Conceptos básicos de la evolución bioquímica brevemente. Hipótesis de la evolución bioquímica

Hay varias teorías sobre el origen de los protobiopolímeros, la base de la vida en la Tierra. Consideremos el más importante de ellos.

La teoría de la panspermia.

Este punto de vista se mantuvo Arrhenius, Helmholtz, Berg, Vernadsky, microbiólogo Zavarzin.

Según este punto de vista, la vida se originó en el espacio y los primeros seres vivos fueron traídos a la Tierra desde el espacio junto con el polvo cósmico, los meteoritos. Por lo tanto, la vida en la Tierra existe mientras exista el planeta mismo.

Sin embargo, surge la pregunta, ¿dónde apareció la primera vida? Según los microbiólogos, la vida podría haber surgido en el espacio, dentro del sistema solar (teoría cosmoquímica). Esta evolución química y luego biológica tuvo lugar antes de la formación de la Tierra.

la prueba es análisis comparativo sustancias del espacio y la Tierra: los principales elementos químicos en todas partes son O, H, C, N.

La concentración de materia en el espacio es muy baja, por lo que, probablemente, los primeros elementos de la vida estén asociados al polvo cósmico, que tiene la siguiente estructura:

Bajo la influencia de los rayos ultravioleta, muy abundantes en el espacio, podrían tener lugar procesos químicos y biológicos. Se encontraron hidrocarburos en meteoritos: purinas, pirimidinas, aminoácidos. Por primera vez, Berzelius aisló la materia orgánica de los meteoritos. Los cometas también podrían traer vida a la superficie de la Tierra. La composición química de los cometas no lo niega. Las sustancias orgánicas en estado "congelado" en meteoritos y cometas podrían permanecer por un tiempo ilimitado y, al caer sobre la Tierra, podrían continuar su desarrollo en condiciones favorables.

Argumentos en contra de esta teoría:

Larga estancia en el frío debe ser fatal, pero los experimentos confirman que los gérmenes de los microorganismos más simples dentro de los 6 meses. sobrevivir a temperaturas de -200°C;

· los rayos ultravioleta son perjudiciales para este ser vivo, pero en ausencia de oxígeno, los compuestos orgánicos complejos pueden existir sin ser destruidos por la radiación ultravioleta fuerte;

· El paso de los meteoritos por la atmósfera provoca un aumento importante de la temperatura, los meteoritos se derriten, pero hay evidencias de que los microorganismos pueden tolerar altas temperaturas y bien podrían conservarse dentro de los meteoritos.

Por lo tanto, no hay hechos que demuestren el fracaso total de esta teoría.

Teoría térmica .

Las reacciones de condensación que conducirían a la formación de polímeros a partir de precursores de bajo peso molecular pueden llevarse a cabo mediante calentamiento. La síntesis de polipéptidos es la mejor estudiada. La idea de la síntesis térmica de polipéptidos pertenece a un científico estadounidense s. zorro, quien durante mucho tiempo estudió las posibilidades de formación de polipéptidos en las condiciones que existían en la Tierra primitiva.

Si una mezcla de aminoácidos se calienta a 180-2000 C en condiciones atmosféricas normales o en un ambiente inerte, se forman productos de escisión, pequeños oligómeros en los que se conectan los monómeros. enlaces peptídicos, así como pequeñas cantidades de polipéptidos. Los polipéptidos obtenidos térmicamente a partir de aminoácidos (proteinoides) exhiben muchas de las propiedades específicas de los biopolímeros de tipo proteína. Sin embargo, no se pudieron obtener estructuras más complejas. No se han propuesto formas teóricas razonables de este proceso.

Teoría de la baja temperatura.

El plasma frío está ampliamente distribuido en la naturaleza. Algunos científicos creen que el 99% del universo se encuentra en estado de plasma frío. En la Tierra moderna, se representa en forma de relámpagos, auroras boreales y la ionosfera. En la Tierra abiótica, esta forma de energía era capaz de convertir moléculas en radicales libres químicamente activos. Como resultado de experimentos con plasma frío, los autores de la teoría obtuvieron monómeros individuales, polímeros de tipo péptido y lípidos.

teoría de la adsorción.

El principal contraargumento en las disputas sobre la ocurrencia abiogénica de estructuras poliméricas es la barrera de concentración y la falta de energía para la condensación de monómeros en soluciones diluidas. De hecho, según algunas estimaciones, la concentración de moléculas orgánicas en la "sopa primordial" era de alrededor del 1%, lo que no podía asegurar la ocurrencia de reacciones de polimerización o policondensación en poco tiempo, como sucedió en la Tierra, según algunos científicos. Una de las soluciones a este problema, relacionada con la superación de la barrera de concentración, fue propuesta por J. D. Bernal, quien creía que la concentración de soluciones diluidas se produce por "adsorción en agua dulce o sedimentos marinos de arcillas muy finas".

Como resultado de la interacción de las sustancias en el proceso de adsorción, algunos enlaces se debilitan y se rompen, surgen otros, lo que conduce a la destrucción de algunos y la formación de otras sustancias.

teoría del coacervado .

en 1924 El libro de A.I. Oparin "El origen de la vida", en el que plantea la hipótesis de que el origen de la vida en la tierra es el resultado de un largo proceso evolutivo en la propia Tierra. Ahora bien, el origen de la vida no es posible, porque. todos los nichos ecológicos están ocupados y hay oxígeno, un fuerte agente oxidante.

en 1929 Se publica un artículo de J. Haldane donde, independientemente de Oparin, llega a los mismos resultados. Pero la prioridad del descubrimiento de Oparin es clara.

Oparin cree que la vida en la Tierra podría haber surgido de forma abiogénica. Los primeros organismos vivos fueron heterótrofos. Esto podría suceder en presencia de ciertos productos químicos, fuentes de energía, la ausencia de oxígeno gaseoso y en presencia de un tiempo infinitamente largo.

Según Oparin, la probabilidad de generación espontánea de vida es de 1/1000 casos por año, pero hubo tiempo suficiente desde el surgimiento de la Tierra hasta la aparición de los primeros procariotas (mil millones de años).

Oparin destacó 4 etapas del origen de la vida en la Tierra.

Nivel 1. Formación de sustancias orgánicas.

Al principio, la masa de la Tierra estaba al rojo vivo, gradualmente se enfrió. En este momento, el carbono se combinó con metales para formar carburos:

C + Me (Ni, Fe) = carburos (encontrados en meteoritos).

En la atmósfera primaria de la Tierra había C, H, N.

O2 + 2H2 = 2H2O

Los estudios espectrales han demostrado que estas sustancias están presentes en el sol y otras estrellas. No había oxígeno libre. A medida que el vapor de agua se enfriaba, podía condensarse para formar reservorios primarios.

Las fuentes de energía para la evolución química primaria podrían ser:

desintegración de K40;

· Radiación ultravioleta;

· vulcanismo;

impactos de meteoritos;

relámpago.

Bajo la influencia de este tipo de energía, pueden aparecer alcoholes, aldehídos y ácidos en el medio acuático.

La hipótesis de Oparin ha causado mucha controversia e investigación científica.

en 1953 Molinero diseñó una instalación especial y llevó a cabo los siguientes experimentos. A través de una mezcla de gases CH4, NH3, H2O y H2, pasó electricidad. Al final de la semana se obtuvieron los aminoácidos alanina y glutamina.

dorado realizó un experimento similar utilizando radiación ultravioleta a alta temperatura como energía y obtuvo uracilo, ribosa y desoxirribosa.

La teoría de Oparin también está respaldada por datos paleontológicos. Las primeras moléculas orgánicas se encontraron en capas correspondientes a una edad de hace 3.800 millones de años.

Etapa 2. polimerización de monómeros.

Es difícil probar la polimerización in vivo, porque Los polímeros se descomponen fácilmente. Esos. Las reacciones de polimerización y policondensación sólo podían proceder en condiciones de reacción suaves en presencia de catalizadores. Pueden ser cianuros.

Datos de respuesta de sugerencia J. D. Bernal podría llevarse a cabo en la frontera tierra - agua, sobre acumulaciones de arcillas, que son excelentes adsorbentes. Muchos tipos de arcillas absorben eficazmente azúcares, bases nitrogenadas y ácidos. A una alta concentración de monómeros potenciales en presencia de energía externa, podrían proceder los procesos de polimerización.

Etapa 3. La aparición de coacervados.

Moléculas de los primeros compuestos orgánicos, incl. y las proteínas estaban en soluciones. Formaron una solución coloidal. Al mezclar diferentes soluciones coloidales Surgieron sistemas orgánicos separados por fases: gotas de proteínas que difieren entre sí, gotas de coacervados que tienen una cierta capa estructural formada por moléculas orientadas de cierta manera. Este caparazón separa la gota del medio ambiente, convirtiéndola en una unidad discreta que contiene un conjunto de productos químicos que es diferente del medio ambiente. A través de esta coraza es posible el intercambio de sustancias entre el coacervado y el ambiente externo según el tipo sistemas abiertos. Dentro de los coacervados, bajo la acción de los catalizadores, podría ocurrir el autoensamblaje de las moléculas de polímero en formaciones multimoleculares de fases separadas (gotas visibles al microscopio óptico). La mayoría de las moléculas de polímero se concentran en ellas, mientras que el medio ambiente está casi desprovisto de ellas. Los coacervados pueden combinarse para formar estructuras más complejas, absorber otras más pequeñas y dividirse en formaciones hijas. Por lo tanto, hay un metabolismo simple. La sustancia entra en la gota, se polimeriza, provocando el crecimiento del sistema, y ​​cuando se descompone, los productos de esta descomposición van al ambiente externo, donde antes no estaban.

