Concetti base dell'evoluzione biochimica in breve. Ipotesi dell'evoluzione biochimica

Esistono diverse teorie sull'origine dei protobiopolimeri, la base della vita sulla Terra. Diamo un'occhiata ai più importanti.

Teoria della panspermia.

Questo punto di vista è stato mantenuto Arrhenius, Helmholtz, Berg, Vernadsky, microbiologo Zavarzin.

Secondo questo punto di vista, la vita ha avuto origine nello spazio e i primi esseri viventi furono portati sulla Terra dallo spazio insieme a polveri cosmiche e meteoriti. Pertanto, la vita sulla Terra esiste finché esiste il pianeta stesso.

Tuttavia, sorge la domanda: dove è apparsa la prima vita? Secondo i microbiologi la vita potrebbe essersi formata nello spazio, all'interno del sistema solare (teoria cosmochimica). Questa evoluzione chimica e poi biologica è avvenuta prima della formazione della Terra.

La prova è analisi comparativa sostanze dello spazio e della Terra: i principali elementi chimici ovunque sono O, H, C, N.

La concentrazione della materia nello spazio è molto piccola, quindi, probabilmente, i primi elementi della vita sono associati alla polvere cosmica, che ha la seguente struttura:

Sotto l'influenza dei raggi ultravioletti, di cui ce ne sono molti nello spazio, chimici e processi biologici. Idrocarburi sono stati trovati nei meteoriti: purine, pirimidine, amminoacidi. Berzelius fu il primo a identificare le sostanze organiche nei meteoriti. Le comete potrebbero anche portare la vita sulla superficie della Terra. La composizione chimica delle comete non lo nega. Le sostanze organiche allo stato “congelato” nei meteoriti e nelle comete potrebbero rimanere indefinitamente per molto tempo e, una volta sulla Terra, in condizioni favorevoli potrebbero continuare a svilupparsi.

Argomenti contro questa teoria:

· L'esposizione prolungata al freddo dovrebbe essere distruttiva, ma gli esperimenti confermano che gli embrioni di microrganismi protozoari entro 6 mesi. sopravvivere a temperature di –200°C;

· i raggi ultravioletti sono distruttivi per tutti gli esseri viventi, ma in assenza di ossigeno, i composti organici complessi possono esistere senza essere distrutti dalle forti radiazioni ultraviolette;

· il passaggio dei meteoriti attraverso l'atmosfera provoca un aumento significativo della temperatura, i meteoriti si sciolgono, ma è dimostrato che i microrganismi possono tollerare le alte temperature e potrebbero benissimo conservarsi all'interno dei meteoriti.

Pertanto, non ci sono fatti che dimostrino il completo fallimento di questa teoria.

Teoria termica .

Le reazioni di condensazione che porterebbero alla formazione di polimeri da precursori a basso peso molecolare possono essere effettuate mediante riscaldamento. La sintesi dei polipeptidi è quella meglio studiata. L'idea della sintesi termica dei polipeptidi appartiene a uno scienziato americano S. Fox, che trascorse molto tempo a studiare le possibilità di formazione di polipeptidi nelle condizioni esistenti sulla Terra primitiva.

Se una miscela di aminoacidi viene riscaldata a 180-2000 C in condizioni atmosferiche normali o in un ambiente inerte, si formano prodotti di scissione, piccoli oligomeri in cui si combinano i monomeri legami peptidici, così come piccole quantità di polipeptidi. I polipeptidi ottenuti termicamente da amminoacidi - proteinoidi - presentano molte delle proprietà specifiche dei biopolimeri di tipo proteico. Tuttavia non è stato possibile ottenere strutture più complesse. Non sono stati proposti percorsi teorici comprovati per questo processo.

Teoria delle basse temperature.

Il plasma freddo è molto diffuso in natura. Alcuni scienziati ritengono che il 99% dell'Universo sia in uno stato di plasma freddo. Sulla Terra moderna è rappresentato sotto forma di fulmine, Aurora boreale, ionosfera. Sulla Terra abiotica, questo tipo di energia era in grado di convertire le molecole in radicali liberi chimicamente attivi. Come risultato di esperimenti con plasma freddo, gli autori della teoria hanno ottenuto singoli monomeri, polimeri di tipo peptidico e lipidi.

Teoria dell'adsorbimento.

La principale controargomentazione nel dibattito sull'origine abiogenica delle strutture polimeriche è la barriera di concentrazione e la mancanza di energia per la condensazione dei monomeri in soluzioni diluite. Secondo alcune stime, infatti, la concentrazione di molecole organiche nel “brodo primario” era di circa l'1%, il che non poteva garantire il verificarsi di reazioni di polimerizzazione o policondensazione in breve tempo, come secondo alcuni scienziati è avvenuto sulla Terra. È stata proposta una delle soluzioni a questo problema, relativa al superamento della barriera di concentrazione J.D. Bernal, che riteneva che la concentrazione di soluzioni diluite avvenisse per “adsorbimento di argille molto fini in sedimenti di acqua dolce o marina”.

Come risultato dell'interazione delle sostanze durante il processo di adsorbimento, alcuni legami si indeboliscono e si rompono, altri ne sorgono, il che porta alla distruzione di alcuni e alla formazione di altre sostanze.

Teoria del coacervato .

Nel 1924 Viene pubblicato un libro di A.I. "L'origine della vita" di Oparin, in cui ipotizza che l'origine della vita sulla terra sia il risultato di un lungo processo evolutivo sulla Terra stessa. Ora l’origine della vita non è possibile, perché... tutte le nicchie ecologiche sono occupate e c'è ossigeno, un forte agente ossidante.

Nel 1929 Viene pubblicato un articolo di J. Haldane, dove lui, indipendentemente da Oparin, arriva agli stessi risultati. Ma la priorità della scoperta di Oparin è chiara.

Oparin ritiene che la vita sulla Terra potrebbe essersi originata in modo abiogenico. I primi organismi viventi erano eterotrofi. Ciò potrebbe accadere in presenza di determinati prodotti chimici, fonti di energia, in assenza di ossigeno e in presenza di un tempo infinitamente lungo.

La probabilità di generazione spontanea della vita secondo Oparin è di 1/1000 casi all'anno, ma dall'origine della Terra alla comparsa dei primi procarioti è trascorso un tempo sufficiente (1 miliardo di anni).

Oparin ha identificato 4 fasi dell'emergere della vita sulla Terra.

Fase 1. Formazione di sostanze organiche.

All'inizio la massa della Terra era calda, ma gradualmente si raffreddò. In questo momento, il carbonio si combinava con i metalli per formare carburi:

C + Me (Ni, Fe) = carburi (presenti nei meteoriti).

L'atmosfera primaria della Terra conteneva C, H e N.

O2 + 2H2 = 2H2O

Studi spettrali hanno dimostrato che queste sostanze sono presenti nel sole e in altre stelle. Non c'era ossigeno libero. Quando il vapore acqueo si raffredda, potrebbe condensarsi per formare serbatoi primari.

Le fonti energetiche per l’evoluzione chimica primaria potrebbero essere:

· decadimento del K40;

· radiazioni ultraviolette;

· vulcanismo;

· impatti di meteoriti;

· fulmine.

Alcoli, aldeidi e acidi potrebbero comparire nell'ambiente acquatico sotto l'influenza di questi tipi di energia.

L'ipotesi di Oparin ha causato molte polemiche e ricerche scientifiche.

Nel 1953 Mugnaio ha progettato un'installazione speciale e ha condotto i seguenti esperimenti. Passò attraverso una miscela di gas CH4, NH3, H2O e H2 elettricità. Entro la fine della settimana sono stati ottenuti gli aminoacidi alanina e glutammina.

Oro condusse un esperimento simile utilizzando la radiazione ultravioletta ad alta temperatura come energia e ottenne uracile, ribosio e desossiribosio.

La teoria di Oparin è confermata anche dai dati paleontologici. Le prime molecole organiche sono state rinvenute in strati risalenti a 3,8 miliardi di anni fa.

Fase 2. Polimerizzazione dei monomeri.

È difficile dimostrare la polimerizzazione in condizioni naturali, perché i polimeri vengono facilmente distrutti. Quelli. Le reazioni di polimerizzazione e policondensazione potrebbero avvenire solo in condizioni di reazione blande in presenza di catalizzatori. Potrebbero essere cianuro.

Dati sulla reazione al suggerimento J.D. Bernal potrebbe essere effettuato al confine terra-acqua, su accumuli di argille, che sono ottimi adsorbenti. Molti tipi di argille assorbono efficacemente zuccheri, basi azotate e acidi. Ad un'elevata concentrazione di potenziali monomeri, i processi di polimerizzazione potrebbero avvenire in presenza di energia esterna.

Fase 3. Aspetto dei coacervati.

Molecole dei primi composti organici, incl. e le proteine ​​erano in soluzioni. Formavano una soluzione colloidale. Quando si mescolano diversi soluzioni colloidali Sorsero sistemi organici a fasi separate - goccioline proteiche che differivano l'una dall'altra - goccioline coacervate aventi un certo guscio strutturale formato da molecole orientate in un certo modo. Questo guscio separa la gocciolina dall'ambiente esterno, trasformandola in un'unità discreta contenente un insieme di sostanze chimiche distinte dall'ambiente esterno. Attraverso questo guscio è possibile, a seconda della tipologia, lo scambio di sostanze tra il coacervato e l'ambiente esterno sistemi aperti. All'interno dei coacervati, sotto l'influenza di catalizzatori, potrebbe verificarsi l'autoassemblaggio delle molecole polimeriche in formazioni multimolecolari separate da fasi (goccioline visibili al microscopio ottico). La maggior parte delle molecole polimeriche sono concentrate in essi, mentre l'ambiente ne è quasi privo. I coacervati possono unirsi per formare strutture più complesse, assorbire quelle più piccole e dividersi in formazioni figlie. Quindi, nasce il metabolismo più semplice. La sostanza entra nella goccia, polimerizza, provocando la crescita del sistema, e quando si disintegra, i prodotti di questa decomposizione vengono rilasciati nell'ambiente esterno, dove prima non erano presenti.

