Теория химической эволюции опарина презентация. Презентация - биохимическая эволюция. й этап. Вводная беседа

В 1924 г. русский ученый Александр Иванович Опарин впервые сформулировал основные положения концепции предбиологической эволюции. Появление жизни он рассматривал как единый естественный процесс, который состоял из протекавшей в условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей постепенно на качественно новый уровень биохимическую эволюцию.

Суть гипотезы сводилась к следующему: зарождение жизни на Земле длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой. И произошло это путем химической эволюции, в результате которой простейшие органические вещества образовались из неорганических под влиянием сильнодействующих физико-химических факторов.

Рассматривая проблему возникновения жизни путем биохимической эволюции, Опарин выделяет три этапа перехода от неживой материи к живой: 1 этап синтеза исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях первичной атмосферы ранней Земли; 2 этап формирования в первичных водоемах Земли из накопившихся органических соединений биополимеров, липидов, углеводородов;

На первом этапе, около 4 млрд. лет назад, когда Земля была безжизненной, на ней происходили абиотический синтез углеродистых соединений и их последующая предбиологическая эволюция. Для этого периода эволюции Земли были характерны многочисленные вулканические извержения с выбросом огромного количества раскаленной лавы. По мере остывания планеты водяные пары, находившиеся в атмосфере, конденсировались и обрушивались на Землю ливнями, образуя огромные водные пространства.

Поскольку поверхность Земли оставалась все-таки горячей, вода испарялась, а затем, охлаждаясь в верхних слоях атмосферы, вновь выпадала на поверхность планеты Эти процессы продолжались многие миллионы лет. Таким образом, в водах первичного океана были растворены различные соли. Кроме того, в него попадали и органические соединения: сахара, аминокислоты, азотистые основания, органические кислоты и т.п., непрерывно образующиеся в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения, высокой температуры и активной вулканической деятельности.

Первичный океан, вероятно, содержал в растворенном виде различные органические и неорганические молекулы, попавшие в него из атмосферы и поверхностных слоев Земли. Концентрация органических соединений постоянно увеличивалась, и, в конце концов, воды океана стали «бульоном» из белковоподобных веществ пептидов.

На втором этапе, по мере смягчения условий на Земле, под воздействием на химические смеси первичного океана электрических разрядов, тепловой энергии и ультрафиолетовых лучей стало возможным образование сложных органических соединений биополимеров и нуклеотидов, которые, постепенно объединяясь и усложняясь, превращались в протобионтов (доклеточные предки живых организмов). Итогом эволюции сложных органических веществ стало появление коацерватов, или коацерватных капель.

Коацерваты это комплексы коллоидных частиц, раствор которых разделяется на два слоя: слой, богатый коллоидными частицами, и жидкость, почти свободную от них. Коацерваты обладали способностью поглощать различные вещества, растворенные в водах первичного океана. В результате внутреннее строение коацерватов менялось, что вело или к их распаду, или к накоплению веществ, т.е. к росту и изменению химического состава, повышающего их устойчивость в постоянно меняющихся условиях.

Теория биохимической эволюции рассматривает коацерваты как предбиологические системы, представляющие собой группы молекул, окруженные водной оболочкой. Коацерваты оказались способными поглощать из внешней среды различные органические вещества, что обеспечило возможность первичного обмена веществ со средой.

На третьем этапе, как предполагал Опарин, начал действовать естественный отбор. В массе коацерватных капель происходил отбор коацерватов, наиболее устойчивых к данным условиям среды. Процесс отбора шел в течение многих миллионов лет, в результате чего сохранилась только малая часть коацерватов. Однако сохранившиеся коацерватные капли обладали способностью к первичному метаболизму. А обмен веществ первейшее свойство жизни.

Вместе с тем, достигнув определенных размеров, материнская капля могла распадаться на дочерние, которые сохраняли особенности материнской структуры. Таким образом, можно говорить о приобретении коацерватами свойства самовоспроизведения одного из важнейших признаков жизни. По сути дела, на этой стадии коацерваты превратились в простейшие живые организмы.