Es importante que, dependiendo de la perfección de la organización interna de las gotas, algunas de ellas pueden crecer rápidamente, mientras que otras, estando en el mismo ambiente, se ralentizan en su crecimiento o sufren descomposición. Por lo tanto, en el modelo de gotas de coacervado, A. I. Oparin y sus colaboradores lograron demostrar experimentalmente la selección prebiológica, es decir, los comienzos de la selección natural, que más tarde apareció fuerza motriz todo el proceso evolutivo.

La investigación de Oparin ha sido confirmada por otros científicos. Estas son las “burbujas” de Goldeiker, las “microesferas” de Fox, las “jeyvan” de Bahadur. "probiontes" Egami y muchos otros.

Etapa 4. El surgimiento de la síntesis de matriz.

La línea que separa la previda de la vida es el surgimiento de la síntesis de la matriz. Hasta este punto había individuos, con el advenimiento de la síntesis de matrices, podemos hablar de poblaciones.

La síntesis de proteínas ha sufrido cambios evolutivos.

Inicialmente, las proteínas se ensamblaban en el ARN ubicado en el citoplasma de las células. Este es el método más simple, pero no garantizaba una distribución uniforme de la información entre las células hijas, es decir, algunos rasgos podrían desaparecer de la población.

Una forma más progresiva surgió con la llegada del ADN. El ADN eran moléculas más estables porque tenían una estructura de doble cadena. En la primera etapa, el ARN y el ADN competían, y la evolución pudo haber tomado un camino divergente. El ADN comenzó a especializarse en la autorreproducción, el ARN, la síntesis de proteínas. El ADN se asentó en el núcleo, el ARN en el citoplasma. Se formaron 2 sistemas de síntesis:

– síntesis de polipéptidos – relativamente imprecisa;

- La síntesis de proteínas es muy precisa.

Poco a poco surgió un sistema codigo genetico cuando un triplete de nucleótidos codifica un aminoácido. Con la aparición de un aparato genético primitivo, las protocélulas que lo poseían fueron capaces de transmitir a toda su descendencia la capacidad de sintetizar polipéptidos específicos. Las líneas formadas a partir de ellas dieron familias de protocélulas relacionadas con propiedades hereditarias, que fueron sometidas a selección natural.

Los primeros organismos vivos eran heterótrofos y usaban materia orgánica preparada del caldo primordial. Lo más probable es que los autótrofos evolucionaran a partir de heterótrofos en la siguiente etapa de evolución. La razón fue una disminución en la cantidad de sustancias orgánicas preparadas en el caldo primario, porque. aumentó el número de protobiontes, y más tarde los primeros organismos vivos. Esto ha agravado la competencia, los organismos vivos que utilizan fuentes de energía alternativas comenzaron a tener una ventaja. La luz del sol se ha convertido en una fuente inagotable de energía. Al principio era la parte ultravioleta del espectro, más tarde, con la llegada del oxígeno, comenzó a formarse en la atmósfera una pantalla de ozono, un obstáculo para la radiación ultravioleta y se aprovecharon los organismos que tienen catalizadores que permiten usar la parte visible. del espectro para llevar a cabo reacciones redox. Surgió la fotosíntesis. Esto condujo a un aumento aún mayor en el contenido de oxígeno en la atmósfera y la aparición del proceso de respiración. La acumulación de oxígeno en la atmósfera también condujo al final de la síntesis abiogénica.

De todas las teorías sobre el origen de la vida, la más común y reconocida en el mundo científico es la teoría evolución bioquímica, propuesto en 1924 por el bioquímico soviético Académico A.I. Oparin (en 1936 lo describió con detalle en su libro El surgimiento de la vida).

La esencia de esta teoría es que la evolución biológica, es decir, La aparición, desarrollo y complicación de diversas formas de organismos vivos estuvo precedida por la evolución química, un largo período en la historia de la Tierra asociado con el surgimiento, complicación y mejora de la interacción entre las unidades elementales, "ladrillos" que componen todos los seres vivos. cosas - moléculas orgánicas.

Evolución prebiológica (química)

Según la mayoría de los científicos (principalmente astrónomos y geólogos), la Tierra se formó como cuerpo celestial hace unos 5 mil millones de años por condensación de partículas de una nube de gas y polvo que gira alrededor del Sol.

Bajo la influencia de las fuerzas de compresión, las partículas a partir de las cuales se forma la Tierra liberan una gran cantidad de calor. Las reacciones termonucleares comienzan en las entrañas de la Tierra. Como resultado, la Tierra se calienta mucho. Así, hace 5 mil millones de años La Tierra era una bola caliente que se precipitaba en el espacio, cuya temperatura superficial alcanzó los 4000-8000 ° C.

Gradualmente, debido a la radiación de energía térmica hacia el espacio exterior, la Tierra comienza a enfriarse. Hace unos 4 mil millones de años La tierra se enfría tanto que se forma una costra dura en su superficie; al mismo tiempo, sustancias ligeras y gaseosas escapan de sus entrañas, ascendiendo y formando la atmósfera primaria. La composición de la atmósfera primaria era significativamente diferente de la moderna. Aparentemente, no había oxígeno libre en la atmósfera de la Tierra antigua, y su composición incluía sustancias en estado reducido, como hidrógeno (H 2), metano (CH 4), amoníaco (NH3), vapor de agua (H 2 O ), y posiblemente también nitrógeno (N2), monóxido de carbono y dióxido de carbono (CO y C 02).

El carácter reductor de la atmósfera primaria terrestre es de suma importancia para el origen de la vida, ya que las sustancias en estado reducido son altamente reactivas y, en determinadas condiciones, son capaces de interaccionar entre sí formando moléculas orgánicas. La ausencia de oxígeno libre en la atmósfera de la Tierra primaria (prácticamente todo el oxígeno de la Tierra estaba ligado en forma de óxidos) también es un requisito previo importante para el surgimiento de la vida, ya que el oxígeno se oxida fácilmente y por lo tanto destruye los compuestos orgánicos. Por lo tanto, en presencia de oxígeno libre en la atmósfera, la acumulación de tierra antigua una cantidad significativa de materia orgánica sería imposible.

Cuando la temperatura de la atmósfera primaria alcanza los 1000°C, se inicia en ella la síntesis de moléculas orgánicas simples, tales como aminoácidos, nucleótidos, ácidos grasos, azúcares simples, alcoholes polihídricos, ácidos orgánicos, etc. La energía para la síntesis es suministrada por descargas de rayos, actividad volcánica, radiación del espacio duro y, finalmente, la radiación ultravioleta del Sol, de la cual la Tierra aún no está protegida por la pantalla de ozono, y es la radiación ultravioleta la que los científicos consideran la principal fuente de energía para abiogénicos (que es decir, pasando sin la participación de organismos vivos) síntesis de sustancias orgánicas.

El reconocimiento y amplia difusión de la teoría de la I.A. Oparin se vio facilitado en gran medida por el hecho de que los procesos de síntesis abiogénica de moléculas orgánicas se reproducen fácilmente en experimentos modelo.

La posibilidad de sintetizar sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas se conoce desde principios del siglo XIX. Ya en 1828, el destacado químico alemán F. Wöhler sintetizó una sustancia orgánica, la urea a partir de inorgánicos, el cianato de amonio. Sin embargo, la posibilidad de síntesis abiogénica de sustancias orgánicas en condiciones cercanas a las de la Tierra antigua se mostró por primera vez en el experimento de S. Miller.

En 1953, un joven investigador estadounidense, estudiante de posgrado en la Universidad de Chicago, Stanley Miller, reprodujo en un frasco de vidrio con electrodos soldados al portador la atmósfera primaria de la Tierra, que, según científicos tiempo, consistía en hidrógeno, metano CH 4, amoníaco NH y vapor de agua H 20 (Fig. 1.). A través de esta mezcla de gases, S. Miller pasó descargas eléctricas simulando tormentas durante una semana. Al final del experimento, se encontraron en el matraz β-aminoácidos (glicina, alanina, asparagina, glutamina), ácidos orgánicos (succínico, láctico, acético, glicocólico), ácido γ-hidroxibutírico y urea. Al repetir el experimento, S. Miller logró obtener nucleótidos individuales y cadenas cortas de polinucleótidos de cinco a seis enlaces.

Arroz. una

En experimentos adicionales sobre síntesis abiogénica realizados por varios investigadores, no solo se utilizaron descargas eléctricas, sino también otros tipos de energía característicos de la Tierra antigua: radiación cósmica, ultravioleta y radiactiva, altas temperaturas inherentes a la actividad volcánica, así como varias opciones para mezclas de gases, imitando la atmósfera original. Como resultado, se obtuvo casi todo el espectro de moléculas orgánicas características de los seres vivos: aminoácidos, nucleótidos, sustancias grasas, azúcares simples, ácidos orgánicos.