L'importante è che, a seconda della perfezione dell'organizzazione interna delle goccioline, alcune di esse possono crescere rapidamente, mentre altre, trovandosi nello stesso ambiente, vengono rallentate nella loro crescita o vanno incontro a decadimento. Pertanto, utilizzando il modello delle goccioline coacervate, A.I Oparin e i suoi colleghi sono stati in grado di dimostrare sperimentalmente la selezione prebiologica, vale a dire gli inizi della selezione naturale, che apparve più tardi forza motrice l'intero processo evolutivo.

La ricerca di Oparin è stata confermata da altri scienziati. Sono le “bolle” di Goldaker, le “microsfere” di Fox, i “jayvanu” di Bahadur. “probionti” Egami e tanti altri.

Fase 4. L'emergere della sintesi della matrice.

La linea che separa la pre-vita dalla vita è l'emergere della sintesi della matrice. Fino a questo momento esistevano gli individui; con l'avvento della sintesi matriciale si può parlare di popolazioni.

La sintesi proteica ha subito cambiamenti evolutivi.

Inizialmente, l'assemblaggio delle proteine ​​avveniva sull'RNA situato nel citoplasma delle cellule. Questo è il metodo più semplice, ma non garantisce una divisione uniforme delle informazioni tra le cellule figlie, ad es. Alcuni tratti potrebbero essere scomparsi dalla popolazione.

Un metodo più progressivo è emerso con l’avvento del DNA. Il DNA era una molecola più stabile perché aveva una struttura a doppio filamento. Nella prima fase, l’RNA e il DNA erano in competizione e forse l’evoluzione ha preso un percorso divergente. Il DNA iniziò a specializzarsi nell'autoriproduzione, nell'RNA - sintesi proteica. Il DNA si stabilì nel nucleo, l'RNA nel citoplasma. Si sono formati due sistemi di sintesi:

– la sintesi dei polipeptidi è relativamente imprecisa;

– la sintesi proteica è molto precisa.

A poco a poco è emerso un sistema codice genetico, quando una tripletta di nucleotidi codifica per un amminoacido. Con l'avvento di un apparato genetico primitivo, le protocellule che lo possedevano furono in grado di trasmettere a tutti i loro discendenti la capacità di sintetizzare specifici polipeptidi. Le linee da loro formate hanno dato origine a famiglie di protocellule imparentate con proprietà ereditarie, soggette alla selezione naturale.

I primi organismi viventi erano eterotrofi e utilizzavano sostanze organiche già pronte provenienti dal brodo primordiale. Molto probabilmente gli autotrofi si sono evoluti dagli eterotrofi nella fase successiva dell'evoluzione. Il motivo era una diminuzione della quantità di sostanze organiche già pronte nel brodo primario, perché il numero dei protobionti, e più tardi dei primi organismi viventi, aumentò. Questa competizione intensificata e gli organismi viventi che utilizzano fonti energetiche alternative iniziarono ad avere un vantaggio. La luce solare è diventata una fonte di energia inesauribile. All'inizio era la parte ultravioletta dello spettro, poi, con l'avvento dell'ossigeno, nell'atmosfera cominciò a formarsi uno schermo di ozono - un ostacolo alla radiazione ultravioletta, e organismi con catalizzatori che permisero di utilizzare la parte visibile dello spettro lo spettro per effettuare reazioni redox ha ricevuto un vantaggio. È nata la fotosintesi. Ciò ha portato ad un aumento ancora maggiore del contenuto di ossigeno nell'atmosfera e all'emergere del processo di respirazione. L'accumulo di ossigeno nell'atmosfera ha portato anche alla fine della sintesi abiogenica.

Di tutte le teorie sull'origine della vita, la più diffusa e riconosciuta in mondo scientificoè la teoria dell'evoluzione biochimica, proposta nel 1924 dal biochimico sovietico accademico A.I. Oparin (nel 1936 lo delineò dettagliatamente nel suo libro “L'emergere della vita”).

L'essenza di questa teoria è questa evoluzione biologica- cioè. L'emergere, lo sviluppo e la complicazione di varie forme di organismi viventi sono stati preceduti dall'evoluzione chimica - un lungo periodo nella storia della Terra associato all'emergere, alla complicazione e al miglioramento dell'interazione tra le unità elementari, i "mattoni" di cui tutti gli esseri viventi sono composti: molecole organiche.

Evoluzione prebiologica (chimica).

Secondo la maggior parte degli scienziati (principalmente astronomi e geologi), la Terra si è formata come Corpo celeste circa 5 miliardi di anni cosiddetti mediante condensazione di particelle di una nube di gas e polvere che ruota attorno al Sole.

Sotto l'influenza delle forze di compressione, le particelle da cui è formata la Terra rilasciano enormi quantità di calore. Le reazioni termonucleari iniziano nelle profondità della Terra. Di conseguenza, la Terra si sta riscaldando notevolmente. Quindi, i cosiddetti 5 miliardi di anni. La Terra era una palla calda che sfrecciava nello spazio, la cui temperatura superficiale raggiungeva i 4.000-8.000°C

A poco a poco, a causa della radiazione di energia termica nello spazio, la Terra inizia a raffreddarsi. Circa 4 miliardi di anni cosiddetti. La terra si raffredda così tanto che sulla sua superficie si forma una solida crosta; contemporaneamente, dalle sue profondità eruttano sostanze leggere e gassose che salgono verso l'alto e formano l'atmosfera primaria. La composizione dell'atmosfera primaria era significativamente diversa da quella moderna. Apparentemente non c'era ossigeno libero nell'atmosfera dell'antica Terra e la sua composizione comprendeva sostanze in uno stato ridotto, come idrogeno (H 2), metano (CH 4), ammoniaca (NH3), vapore acqueo (H 2O), ed eventualmente anche azoto (N2), monossido di carbonio e anidride carbonica (CO e C02).

La natura riducente dell'atmosfera primaria terrestre è estremamente importante per l'origine della vita, poiché le sostanze allo stato ridotto sono altamente reattive e, in determinate condizioni, sono in grado di interagire tra loro formando molecole organiche. L'assenza di ossigeno libero nell'atmosfera della Terra primaria (quasi tutto l'ossigeno terrestre era legato sotto forma di ossidi) è anche un prerequisito importante per l'emergere della vita, poiché l'ossigeno si ossida facilmente e quindi distrugge i composti organici. Pertanto, in presenza di ossigeno libero nell'atmosfera, accumulo di terra antica quantità significative di materia organica non sarebbero possibili.

Quando la temperatura dell'atmosfera primaria raggiunge i 1000°C, inizia la sintesi di molecole organiche semplici, come aminoacidi, nucleotidi, acido grasso, zuccheri semplici, alcoli polivalenti, acidi organici, ecc. L'energia per la sintesi è fornita da scariche di fulmini, attività vulcanica, radiazioni cosmiche dure e, infine, radiazioni ultraviolette del Sole, dalle quali la Terra non è ancora protetta da uno scudo di ozono, e gli scienziati considerano la radiazione ultravioletta la principale fonte di energia per la sintesi abiogenica (cioè senza la partecipazione di organismi viventi) di sostanze organiche.

Riconoscimento e ampia diffusione della teoria dell'A.I. L'oparina è stata ampiamente promossa dal fatto che i processi di sintesi abiogenica di molecole organiche sono facilmente riproducibili in esperimenti modello.

La possibilità di sintetizzare sostanze organiche da quelle inorganiche è nota fin dall'inizio del XIX secolo. Già nel 1828, l'eccezionale chimico tedesco F. Wöhler sintetizzò una sostanza organica - l'urea da inorganico - cianato di ammonio. Tuttavia, la possibilità di sintesi abiogenica di sostanze organiche in condizioni vicine a quelle dell'antica Terra è stata mostrata per la prima volta nell'esperimento di S. Miller.

Nel 1953, un giovane ricercatore americano, uno studente laureato dell'Università di Chicago, Stanley Miller, riprodusse in un pallone di vetro con elettrodi saldati al suo interno l'atmosfera primaria della Terra, che, secondo scienziati di questo volta, consisteva di idrogeno metano CH 4, ammoniaca NH e vapore acqueo H 20 (Fig. 1.). S. Miller ha fatto passare scariche elettriche attraverso questa miscela di gas per una settimana, simulando i temporali. Al termine dell'esperimento nel pallone sono stati trovati β-amminoacidi (glicina, alanina, asparagina, glutammina), acidi organici (succinico, lattico, acetico, glicolico), acido γ-idrossibutirrico e urea. Ripetendo l'esperimento, S. Miller è stato in grado di ottenere singoli nucleotidi e brevi catene polinucleotidiche da cinque a sei unità.

Riso. 1

In ulteriori esperimenti sulla sintesi abiogenica condotti da vari ricercatori, non furono utilizzate solo scariche elettriche, ma anche altri tipi di energia caratteristici dell'antica Terra: radiazioni cosmiche, ultraviolette e radioattive, alte temperature inerenti all'attività vulcanica, nonché vari tipi di miscele di gas, simulando l’atmosfera primaria. Di conseguenza, è stato ottenuto quasi l'intero spettro di molecole organiche caratteristiche degli esseri viventi: aminoacidi, nucleotidi, sostanze simili ai grassi, zuccheri semplici, acidi organici.

