Происхождение жизни

Аристотель считал, что мыши зарождаются сами.

В 3-м веке нашей эры Платон заявил, что живые сущ-ва зарождаются из земли в процессе гниения. Так считали до 17-го века. Ещё в 17-м веке голландский учёный Ван-Гель Монт составлял рецепты получения мышей из пшеницы и загрязнённого потом белья. Так считали Декарт, Галилей, Ламарк, Гегель тоже придерживались мысли о самопроизвольном зарождении живого из неживого. Но с 17-го века стали накапливаться данные против такого понимания. В 1668 г. тосканский врач Франческо Рэди док-л, что белые черви в гниющем мясе не что иное, как личинки мух. Только ч/з 100 лет русский учёный Тереховский и итальянец Спаллацени поставили под сомнение представление о самозарождении, что было подтверждено опр-ными опытами. В 1862 г. Луи Пастер убедительными опытами док-л невозможность самозарождение и утвердил принцип: всё живое из живого. Многие из учёных того периода склонялись к тому, что жизнь на земле никогда не зарождалась, а была занесена из космоса, где она сущ-ет вечно. Сущ-ет гипотеза, что жизнь на Земле возникла чисто случайно и внезапно. При этом амер. учёный Меллер допускал, что живая молекула может возникнуть случайно. Ген — это основа жизни. Появление гена — это вероятностный процесс. Но суперкомпьтер показал невероятность такого события.

Энегельс считал, что жизнь возникла внезапно и сформировалась в ходе эволюции материи.

В 1924 г. русский учёный Опарин А.И. предпололжил, что в массе коарцитивных (устойчивых) капель должен был идти отбор наиболее устойчивых капель. В процессе отбора остались лишь те капли, которые при распаде сохраняли ос-ти своей стр-ры (св-во самовоспроизведения). По достижении этой стадии коарцитивная капля превращалась в простейший живой организм. Первоначально на молекулярном уровне могли возникнуть первичные полимеры, а потом уже возникает система. Т.о., мы видим естественный отбор на молекулярном уровне.

Осн. совр. концепции происхождения жизни:

1. креационизм;

2. концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого в-ва;

3. концепция стационарного состояния — жизнь была, жизнь есть, жизнь будет жить!

4. концепция панспермии — жизнь имеет внеземное происхождение;

5. концепция происхождения жизни на Земле в истор. прошлом в результате процессов, подчиняющихся физ. и хим. законам;

У 5-й концепции сущ-ет 2 варианта:

1. происхождение жизни — это результат образования единичной живой молекулы;

2. происхождение жизни — это закономерный процесс эволюции материи;

В вещественном плане для становлени жизни нужен С (углерод), но может сущ-ть жизнь на кремниевой основе (и тот, и другой элемент могут образовывать длинные цепочки). Атомы углерода вырабатываются в недрах больших звёзд в большом кол-ве. Кремний же очень хорошо вырабатывается в недрах планет. Точно так же кислород, водород и углерод Опарин относит к основе живого. Это наиболее устойчивые элементы, которые достаточно широко распр-ны. Жизнь возможна только при опр-ых физ. и хим. условиях, а именно температура, давление, присутствие воды, различных солей и т.д. Взаимное удаление галактик ослабляет электромагнитное излучение и уменьшает уровень радиации. Кроме того, планета должна иметь опр-ную массу, чтобы удержать атмосферу. Лёгкие газы в первичной атмосфере уходили из неё, т.к. гравитационное поле недостаточно плотной земли не могло их удержать, но простые соединения с этими элементами оставались. Первичная атмосфера содержала водород, метан, амиак, кислород отсутствовал (в чистом виде). Последнее сыграло наруку, т.к. орган. в-ва легче всего образуются в восстановительной среде. О таком составе свидетельствуют самые древние горные породы.

По мнению Вернадского, жизнь появилась одновременно с образованием Земли, а Опарин считал, что периоду появления жизни предшествовал период длительный период хим. эволюции Земли. Хим. эволюция привела к обр-ию сложных орган. в-в и протоклеток. Как только возникли протоклетки, сразу же началась биохим. эволюция. Варианты синтеза орган. в-в Земли:

1. в океане;

2. в недрах Земли, а после этого орган. в-ва выбрасывались на поверхность;

3. в космосе из неорган. космического в-ва.