Дальнейшая эволюция этих предбиологических структур была возможна только при усложнении обменных и энергетических процессов внутри коацервата. Более прочную изоляцию внутренней среды от внешних воздействий могла обеспечить только мембрана. Вокруг коацерватов, богатых органическими соединениями, возникли слои липидов, отделившие коацерват от окружающей его водной среды. В процессе эволюции липиды трансформировались в наружную мембрану, что значительно повысило жизнеспособность и устойчивость организмов.

В протоклетках вроде кацерватов или микросфер шли реакции полимеризации нуклеотидов, пока из них не сформировался протоген – первичный ген, способный катализировать возникновение определенной аминокислотной последовательности - первого белка. Вероятно, первым таким белком был предшественник фермента, катализирующего синтез ДНК или РНК.

Те протоклетки, в которых возник примитивный механизм наследственности и белкового синтеза, быстрее делились и забрали в себя все органические вещества первичного океана. На этой стадии шел уже естественный отбор на скорость размножения; любое усовершенствование биосинтеза подхватывалось, и новые протоклетки вытесняли все предыдущие.

Теорию А.И.Опарина горячо поддержал кембриджский профессор Джон Холдейн. Он открыл полемику по проблеме происхождения жизни в статье, опубликованной в Rationalist Annual в 1929 году. В ней Д. Холдейн выдвинул гипотезу о том, что на первобытной Земле скопились огромные количества органических соединений, образовав то, что он назвал горячим разбавленным бульоном (hot dilute soup; впоследствии прижилось название первичный бульон или протобульон - primeval soup).

Современное двуединое понятие первобытного бульона и самозарождения жизни исходит из теории Опарина-Холдейна о происхождении жизни. Наибольшим успехом теории Опарина-Холдейна стал широко разрекламированный эксперимент, проведенный в 1953 году американским аспирантом Стэнли Миллером.

Чарльз Дарвин верил, что неживая материя может преобразоваться в живую с помощью электричества - ведь еще на его деда, Эразма Дарвина, произвел большое впечатление Франкенштейн, вышедший из-под пера Мэри Шелли. Мысль о том, что пиротехнические упражнения с электричеством могут породить жизнь, имела огромную притягательность; так что неудивителен огромный интерес к эксперименту Стэнли Миллера, результаты которого были опубликованы в 1953 году.

Эксперимент Миллера, ставший поворотным пунктом в этой области, был предельно прост. Аппарат состоял из двух стеклянных колб, соединенных в замкнутую цепь. В одну из колб помещено устройство, имитирующее грозовые эффекты - два электрода, между которыми происходит разряд при напряжении около 60 тысяч вольт; в другой колбе постоянно кипит вода. Затем аппарат заполняется атмосферой, предположительно существовавшей на древней Земле: метаном, водородом и аммиаком.

Аппарат проработал неделю, после чего были исследованы продукты реакции. В основном получилась вязкое месиво случайных соединений; в растворе также было обнаружено некоторое количество органических веществ, в том числе и простейшие аминокислоты - глицин (NH2CH2COOH) и аланин (NH2CH(CH3)COOH).

Публикация данных эксперимента Миллера вызвала беспрецедентный интерес, и вскоре многие другие ученые стали повторять этот эксперимент. При этом обнаружилось, что видоизменение условий эксперимента дает возможность получать небольшое количество других аминокислот. Однако повторить эксперимент было сложно, и многие результаты были получены только после множества безрезультатных попыток. Сообщалось о том, что в процессе экспериментов возникли основные компоненты, необходимые для жизни.

Список использованных источников 1. Белоцерковский О.М., Опарин А.И. Численный эксперимент в турбулентности от порядка к хаосу. РАН 2-е, доп. изд.- М.: Наука, с. 2. Опарин А.И.Возникновение жизни на Земле. 3-е перераб. изд.-М.: АН СССР, с. 3. Опарин А.И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. Институт биохимии. - М.: АН СССР, с. 4. Основные теории возникновения жизни на Земле [Электронный ресурс]: Режим доступа: интернет – http//ateismy.net. 5. Происхождение жизни [Электронный ресурс]: Режим доступа: интернет – http//intrae.narod.ru. 6. Руденко А.П. Роль химии в решении проблемы химической эволюции и биогенеза // Химия и мировоззрение. М., с.