Inoltre, attualmente sulla Terra può verificarsi la sintesi abiogenica di molecole organiche (ad esempio, nel processo di attività vulcanica). Allo stesso tempo, nelle emissioni vulcaniche si può trovare non solo l'acido cianidrico HCN, che è un precursore di amminoacidi e nucleotidi, ma anche singoli amminoacidi, nucleotidi e persino sostanze organiche complesse come le porfirine. La sintesi abiogenica di sostanze organiche è possibile non solo sulla Terra, ma anche nello spazio. Gli aminoacidi più semplici si trovano nei meteoriti e nelle comete.

Quando la temperatura dell'atmosfera primaria scese sotto i 100°C, sulla Terra caddero piogge calde e apparve l'oceano primario. Con i flussi di pioggia, le sostanze organiche sintetizzate abiogenicamente sono entrate nell'oceano primario, che lo ha trasformato, ma figuratamente Il biochimico inglese John Haldane, in un "brodo primordiale" diluito. Apparentemente, è nell'oceano primario che iniziano i processi di formazione da molecole organiche semplici - monomeri - di molecole organiche complesse - biopolimeri.

Tuttavia i processi di polimerizzazione dei singoli nucleotidi, degli amminoacidi e degli zuccheri sono reazioni di condensazione che avvengono con l'eliminazione dell'acqua, pertanto l'ambiente acquoso non favorisce la polimerizzazione, ma, al contrario, l'idrolisi dei biopolimeri (cioè la loro); distruzione con aggiunta di acqua). pianeta dell'atmosfera della vita

La formazione di biopolimeri (in particolare proteine ​​di amminoacidi) potrebbe avvenire nell'atmosfera a una temperatura di circa 180°C, da dove venivano dilavati nell'oceano primario con precipitazioni. Inoltre, è possibile che sull'antica Terra gli amminoacidi fossero concentrati in serbatoi prosciugati e polimerizzati in forma secca sotto l'influenza della luce ultravioletta e del calore dei flussi di lava.

Nonostante l'acqua favorisca l'idrolisi dei biopolimeri, in una cellula vivente la sintesi dei biopolimeri avviene proprio nell'ambiente acquatico. Questo processo è catalizzato da speciali catalizzatori proteici - enzimi e l'energia necessaria per la sintesi viene rilasciata durante la scomposizione dell'acido adenosina trifosforico - ATP. È possibile che la sintesi di biopolimeri nell'ambiente acquoso dell'oceano primordiale sia stata catalizzata dalla superficie di alcuni minerali. È stato dimostrato sperimentalmente che una soluzione dell'amminoacido alanina può polimerizzare in un mezzo acquoso in presenza di un tipo speciale di allumina. Questo produce il peptide polialanina. La reazione di polimerizzazione dell'alanina è accompagnata dalla scissione dell'ATP.

La polimerizzazione dei nucleotidi è più semplice della polimerizzazione degli amminoacidi. È stato dimostrato che in soluzioni con elevate concentrazioni di sale, i singoli nucleotidi polimerizzano spontaneamente, trasformandosi in acidi nucleici.

La vita di tutti gli esseri viventi moderni è un processo di continua interazione dei più importanti biopolimeri di una cellula vivente: proteine ​​e acidi nucleici.

Le proteine ​​sono “molecole operaie”, “molecole ingegnere” di una cellula vivente. La funzione più importante delle proteine ​​è catalitica. Come sapete, i catalizzatori sono sostanze che accelerano reazioni chimiche, ma se stessi dentro prodotti finali le reazioni non sono incluse. Le proteine ​​catalizzatrici sono chiamate enzimi. Gli enzimi accelerano le reazioni metaboliche centinaia e migliaia di volte. Il metabolismo, e quindi la vita, è impossibile senza di loro.

Acidi nucleici- queste sono "molecole informatiche", le molecole sono guardiani informazioni ereditarie. Gli acidi nucleici immagazzinano informazioni non su tutte le sostanze di una cellula vivente, ma solo sulle proteine. È sufficiente riprodurre nella cellula figlia le proteine ​​caratteristiche della cellula madre in modo da ricreare accuratamente tutte le caratteristiche chimiche e strutturali della cellula madre, nonché la natura e la velocità del metabolismo che la caratterizza. Anche gli stessi acidi nucleici vengono riprodotti grazie all'attività catalitica delle proteine.

Pertanto, il mistero dell'origine della vita è il mistero dell'origine del meccanismo di interazione tra proteine ​​e acidi nucleici. Quali informazioni ha la scienza moderna su questo processo? Quali molecole erano la base primaria della vita: proteine ​​o acidi nucleici?

Aggiunte alla teoria di Oparin

Gli scienziati credono che, nonostante ruolo chiave proteine ​​nel metabolismo dei moderni organismi viventi, le prime molecole “viventi” non furono proteine, ma acidi nucleici, cioè acidi ribonucleici (RNA).

Nel 1982, il biochimico americano Thomas Check scoprì le proprietà autocatalitiche dell'RNA. Ha dimostrato sperimentalmente che in un mezzo contenente alte concentrazioni di sali minerali, i ribonucleotidi polimerizzano spontaneamente, formando polinucleotidi - molecole di RNA. Sulle catene polinucleotidiche originali dell'RNA, come su uno stampo, le copie di RNA si formano mediante accoppiamento di basi azotate complementari. La reazione di copiatura dello stampo di RNA è catalizzata dalla molecola di RNA originale e non richiede la partecipazione di enzimi o altre proteine.

Gli eventi successivi sono abbastanza ben spiegati da un processo che potrebbe essere chiamato “selezione naturale” a livello molecolare. Quando le molecole di RNA si autocopiano, inevitabilmente sorgono imprecisioni ed errori. Le copie di RNA contenenti errori vengono copiate nuovamente. Quando si copia nuovamente, potrebbero verificarsi nuovamente errori. Di conseguenza, la popolazione di molecole di RNA in una determinata area dell’oceano primario sarà eterogenea.

Poiché i processi di decadimento dell’RNA avvengono parallelamente ai processi di sintesi, le molecole che hanno maggiore stabilità o migliori proprietà autocatalitiche si accumuleranno nel mezzo di reazione (cioè, le molecole che si copiano più velocemente si “moltiplicano” più velocemente).

Su alcune molecole di RNA, come su una matrice, può verificarsi l'autoassemblaggio di piccoli frammenti proteici - peptidi. Intorno alla molecola di RNA si forma una “copertura” proteica.

Insieme alle funzioni autocatalitiche, Thomas Check scoprì il fenomeno dell'auto-giunzione nelle molecole di RNA. Come risultato dell'auto-giunzione, le sezioni di RNA che non sono protette dai peptidi vengono rimosse spontaneamente dall'RNA (sono, per così dire, "ritagliate" ed "espulse"), e le restanti sezioni di RNA che codifica per la proteina i frammenti sono “fusi”, cioè si combinano spontaneamente in un’unica molecola. Questa nuova molecola di RNA codificherà già una proteina grande e complessa (Figura 2).

Apparentemente, inizialmente le coperture proteiche svolgevano principalmente una funzione protettiva, proteggendo l'RNA dalla distruzione e aumentando così la sua stabilità in soluzione (questa è la funzione delle coperture proteiche nei virus moderni più semplici).

È ovvio che su ad un certo punto Nell'evoluzione biochimica, le molecole di RNA che codificano non solo proteine ​​protettive, ma anche proteine ​​catalizzatrici (enzimi) che accelerano bruscamente la velocità di copiatura dell'RNA hanno ricevuto un vantaggio. Apparentemente, è proprio così che è nato il processo di interazione tra proteine ​​e acidi nucleici, che attualmente chiamiamo vita.

Nel processo di ulteriore sviluppo, grazie alla comparsa di una proteina con le funzioni di un enzima - trascrittasi inversa, le molecole di acido desossiribonucleico (DNA) costituite da due catene iniziarono a essere sintetizzate su molecole di RNA a filamento singolo. L'assenza di un gruppo OH nella posizione 2" del desossiribosio rende le molecole di DNA più stabili rispetto alla scissione idrolitica in soluzioni debolmente alcaline, vale a dire, la reazione dell'ambiente nei serbatoi primari era debolmente alcalina (questa reazione dell'ambiente è stata preservata nel citoplasma delle cellule moderne).

Dove si è sviluppato il complesso processo di interazione tra proteine ​​e acidi nucleici? Secondo la teoria di A.I. Oparin, le cosiddette gocce coacervate, divennero il luogo di nascita della vita.

Riso. 2

• A) durante il processo di autocopia dell'RNA, si accumulano errori (1 - nucleotidi corrispondenti all'RNA originale; 2 - nucleotidi non corrispondenti all'RNA originale - errori nella copiatura);
• B) a causa delle sue proprietà fisico-chimiche, gli amminoacidi “si attaccano” a una parte della molecola di RNA (3 - molecola di RNA; 4 - amminoacidi), che, interagendo tra loro, si trasformano in brevi molecole proteiche - peptidi.
• C) Come risultato della caratteristica di auto-giunzione delle molecole di RNA, le sezioni della molecola di RNA non protette dai peptidi vengono distrutte e quelle rimanenti “crescono insieme” in un'unica molecola che codifica per una grande proteina.
• D) Di conseguenza, appare una molecola di RNA, ricoperta da una guaina proteica (i virus moderni più primitivi, ad esempio il virus del mosaico del tabacco, hanno una struttura simile)

Il fenomeno della coacervazione è che in determinate condizioni (ad esempio in presenza di elettroliti), le sostanze ad alto peso molecolare vengono separate dalla soluzione, ma non sotto forma di precipitato, ma sotto forma di una soluzione più concentrata - coacervato . Quando agitato, il coacervato si scompone in piccole goccioline individuali. Nell'acqua tali gocce sono ricoperte da un guscio di idratazione (un guscio di molecole d'acqua) che le stabilizza - Fig. 3

Le gocce di coacervato hanno una sorta di metabolismo: sotto l'influenza di forze fisico-chimiche, possono assorbire selettivamente determinate sostanze da una soluzione e rilasciare i loro prodotti di decomposizione nell'ambiente. A causa della concentrazione selettiva di sostanze provenienti dall'ambiente, possono crescere e, raggiunta una certa dimensione, iniziano a “moltiplicarsi”, sbocciando piccole goccioline, che a loro volta possono crescere e “germogliarsi”.