Además, la síntesis abiogénica de moléculas orgánicas también puede ocurrir en la Tierra en la actualidad (por ejemplo, en el curso de la actividad volcánica). Al mismo tiempo, no solo el ácido cianhídrico HCN, que es un precursor de aminoácidos y nucleótidos, sino también aminoácidos individuales, nucleótidos e incluso sustancias orgánicas tan complejas como las porfirinas se pueden encontrar en las emisiones volcánicas. La síntesis abiogénica de sustancias orgánicas es posible no solo en la Tierra, sino también en el espacio exterior. Los aminoácidos más simples se encuentran en meteoritos y cometas.

Cuando la temperatura de la atmósfera primaria descendió por debajo de los 100 °C, cayeron lluvias calientes sobre la Tierra y apareció el océano primario. Con chorros de lluvia, sustancias orgánicas sintetizadas abiogénicamente entraron en el océano primario, lo que lo convirtió, pero expresión figurativa El bioquímico inglés John Haldane, en un "caldo primordial" diluido. Aparentemente, es en el océano primario donde comienzan los procesos de formación a partir de moléculas orgánicas simples, monómeros de moléculas orgánicas complejas, biopolímeros.

Sin embargo, los procesos de polimerización de nucleótidos, aminoácidos y azúcares individuales son reacciones de condensación, proceden con la eliminación de agua, por lo tanto, el medio acuoso no contribuye a la polimerización, sino, por el contrario, a la hidrólisis de los biopolímeros (es decir, , su destrucción con la adición de agua). vida atmosfera planeta

La formación de biopolímeros (en particular, proteínas a partir de aminoácidos) podría tener lugar en la atmósfera a una temperatura de alrededor de 180 °C, desde donde fueron arrastrados al océano primario con la precipitación atmosférica. Además, es posible que en la Tierra antigua, los aminoácidos se concentraran en depósitos secos y se polimerizaran en forma seca bajo la influencia de la luz ultravioleta y el calor de los flujos de lava.

A pesar de que el agua promueve la hidrólisis de biopolímeros, la síntesis de biopolímeros en una célula viva ocurre precisamente en un medio acuoso. Este proceso es catalizado por proteínas catalíticas especiales, enzimas, y la energía necesaria para la síntesis se libera durante la descomposición del ácido trifosfórico de adenosina, ATP. Es posible que la síntesis de biopolímeros en el ambiente acuático del océano primario fuera catalizada por la superficie de ciertos minerales. Se ha demostrado experimentalmente que una solución del aminoácido alanina puede polimerizarse en un medio acuoso en presencia de un tipo especial de alúmina. En este caso, se forma el péptido polialanina. La reacción de polimerización de la alanina va acompañada de la descomposición del ATP.

La polimerización de nucleótidos es más fácil que la polimerización de aminoácidos. Se ha demostrado que en soluciones con una alta concentración de sal, los nucleótidos individuales se polimerizan espontáneamente, convirtiéndose en ácidos nucleicos.

La vida de todos los seres vivos modernos es un proceso de interacción continua de los biopolímeros más importantes de una célula viva: proteínas y ácidos nucleicos.

Las proteínas son "moléculas de trabajo", "moléculas de ingeniería" de una célula viva. La función más importante de las proteínas es catalítica.. Como saben, los catalizadores son sustancias que aceleran reacciones químicas, pero no entran en los productos finales de la reacción. Las proteínas catalizadoras se llaman enzimas. Las enzimas aceleran las reacciones metabólicas cientos y miles de veces. El metabolismo, y por tanto la vida sin ellos, es imposible.

Ácidos nucleicos- estas son "moléculas-computadoras", moléculas - guardianes información hereditaria. Los ácidos nucleicos no almacenan información sobre todas las sustancias de una célula viva, sino solo sobre las proteínas. Basta con reproducir en la célula hija las proteínas características de la célula madre para que recreen con precisión todas las características químicas y estructurales de la célula madre, así como la naturaleza y la tasa de metabolismo inherentes a ella. Los propios ácidos nucleicos también se reproducen debido a la actividad catalítica de las proteínas.

Así, el misterio del origen de la vida es el misterio del surgimiento del mecanismo de interacción entre proteínas y ácidos nucleicos. ¿Qué información tiene la ciencia moderna sobre este proceso? ¿Qué moléculas eran la base principal de la vida: proteínas o ácidos nucleicos?

Adiciones a la teoría de Oparin

Los eruditos creen que a pesar de papel clave proteínas en el metabolismo de los organismos vivos modernos, las primeras moléculas "vivas" no fueron proteínas, sino ácidos nucleicos, es decir, ácidos ribonucleicos (ARN).

En 1982, el bioquímico estadounidense Thomas Check descubrió las propiedades autocatalíticas del ARN. Demostró experimentalmente que en un medio que contiene una alta concentración de sales minerales, los ribonucleótidos se polimerizan espontáneamente (espontáneamente), formando polinucleótidos, moléculas de ARN. En las cadenas de polinucleótidos originales de ARN, como en una matriz, se forman copias de ARN por apareamiento de bases nitrogenadas complementarias. La reacción de copia de la plantilla de ARN es catalizada por la molécula de ARN original y no requiere la participación de enzimas u otras proteínas.

Otros eventos están bastante bien explicados por un proceso que podría llamarse "selección natural" al nivel de las moléculas. Cuando las moléculas de ARN se autocopian, inevitablemente surgen imprecisiones y errores. Las copias de ARN erróneas se copian de nuevo. Al volver a copiar, pueden volver a producirse errores. Como resultado, la población de moléculas de ARN en cierta parte del océano primario será heterogénea.

Dado que los procesos de descomposición del ARN también tienen lugar en paralelo con los procesos de síntesis, las moléculas con mayor estabilidad o mejores propiedades autocatalíticas se acumularán en el medio de reacción (es decir, moléculas que se copian a sí mismas más rápido, se "multiplican" más rápido).

En algunas moléculas de ARN, como en una matriz, puede ocurrir el autoensamblaje de pequeños fragmentos de proteínas: péptidos. Se forma una "vaina" de proteína alrededor de la molécula de ARN.

Junto con las funciones autocatalíticas, Thomas Check descubrió el fenómeno del autoempalme en las moléculas de ARN. Como resultado del auto-empalme, las regiones de ARN que no están protegidas por péptidos se eliminan espontáneamente del ARN (son, por así decirlo, "cortadas" y "expulsadas"), y las regiones restantes de ARN que codifican fragmentos de proteínas se "fusionan". ", es decir se combinan espontáneamente en una sola molécula. Esta nueva molécula de ARN ya codificará una proteína compleja grande (Figura 2).

Aparentemente, inicialmente las vainas proteicas realizaban principalmente una función protectora, protegiendo al ARN de la destrucción y aumentando así su estabilidad en solución (esta es la función de las vainas proteicas en los virus modernos más simples).

Obviamente, en una cierta etapa de la evolución bioquímica, las moléculas de ARN, que codifican no solo proteínas protectoras, sino también proteínas catalíticas (enzimas), acelerando drásticamente la tasa de copia de ARN, obtuvieron una ventaja. Aparentemente, así surgió el proceso de interacción entre proteínas y ácidos nucleicos, que ahora llamamos vida.

En el proceso de desarrollo posterior, debido a la aparición de una proteína con las funciones de una enzima, la transcriptasa inversa, en moléculas de ARN monocatenario, comenzaron a sintetizarse moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN) que consta de dos cadenas. La ausencia de un grupo OH en la posición 2" de la desoxirribosa hace que las moléculas de ADN sean más estables con respecto a la escisión hidrolítica en soluciones ligeramente alcalinas, es decir, la reacción del medio en los reservorios primarios fue ligeramente alcalina (esta reacción del medio también se conservó). en el citoplasma de las células modernas).

¿Dónde tuvo lugar el desarrollo de un complejo proceso de interacción entre proteínas y ácidos nucleicos? Según la teoría de la I.A. Oparin, las llamadas gotas de coacervado se convirtieron en el lugar de nacimiento de la vida.

Arroz. 2

• A) en el proceso de autocopia del ARN se acumulan errores (1 - nucleótidos correspondientes al ARN original; 2 - nucleótidos que no corresponden al ARN original - errores de copia);
• B) debido a sus propiedades fisicoquímicas, los aminoácidos se adhieren a una parte de la molécula de ARN (3 - molécula de ARN; 4 - aminoácidos), que, al interactuar entre sí, se convierten en moléculas de proteína cortas: péptidos.
• C) Como resultado de la característica de autoempalme de las moléculas de ARN, las secciones de la molécula de ARN que no están protegidas por péptidos se destruyen y las restantes "crecen" en una sola molécula que codifica una proteína grande.
• D) Como resultado, aparece una molécula de ARN, cubierta con una vaina de proteína (los virus modernos más primitivos, por ejemplo, el virus del mosaico del tabaco, tienen una estructura similar)

El fenómeno de la coacervación consiste en que bajo ciertas condiciones (por ejemplo, en presencia de electrolitos), las sustancias macromoleculares se separan de la solución, pero no en forma de precipitado, sino en forma de una solución más concentrada. coacervar Cuando se agita, el coacervado se rompe en pequeñas gotas separadas. En el agua, tales gotas están cubiertas con una capa de hidratación (una capa de moléculas de agua) que las estabiliza - fig. 3

Las gotas de coacervado tienen cierta apariencia de metabolismo: bajo la influencia de fuerzas fisicoquímicas, pueden absorber selectivamente ciertas sustancias de la solución y liberar sus productos de descomposición al medio ambiente. Debido a la concentración selectiva de sustancias del medio ambiente, pueden crecer, y cuando alcanzan un cierto tamaño, comienzan a "multiplicarse", brotando pequeñas gotas que, a su vez, pueden crecer y "brotar".