1 слайд

2 слайд

Еще Ч.Дарвин понял, что жизнь может возникнуть только при отсутствии жизни. «Но если бы сейчас …в каком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т.п., химически образовался белок, способный к дальнейшим, все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено или поглощено, что было невозможно в период до возникновения живых существ»

3 слайд

Второе условие, при котором жизнь может возникнуть, - отсутствие свободного кислорода в атмосфере. Это важное открытие сделал русский ученый А.И.Опарин в 1924 г. (к такому же выводу в 1929 г. пришел английский ученый Дж.Б.С.Холдейн).

4 слайд

Этапы возникновения жизни на Земле. Абиогенный синтез простейших органических соединений из неорганических. Абиогенный синтез полимеров (белков, углеводов, нуклеиновых кислот) из простейших органических соединений Образование коацерватов как обособление в растворе более высокомолекулярных веществ в виде высококонцентрированного раствора. Взаимодействие коацерватов с окружающей средой, сходство с живыми организмами: рост, питание, дыхание, обмен веществ, размножение. Возникновение генетического кода, мембраны и начало биологической эволюции.

5 слайд

Атмосфера первобытной Земли 4-4,5 млрд. лет назад состояла из водорода и его соединений – паров воды, метана, аммиака, углекислого газа – и носила восстановительный характер. Три отличия первобытной атмосферы Земли от современной: Отсутствие свободного кислорода, что исключало возможность прямого и глубокого окисления восстановленных углеродистых соединений. Обилие коротковолновой радиации, что создавало возможности для абиогенных фотохимических процессов. Отсутствие живых организмов с их совершенным обменом веществ, быстро вовлекающих в орбиту своего действия разнообразные органические вещества.

6 слайд

Опыты Г.Юри и С.Миллера (1955) Простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную, муравьиную кислоты, аминокислоты, в том числе и глицин, аланин, аспаргиновую и глутаминовую кислоты.

7 слайд

Общие выводы по теории А.И.Опарина Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. Биологической эволюции предшествовала длительная химическая эволюция. Возникновение жизни – это этап эволюции материи во Вселенной. Закономерность возникновения основных этапов возникновения жизни может быть проверена экспериментально в лаборатории и выражена в виде схемы: атомы→ простые молекулы → макромолекулы → коацерваты → пробионты → одноклеточные организмы. Первичная атмосфера Земли имела восстановительный характер. В силу этого первые организмы были гетеротрофами. Дарвиновские принципы естественного отбора и выживания наиболее приспособленных можно перенести на предбиологические системы. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенно), возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.

Наибольшей популярностью у современных учёных пользуется гипотеза Опарина-Холдейна о происхождении жизни на Земле. Согласно гипотезе жизнь произошла из неживой материи (абиогенно) в результате сложных биохимических реакций.

Положения

Чтобы рассказать кратко о гипотезе возникновения жизни, следует выделить три этапа становления жизни по Опарину:

• возникновение органических соединений;
• образование полимерных соединений (белков, липидов, полисахаридов);
• появление примитивных организмов, способных к воспроизводству.

Рис. 1. Схема эволюции по Опарину.

Биогенной, т.е. биологической эволюции, предшествовала химическая эволюция, в результате которой образовывались сложные вещества. На их образование влияла бескислородная атмосфера Земли, ультрафиолет, разряды молний.

Из органических веществ возникали биополимеры, которые складывались в примитивные формы жизни (пробионты), постепенно отделяясь мембраной от внешней среды. Появление в пробионтах нуклеиновых кислот способствовало передаче наследственной информации и усложнению организации. В результате длительного естественного отбора остались только те организмы, которые были способны к успешному воспроизводству.

Рис. 2. Пробионты.