Le goccioline di coacervato che si formano a seguito della concentrazione di soluzioni proteiche durante il processo di miscelazione sotto l'influenza delle onde e del vento possono ricoprirsi con un guscio di lipidi: un unico guscio, che ricorda le micelle di sapone (con un unico strappo di una goccia dalla superficie di acqua ricoperta da uno strato lipidico), oppure un doppio guscio, che ricorda una membrana cellulare (con caduta ripetuta di una goccia ricoperta da una membrana lipidica a strato singolo su un film lipidico che ricopre la superficie di un serbatoio - Fig. 3).

I processi di comparsa delle goccioline coacervate, la loro crescita e il loro "germoglio", nonché il loro "vestimento" con una membrana di doppio strato lipidico sono facilmente simulati in condizioni di laboratorio.

Per le goccioline coacervate esiste anche un processo di "selezione naturale" in cui le goccioline più stabili vengono mantenute in soluzione.

Nonostante la somiglianza esterna delle goccioline di coacervato con le cellule viventi, le goccioline di coacervato non hanno caratteristica principale vivere: la capacità di un'accurata auto-riproduzione, auto-copia. Ovviamente, i precursori delle cellule viventi erano tali goccioline coacervate, che includevano complessi di molecole replicatrici (RNA o DNA) e le proteine ​​che codificano. È possibile che i complessi RNA-proteina siano esistiti per molto tempo al di fuori delle goccioline di coacervato sotto forma di un cosiddetto "gene a vita libera", o forse la loro formazione è avvenuta direttamente all'interno di alcune goccioline di coacervato.

Riso. 3.

• A) formazione di coacsvato;
• B) stabilizzazione delle goccioline di coacervato in una soluzione acquosa;
• B) - formazione attorno alla goccia di un doppio strato lipidico, simile ad una membrana cellulare: 1 - goccia coacervata; 2 - strato lipidico monomolecolare sulla superficie del serbatoio; 3 - formazione di un unico strato lipidico attorno alla goccia; 4 - formazione di un doppio strato lipidico attorno alla gocciolina, simile ad una membrana cellulare;
• D) - una goccia coacervata circondata da un doppio strato lipidico con un complesso proteina-nucleotide incluso nella sua composizione - il prototipo della prima cellula vivente

Estremamente complesso, non completamente compreso scienza moderna Il processo dell'emergere della vita sulla Terra è passato da un punto di vista storico in modo estremamente rapido. Già 3,5 miliardi di anni cosiddetti. l'evoluzione chimica terminò con la comparsa delle prime cellule viventi e iniziò l'evoluzione biologica.

Teoria dell'evoluzione biochimica
Fino alla metà del XX secolo. molti scienziati credevano che i composti organici potessero formarsi solo in un organismo vivente. Ecco perché venivano chiamati composti organici in contrapposizione a sostanze natura inanimata- minerali, che sono chiamati composti inorganici. Si credeva che le sostanze organiche provenissero solo biogenicamente e la natura delle sostanze inorganiche fosse completamente diversa, quindi l'emergere anche degli organismi più semplici da sostanze inorganiche è completamente impossibile. Tuttavia, dopo il solito elementi chimici fu sintetizzato il primo composto organico, l’idea di due diverse entità di sostanze organiche e inorganiche si rivelò insostenibile. Come risultato di questa scoperta, sono emerse la chimica organica e la biochimica, che studiano i processi chimici negli organismi viventi.

Tuttavia, nell'individuo approcci sperimentali Dei 20 aminoacidi proteogenici ce n'erano sempre solo un massimo di tredici, inoltre c'era un eccesso di sostanze che nella natura vivente non sono collegate alla sintesi proteica; Inoltre, l'analisi dei prodotti della reazione ha rivelato un eccesso di molecole mono e polifunzionali, che rappresentano un fattore di miscelazione significativo per la catena dei singoli aminoacidi delle proteine.

Gli esperimenti di Stanley Miller potrebbero essere visti come il primo passo nella formazione di molecole vitali. Tuttavia, questo passaggio porta ovviamente a un vicolo cieco. Perché in tutti gli approcci sperimentali contemporaneamente agli aminoacidi desiderati sono presenti numerose altre sostanze, che complicano seriamente o addirittura rendono impossibili i passaggi successivi.

Inoltre, questo scoperta scientifica ha permesso di creare il concetto di evoluzione biochimica, secondo la quale la vita sulla Terra è nata come risultato di processi fisici e chimici. Questa ipotesi si basava su dati sulla somiglianza delle sostanze che compongono piante e animali, sulla possibilità di sintetizzare le sostanze organiche che compongono le proteine ​​in condizioni di laboratorio.

Alcune di queste proteine ​​sono enzimi che catalizzano reazioni che assicurano la sopravvivenza delle cellule e ne assicurano il raddoppio delle dimensioni. Gli esperimenti di Miller non hanno potuto fornire alcuna prova plausibile per la formazione dei materiali di partenza di entrambe le macromolecole. Anche se fosse semplicistico supporre che sarebbero necessarie solo due basi come materiale di partenza per gli acidi nucleici e pochi amminoacidi come elementi costitutivi delle proteine, rimarrebbe il problema fondamentale: cosa è venuto prima, le proteine ​​o gli acidi nucleici.

L'accademico A.I. Oparin pubblicò la sua opera “L'origine della vita” nel 1924, in cui delineava un'ipotesi fondamentalmente nuova sull'origine della vita. L'essenza dell'ipotesi era la seguente: l'origine della vita sulla Terra è un lungo processo evolutivo di formazione della materia vivente nelle profondità della materia non vivente. E ciò è avvenuto attraverso l'evoluzione chimica, a seguito della quale le sostanze organiche più semplici si sono formate da quelle inorganiche sotto l'influenza di forti fattori fisico-chimici, e così l'evoluzione chimica è gradualmente salita a un livello qualitativamente nuovo ed è passata all'evoluzione biochimica.

Non ci sono ancora prove che esistessero precursori primitivi di un sistema replicativo e metabolicamente attivo. Tuttavia, è dimostrato che una singola molecola precursore può combinare entrambe le funzioni, ovvero la conservazione informazioni genetiche e catalisi o autoreplicazione.

Si è scoperto che nelle fasi successive dello sviluppo questi compiti vengono completamente svolti dalle proteine. Queste considerazioni rimasero a lungo nel campo delle speculazioni. Gli esperimenti di Miller Ursuppen erano relativamente aspecifici nella ricerca di macromolecole organiche come possibili materiali di partenza per proteine ​​e acidi nucleici. Alcuni di essi verranno presentati di seguito.

Considerando il problema dell'emergere della vita attraverso l'evoluzione biochimica, Oparin individua tre fasi di transizione dalla materia inanimata a quella vivente:

Sintesi di composti organici iniziali da sostanze inorganiche nelle condizioni dell'atmosfera primaria della Terra primitiva;

Formazione di biopolimeri, lipidi, idrocarburi da composti organici accumulati nei serbatoi primari della Terra;

Successivamente, è stato studiato questo percorso sintetico e si è scoperto che si trattava di un ciclo di reazione autocatalitica indotto da piccole quantità di impurità di formaldeide e che produceva glicole come primo prodotto di reazione. Se fosse possibile dirigere la reazione di Butlerov per sintetizzare il ribosio, questa potrebbe essere la via ideale per raggiungere la componente zuccherina dei nucleotidi. Tuttavia lungo questo percorso venivano preparate solo miscele di zucchero e il ribosio veniva trovato solo in quantità estremamente piccole.

Tuttavia, divenne presto evidente che i cationi piombo catalizzano la sintesi degli aldoptenosi, suggerendo che i ribosi potrebbero formarsi in condizioni prebiotiche. La sintesi chimica della base purinica adenina rimane ancora un mistero. La base per la possibile sintesi dell'adenina prebiotica è l'acido cianidrico o l'acido cianidrico. John Oro e i suoi colleghi sono riusciti a estrarlo una piccola quantità di adenina dal cianuro di ammonio all'inizio degli anni sessanta. Ciò ha spinto gli scienziati a cercare altri possibili percorsi per l’adenina.

Auto-organizzazione di composti organici complessi, comparsa sulla loro base e miglioramento evolutivo del processo di metabolismo e riproduzione strutture organiche, culminando nella formazione della cellula più semplice.

Nonostante tutta la validità sperimentale e la persuasività teorica, il concetto di Oparin ha sia punti di forza che di debolezza.

Miyakawa ha suggerito che le purine entrino presto atmosfera terrestre si sono formati indipendentemente dall'acido cianidrico. Christopher Chiba e Carl Sagan sostengono in modo ancora più audace che le purine venivano prodotte altrove nel nostro pianeta. sistema solare e portato sulla terra dai meteoriti. Robert Shapiro, uno dei principali ricercatori sulle origini, è critico nei confronti di queste considerazioni. Proprio perché l'adenina gioca ruolo importante Nella replicazione di tutti gli esseri viventi conosciuti, è chiaro che l'adenina era un componente del sistema di replicazione nelle prime fasi della vita.

Ma Proprietà chimiche l'adenina si oppone a tale ruolo. Queste sono tre buone ragioni per cui Shapiro rifiuta l'attraente possibilità che l'adenina possa essere stata un componente del primo sistema di replicazione. È anche scettico riguardo alla possibile sintesi prebiotica delle pirimidine. Non sono stati trovati né nei meteoriti né negli esperimenti con scariche elettriche. La sintesi chimica è una sfida tale che Shapiro considera molto improbabile anche la citosina come possibile componente di una molecola replicatrice precoce.