Las gotitas de coacervado resultantes de la concentración de soluciones proteicas en el proceso de mezcla bajo la acción de las olas y el viento se pueden recubrir con una capa de lípidos: una membrana única que se asemeja a las micelas de jabón (con un solo desprendimiento de una gota de la superficie del agua recubierta con una capa lipídica), o una doble que se asemeja a una membrana celular (con caída repetida de gotas, recubiertas con una membrana lipídica de una sola capa, sobre la película lipídica que cubre la superficie del reservorio - Fig. 3).

Los procesos de aparición de gotas de coacervado, su crecimiento y "brotación", así como su "revestimiento" con una membrana de una doble capa de lípidos, se modelan fácilmente en condiciones de laboratorio.

Para las gotas de coacervado, también existe un proceso de "selección natural" en el que las gotas más estables permanecen en solución.

A pesar de la semejanza externa de las gotas de coacervado con las células vivas, las gotas de coacervado carecen del signo principal de un ser vivo: la capacidad de autorreproducción precisa, autocopia. Obviamente, los precursores de las células vivas fueron tales gotas de coacervado, que incluían complejos de moléculas replicadoras (ARN o ADN) y las proteínas que codifican. Es posible que los complejos de ARN-proteína existieran durante mucho tiempo fuera de las gotitas de coacervado en forma de un llamado "gen de vida libre", o es posible que su formación tuviera lugar directamente dentro de algunas gotitas de coacervado.

Arroz. 3.

• A) la formación de una capa;
• B) estabilización de gotas de coacervado en una solución acuosa;
• C) - la formación de una doble capa lipídica alrededor de la gota, similar a una membrana celular: 1 - gota coacervada; 2 - capa monomolecular de lípidos en la superficie del reservorio; 3 - formación de una sola capa lipídica alrededor de la gota; 4 - formación de una doble capa lipídica alrededor de la gota, similar a una membrana celular;
• D) - una gota de coacervado rodeada por una doble capa lipídica, con un complejo proteína-nucleótido incluido en su composición - un prototipo de la primera célula viva

Extremadamente complejo, no completamente entendido ciencia moderna Desde un punto de vista histórico, el proceso de aparición de la vida en la Tierra fue extremadamente rápido. Durante 3.500 millones de años, los llamados. la evolución química terminó con la aparición de las primeras células vivas y comenzó la evolución biológica.

Teoría de la evolución bioquímica
Hasta mediados del siglo XX. muchos científicos creían que los compuestos orgánicos solo pueden ocurrir en un organismo vivo. Por eso se les llama compuestos orgánicos en contraposición a sustancias. naturaleza inanimada- minerales, que se denominan compuestos inorgánicos. Se creía que las sustancias orgánicas surgen solo biogénicamente, y la naturaleza sustancias inorgánicas completamente diferente, por lo tanto, la aparición de incluso los organismos más simples a partir de sustancias inorgánicas es completamente imposible. Sin embargo, después de lo habitual elementos químicos se sintetizó el primer compuesto orgánico, el concepto de dos esencias diferentes de sustancias orgánicas e inorgánicas resultó ser insostenible. A raíz de este descubrimiento surgió la química orgánica y la bioquímica, que estudian los procesos químicos en los organismos vivos.

Sin embargo, en enfoques experimentales individuales, de 20 aminoácidos proteinogénicos, siempre hubo solo un máximo de trece, además, hubo un exceso de sustancias que no están unidas en la naturaleza en relación con la síntesis de proteínas. Además, el análisis de los productos de reacción reveló un exceso de moléculas mono y polifuncionales, que son un factor de mezcla importante para la cadena de aminoácidos individuales de las proteínas.

Los experimentos de Stanley Miller podrían verse como el primer paso en la formación de moléculas vitales. Sin embargo, este paso obviamente conduce a un callejón sin salida. Ya que en todos los enfoques experimentales aparece una gran cantidad de otras sustancias simultáneamente con los aminoácidos deseados, lo que complica seriamente o incluso imposibilita los siguientes pasos.

Además, este descubrimiento científico permitió crear el concepto de evolución bioquímica, según el cual la vida en la Tierra surgió como resultado de procesos físicos y químicos. Esta hipótesis se basó en datos sobre la similitud de las sustancias que componen las plantas y los animales, en la posibilidad de sintetizar sustancias orgánicas que componen la proteína en condiciones de laboratorio.

Algunas de estas proteínas son enzimas que catalizan reacciones que garantizan la supervivencia celular y consiguen que se dupliquen. Los experimentos de Miller no pudieron proporcionar ninguna evidencia plausible de la formación de los materiales de partida de ambas macromoléculas. Incluso si fuera simplista suponer que solo se necesitarían dos bases como material de partida para los ácidos nucleicos y unos pocos aminoácidos como componentes básicos para las proteínas, el principal problema sigue siendo: qué fue primero, las proteínas o los ácidos nucleicos.

Académico I.A. Oparin publicó su obra El origen de la vida en 1924, que esbozaba una hipótesis fundamentalmente nueva sobre el origen de la vida. La esencia de la hipótesis se reducía a lo siguiente: el origen de la vida en la Tierra es un largo proceso evolutivo de formación de materia viva en las profundidades de la materia inanimada. Y esto sucedió a través de la evolución química, como resultado de lo cual las sustancias orgánicas más simples se formaron a partir de sustancias inorgánicas bajo la influencia de fuertes factores físicos y químicos y, por lo tanto, la evolución química se elevó gradualmente a un nivel cualitativamente nuevo y pasó a la evolución bioquímica.

La evidencia de que hubo precursores primitivos de un sistema replicativo y metabólicamente activo aún no está disponible. Sin embargo, hay evidencia de que una sola molécula precursora puede combinar ambas funciones, a saber, el almacenamiento Información genética y catálisis o autorreplicación.

Resultó que en las últimas etapas de desarrollo, estas tareas son completamente transferidas por proteínas. Estas consideraciones han permanecido durante mucho tiempo en el ámbito de la especulación. Los experimentos de Miller Ursuppen fueron relativamente inespecíficos en la búsqueda de macromoléculas orgánicas como posibles materiales de partida para proteínas y ácidos nucleicos. Algunos de ellos se presentarán a continuación.

Considerando el problema del origen de la vida a través de la evolución bioquímica, Oparin distingue tres etapas de transición de la materia inanimada a la viva:

Síntesis de compuestos orgánicos iniciales a partir de sustancias inorgánicas en las condiciones de la atmósfera primaria de la Tierra primitiva;

Formación en los reservorios primarios de la Tierra a partir de los compuestos orgánicos acumulados de biopolímeros, lípidos, hidrocarburos;

Posteriormente, se investigó esta ruta de síntesis, y se encontró que se trataba de un ciclo de reacción autocatalítico, el cual era provocado por pequeñas cantidades de impurezas de formaldehído y derivado como primer producto de reacción del glicol. Si fuera posible dirigir la reacción de Butlerov a la síntesis de ribosa, esta podría ser una ruta ideal para el componente de azúcar de los nucleótidos. Sin embargo, solo se prepararon mezclas de azúcar en el camino, y las ribosas siempre se encontraron solo en cantidades muy pequeñas.

Sin embargo, pronto se hizo evidente que los cationes de plomo catalizan la síntesis de aldoptentosas, lo que sugiere que las ribosas se pueden formar en condiciones prebióticas. La síntesis química de la base de purina adenina sigue siendo un misterio. La base para la posible síntesis de la adenina prebiótica es el cianuro de hidrógeno o ácido cianhídrico. John Oro y sus colegas pudieron extraer una pequeña cantidad de adenina del cianuro de amonio a principios de los años sesenta. Esto llevó a los científicos a buscar otras vías posibles para la adenina.

Autoorganización de compuestos orgánicos complejos, la aparición sobre su base y la mejora evolutiva del proceso de metabolismo y reproducción. estructuras organicas culminando en la formación de la célula más simple.

A pesar de toda la validez experimental y persuasión teórica, el concepto de Oparin tiene fortalezas y debilidades.

Miyakawa sugirió que las purinas a principios atmósfera terrestre se formaron independientemente del cianuro de hidrógeno. Christopher Chiba y Carl Sagan argumentan aún más audazmente que las purinas se produjeron en otras partes de nuestro mundo. sistema solar y traído a la tierra por meteoritos. Robert Shapiro, uno de los principales investigadores de linajes, critica estas consideraciones. Precisamente porque la adenina juega un papel importante en la replicación de todos los seres vivos conocidos, está claro que la adenina fue un componente del sistema de replicación temprano en la vida.

Pero Propiedades químicas Adenina habla en contra de tal papel. Estas son tres buenas razones por las que Shapiro descarta la atractiva posibilidad de que la adenina pueda ser un componente del primer sistema replicativo. También es escéptico sobre la posible síntesis prebiótica de pirimidinas. No se han encontrado ni en meteoritos ni en experimentos con descargas eléctricas. La síntesis química es un desafío tal que Shapiro también cree que la citosina como posible componente de una molécula replicadora temprana es muy poco probable.