После образования усточивых скоплений образуютс микросферы — шаровидные тела, возникающие при растворении и конденсации белковоподобных в-в. Было док-но, что обазование орган. соединений во Вселенной могло происходить в результате теплового излучения, ионизирующего и ультрафиолетового излучения и электрических рязрядов. При этом обр-ие орган. в-в и их устойчивых сгустков приводили к обр-ию примитивной клеточной мембраны. Образовалась простейшая клетка, сп-ная к росту. Возраст самых древних организмов порядка 3-х миллиардов лет. Св-ва древних организмов:

1. подвижность;

2. питание;

3. сп-ть запасать энергию и пищу;

4. защита от нежелательных возде-ий;

5. размножение;

6. раздражимость;

7. приспособление к внешним условиям.

Порядка 2-х млрд. лет назад в клетке появилось ядро. Одноклеточные организмы с ядром наз-ся простейшими. Их порядка 25-30 тыс. видов. 1 млрд. лет назад появились первые многоклеточные организмы. Произошёл выбор животного или растительного образа жизни. Первый важный результат растительной де-ти — фотосинтез. С этого момента появился кислород в атмосфере. Состав атмосферы резко изменился, т.к. кислород явл-ся хим. агентом, источником озона, который преградил путь коротким ультрафиолетовым лучам к поверхности Земли.

Началась биолог. эволюция.

До 18-го века считалось, что все виды организмов были созданы единожды в результате акта божественного творения, поэтому наука занималась лишь описанием многочисленных видов животных и растений. Первая классификация была сделан шведским эстествоиспытателем К. Линнеем. В конце 18-го века благодаря работам франц. биолога Ламарка было введено понятие изменчивости видов за счёт 2-х факторов:

1. влияние внешней среды (питание, климат, упражнение органов);

2. изменчивость;

В 1859 г. в книге «Происхождение видов путём естеств. отбора» Ч. Дарвин создал стройную теорию эволюции. Осн. идеи этой книги принадлежали деду Дарвина. Осн. выводы этой теории базируются на 3-х наблюдениях:

1. во всей популяции наблюдается изменчивость её особей;

2. некоторые из этих изменений имеют ген. основу, а другие явл-ся результатом приспособления к окр. среде;

3. выживают организмы, которые обладают сочетанием генов, повышающих вероятность их выживания и размножения;

Популяция — это длительно сущ-щие группы особей, устойчиво сохраняющихся на протяжении жизни многих поколений.

Для исчезновения популяции достаточно сокращения одного из полов. Виды, как правило, состоят из нескольких популяций. Появление в популции новых устойчивых признаков, передающихся по наследству, зависит от перестройки генов (мутации), популицонных волн (резкие колебания численности особей из-за различных природных причин), изолции и естественного отбора. Осн. фактором, направляющим эволюцию, явл-ся естетств. отбор. Объектом отбора явл-ся отдельные виды живого. Особь, прошедшая отбор, вносит свой вклад в генофонд популяции. Отбор закрепляет те ос-ти, которые полезны данному виду как целому. Приобретённые признаки могут вредить особи, но быть выгодными для популяции.

Эволюция есть направленный процесс истор. изменения живых организмов.

Генетика и молекулярная биология

Генетика — это наука, изучающая механизмы наследственности и изменчивости в живой природе. Основы генетики были заложены австрийским учёным Г. Мендалем. Он открыл законы наследственности. Мендаль пришёл к выводы, что в зародышевую клетку поступает информация от обоих родителей, но в первом поколении проявляется доминантный признак, во втором поколении — доминантные и рецессивные признаки распр-ся в пропорции 3:1. Это явл-ие было названо расщеплением признаков.

В 1900 г. законы наследственности были открыты вновь сразу тремя учёными: голландцем Дефризом, немцем Корренсом и австийцем Чермаком. Но для объяснения закономерностей Дефриз разработал теорию мутаций. Мутация — это внезапное изменение наследственных стр-р, вызванное естеств. или искусственным путём. Эксперименты показали, что мутационный признак постепенно накапливается в генофонде популяции. Это явл-ся основой изменчивости в живой природе. После открытия Дефриза эмпирический материал готовился для нового скачка.

В 1920 г. Вейсманом и Морганом была разработана хромосомная теория наследственности. Она проясняла строение хромосом и порядок расположения генов. В 1940 г. была открыта нуклеиновая природа гена и выяснена роль нуклеиновых кислот в хранении и передаче наследственной информации. На основе проведённых исследований возникла новая дисциплина — молекулярная биология.