La forza del concetto è la sua corrispondenza abbastanza precisa con l'evoluzione chimica, secondo la quale l'origine della vita è un risultato naturale dell'evoluzione prebiologica della materia. Un argomento convincente a favore di questo concetto è anche la possibilità verifica sperimentale le sue principali disposizioni. Si tratta della riproduzione in laboratorio non solo delle presunte condizioni fisico-chimiche della Terra primordiale, ma anche di coacervati che imitano l'antenato precellulare e le sue caratteristiche funzionali.

Pertanto, va notato che attualmente non esistono modelli convincenti per la sintesi nucleotidica in condizioni prebiotiche plausibili. Probabilmente è possibile simulare alcune fasi di reazione, ma utilizzando sempre materiali di partenza puri e spesso con rese molto basse. Vengono discusse le riflessioni sull'origine extraterrestre degli elementi costitutivi degli acidi nucleici, ma queste non possono contribuire a risolvere il problema attuale. La reticolazione dei nucleotidi attivati ​​in molecole più lunghe di solito non avviene spontaneamente, ma solo quando alla reazione vengono aggiunti fattori di attivazione esterni.

Il lato debole del concetto è l'incapacità di spiegare il momento stesso del salto dai composti organici complessi agli organismi viventi: dopotutto, in nessuno degli esperimenti condotti è stata raggiunta la vita. Inoltre, Oparin ammette la possibilità di auto-riproduzione dei coacervati in assenza di sistemi molecolari con funzioni di codice genetico. In altre parole, senza ricostruire l'evoluzione del meccanismo dell'ereditarietà, è impossibile spiegare il processo del salto dal non vivente al vivente. Pertanto, oggi si ritiene che non sarà possibile risolvere questo problema così complesso della biologia senza coinvolgere il concetto di sistemi catalitici aperti, biologia molecolare e cibernetica.

A causa della velocità di reazione molto bassa dei nucleosidi fosfati in soluzione acquosa a temperature e valori di pH moderati, questa reazione non può essere facilmente simulata in laboratorio. In questo modo è possibile sintetizzare solo polimeri di pochi nucleotidi. La sfida più grande è la fonte di energia libera che può guidare la polimerizzazione dei nucleotidi. Questo problema può essere risolto utilizzando minerali argillosi. Ferris non può ancora spiegare come l'argilla possa svolgere questo compito, ma sta conducendo un'intensa ricerca con il suo team per chiarire la questione.

Ipotesi fondamentali sull'origine della vita sulla terra.

Evoluzione biochimica

È generalmente accettato tra astronomi, geologi e biologi che l'età della Terra sia di circa 4,5 - 5 miliardi di anni.

Secondo molti biologi, in passato lo stato del nostro pianeta non era molto simile a quello attuale: probabilmente la temperatura sulla superficie era molto elevata (4000 – 8000°C), e man mano che la Terra si raffreddava, il carbonio e i metalli più refrattari si condensò e formò la crosta terrestre; la superficie del pianeta era probabilmente nuda e irregolare, poiché su di essa si formavano pieghe e rotture a seguito dell'attività vulcanica, dei movimenti e della compressione della crosta causata dal raffreddamento.

Questa difficoltà è stata spesso osservata e definita inibizione crociata enantiomerica. Ciò potrebbe mettere in discussione tutte le spiegazioni più plausibili sull’origine dei meccanismi di replicazione prebiotica. Si basa sulle seguenti ipotesi.

Basi prebiotiche, zuccheri e fosfati erano presenti in quantità e purezza sufficienti. Questi vengono formati nucleotidi, gli elementi costitutivi di base degli acidi nucleici, e accumulati in un piccolo lago. Sul fondo del lago c'erano minerali argillosi che catalizzavano la formazione di polinucleotidi a catena lunga e a filamento singolo. Alcuni di essi sono stati convertiti in doppi filamenti utilizzando la sintesi del modello.

Si ritiene che il campo gravitazionale del pianeta, che non era ancora abbastanza denso, non potesse trattenere i gas leggeri: idrogeno, ossigeno, azoto, elio e argon, e lasciarono l'atmosfera. Ma composti semplici che contengono, tra gli altri, questi elementi (acqua, ammoniaca, CO2 e metano). Fino a quando la temperatura della Terra non scese sotto i 100°C, tutta l'acqua era allo stato di vapore. Probabilmente mancava l'ossigeno una condizione necessaria per l'emergere della vita; Come dimostrano gli esperimenti di laboratorio, le sostanze organiche (la base della vita) si formano molto più facilmente in un'atmosfera povera di ossigeno.

Una copia di un ribozima porta ad ulteriori ribozimi e così via. Ciò ha portato ad una popolazione in crescita esponenziale. A questo punto dello scenario, la selezione naturale continuerebbe questo processo. Secondo Darwin la vita ebbe inizio da un organismo primordiale. Secondo le idee ancora più radicali dei biologi molecolari, l'intera biosfera deriverà da pochi polinucleotidi autoreplicanti formatisi su un suolo primitivo.

Gli autori di questo spettacolo molecolare utopico possono ben notare che restano da risolvere molti problemi irrisolti prima che questo sogno possa trasformarsi in una teoria seria e convincente. Inoltre, resta da dimostrare come i ribozimi tengono insieme i prodotti in termini di propria attività, ad esempio mediante incorporazione in un sistema di membrana, di cui parleremo brevemente.

Nel 1923 A.I. Oparin, sulla base di considerazioni teoriche, espresse l'opinione che le sostanze organiche, possibilmente idrocarburi, potrebbero essere create nell'oceano da composti più semplici. L’energia per questi processi veniva fornita dall’intensa radiazione solare, principalmente ultravioletta, che cadde sulla Terra prima che si formasse lo strato di ozono, che cominciò a intrappolarne la maggior parte. Secondo Oparin, la diversità dei composti semplici presenti negli oceani, la superficie terrestre, la disponibilità di energia e le scale temporali suggeriscono che la materia organica si è gradualmente accumulata negli oceani e ha formato un “brodo primario” in cui potrebbe sorgere la vita.

Utilizzando simulazioni al computer, cercano di simulare le origini della vita e anche di rappresentare digitalmente l’evoluzione molecolare nel tempo. Tutte le difficoltà e gli ostacoli sopra menzionati per l'autosviluppo dei materiali di partenza dell'acido nucleico in questo caso non dovrebbero essere considerati in questi approcci sperimentali.

Schuster ha scelto il metodo della simulazione al computer perché era preoccupato per i grandi ostacoli di un'ora convenzionale, g ricerca sperimentale sulla base di esperimenti di laboratorio. Fenomeni come l'adattamento vanno da 10 3 a 10 6 generazioni. Tali periodi di tempo sono troppo lunghi per gli esperimenti nel senso comune del termine. Inoltre, la combinazione di possibili genotipi diventa incontrollabile. Infine, la complessa relazione tra genotipo e fenotipo rende difficile la modellizzazione realistica.

È impossibile comprendere l'origine dell'uomo senza comprendere l'origine della vita. E puoi comprendere l'origine della vita solo comprendendo l'origine dell'Universo.

Prima c'è stata una grande esplosione. Questa esplosione di energia avvenne quindici miliardi di anni fa.

L’evoluzione può essere pensata come la Torre Eiffel. Alla base c'è l'energia, sopra c'è la materia, i pianeti, poi la vita. E infine, in cima, l'uomo, l'animale più complesso e ultimo ad apparire.

L'unico prerequisito necessario per l'evoluzione molecolare controllata dal computer sono le molecole capaci di riprodursi. Ciò può quindi attaccare la selezione e l’adattamento quando le condizioni ambientali cambiano. I tempi di generazione delle molecole autoreplicanti sono estremamente brevi. Fenomeni come l'adattamento diventano osservabili. Entrambe le proprietà, sequenza e struttura spaziale, sono indissolubilmente legate. Pertanto, questo approccio offre un semplice sistema modello per studiare i processi di adattamento in laboratorio.

Progresso dell'evoluzione:

15 miliardi di anni fa: nascita dell'Universo;

5 miliardi di anni fa: nascita del sistema solare;

4 miliardi di anni fa: nascita della Terra;

3 miliardi di anni fa: le prime tracce di vita sulla Terra;

500 milioni di anni fa: primi vertebrati;

200 milioni di anni fa: primi mammiferi;

70 milioni di anni fa: i primi primati.

Secondo questa ipotesi, proposta nel 1865. dallo scienziato tedesco G. Richter e formulata infine dallo scienziato svedese Arrhenius nel 1895, la vita potrebbe essere stata portata sulla Terra dallo spazio. Gli organismi viventi di origine extraterrestre hanno maggiori probabilità di entrare con meteoriti e polvere cosmica. Questa ipotesi si basa sui dati relativi all'elevata resistenza di alcuni organismi e delle loro spore alle radiazioni, all'alto vuoto, alle basse temperature e ad altri influssi.

In questo modo i ricercatori di Schuster possono creare molecole con proprietà ottimali che potranno successivamente essere sintetizzate sinteticamente. Questo “mondo dei giocattoli”, come lo chiama lo stesso Schuster, fornisce un modello di simulazione semplice ma efficace per simulare eventi di adattamento molecolare. Questo modello è certamente adatto per comprendere i processi microevolutivi.

A livello molecolare, pensa all'origine della replicazione in generale, alla traduzione o origine del codice genetico, alla complessa interazione della regolazione genetica. A livello macroscopico, questa sarà una transizione dai procarioti agli eucarioti, da organismi unicellulari agli organismi pluricellulari o addirittura allo sviluppo degli organismi, fino all’uomo.

Nel 1969, il meteorite Murchison fu trovato in Australia. Conteneva 70 aminoacidi intatti, otto dei quali si trovano nelle proteine ​​umane!