La fuerza del concepto es la correspondencia bastante precisa de su evolución química, según la cual el origen de la vida es un resultado natural de la evolución prebiológica de la materia. Un argumento convincente a favor de este concepto es también la posibilidad de verificación experimental de sus principales disposiciones. Se trata de la reproducción en laboratorio no sólo de las supuestas condiciones fisicoquímicas de la Tierra primaria, sino también de coacervados que imitan al ancestro precelular y sus características funcionales.

Por lo tanto, cabe señalar que actualmente no existen modelos concluyentes para la síntesis de nucleótidos en condiciones prebióticas plausibles. Probablemente se pueden simular varios pasos de reacción, pero siempre use materiales de partida puros y, a menudo, con rendimientos de producto muy bajos. Se discuten los pensamientos sobre el origen extraterrestre de los componentes básicos de los ácidos nucleicos, pero no pueden contribuir a resolver el problema real. El entrecruzamiento de nucleótidos activados a moléculas más largas generalmente no ocurre espontáneamente, sino solo cuando se agregan factores de activación externos a la reacción.

El lado débil del concepto es la imposibilidad de explicar el momento mismo del salto de compuestos orgánicos complejos a organismos vivos; después de todo, ninguno de los experimentos realizados logró obtener vida. Además, Oparin admite la posibilidad de autorreproducción de coacervados en ausencia de sistemas moleculares con las funciones del código genético. En otras palabras, sin reconstruir la evolución del mecanismo de la herencia, es imposible explicar el proceso del salto de lo inanimado a lo vivo. Por lo tanto, hoy se cree que no será posible resolver este dificilísimo problema de la biología sin involucrar el concepto de sistemas catalíticos abiertos, la biología molecular y la cibernética.

Debido a la velocidad de reacción muy lenta de los fosfatos de nucleósidos en solución acuosa a temperaturas y valores de pH moderados, esta reacción no se puede simular fácilmente en el laboratorio. De esta forma, solo se pueden sintetizar polímeros de unos pocos nucleótidos. El mayor problema es la fuente de energía libre, que puede estimular la polimerización de nucleótidos. Este problema se puede solucionar con el uso de minerales arcillosos. Ferris aún no puede explicar cómo la arcilla puede realizar esta tarea, pero está investigando intensamente con su equipo para aclarar el asunto.

Las principales hipótesis del origen de la vida en la tierra.

Evolución bioquímica

Entre los astrónomos, geólogos y biólogos, generalmente se acepta que la edad de la Tierra es de aproximadamente 4,5 a 5 mil millones de años.

Según muchos biólogos, en el pasado el estado de nuestro planeta era poco parecido al actual: probablemente la temperatura en la superficie era muy alta (4000 - 8000 °C), y a medida que la Tierra se enfriaba, el carbono y más metales refractarios se condensaban y formó la corteza terrestre; la superficie del planeta probablemente era desnuda y desigual, ya que como resultado de la actividad volcánica, los desplazamientos y contracciones de la corteza provocados por el enfriamiento, se formaron pliegues y rupturas en ella.

Esta dificultad se ha observado a menudo y se denomina inhibición cruzada enantiomérica. Esto puede poner en duda todas las explicaciones más plausibles sobre el origen de los mecanismos de replicación prebiótica. Se centra en los siguientes supuestos.

Bases prebióticas, azúcares, fosfatos estuvieron presentes en suficiente cantidad y pureza. Estos son los nucleótidos formados, los componentes básicos de los ácidos nucleicos, y acumulados en un pequeño lago. En el fondo del lago había minerales de arcilla que catalizaron la formación de polinucleótidos monocatenarios de cadena larga. Algunos de ellos se han convertido en cadenas dobles mediante la síntesis de plantillas.

Se cree que el campo gravitatorio del planeta aún insuficientemente denso no pudo contener gases ligeros: hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, helio y argón, y abandonaron la atmósfera. Pero compuestos simples que contienen entre otros estos elementos (agua, amoníaco, CO2 y metano). Hasta que la temperatura de la Tierra descendió por debajo de los 100°C, toda el agua estaba en estado de vapor. La falta de oxígeno fue probablemente condición necesaria por el surgimiento de la vida; como muestran los experimentos de laboratorio, las sustancias orgánicas (la base de la vida) son mucho más fáciles de formar en una atmósfera pobre en oxígeno.

Una copia de una ribozima da lugar a más ribozimas, y así sucesivamente. Esto ha llevado a una población en crecimiento exponencial. En este punto del escenario, la selección natural habría continuado este proceso. Según Darwin, la vida comenzó a partir del organismo original. Según ideas aún más radicales de contemplación de los biólogos moleculares, toda la biosfera provendrá de unos pocos polinucleótidos autorreplicantes formados en suelo primitivo.

Los autores de este espectáculo molecular utópico bien pueden señalar que aún quedan muchos problemas por resolver antes de que este sueño pueda convertirse en una teoría seria y convincente. Además, queda por demostrar cómo las ribozimas mantienen unidos los productos en términos de su propia actividad, por ejemplo mediante la incorporación en un sistema de membrana, que se discutirá brevemente.

En 1923 I.A. Oparin, basándose en consideraciones teóricas, expresó la opinión de que se podrían crear sustancias orgánicas, posiblemente hidrocarburos, en el océano a partir de compuestos más simples. La energía para estos procesos fue suministrada por intensivos radiación solar, principalmente radiación ultravioleta que caía sobre la Tierra antes de que se formara la capa de ozono, que empezó a atrapar la mayor parte. Según Oparin, la variedad de compuestos simples que se encuentran en los océanos, la superficie de la Tierra, la disponibilidad de energía y las escalas de tiempo sugieren que la materia orgánica se acumuló gradualmente en los océanos y formó una "sopa primordial" en la que la vida podría aumentar.

A través de simulaciones por computadora, intentan imitar el origen de la vida y representar digitalmente la evolución molecular a lo largo del tiempo. Todas las dificultades y obstáculos antes mencionados para el autodesarrollo de materiales de partida de ácido nucleico en este caso no deben considerarse en estos enfoques experimentales.

Schuster eligió el método de simulación por computadora porque le preocupan los grandes obstáculos del habitual, basado en la hora blanca. Estudios experimentales basado en experimentos de laboratorio. Los fenómenos como las adaptaciones duran de 10 3 a 10 6 generaciones. Tales períodos de tiempo son demasiado largos para experimentos en el sentido habitual. Además, la combinación de posibles genotipos se vuelve inmanejable. Finalmente, la compleja relación entre el genotipo y el fenotipo dificulta el modelado realista.

Es imposible comprender el origen del hombre sin comprender el origen de la vida. Y comprender el origen de la vida solo es posible comprendiendo el origen del universo.

Primero hubo una gran explosión. Esta explosión de energía tuvo lugar hace quince mil millones de años.

La evolución se puede considerar como la Torre Eiffel. En la base - energía, arriba - materia, planetas, luego vida. Y finalmente, en la parte superior, un hombre, el más complejo y el último animal en aparecer.

El único requisito previo necesario para la evolución molecular controlada por computadora son las moléculas capaces de reproducirse. Esto puede entonces atacar la selección y la adaptación a medida que cambian las condiciones ambientales. Los tiempos de generación de moléculas autorreplicantes son extremadamente cortos. Fenómenos como la adaptación se vuelven observables. Ambas propiedades, la secuencia y la estructura espacial están indisolublemente unidas. Por lo tanto, este enfoque ofrece un sistema modelo simple para estudiar los procesos de adaptación en el laboratorio.

El curso de la evolución:

Hace 15 mil millones de años: el nacimiento del universo;

Hace 5 mil millones de años: nacimiento del sistema solar;

Hace 4 mil millones de años: nacimiento de la Tierra;

Hace 3 mil millones de años: los primeros rastros de vida en la Tierra;

Hace 500 millones de años: primeros vertebrados;

200 Ma: primeros mamíferos;

Hace 70 millones de años: los primeros primates.

Según esta hipótesis, propuesta en 1865. por el científico alemán G. Richter y finalmente formulado por el científico sueco Arrhenius en 1895, la vida podría ser traída a la Tierra desde el espacio. El golpe más probable de organismos vivos de origen extraterrestre con meteoritos y polvo cósmico. Esta suposición se basa en datos sobre la alta resistencia de algunos organismos y sus esporas a la radiación, el alto vacío, las bajas temperaturas y otras influencias.

De esta forma, los investigadores de Schuster pueden crear moléculas con propiedades óptimas que luego pueden sintetizarse sintéticamente. Este "mundo de juguete", como lo llama el propio Schuster, es un modelo modelo simple pero efectivo para modelar eventos de adaptación molecular. Este modelo es ciertamente adecuado para comprender los procesos microevolutivos.

A nivel molecular, piensa en el origen de la replicación en general, en la traducción u origen del código genético, en la compleja interacción de la regulación génica. A nivel macroscópico, esto será una transición de procariotas a eucariotas, de organismos unicelulares a los organismos pluricelulares o incluso al desarrollo de los organismos, hasta los humanos.

En 1969, el meteorito Murchison fue encontrado en Australia. ¡Contenía 70 aminoácidos intactos, ocho de los cuales son parte de la proteína humana!