В 1944 амер. биохимик Эвери установил, что носителем наследственной информации явл-ся ДНК.

В 1953 Ф. Крик и Джеймс Уотсон расшифровали стр-ру ДНК. Оказалось, что молекула ДНК сосоит из 2-х полинуклеиновых цепей, каждая из которых выступает в качестве матрицы для синтеза новых цепей. Далее была уст-на зависимость синтеза белков от состояния генов. Осущ-н искусственный синтез гена.

Воспр-во всего живого опр-ся синтезом белков при помощи нуклеиновых кислот ДНК и РНК. В образовании белков участвуют всего 20 аминокислот из 100 известных химии. ДНК состоит из 2-х спаренных полинуклеатидных цепочек, закрученных в спираль. Звеньями молекулы ДНК выступают нуклеатиды. Нуклеатиды — это соединение азотистого основания, сахара и остатков фосфорной килосты. Цепочки ДНК объединены м/у собой с помощью водородных связей. При этом адеин всегда связывается с тимином, а цитозин — с гуанином. Такая связь наз-ся принципом комплиментарности.

Участок ДНК, служащий для матрицы для синтеза одного белка, наз-ся геном (или Геной!).

Ген — это участок молекулы ДНК, служащий матрицей для синтеза 1-го белка.

Геном — это совокупность генов, сосредоточенных в единичном наборе хромосом данного организма. В состав генома входит от 50-и тыс. до 100 тыс. генов. При расшифровке генома новые возможности открыла бы генная инженерия.

Генная инженерения сложилась на основе синтеза методов молекулярной биологии и генетики. Генная инженерия — это раздел молекулярной биологии, в котором изучаются возможности целенаправленного конструирования новых биолог. стр-р с заранее заданными св-вами путём прямого вмешательства в ген. аппарат и комбинирования природного или созданного искусственно ген. материала. Последствия вмешательства в клетку ч-ка предсказать нельзя, пока, конечно.

Одно из практических применений генной инженерии — клонирование. Эти эксперименты проводились на животных, а масса данных говорят и о ч-ке. Клонирование людей запрещено в Великобритании, США и России.

Синтетическая теория эволюции.

Трудности, с которыми столкнулась класс. теория эволюции, в частности, при объяснении явл-ся наследственности, были преодолены путём синтеза эволюционной теории Дарвина и генетики Мендаля. В результате, в 1930 г. была создана синтетическая теория эволюции. Она позволила сформ-ть единую систему ввсего современного биолог. знания. Создателями этой теории явл-ся группа автором: Фишер, Райт, Холд, Дубинина и др.

Элементарной эволюционной стр-рой выступает популяция, которая обладает св-вами самоорг-щейся целостной системы, эти св-ва необходимы для наследственных изменений. Устойчивое изменение генотипа популяции расс-ся в качестве элементраного явл-ия эволюционного процесса, а единицей наследственности выступает ген. Наследственные изменения происходят под де-ем ряда эволюционных факторов:

1. мутационный процесс;

2. популяционные волны — колебания численности популяции относиельно среднего уровня;

3. изоляция;

4. естественный отбор (ведущий фактор эволюции).

Не осн. факторами считются:

1. частота смены поколений в популяциях;

2. темпы мутационных процессов и их хар-р;

3. и т.д.

Мутации — это изменение наследственных св-в организмов внутри популяции, возникающие естетственным или искусственным путём и факторы, вызывающие мутации, наз-ся мутагеноми (температурный режим, радиация, ос-ти питания, яды, вирусы).

Волны численности опр-ют колебания численности популяции вокруг некоторой средней величины.

Популяционные волны (засуха — мало растений и животных; много дождей — не любящие воду растения и животные вымирают).

Изоляция — это необходимое состояние, при котором виды изолируются друг от друга для невозможности передачи м/у ними ген. информации.

Естественный отбор — это следствие взаимоде-я популяции с окр. средой.

Сущ-ет т.н. микроэволюция в 1928 г. русский генетик Филипченко ввёл термин Микроэволюции — это совокупность эволюционных изменений в рамках популяций за сравнительно небольшой период времени, приводящий к созданию новых видов живых организмов.

Макоэволюция - это совокупность эволюционных изменений на протяжении длительного периода времени.