προϊόν. Για τη διεξαγωγή του πειράματος, ήταν απαραίτητο να φρύξουμε το επιτραπέζιο αλάτι μαζί με το οξύ και στη συνέχεια να φρύξουμε το προκύπτον θειικό άλας μαζί με ασβεστόλιθο και κάρβουνο.

Ένα άλλο είναι το υπερμαγγανικό κάλιο, ή το υπερμαγγανικό κάλιο. Αυτή η ουσία λαμβάνεται βιομηχανικά. Η διαδικασία σχηματισμού συνίσταται στην ηλεκτρόλυση ενός διαλύματος υδροξειδίου του καλίου και μιας ανόδου μαγγανίου. Σε αυτή την περίπτωση, η άνοδος διαλύεται σταδιακά για να σχηματίσει ένα μοβ διάλυμα - αυτό είναι το γνωστό υπερμαγγανικό κάλιο.

Ο σχηματισμός οργανικής ύλης, τόσο στην ξηρά όσο και στον ωκεανό, ξεκινά με τη δράση του ηλιακού φωτός στη χλωροφύλλη των πράσινων φυτών. Από κάθε εκατομμύριο φωτόνια που φτάνουν στο γεωγραφικό περίβλημα, δεν χρησιμοποιούνται περισσότερα από 100 για την παραγωγή τροφής. Από αυτά, τα 60 καταναλώνονται από φυτά της ξηράς και τα 40 από το φυτοπλαγκτόν του ωκεανού. Αυτό το κλάσμα φωτός παρέχει στον πλανήτη οργανική ύλη.

Η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα στην περιοχή θερμότητας από 3 έως 35°C. Στα σύγχρονα κλίματα, η βλάστηση καταλαμβάνει 133,4 εκατομμύρια km 2 γης. Η υπόλοιπη περιοχή πέφτει σε παγετώνες, δεξαμενές, κτίρια και βραχώδεις επιφάνειες.

Στο τρέχον στάδιο της ανάπτυξης της Γης, τα ηπειρωτικά και τα ωκεάνια μέρη της βιόσφαιρας είναι διαφορετικά. Δεν υπάρχουν σχεδόν καθόλου ανώτερα φυτά στον ωκεανό. Η περιοχή της παραθαλάσσιας ζώνης όπου αναπτύσσονται τα φυτά που συνδέονται στον πυθμένα είναι μόνο το 2% της συνολικής έκτασης του ωκεανού βυθού. Η βάση της ζωής στον ωκεανό είναι τα μικροσκοπικά φυτοπλαγκτονικά φύκια και οι μικροσκοπικοί φυτοφάγοι οργανισμοί ζωοπλαγκτού. Και τα δύο είναι εξαιρετικά διασκορπισμένα στο νερό, η συγκέντρωση της ζωής είναι εκατοντάδες χιλιάδες φορές μικρότερη από ό,τι στην ξηρά. Οι προηγούμενες υπερεκτιμήσεις της βιομάζας των ωκεανών έχουν αναθεωρηθεί. Σύμφωνα με νέες εκτιμήσεις, η συνολική του μάζα είναι 525 φορές μικρότερη από ό,τι στην ξηρά. Σύμφωνα με τον V. G. Bogorov (1969) και τον A. M. Ryabchikov (1972), η ετήσια παραγωγικότητα της βιομάζας στη Γη είναι 177 δισεκατομμύρια τόνοι ξηρής ύλης, εκ των οποίων 122 δισεκατομμύρια τόνοι προέρχονται από χερσαία βλάστηση και 55 δισεκατομμύρια τόνοι από θαλάσσιο φυτοπλαγκτόν. Αν και ο όγκος της βιομάζας στη θάλασσα είναι πολύ μικρότερος από ό,τι στην ξηρά, η παραγωγικότητά της είναι 328 φορές υψηλότερη (A. M. Ryabchikov) από ό,τι στην ηπειρωτική χώρα, αυτό εξηγείται από την ταχεία αλλαγή γενεών φυκιών.