Muchos científicos podrían argumentar que las ardillas que se petrificaron al volver a entrar en la atmósfera estaban muertas. Sin embargo, recientemente se ha descubierto un prión, una proteína que puede soportar temperaturas muy altas. El prión es más fuerte que el virus y puede transmitir la enfermedad mucho más rápido. Según la teoría de la Panspermia, el hombre de alguna manera se origina a partir de un virus de origen extraterrestre que golpeó a los monos, que como resultado mutaron.

La cuestión del origen de las primeras células aún no se ha resuelto mediante los pasos necesarios mencionados anteriormente para dilucidar el origen de la vida. Muchos científicos creen que los ancestros de todos los seres vivos eran una especie de ser unicelular, un recipiente en el que se empaquetaban proteínas y ácidos nucleicos, cofactores y otros, y se rodeaban de un caparazón relativamente impenetrable. Incluso en este próximo paso necesario en la evolución prebiótica, actualmente solo hay especulaciones sobre los posibles mecanismos para la formación de las primeras células.

Los componentes centrales de las membranas celulares son los fosfolípidos, que pueden ensamblarse espontáneamente en bicapas para formar estructuras circulares. Aunque no hay evidencia de capacidades sintéticas en condiciones prebióticas, existen sistemas modelo sobre cómo las bicapas lipídicas pueden aparecer por primera vez en la sopa de articulaciones primordial y cómo se puede visualizar la división celular primitiva.

Teoría generación espontánea la vida

Esta teoría ha circulado en China antigua, Babilonia y Egipto como alternativa al creacionismo con el que coexistía.

Aristóteles (384-322 a. C.), a menudo aclamado como el fundador de la biología, se aferró a la teoría de la generación espontánea de la vida. Basado en sus propias observaciones, desarrolló aún más esta teoría, vinculando todos los organismos en una serie continua: la "escalera de la naturaleza". “Pues la naturaleza hace la transición de los objetos sin vida a los animales con una sucesión tan suave, colocando entre ellos criaturas que viven, sin ser animales, que entre grupos vecinos, debido a su proximidad, apenas se pueden notar las diferencias” (Aristóteles) .

El descubrimiento de las arqueobacterias generó esperanzas de que estos microorganismos pudieran ser buenos sistemas modelo, ya que podrían ser los primeros precursores de las células. Sin embargo, pronto se hizo evidente que las arqueobacterias en particular contienen sistemas metabólicos muy complejos que no son "primitivos" y, por lo tanto, es poco probable que se utilicen como un posible arquetipo de un organismo vivo unicelular primitivo.

El sueño de un "modelo estándar" para la creación de vida, formulado por Joyce y Orgel, permanece en el terreno de la especulación. Ni para el origen prebiótico de los bloques de construcción de ácidos nucleicos y proteínas existen datos experimentales seguros, ni para el prototipo de un sistema genético autorreproductivo, además, la cuestión de la organización del material genético a nivel celular es imposible. Tampoco está clara la cuestión: pollo o huevo, etc., si las proteínas o los ácidos nucleicos fueron los primeros precursores de la vida.

Según la hipótesis de Aristóteles de la generación espontánea, ciertas "partículas" de materia contienen algún tipo de "principio activo" que, en condiciones adecuadas, puede crear un organismo vivo. Aristóteles tenía razón al pensar que este principio activo está contenido en un huevo fecundado, pero creía erróneamente que también está presente en la luz del sol, el barro y la carne podrida.

“Estos son los hechos: los seres vivos pueden surgir no solo del apareamiento de animales, sino también de la descomposición del suelo. Lo mismo ocurre con las plantas: algunas se desarrollan a partir de semillas, mientras que otras, por así decirlo, se generan espontáneamente bajo la acción de toda la naturaleza, surgiendo de la tierra en descomposición o de ciertas partes de las plantas ”(Aristóteles).

Con la expansión del cristianismo, la teoría del origen espontáneo de la vida no fue honrada: fue reconocida solo por aquellos que creían en la brujería y adoraban a los malos espíritus, pero esta idea siguió existiendo en algún lugar del fondo durante muchos siglos más.

Teoría estado estable

Según esta teoría, la Tierra nunca surgió, sino que existió desde siempre, siempre es capaz de albergar vida, y si ha cambiado, entonces muy poco. Las especies también han existido siempre.

Las estimaciones de la edad de la Tierra han variado mucho, desde unos 6.000 años según los cálculos del arzobispo Ussher hasta 5.000 106 años según las estimaciones modernas basadas en las tasas de desintegración radiactiva. Los métodos de datación mejorados dan estimaciones cada vez más altas de la edad de la Tierra, lo que permite a los defensores de la teoría del estado estacionario creer que la Tierra ha existido desde siempre. De acuerdo con esta teoría, las especies nunca surgieron, siempre han existido, y cada especie tiene solo dos alternativas: un cambio en el número o la extinción.

Los defensores de esta teoría no reconocen que la presencia o ausencia de ciertos restos fósiles puede indicar el momento de la aparición o extinción de una especie en particular, y citan como ejemplo a un representante de los peces con aletas lobuladas: el celacanto. Los defensores de la teoría del estado estacionario argumentan que solo estudiando especies vivas y comparándolas con restos fósiles, se puede concluir acerca de la extinción, y en este caso es muy probable que resulte ser errónea. Utilizando datos paleontológicos para confirmar la teoría del estado estacionario, sus pocos partidarios interpretan la aparición de los fósiles en un aspecto ecológico (aumento de la abundancia, migración a lugares favorables para la conservación de los restos, etc.). La mayoría de Los argumentos a favor de esta teoría están relacionados con aspectos tan oscuros de la evolución como la importancia de las lagunas en el registro fósil, y está más desarrollada en esta dirección.

creacionismo

Creacionismo (lat. sgea - creación). Según este concepto, la vida y todas las especies de seres vivos que habitan la Tierra son el resultado de un acto creativo de un ser superior en un momento determinado. Las principales disposiciones del creacionismo están establecidas en la Biblia, en el Libro del Génesis. El proceso de la creación divina del mundo se concibe como si hubiera tenido lugar una sola vez y, por lo tanto, inaccesible a la observación. Esto es suficiente para llevar todo el concepto de la creación divina más allá investigación científica. La ciencia trata solo con fenómenos observables y, por lo tanto, nunca podrá probar o rechazar este concepto.

La teoría del origen del agua del hombre.

Dice: el hombre vino directamente del agua. Esos. alguna vez fuimos algo así como primates marinos, o peces humanoides.

La "teoría del agua" de los orígenes humanos fue presentada por Alistair Hardy (1960) y desarrollada por Elaine Morgan. Después de eso, la idea fue difundida por muchos divulgadores, por ejemplo, Jan Lindblad y el legendario submarinista Jacques Maillol. Según Hardy y Morgan, uno de nuestros antepasados ​​fue un gran simio del Mioceno de la familia de los procónsules, que vivió en el agua durante muchos millones de años antes de volverse terrestre.

A favor del origen del "mono de agua", se dan las siguientes características humanas:

1. La capacidad de contener la respiración, la apnea (incluso durante la vocalización) convierte a una persona en buzo.

2. Trabajar con cepillos diestros y usar herramientas es similar al comportamiento del mapache y la nutria marina.

3. Al vadear cuerpos de agua, los primates se paran sobre sus patas traseras. El estilo de vida semiacuático contribuyó al desarrollo de la locomoción bípeda.

4. La pérdida de pelo y el desarrollo de grasa subcutánea (en los humanos suele ser más espesa que en otros primates) son características de los mamíferos acuáticos.

5. Los senos grandes ayudaron a mantener el cuerpo en el agua y calentar el corazón.

6. El cabello en la cabeza ayudó a mantener al bebé.

7. Un pie alargado ayudó a nadar.

8. Hay un pliegue de piel entre los dedos.

9. Al arrugar la nariz, una persona puede cerrar las fosas nasales (monos - no)

10. El oído humano absorbe menos agua.

Y por ejemplo, si un recién nacido se pone en agua inmediatamente después de salir del vientre de la madre, se sentirá muy bien. Ya sabe nadar. Después de todo, para que un recién nacido pase de la etapa de un pez a la etapa de un mamífero que respira aire, necesita palmaditas en la espalda.

Hace 50 millones de años, los delfines emergieron del agua y se convirtieron en animales terrestres. Y luego, por razones desconocidas, decidieron volver al agua. Sólo tenemos que seguir su ejemplo.

transformismo

Nominado en 1815 por Jean-Baptiste Lamarck

Los cambios en el entorno externo implican un cambio en las células.

La falla obligó (!!) a los primeros prehistóricos a vivir en una sabana sin árboles. Ya no podían trepar a los árboles para escapar de los depredadores. Las personas se vieron obligadas a pararse sobre sus patas traseras para poder ver al enemigo desde lejos en la hierba alta. Temiendo constantemente el ataque, la gente se enderezó y cambió de "animales que en su mayoría viven en los árboles y, a veces, erguidos" a "animales erguidos que a veces miran hacia los árboles".

El uso de las extremidades inferiores liberó las patas superiores, ahora era posible sostener un palo en las manos y usarlo como arma.

El bipedalismo abrió una era de otros cambios, en particular en el esqueleto.La pelvis se convirtió en una canasta para el interior. Anteriormente, la conexión de la columna vertebral y el cráneo era horizontal. Ahora se ha vuelto vertical y el volumen del cráneo ha aumentado, ya que la médula espinal ya no interfiere con él.