Molti scienziati potrebbero sostenere che gli scoiattoli pietrificati entrando nell’atmosfera fossero morti. Recentemente però è stato scoperto il prione, una proteina che può resistere a temperature molto elevate. Il prione è più forte del virus ed è in grado di trasmettere la malattia molto più velocemente. Secondo la teoria della Panspermia, gli esseri umani provengono in qualche modo da un virus di origine extraterrestre che ha infettato le scimmie, che di conseguenza sono mutate.

La questione dell'origine delle prime cellule deve ancora essere risolta attraverso i passaggi necessari sopra menzionati per chiarire l'origine della vita. Molti scienziati ritengono che gli antenati di tutti gli esseri viventi fossero una sorta di entità unicellulare, un contenitore in cui proteine ​​e acidi nucleici, cofattori e altri erano impacchettati e circondati da un guscio relativamente impenetrabile. Anche in questa fase successiva e necessaria dell'evoluzione prebiotica, attualmente ci sono solo speculazioni sui possibili meccanismi per la formazione delle prime cellule.

I componenti centrali delle membrane cellulari sono i fosfolipidi, che possono assemblarsi spontaneamente in doppi strati per formare strutture circolari. Sebbene non ci siano prove di capacità sintetiche in condizioni prebiotiche, esistono sistemi modello su come i doppi strati lipidici possono apparire per la prima volta nella zuppa dell'articolazione primordiale e su come può essere visualizzata la divisione cellulare primitiva.

Teoria generazione spontanea vita

Questa teoria era diffusa in Antica Cina, Babilonia e l'Egitto come alternativa al creazionismo con cui conviveva.

Aristotele (384 – 322 a.C.), spesso acclamato come il fondatore della biologia, aderiva alla teoria dell'origine spontanea della vita. Sulla base delle proprie osservazioni, sviluppò ulteriormente questa teoria, collegando tutti gli organismi in una serie continua: la "scala della natura". “Infatti la natura fa il passaggio dagli oggetti inanimati agli animali con una successione così fluida, ponendo tra loro esseri che vivono senza essere animali, che tra gruppi vicini, a causa della loro stretta vicinanza, non si nota quasi alcuna differenza” (Aristotele).

La scoperta degli archeobatteri ha fatto sperare che questi microrganismi potessero essere buoni sistemi modello perché potrebbero essere i primi precursori cellulari. Tuttavia, divenne presto evidente che soprattutto gli archeobatteri contenevano sistemi metabolici molto complessi che non erano "primitivi" e quindi difficilmente utilizzabili come possibile archetipo di un organismo vivente unicellulare primitivo.

Il sogno di un "modello standard" per creare la vita, formulato da Joyce e Orgel, rimane nel campo della speculazione. Non esistono dati sperimentali sicuri sull'origine prebiotica degli elementi costitutivi degli acidi nucleici e delle proteine, né sul prototipo di un sistema genetico autoreplicante, inoltre la questione dell'organizzazione del materiale genetico a livello cellulare è impossibile. Anche la questione: l’uovo o la gallina, se le proteine ​​o gli acidi nucleici siano stati i primi precursori della vita non è ancora chiara.

Secondo l'ipotesi aristotelica della generazione spontanea, alcune "particelle" della materia contengono un certo "principio attivo" che, in condizioni adeguate, può creare un organismo vivente. Aristotele aveva ragione nel credere che questo principio attivo sia contenuto nell'uovo fecondato, ma credeva erroneamente che fosse presente anche nell'uovo fecondato. luce del sole, fango e carne in decomposizione.

“Questi sono i fatti: gli esseri viventi possono nascere non solo attraverso l'accoppiamento degli animali, ma anche attraverso la decomposizione del suolo. Lo stesso avviene con le piante: alcune si sviluppano dai semi, mentre altre sembrano generarsi spontaneamente sotto l'influenza di tutta la natura, nascendo dalla terra in decomposizione o da alcune parti delle piante” (Aristotele).

Con la diffusione del cristianesimo, la teoria della generazione spontanea della vita cadde in disgrazia: fu riconosciuta solo da coloro che credevano nella stregoneria e adoravano gli spiriti maligni, ma questa idea continuò ad esistere da qualche parte nello sfondo per molti altri secoli.

Teoria stato stazionario

Secondo questa teoria, la Terra non è mai nata, ma è esistita da sempre, è sempre in grado di sostenere la vita e, se è cambiata, è cambiata ben poco. Anche le specie sono sempre esistite.

Le stime dell'età della terra variavano notevolmente: da circa 6.000 anni secondo i calcoli dell'arcivescovo Ussher a 5.000 10 alla sesta potenza di anni secondo stime moderne, basato sulla presa in considerazione dei tassi di decadimento radioattivo. Metodi di datazione più avanzati forniscono stime sempre più elevate dell’età della Terra, consentendo ai sostenitori della teoria dello stato stazionario di credere che la Terra esista da sempre. Secondo questa teoria, anche le specie non sono mai nate, sono sempre esistite e ogni specie ha solo due alternative: un cambiamento nel numero o l'estinzione.

I sostenitori di questa teoria non riconoscono che la presenza o l'assenza di alcuni resti fossili può indicare il tempo di comparsa o di estinzione di una particolare specie e citano come esempio un rappresentante del pesce con pinne lobate: il celacanto. I sostenitori della teoria dello stato stazionario sostengono che solo studiando le specie viventi e confrontandole con i resti fossili si può trarre una conclusione sull'estinzione, e anche in questo caso è molto probabile che sia errata. Utilizzando i dati paleontologici per confermare la teoria dello stato stazionario, i suoi pochi sostenitori interpretano la comparsa dei resti fossili sotto un aspetto ecologico (aumento della popolazione, migrazione verso luoghi favorevoli alla conservazione dei resti, ecc.). La maggior parte Gli argomenti a favore di questa teoria si riferiscono ad aspetti oscuri dell'evoluzione come il significato delle rotture nella documentazione fossile, ed è in questa direzione che è stata sviluppata più ampiamente.

Creazionismo

Creazionismo (latino sgea - creazione). Secondo questo concetto, la vita e tutte le specie di esseri viventi che abitano la Terra sono il risultato dell'atto creativo di un essere supremo. certo tempo. I principi fondamentali del creazionismo sono esposti nella Bibbia, nel Libro della Genesi. Il processo di creazione divina del mondo è concepito come avvenuto una sola volta e quindi inaccessibile all'osservazione. Ciò è sufficiente per portare oltre l’intero concetto della creazione divina ricerca scientifica. La scienza si occupa solo di quei fenomeni che possono essere osservati, e quindi non sarà mai in grado né di dimostrare né di confutare il concetto.

Teoria dell'origine acquatica dell'uomo

Dice: l'uomo è venuto direttamente dall'acqua. Quelli. una volta eravamo qualcosa di simile ai primati marini o ai pesci umanoidi.

La “teoria dell’acqua” sulle origini dell’uomo è stata avanzata da Alistair Hardy (1960) e sviluppata da Elaine Morgan. Dopo di che l'idea è stata trasmessa da molti divulgatori, ad esempio Jan Lindblad e il leggendario sottomarino Jacques Mayol. Secondo Hardy e Morgan, uno dei nostri antenati era una grande scimmia miocenica della famiglia dei Proconsul, che, prima di diventare terrestre, visse nell'acqua per molti milioni di anni.

A favore dell’origine della “scimmia acquatica” vengono citate le seguenti caratteristiche umane:

1. La capacità di trattenere il respiro, l'apnea (anche durante la vocalizzazione) rende una persona un subacqueo.

2. Lavorare con mani abili e usare strumenti è simile al comportamento del procione e della lontra marina.

3. Quando guadano specchi d'acqua, i primati stanno in piedi sugli arti posteriori. Uno stile di vita semi-acquatico ha contribuito allo sviluppo della camminata eretta.

4. La perdita di pelo e lo sviluppo di grasso sottocutaneo (nell'uomo è normalmente più spesso che negli altri primati) sono caratteristici dei mammiferi acquatici.

5. Il seno grande aiutava a mantenere il corpo nell'acqua e a scaldare il cuore.

6. I capelli sulla testa aiutavano a sostenere il bambino.

7. Il piede allungato aiutava a nuotare.

8. C'è una piega di pelle tra le dita.

9. Una persona può chiudere le narici arricciando il naso (le scimmie non possono)

10. L'orecchio umano assorbe meno acqua

E ad esempio, se un neonato viene messo in acqua subito dopo aver lasciato il grembo materno, si sentirà benissimo. Sa già nuotare. Dopotutto, affinché un neonato possa passare dallo stadio di pesce allo stadio di mammifero che respira aria, ha bisogno di pacche sulla spalla.

50 milioni di anni fa i delfini emersero dall'acqua e divennero animali terrestri. E poi, per ragioni sconosciute, hanno deciso di tornare in acqua. Possiamo solo seguire il loro esempio.

Trasformismo

Proposto nel 1815 da Jean Baptiste Lamarck

I cambiamenti nell'ambiente esterno comportano cambiamenti nelle cellule.

La faglia costrinse (!!) i primi uomini preistorici a vivere in una savana priva di alberi. Non potevano più arrampicarsi sugli alberi per sfuggire ai predatori. Le persone erano costrette a stare sulle zampe posteriori per vedere il nemico da lontano nell'erba alta. Costantemente timorosi di essere attaccati, le persone si raddrizzarono e passarono da “animali che vivono principalmente sugli alberi e talvolta assumono una posizione eretta” ad “animali che camminano eretti e talvolta guardano gli alberi”.

L'uso degli arti inferiori liberò le zampe superiori e ora si poteva tenere in mano un bastone e usarlo come arma.