Η βιομάζα της γης αποτελείται από φυτομάζα, ζωόμαζα, που περιλαμβάνει έντομα, και βιομάζα βακτηρίων και μυκήτων. Η συνολική μάζα των οργανισμών του εδάφους φτάνει περίπου τους 1-10 9 τόνους και το κύριο μερίδιο (έως 99%) της ζωόμαζας είναι ασπόνδυλοι οργανισμοί.
Γενικά, η βιομάζα της γης κυριαρχείται από φυτική ύλη, κυρίως ξυλώδη: η φωτομάζα αντιπροσωπεύει το 97-98% και η ζουμάζα 1-3% κατά βάρος (Kovda, 1971).
Αν και η μάζα της ζωντανής ύλης δεν είναι μεγάλη σε σύγκριση με τον όγκο της λιθο-, υδρο- ακόμα και της ατμόσφαιρας, ο ρόλος της στη φύση είναι ασύγκριτα μεγαλύτερος από το ειδικό βάρος της. Για παράδειγμα, σε 1 εκτάριο που καταλαμβάνεται από φυτά, η έκταση των φύλλων τους μπορεί να φτάσει τα 80 εκτάρια, μπορεί να γίνει άμεση επιχείρηση και η περιοχή των κόκκων χλωροφύλλης, δηλαδή η ενεργά επιφάνεια εργασίας, είναι εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη . Η περιοχή των κόκκων χλωροφύλλης όλων των πράσινων φυτών στη Γη είναι περίπου ίση με την περιοχή του Δία.

Ας τονίσουμε για άλλη μια φορά ότι η φωτοσύνθεση είναι μια πολύ προηγμένη μορφή συσσώρευσης ενέργειας, η ποσότητα της οποίας εκφράζεται σε 12,6-10 21 J (3-1021 cal). Αυτή η ενέργεια παράγει ετησίως περίπου 5,8-10 11 τόνους οργανικής ύλης στη Γη, συμπεριλαμβανομένων 3,1 ∙ 10 10 τόνων στην ξηρά. Από αυτόν τον αριθμό, το μερίδιο των δασών είναι 2,04-10 10, οι στέπες, οι βάλτοι και τα λιβάδια είναι 0,38-10 10, οι έρημοι είναι 0,1 ∙ 10 10 και η καλλιεργούμενη βλάστηση είναι 0,58-10 10 τόνοι (Kovla, 1971).

1 g βαμβακερού εδάφους περιέχει 50-100 χιλιάδες μικροοργανισμούς, που μεταφράζεται σε αρκετούς τόνους ανά εκτάριο (Kovda, 1969). Ορισμένα εδάφη ανά 1 εκτάριο περιέχουν έως και 10 δισεκατομμύρια στρογγυλούς σκώληκες, έως και 3 εκατομμύρια γαιοσκώληκες και 20 εκατομμύρια έντομα.

Μία από τις κύριες παραδοχές της ετερότροφης υπόθεσης είναι ότι προηγήθηκε η εμφάνιση της ζωής από τη συσσώρευση οργανικών μορίων. Σήμερα ονομάζουμε οργανικά μόρια όλα εκείνα τα μόρια που περιέχουν άνθρακα και υδρογόνο. Ονομάζουμε επίσης τα μόρια οργανικά επειδή αρχικά πίστευαν ότι ενώσεις αυτού του είδους μπορούσαν να συντεθούν μόνο από ζωντανούς οργανισμούς.

Ωστόσο, πίσω στο 1828 Οι χημικοί έμαθαν να συνθέτουν ουρία από ανόργανες ουσίες. Η ουρία είναι μια οργανική ένωση που απεκκρίνεται στα ούρα πολλών ζώων. Οι ζωντανοί οργανισμοί θεωρούνταν η μόνη πηγή ουρίας μέχρι να μπορέσει να συντεθεί στο εργαστήριο. Οι εργαστηριακές συνθήκες υπό τις οποίες ελήφθησαν οι οργανικές ενώσεις από τους χημικούς προφανώς, σε κάποιο βαθμό, μιμούνται τις περιβαλλοντικές συνθήκες στη γη στην πρώιμη περίοδο της ύπαρξής της. Αυτές οι συνθήκες θα μπορούσαν, σύμφωνα με τους συγγραφείς της ετερότροφης υπόθεσης, να οδηγήσουν στο σχηματισμό οργανικών ενώσεων από άτομα οξυγόνου, υδρογόνου, αζώτου και άνθρακα.