Durante 2 millones de años, el volumen del cerebro crece de 450 a 1000 centímetros cúbicos, luego de 1000 a los 1450 actuales.

Ya casi no nos queda lana. Se necesitaba lana para que los bebés pudieran agarrarse al estómago de su madre. Esto se volvió innecesario cuando las madres pudieron tomar a sus hijos en sus brazos. Y la lana se dejaba en la parte superior del cráneo para protegerlo del sol. Por encima de los ojos (cejas) protección contra la lluvia.

La diferencia con el darwinismo es que los darwinistas creen que las personas son animales que accidentalmente tienen un gen que les permite pararse sobre sus patas traseras. Y los lamarckianos creen que cualquier animal, si es necesario, puede transformar sus genes.

Las ideas de Lamarck dan a todos la esperanza de lo mejor. Y Darwin, si no eres un representante de la especie más exitosa, no te deja oportunidad.

Con un desarrollo de 9 meses, el embrión humano vive toda la historia de su especie.

El embrión de 12 días se parecía a un diminuto gusano alargado con ojos grandes. Parece un embrión de pez.

Cuando un embrión humano tiene treinta y un días, parece un lagarto, a las 9 semanas parece una musaraña bebé, a las 18 semanas no es diferente del embrión de un mono.

darvinismo

teoría materialista de la evolución ( desarrollo historico) del mundo orgánico de la Tierra, basado en las opiniones de Ch. Darwin.

Dos motores principales de la evolución. El primero es el azar, el segundo es la selección de especies. La naturaleza puso miles de experimentos al mismo tiempo. Y luego la selección natural elimina a los menos aptos.

Una imagen de la historia de los antepasados ​​humanos.

Hace 70 millones de años: La aparición de los primeros primates. Eran insectívoros y muy parecidos a las musarañas.

hace 40 millones de años; la aparición de los primeros lémures, estos animales ya tenían rasgos característicos de los humanos: un pulgar sobresaliente, uñas afiladas y una cara plana. El pulgar, en ángulo con la palma, le permite agarrar objetos y usarlos como herramientas. Las uñas planas en lugar de las garras permiten cerrar el puño. Los lémures fueron los primeros en tener una mano.Gracias a las caras planas, los lémures comenzaron a ver en volumen. Los animales cuyos ojos están ubicados a los lados del hocico no pueden determinar la distancia y distinguir el relieve. El hocico de Ulemurov dejó de alargarse y sus ojos estaban en el mismo plano. Los lémures adquirieron la capacidad de ver el mundo en tres dimensiones.

Hace 20 millones de años, los lémures fueron superados por los simios, sus primos mutantes mucho más diestros.

Hace aproximadamente entre 4,4 y 2,8 millones de años, aparece una rama de los monos Australopithecus, de la que luego evolucionaron los humanos. El hombre se ha vuelto diferente de un gorila o un chimpancé debido al cambio climático. Los monos habitaban el este de África, donde ocurrió un terremoto que provocó una ruptura en el suelo, el llamado rift. La falla provocó la formación de tres especiales zonas climáticas: una zona de bosques densos, una zona montañosa, una zona de sabanas con escasa vegetación. En los densos bosques sólo sobrevivieron los ancestros de los chimpancés, en las montañas los ancestros de los gorilas y en la zona de sabana con escasa vegetación los Australopithecus, es decir, nuestros ancestros.

La principal diferencia entre el Australopithecus y el gorila o chimpancé prehistórico era la desaparición de la cola, necesaria para mantener el equilibrio al saltar de rama en rama. Toca tu cóccix. Ese inútil muñón de cola en la espalda es la última señal del mono árbol que era el hombre antes de la grieta.

La ausencia de cola no es la única diferencia entre el hombre y el mono. El torso se enderezó gradualmente, el volumen del cráneo aumentó, la cara se volvió plana y la persona adquirió una visión estereoscópica. No olvidemos el descenso de la laringe. Anteriormente, los primates emitían solo gruñidos, mientras que al bajar la laringe ampliaban mucho la gama de sonidos, desaparecía el cabello, se alargaba el período de la infancia, es decir, se alargaba el tiempo de enseñar a los niños, surgían relaciones sociales más complejas.

Y aquí está él, Homo sapiens, es decir, nosotros. Uno de formas perfectas creaciones de la naturaleza.

La evolución de la vida en la tierra.

El problema del origen de la vida en la Tierra es uno de los mayores problemas de las ciencias naturales. Este problema ha llamado la atención del hombre desde tiempos inmemoriales. Sin embargo, en diferentes épocas y en diferentes etapas del desarrollo de la cultura humana, este problema se resolvió de diferentes maneras. Las teorías sobre el origen de la Tierra y de todo el universo son diversas y están lejos de ser fiables. Aquí están los principales:

1. Creacionismo. Según esta idea, la vida fue creada por el creador (de la palabra latina crear - crear).

2. Hipótesis de un estado estacionario. La vida, como el Universo mismo, no existió siempre y existirá para siempre, ya que no tiene principio ni fin.

3. La hipótesis de la generación espontánea, según la cual la vida surge espontáneamente de la materia inanimada.

4. La teoría de la panspermia: la idea de que la vida fue traída a la Tierra desde el exterior, desde el espacio. Hay que decir que esta teoría sigue siendo popular entre los científicos.

Todas estas teorías son en su mayoría especulativas y carecen de evidencia directa. Actualmente, no hay consenso sobre el origen de la vida entre los científicos. La hipótesis formulada por el científico soviético Acad. A. I. Oparin y el científico inglés J. Haldane.

Teoría de la evolución bioquímica

(teoría bioquímica del origen de la vida)

En 1923, el científico soviético Oparin expresó la opinión de que la atmósfera de la Tierra no era la misma que ahora. Basado en consideraciones teóricas, sugirió que la vida surgió gradualmente de sustancias inorgánicas a través de una larga evolución molecular.

1. Se cree que la Tierra y otros planetas del sistema solar se formaron a partir de una nube de gas y polvo hace unos 4500 millones de años. En las primeras etapas de su existencia, la Tierra tenía una temperatura muy alta. A medida que el planeta se enfriaba, los elementos pesados ​​se desplazaron hacia el centro, mientras que los elementos más ligeros permanecieron en la superficie. Por ejemplo, los átomos de hierro se concentraron en el centro (según los científicos, en la actualidad el núcleo de la tierra consiste en hierro fundido calentado a varios miles de grados C aproximadamente 2 veces más pequeño que la luna). Los átomos más ligeros de silicio y aluminio forman la corteza terrestre. Los más ligeros permanecieron en las capas exteriores de la nube y formaron la atmósfera primaria de la Tierra. Consistía en H 2 libre y sus compuestos: agua, metano, amoníaco y HCN, y por lo tanto era de naturaleza reductora (los compuestos de hidrógeno entran fácilmente en reacciones químicas, ceden hidrógeno y al mismo tiempo se oxidan).

Los componentes de la atmósfera han estado expuestos a diversas fuentes de energía:

Duro, cercano a la radiación de onda corta de rayos X del Sol

Descargas de rayos

Altas temperaturas en áreas de relámpagos y actividad volcánica (es decir, lava caliente, fuentes termales, géiseres)

· Ondas de choque de meteoritos que caen en la atmósfera terrestre.

Como resultado de estas influencias, los componentes químicamente simples de la atmósfera interactuaron, cambiaron y se volvieron más complejos. Surgieron moléculas de azúcares, aminoácidos, bases nitrogenadas, ácidos orgánicos (acético, fórmico, láctico) y otros compuestos orgánicos simples.

La ausencia de oxígeno en la atmósfera y el ambiente reductor fueron una condición necesaria para el surgimiento de moléculas orgánicas de forma no biológica. El oxígeno interactúa con las sustancias orgánicas y las destruye o las priva de aquellas propiedades que serían útiles para los sistemas prebiológicos. Por lo tanto, si las moléculas orgánicas de la Tierra primitiva estuvieran en contacto con el oxígeno, no existirían por mucho tiempo y no tendrían tiempo de formar estructuras más complejas.

En 1953, Stanley Miller simuló las condiciones que supuestamente existían en la Tierra primitiva en una serie de experimentos. Las condiciones atmosféricas se crearon en un matraz sellado (vapores de agua, amoníaco, metano, ácido cianhídrico, dióxido de carbono). El contenido incoloro del matraz se expuso a altas temperaturas, descargas eléctricas y como resultado adquirió un tinte rojo debido a la formación de ácidos grasos, urea, azúcares y aminoácidos.

Otros científicos han realizado experimentos similares utilizando diferentes fuentes de energía. En todos los experimentos en ausencia de oxígeno, fue posible obtener una amplia gama de diferentes productos orgánicos. Los investigadores prestaron especial atención a la posibilidad de formación de aminoácidos; después de todo, este es el material de construcción de las moléculas de proteína. Más tarde se descubrió que muchos compuestos simples que forman polímeros biológicos (proteínas, ácidos nucleicos y polisacáridos) pueden sintetizarse abiogénicamente.

La posibilidad de una síntesis abiogénica de compuestos orgánicos está demostrada por el hecho de que también se han encontrado en el espacio exterior. En el espacio se encontraron cianuro de hidrógeno, formaldehído, ácido fórmico, alcoholes metílico y etílico y otros compuestos orgánicos simples. Algunos meteoritos contienen ácidos grasos, azúcares, aminoácidos. Estos compuestos todavía se forman hoy cuando los productos gaseosos de las erupciones volcánicas y la lava reaccionan con el agua.