La camminata eretta inaugurò un'era di altri cambiamenti, in particolare nello scheletro. Il bacino divenne un cestino per le viscere. In precedenza, la connessione tra la colonna vertebrale e il cranio era orizzontale. Ora è diventato verticale e il volume del cranio è aumentato, poiché il midollo spinale non ha più interferito con esso.

Nel corso di 2 milioni di anni, il volume del cervello cresce da 450 a 1000 centimetri cubi, poi da 1000 ai moderni 1450.

Non abbiamo quasi più lana. La lana era necessaria affinché i bambini potessero aggrapparsi alla pancia della madre. Ciò è diventato superfluo quando le madri hanno potuto tenere in braccio i propri figli. E la pelliccia rimaneva sulla sommità del cranio per proteggersi dal sole. Sopra gli occhi (sopracciglia) protezione dalla pioggia.

La differenza rispetto al darwinismo è che i darwinisti credono che le persone siano animali che hanno accidentalmente un gene che permette loro di stare in piedi sulle zampe posteriori. E i lamarckisti credono che qualsiasi animale, se necessario, possa trasformare i suoi geni.

Le idee di Lamarck danno a tutti la speranza per il meglio. E Darwin, se sei un rappresentante di una specie di scarso successo, non ti lascia alcuna possibilità.

Sviluppandosi per 9 mesi, l'embrione umano vive l'intera storia della sua specie.

L'embrione di 12 giorni somigliava a un minuscolo verme allungato con grandi occhi. Sembra un embrione di pesce.

Quando un embrione umano ha trentuno giorni, sembra una lucertola, a 9 settimane sembra un toporagno e a 18 settimane non è diverso da un embrione di scimmia.

Darwinismo

Teoria materialistica dell'evoluzione ( sviluppo storico) del mondo organico della Terra, basato sulle opinioni di Charles Darwin.

Due principali motori dell'evoluzione. Il primo è il caso, il secondo è la selezione delle specie. La natura ha effettuato migliaia di esperimenti simultaneamente. E la selezione naturale elimina poi il meno adatto.

Un'immagine della storia degli antenati umani.

70 milioni di anni fa: la comparsa dei primi primati. Erano insettivori e somigliavano molto ai toporagni.

40 milioni di anni fa; l'apparizione dei primi lemuri Questi animali avevano già caratteristiche caratteristiche dell'uomo: pollice distanziato, unghie piatte, faccia piatta. Il pollice, posizionato obliquamente rispetto al palmo, consente di afferrare oggetti e utilizzarli come strumenti. Le unghie piatte invece degli artigli consentono di stringere il pugno. I lemuri furono i primi a sviluppare una mano. Grazie alle loro facce piatte, i lemuri iniziarono a vedere tridimensionalmente. Gli animali i cui occhi si trovano ai lati del muso non possono determinare la distanza e distinguere il rilievo. Il muso dell'Ulemur smise di essere allungato e gli occhi caddero sullo stesso piano. I lemuri hanno acquisito la capacità di vedere il mondo in tre dimensioni.

20 milioni di anni fa, i lemuri furono superati dalle scimmie, i loro cugini mutati molto più agili.

Tra circa 4,4 e 2,8 milioni di anni fa apparve un ramo delle scimmie Australopithecus da cui poi emerse l'uomo. L’uomo è diventato diverso dal gorilla o dallo scimpanzé a causa del cambiamento climatico. Le scimmie abitavano Africa dell'est, dove si è verificato un terremoto, provocando una rottura nel terreno, il cosiddetto rift. La colpa provocò la formazione di tre speciali zone climatiche: zona di fitte foreste, zona montuosa, zona di savana con vegetazione rada. Solo gli antenati degli scimpanzé sopravvissero nelle fitte foreste, gli antenati dei gorilla in montagna e gli australopitechi, cioè i nostri antenati, nella zona della savana con scarsa vegetazione.

La principale differenza tra l'Australopithecus e il gorilla o lo scimpanzé preistorico era la scomparsa della coda, necessaria per mantenere l'equilibrio quando si salta da un ramo all'altro. Tocca il tuo coccige. Questo inutile moncone di coda in fondo alla schiena è l'ultimo segno della scimmia arborea che l'uomo era prima della spaccatura.

L'assenza di coda non è l'unica differenza tra l'uomo e la scimmia. Il busto si è gradualmente raddrizzato, il volume del cranio è aumentato, il viso è diventato piatto e la persona ha acquisito una visione stereoscopica. Non dimentichiamo l'abbassamento della laringe. In precedenza, i primati emettevano solo grugniti, ma la discesa della laringe ampliava significativamente la gamma dei suoni, il periodo dell'infanzia si allungava, cioè aumentava il tempo di apprendimento dei bambini.

Ed eccolo qui, l'Homo Sapiens, cioè noi. Uno di forme perfette creazioni della natura.

Evoluzione della vita sulla Terra

Il problema dell'origine della vita sulla Terra è uno dei maggiori problemi delle scienze naturali. Questo problema ha attirato l'attenzione umana da tempo immemorabile. Tuttavia, dentro epoche diverse e nelle diverse fasi dello sviluppo della cultura umana questo problema è stato risolto in modi diversi. Le teorie sull'origine della Terra, e in effetti dell'intero universo, sono varie e tutt'altro che affidabili. Ecco i principali:

1. Creazionismo. Secondo questa idea, la vita è stata creata da un creatore (dalla parola latina creare - creare).

2. Ipotesi dello stato stazionario. La vita, come l'Universo stesso, non è sempre esistita ed esisterà per sempre, poiché non ha inizio né fine.

3. L'ipotesi della generazione spontanea, secondo la quale la vita nasce spontaneamente dalla materia inanimata.

4. La teoria della panspermia è l'idea che la vita sia stata portata sulla Terra dall'esterno, dallo spazio. Va detto che questa teoria è ancora popolare tra gli scienziati.

Tutte queste teorie sono per lo più speculative e non hanno prove dirette. Attualmente non c’è consenso tra gli scienziati sull’origine della vita. L’ipotesi più ampiamente riconosciuta nella scienza moderna è quella formulata dallo scienziato sovietico Acad. A.I. Oparin e lo scienziato inglese J. Haldane.

Teoria dell'evoluzione biochimica

(teoria biochimica origine della vita)

Nel 1923, lo scienziato sovietico Oparin espresse l'opinione che l'atmosfera terrestre non fosse la stessa di adesso. Basandosi su considerazioni teoriche, suggerì che la vita fosse nata gradualmente da sostanze inorganiche attraverso l'evoluzione molecolare a lungo termine.

1. Si ritiene che la Terra e gli altri pianeti del sistema solare si siano formati da una nube di gas e polvere circa 4,5 miliardi di anni fa. Nelle prime fasi della sua esistenza, la Terra aveva una temperatura molto elevata. Quando il pianeta si raffreddò, gli elementi pesanti si spostarono verso il centro, mentre gli elementi più leggeri rimasero in superficie. Ad esempio, gli atomi di ferro erano concentrati al centro (secondo gli scienziati, attualmente il nucleo terrestre è costituito da ferro fuso, riscaldato a diverse migliaia di gradi C ed è 2 volte più piccolo della Luna). Atomi meno pesanti di silicio e alluminio formano la crosta terrestre. I più leggeri rimasero negli strati esterni della nube e formarono l'atmosfera primaria della Terra. Era costituito da H2 libero e dai suoi composti: acqua, metano, ammoniaca e HCN e quindi era di natura riducente (i composti dell'idrogeno entrano facilmente in reazioni chimiche, cedendo idrogeno e allo stesso tempo ossidandosi).

I componenti atmosferici sono stati esposti a varie fonti di energia:

· Dura, vicina alla radiazione a onde corte dei raggi X proveniente dal Sole

· Scariche di fulmini

Temperatura elevata in aree soggette a fulmini e attività vulcanica (ad esempio lava calda, sorgenti termali, geyser)

· Onde d'urto provocate dai meteoriti che entrano nell'atmosfera terrestre.

Come risultato di questi impatti, i componenti chimicamente semplici dell’atmosfera hanno interagito, cambiando e diventando più complessi. Apparvero molecole di zuccheri, amminoacidi, basi azotate, acidi organici (acetico, formico, lattico) e altri composti organici semplici.

L'assenza di ossigeno nell'atmosfera e un ambiente riducente erano una condizione necessaria per l'emergere di molecole organiche con mezzi non biologici. L'ossigeno interagisce con le sostanze organiche e le distrugge o le priva di quelle proprietà che sarebbero utili ai sistemi prebiologici. Pertanto, se le molecole organiche sulla Terra primitiva entrassero in contatto con l'ossigeno, non esisterebbero a lungo e non avrebbero il tempo di formare strutture più complesse.

Nel 1953, Stanley Miller, in una serie di esperimenti, simulò le condizioni che presumibilmente esistevano sulla Terra primitiva. In un pallone sigillato si creavano le condizioni atmosferiche (vapore acqueo, ammoniaca, metano, acido cianidrico, diossido di carbonio). Il contenuto incolore del pallone è stato esposto ad alte temperature e scariche elettriche e di conseguenza ha acquisito una tinta rossa dovuta alla formazione di acidi grassi, urea, zuccheri e amminoacidi.

Altri scienziati hanno condotto esperimenti simili utilizzando diverse fonti di energia. In tutti gli esperimenti, in assenza di ossigeno, è stato possibile ottenere un'ampia gamma di prodotti organici diversi. I ricercatori erano particolarmente interessati alla possibilità della formazione di aminoacidi: dopo tutto, sono gli elementi costitutivi delle molecole proteiche. Successivamente si è scoperto che molti composti semplici che fanno parte dei polimeri biologici - proteine, acidi nucleici e polisaccaridi - possono essere sintetizzati abiogenicamente.