Ο νικητής του βραβείου Νόμπελ Harold Urey, εργαζόμενος στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, ενδιαφέρθηκε για την εξέλιξη των χημικών ενώσεων στη Γη στην πρώιμη περίοδο της ύπαρξής της. Συζήτησε αυτό το πρόβλημα με έναν από τους μαθητές του, τον Stanley Miller. Τον Μάιο του 1953, ο Miller δημοσίευσε ένα άρθρο με τίτλο «Ο σχηματισμός αμινοξέων υπό συνθήκες παρόμοιες με εκείνες που υπήρχαν στη Γη την πρώιμη περίοδο», στο οποίο ανέφερε ότι το A.I. Ο Oparin ήταν ο πρώτος που εξέφρασε την ιδέα ότι η βάση της ζωής, οι οργανικές ενώσεις, σχηματίστηκαν κατά την περίοδο που η ατμόσφαιρα της Γης περιείχε μεθάνιο, αμμωνία, νερό και υδρογόνο και όχι διοξείδιο του άνθρακα, άζωτο, οξυγόνο και νερό. Πρόσφατα, αυτή η ιδέα επιβεβαιώθηκε στα ρομπότ των Urey και Bernal.

Για να ελεγχθεί αυτή η υπόθεση, σε μια ειδικά δημιουργημένη συσκευή, ένα μείγμα αερίων CH4, NH3, H2O και H2 πέρασε μέσα από ένα σύστημα σωλήνων και δημιουργήθηκε μια ηλεκτρική εκκένωση σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Προσδιορίστηκε η περιεκτικότητα σε αμινοξέα στο προκύπτον μίγμα.

Μια ηλεκτρική εκκένωση πέρασε μέσα από μια αεροστεγή συσκευή γεμάτη με μεθάνιο, υδρογόνο και αμμωνία, σχεδιασμένη από τον Miller. Οι υδρατμοί προέρχονταν από μια ειδική συσκευή συνδεδεμένη στο κύριο μέρος της συσκευής. Ο ατμός, περνώντας μέσα από τη συσκευή, ψύχθηκε και συμπυκνώθηκε με τη μορφή βροχής. Έτσι, το εργαστήριο αναπαρήγαγε με μεγάλη ακρίβεια τις συνθήκες που υπήρχαν στην ατμόσφαιρα της πρωτόγονης Γης. Αυτά περιλαμβάνουν ζέστη, βροχή και σύντομες λάμψεις φωτός. Μια εβδομάδα αργότερα, ο Μίλερ ανέλυσε το αέριο που βρισκόταν σε πειραματικές συνθήκες. Ανακάλυψε ότι το προηγουμένως άχρωμο υγρό είχε γίνει κόκκινο.

Η χημική ανάλυση έδειξε ότι κάποιες ενώσεις εμφανίστηκαν στο υγρό που δεν υπήρχαν στην αρχή του πειράματος. Τα άτομα ορισμένων μορίων αερίου ανασυνδυάστηκαν για να σχηματίσουν νέα και πιο πολύπλοκα οργανικά μόρια. Αναλύοντας τις ενώσεις στο υγρό, ο Μίλερ ανακάλυψε ότι εκεί σχηματίστηκαν οργανικά μόρια γνωστά ως αμινοξέα. Τα αμινοξέα αποτελούνται από άτομα άνθρακα, υδρογόνου, οξυγόνου και αζώτου.

Κάθε άτομο άνθρακα είναι ικανό να σχηματίσει τέσσερις χημικούς δεσμούς με άλλα άτομα. Τα πειράματα του Miller δείχνουν ότι παρόμοιες διεργασίες θα μπορούσαν να έχουν συμβεί στην ατμόσφαιρα της Γης στην πρώιμη περίοδο της ύπαρξής της. Αυτά τα πειράματα παρείχαν σημαντική επιβεβαίωση της ετερότροφης υπόθεσης.