Todo esto indica que los compuestos orgánicos podrían haber surgido de forma puramente química en las condiciones que existían en la Tierra hace unos 4 mil millones de años. Las condiciones necesarias para ello son:

La naturaleza reductora de la atmósfera (falta de O 2)

· Calor

Fuentes de energía (radiación ultravioleta del sol, descargas de rayos, etc.)

2. El siguiente paso fue la formación de polímeros a partir de monómeros.

A medida que la Tierra se enfriaba, el vapor de agua contenido en la atmósfera se condensaba, las lluvias caían sobre la superficie terrestre, formando grandes extensiones de agua. La reacción de polimerización de unidades primarias en una solución acuosa no continúa, ya que cuando dos aminoácidos o dos nucleótidos se conectan entre sí, se separa una molécula de agua. La reacción en el agua irá en la dirección opuesta. La tasa de división (hidrólisis) de los biopolímeros será mayor que la tasa de su síntesis. Está claro que los biopolímeros no podrían haber surgido por sí solos en el océano primordial.

Es posible que la síntesis primaria de biopolímeros tuviera lugar cuando se congelaba el océano primario o cuando se calentaba su residuo seco.

El investigador estadounidense Sydney Fox, calentando una mezcla seca de aminoácidos a 130 °C, demostró que en este caso procede la reacción de polimerización (el agua liberada se evapora) y se obtienen proteinoides artificiales, similares a las proteínas, que tienen hasta 200 o más aminoácidos. ácidos en la cadena. Disueltos en agua, tenían las propiedades de las proteínas, proporcionaban un caldo de cultivo para las bacterias e incluso catalizaban (aceleraban) algunas reacciones químicas, como enzimas reales.

Tal vez surgieron en la era prebiológica en las calientes laderas de los volcanes, y luego las lluvias los arrastraron hacia el océano primario. También existe el punto de vista de que la síntesis de biopolímeros tuvo lugar directamente en la atmósfera primaria y los compuestos resultantes cayeron al océano primario en forma de partículas de polvo.

Así surgieron los prototipos de proteínas y ácidos nucleicos modernos. Entre los polipéptidos formados aleatoriamente, podría haber aquellos que tuvieran actividad catalítica y pudieran acelerar los procesos de síntesis de polinucleótidos.

Evolución bioquímica

Entre los astrónomos, geólogos y biólogos, generalmente se acepta que la edad de la Tierra es de aproximadamente 4500 a 5000 millones de años.

Según muchos biólogos, en un pasado lejano, el estado de nuestro planeta era poco parecido al actual: con toda probabilidad, la temperatura de su superficie era muy alta (4000-8000 °C), y a medida que la Tierra se enfriaba, el carbono y más metales refractarios se condensaron y formaron la corteza terrestre; La superficie del planeta probablemente era desnuda y desigual, ya que sobre ella se formaron pliegues y rupturas como consecuencia de la actividad volcánica, los continuos movimientos de la corteza y la compresión provocada por el enfriamiento.

Se cree que en aquellos días el ambiente era completamente diferente al de ahora. Los gases ligeros (hidrógeno, helio, nitrógeno, oxígeno y argón) abandonaron la atmósfera, ya que el campo gravitatorio de nuestro planeta aún insuficientemente denso no podía contenerlos. Sin embargo, los compuestos simples que contenían (entre otros) estos elementos debían conservarse; estos incluyen agua, amoníaco, dióxido de carbono y metano. Hasta que la temperatura de la Tierra descendió por debajo de los 100°C, toda el agua probablemente se encontraba en estado de vapor.

La atmósfera aparentemente se estaba "reduciendo", como lo demuestra la presencia de metales en forma reducida en las rocas más antiguas de la Tierra, como el hierro ferroso. Las rocas más jóvenes contienen metales en forma oxidada, como el hierro férrico. La ausencia de oxígeno en la atmósfera fue probablemente una condición necesaria para el surgimiento de la vida; experimentos de laboratorio muestran que, paradójicamente, las sustancias orgánicas (la base de los organismos vivos) son mucho más fáciles de crear en un ambiente reductor que en una atmósfera rica en oxígeno.En 1923, A. I. Oparin expresó la opinión de que la atmósfera de la Tierra primaria no era como ahora, pero correspondía aproximadamente a la descripción anterior. Basado en consideraciones teóricas, creía que las sustancias orgánicas, posiblemente los hidrocarburos, podrían crearse en el océano a partir de compuestos más simples; la energía para estas reacciones de fusión probablemente fue suministrada por la intensa radiación solar (principalmente ultravioleta) que cayó sobre la Tierra antes de que se formara la capa de ozono, que comenzó a atrapar la mayor parte. Según Oparin, la diversidad

Los compuestos simples que se encuentran en los océanos, la superficie de la Tierra, la disponibilidad de energía y las escalas de tiempo sugieren que la materia orgánica se acumuló gradualmente en los océanos y formó la "sopa primordial" en la que podría surgir la vida. Esta idea no era nueva: en 1871 Darwin expresó una idea similar:

“A menudo se dice que todas las condiciones necesarias para la creación de un organismo vivo que alguna vez pudo existir están presentes en el momento presente. Pero si (ay, qué gran “si”) imagina que en algún pequeño estanque tibio que contiene todo tipo de sales de amonio y fósforo, en presencia de luz, calor, electricidad, etc. Si una proteína se formara químicamente, lista para sufrir transformaciones aún más complejas, entonces en nuestros días ese material sería devorado o absorbido continuamente, lo que no podía suceder antes de que aparecieran los seres vivos.

En 1953, Stanley Miller simuló en una serie de experimentos las condiciones que supuestamente existían en la Tierra primitiva. En la instalación que creó (Fig. 24.1), equipada con una fuente de energía, logró sintetizar muchas sustancias que tienen una importante importancia biológica, incluidos varios aminoácidos, adenina y azúcares simples como la ribosa. Después de eso, Orgel en el Instituto Salk en un experimento similar sintetizó cadenas de nucleótidos con una longitud de seis unidades monoméricas (ácidos nucleicos simples).

Posteriormente, se sugirió que la atmósfera primaria contenía dióxido de carbono en concentraciones relativamente altas. Experimentos recientes llevados a cabo con el aparato de Miller, en el que, sin embargo, se colocó una mezcla de CO 2 y H 2 O y sólo trazas de otros gases, dieron los mismos resultados que los obtenidos por Miller. La teoría de Oparin ha ganado un amplio reconocimiento, pero deja problemas sin resolver asociados con la transición de sustancias orgánicas complejas a organismos vivos simples. Es en este aspecto que la teoría de la evolución bioquímica ofrece un esquema general aceptable para la mayoría de los biólogos modernos. Sin embargo, no se pusieron de acuerdo en los detalles de este proceso.

Oparin creía que el papel decisivo en la transformación de lo inanimado en vivo pertenecía a las proteínas. Debido a la naturaleza anfótera de las moléculas de proteína, son capaces de formar complejos hidrofílicos coloidales: atraen moléculas de agua hacia sí mismas, creando una capa a su alrededor. Estos complejos pueden separarse de toda la masa de agua en la que están suspendidos (fase acuosa) y formar una especie de emulsión. La fusión de tales complejos entre sí conduce a la separación de los coloides del medio acuoso, un proceso llamado coacervación(del lat. coacervus - un coágulo o un racimo). Los coacervados ricos en coloides pueden haber sido capaces de intercambiar con ambiente sustancias y acumulan selectivamente varios compuestos, especialmente cristaloides. La composición coloidal de este coacervado aparentemente dependía de la composición del medio. La diversidad de la composición del "caldo" en diferentes lugares llevó a diferencias en composición química coacervados y así suministró materias primas para la "selección natural bioquímica".

Se supone que en los propios coacervados, las sustancias incluidas en su composición entraron en reacciones químicas adicionales; en este caso se produjo la absorción de iones metálicos por coacervados y la formación de enzimas. Las moléculas de lípidos (hidrocarburos complejos) se alinearon en el límite entre los coacervados y el ambiente externo, lo que condujo a la formación de un primitivo membrana celular, que proporcionó estabilidad a los conservadores. Como resultado de la inclusión en el coacervado de una molécula preexistente capaz de autorreproducirse, y la reestructuración interna del coacervado revestido de una membrana lipídica, podría surgir una célula primitiva. El agrandamiento y la fragmentación de coacervados pueden haber llevado a la formación de coacervados idénticos que podrían absorber más componentes ambientales para que este proceso pudiera continuar. Tal secuencia hipotética de eventos debería haber llevado a la aparición de un organismo heterótrofo primitivo autorreproductor que se alimentaba de las sustancias orgánicas de la sopa primordial.

Si bien muchos científicos aceptan esta hipótesis sobre el origen de la vida, el astrónomo Fred Hoyle sugirió recientemente que la idea de que la vida surge de las interacciones aleatorias de las moléculas descritas anteriormente es "tan ridícula e inverosímil como la afirmación de que un huracán que arrasó un vertedero de basura podría dar lugar al montaje del Boeing-747” 1 .

1 Lo más difícil para esta teoría es explicar el surgimiento de la capacidad de los sistemas vivos para reproducirse. Las hipótesis sobre este tema aún no son convincentes.