La possibilità di sintesi abiogenica di composti organici è dimostrata dal fatto che si trovano anche nello spazio. Acido cianidrico, formaldeide, acido formico, alcoli metilici ed etilici e altri composti organici semplici. Alcuni meteoriti contengono acidi grassi, zuccheri e aminoacidi. Questi composti si formano oggi quando i prodotti gassosi delle eruzioni vulcaniche e della lava reagiscono con l'acqua.

Tutto ciò indica che i composti organici potrebbero essersi formati puramente chimicamente nelle condizioni che esistevano sulla Terra circa 4 miliardi di anni fa. Le condizioni necessarie per questo sono:

· Natura riduttiva dell'atmosfera (mancanza di O 2)

· Calore

Fonti energetiche (radiazioni UV del sole, fulmini, ecc.)

2. Il passo successivo è stata la formazione di polimeri da monomeri.

Man mano che la Terra si raffreddava, il vapore acqueo contenuto nell'atmosfera si condensava e la pioggia cadeva sulla superficie terrestre, formando grandi distese d'acqua. La reazione di polimerizzazione delle unità primarie non avviene in soluzione acquosa, poiché combinando tra loro due amminoacidi o due nucleotidi si separa una molecola d'acqua. La reazione in acqua andrà nella direzione opposta. La velocità di degradazione (idrolisi) dei biopolimeri sarà maggiore della velocità della loro sintesi. È chiaro che i biopolimeri non potrebbero essersi formati da soli nell’oceano primordiale.

Forse la sintesi primaria dei biopolimeri è avvenuta quando l’oceano primario era ghiacciato o quando i suoi residui secchi venivano riscaldati.

Il ricercatore americano Sydney Fox, riscaldando una miscela secca di aminoacidi a 130°C, ha dimostrato che in questo caso avviene la reazione di polimerizzazione (l'acqua rilasciata evapora) e si ottengono proteinoidi artificiali, simili a proteine ​​con fino a 200 o più aminoacidi nella catena . Sciolti in acqua, avevano le proprietà delle proteine, fornivano un mezzo nutritivo per i batteri e addirittura catalizzavano (acceleravano) alcune reazioni chimiche, come dei veri enzimi.

Forse sono sorti nell'era prebiologica sui pendii caldi dei vulcani, e poi le piogge li hanno trascinati nell'oceano primordiale. C'è anche un punto di vista secondo cui la sintesi dei biopolimeri è avvenuta direttamente nell'atmosfera primaria e i composti risultanti sono caduti nell'oceano primario sotto forma di particelle di polvere.

È così che sono nati i prototipi delle moderne proteine ​​e degli acidi nucleici. Tra i polipeptidi formati casualmente potrebbero esserci quelli che avevano attività catalitica e potevano accelerare i processi di sintesi dei polinucleotidi.

Evoluzione biochimica

È generalmente accettato tra astronomi, geologi e biologi che l'età della Terra sia di circa 4,5-5 miliardi di anni.

Secondo molti biologi, in un lontano passato lo stato del nostro pianeta non era molto simile a quello attuale: con ogni probabilità, la temperatura della sua superficie era molto elevata (4000-8000°C), e man mano che la Terra si raffreddava, il carbonio e altri metalli refrattari si condensarono e formarono la crosta terrestre; la superficie del pianeta era probabilmente nuda e irregolare, poiché su di essa si verificavano pieghe e rotture a seguito dell'attività vulcanica, dei continui movimenti della crosta e della compressione causata dal raffreddamento.

Si ritiene che a quei tempi l'atmosfera fosse completamente diversa da quella attuale. I gas leggeri - idrogeno, elio, azoto, ossigeno e argon - hanno lasciato l'atmosfera, poiché il campo gravitazionale del nostro pianeta ancora insufficientemente denso non poteva trattenerli. Tuttavia, i composti semplici contenenti (tra gli altri) questi elementi dovevano essere conservati; questi includono acqua, ammoniaca, anidride carbonica e metano. Fino a quando la temperatura della Terra non scese sotto i 100°C, tutta l'acqua era probabilmente allo stato di vapore.

Apparentemente l’atmosfera si stava “riducendo”, come evidenziato dalla presenza di metalli in forma ridotta, come il ferro ferroso, nelle rocce più antiche della Terra. Le rocce più giovani contengono metalli in forma ossidata, come il ferro ferrico. L'assenza di ossigeno nell'atmosfera fu probabilmente una condizione necessaria per l'emergere della vita; esperimenti di laboratorio mostrano che, paradossalmente, le sostanze organiche (la base degli organismi viventi) si creano molto più facilmente in un ambiente riducente che in un'atmosfera ricca di ossigeno. Nel 1923, A. I. Oparin espresse l'opinione che l'atmosfera della Terra primaria non lo fosse così com'è adesso, ma corrispondeva approssimativamente alla descrizione fatta sopra. Sulla base di considerazioni teoriche, credeva che le sostanze organiche, forse gli idrocarburi, potessero essere create nell'oceano da composti più semplici; L'energia per queste reazioni di fusione è stata probabilmente fornita dall'intensa radiazione solare (principalmente ultravioletta) che cadeva sulla Terra prima che si formasse lo strato di ozono che ne intrappolava la maggior parte. Secondo Oparin, la diversità

dei composti semplici presenti negli oceani, la superficie della Terra, la disponibilità di energia e le scale temporali suggeriscono che le sostanze organiche si accumularono gradualmente negli oceani e formarono il “brodo primario” in cui potrebbe sorgere la vita. Questa idea non era nuova: nel 1871 Darwin espresse un’idea simile:

“Si dice spesso che oggi esistano tutte le condizioni necessarie per la creazione di un organismo vivente che un tempo poteva esistere. Ma se (oh, che grande “se”) immaginiamo che in qualche piccolo stagno caldo contenente tutti i tipi di sali di ammonio e fosforo, in presenza di luce, calore, elettricità, ecc. Se si formasse chimicamente una proteina, pronta a subire trasformazioni ancora più complesse, ai nostri giorni tale materiale verrebbe continuamente divorato o assorbito, cosa che non poteva accadere prima della comparsa degli esseri viventi”.

Nel 1953, Stanley Miller, in una serie di esperimenti, simulò le condizioni che presumibilmente esistevano sulla Terra primitiva. Nell'installazione da lui realizzata (Fig. 24.1), dotata di una fonte di energia, riuscì a sintetizzare molte sostanze che hanno importanti significato biologico, tra cui numerosi aminoacidi, adenina e zuccheri semplici come il ribosio. Successivamente, Orgel presso il Salk Institute, in un esperimento simile, sintetizzò catene nucleotidiche lunghe sei unità monomeriche (acidi nucleici semplici).

Successivamente, è stato suggerito che l'atmosfera primaria contenesse anidride carbonica in concentrazioni relativamente elevate. Recenti esperimenti con l'apparecchio di Miller, che però conteneva una miscela di CO 2 e H 2 O e solo tracce di altri gas, hanno dato gli stessi risultati ottenuti da Miller. La teoria di Oparin ha ottenuto un ampio riconoscimento, ma lascia problemi irrisolti associati alla transizione dalle sostanze organiche complesse agli organismi viventi semplici. È sotto questo aspetto che la teoria dell'evoluzione biochimica offre uno schema generale accettabile dalla maggior parte dei biologi moderni. Tuttavia, non erano d'accordo sui dettagli di questo processo.

Oparin credeva che il ruolo decisivo nella trasformazione degli esseri non viventi in esseri viventi appartenesse agli scoiattoli. A causa della natura anfotera delle molecole proteiche, sono in grado di formare complessi idrofili colloidali: attraggono le molecole d'acqua, creando un guscio attorno ad esse. Questi complessi possono separarsi dall'intera massa d'acqua in cui sono sospesi (fase acquosa) e formare una sorta di emulsione. La fusione di tali complessi tra loro porta alla separazione dei colloidi dall'ambiente acquoso - un processo chiamato coacervazione(dal latino coacervus - grumo o mucchio). I coacervati ricchi di colloidi potrebbero essere stati in grado di scambiarsi ambiente sostanze e accumulano selettivamente vari composti, in particolare cristalloidi. La composizione colloidale di questo coacervato dipendeva ovviamente dalla composizione del mezzo. La diversità della composizione del “brodo” in luoghi diversi ha portato a differenze Composizione chimica coacerva e quindi fornisce materie prime per la “selezione naturale biochimica”.

Si presume che nei coacervati stessi le sostanze incluse nella loro composizione siano entrate in ulteriori reazioni chimiche; in questo caso, i coacervati hanno assorbito ioni metallici e formato enzimi. Al confine tra i coacervati e l'ambiente esterno si sono allineate molecole lipidiche (idrocarburi complessi) che hanno portato alla formazione di un primitivo membrana cellulare, che ha fornito stabilità alle conserve. In seguito all'inclusione nel coacervato di una molecola preesistente capace di autoriprodursi, e alla ristrutturazione interna del coacervato rivestito da una membrana lipidica, potrebbe originarsi una cellula primitiva. L'aumento delle dimensioni dei coacervati e la loro frammentazione potrebbero aver portato alla formazione di coacervati identici, che potrebbero assorbire più componenti del mezzo, in modo che questo processo potesse continuare. Questa ipotetica sequenza di eventi avrebbe dovuto portare alla nascita di un primitivo organismo eterotrofo autoriproduttivo che si nutriva delle sostanze organiche del brodo primordiale.

Sebbene questa ipotesi sull'origine della vita sia accettata da molti scienziati, l'astronomo Fred Hoyle ha recentemente espresso l'opinione che l'idea che la vita sia nata come risultato delle interazioni casuali delle molecole sopra descritte è “tanto assurda e non plausibile quanto l'idea che un uragano passare sopra una discarica potrebbe portare all'assemblaggio del Boeing 747” 1 .

1 La cosa più difficile per questa teoria è spiegare l'emergere della capacità dei sistemi viventi di riprodursi. Le ipotesi su questo tema non sono ancora convincenti.