Пробионты или проклетки до сих пор не были получены экспериментальным путём. Поэтому до конца непонятно, как примитивное скопление биополимеров смогло перейти от неживого пребывания в бульоне к воспроизводству, питанию и дыханию.

История

Гипотеза Опарина-Холдейна прошла долгий путь и не раз критиковалась. История становления гипотезы описана в таблице.

ТОП-2 статьи которые читают вместе с этой

Год	Учёный	Основные события
	Советский биолог Александр Иванович Опарин	Основные положения гипотезы Опарина впервые были сформулированы в его книге «Происхождение жизни». Опарин предположил, что биополимеры (высокомолекулярные соединения), растворённые в воде, под действием внешних факторов могут образовывать коацерватные капли или коацерваты. Это собранные вместе органические вещества, которые условно отделяются от внешней среды и начинают поддерживать с ней обмен веществ. Процесс коацервации - расслоения раствора с образованием коацерватов - является предшествующей стадией коагуляции, т.е. слипания мелких частиц. Именно в результате этих процессов из «первичного бульона» (термин Опарина) появились аминокислоты - основа живых организмов
	Британский биолог Джон Холдейн	Независимо от Опарина стал развивать подобные взгляды на проблему происхождения жизни. В отличие от Опарина Холдейн предполагал, что вместо коацерватов образовывались макромолекулярные вещества, способные к воспроизводству. Холдейн считал, что первыми такими веществами были не белки, а нуклеиновые кислоты
	Американский химик Стэнли Миллер	Будучи студентом, воссоздал искусственную среду для получения аминокислот из неживой материи (химических веществ). Эксперимент Миллера-Юри сымитировал во взаимосвязанных колбах условия Земли. Колбы заполняла смесь газов (аммиак, водород, монооксид углерода), схожая по составу с ранней атмосферой Земли. В одной части системы находилась постоянно кипящая вода, пары которой подвергались электрическим разрядам (имитация молний). Охлаждаясь, пар скапливался в виде конденсата в нижней трубке. После недели непрерывного эксперимента в колбе были обнаружены аминокислоты, сахара, липиды
	Британский биолог Ричард Докинз	В своей книге «Эгоистичный ген» предположил, что в первичном бульоне образовывались не коацерватные капли, а молекулы, способные к воспроизводству. Достаточно было возникнуть одной молекуле, чтобы её копии заполнили океан

Рис. 3. Эксперимент Миллера.

Эксперимент Миллера неоднократно подвергался критике, и до конца не признаётся практическим подтверждением теории Опарина-Холдейна. Главная проблема - получение из образованной смеси органических веществ, составляющих основу жизни.

Что мы узнали?

Из урока узнали о сути гипотезы происхождения жизни на Земле Опарина-Холдейна. Согласно теории высокомолекулярные вещества (белки, жиры, углеводы) возникли из неживой материи в результате сложных биохимических реакций под воздействием внешней среды. Гипотезу впервые проверил Стэнли Миллер, воссоздав условия Земли до зарождения жизни. В результате были получены аминокислоты и другие сложные вещества. Однако как данные вещества воспроизводились, осталось без подтверждения.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.4 . Всего получено оценок: 161.

краткое содержание других презентаций

«Теории зарождения жизни» - Теории возникновения жизни. Белково-коацерватная теория Опарина. Мир РНК как предшественник современной жизни. Биохимическая эволюция. Дата возникновения вселенной. Панспермия. Теории происхождения вселенной и возникновение жизни. Теория стационарного состояния. Самозарождение жизни. Теории происхождения вселенной. Креационизм. Доказательства. Идея возникновения мира.

«История возникновения жизни на Земле» - Наука. Материалы. Гипотеза панспермии. Гипотеза биохимической эволюции. Гипотеза креационизма. Ученые. Гипотеза самозарождения. Возникновение жизни. Возникновение жизни на Земле. Гипотеза стационарного состояния. Гипотезы самозарождения и станционарного состояния.

«Теории появления жизни» - Происхождение жизни на Земле. Гипотеза биопоэза. Абиогенный способ. Креационизм. Биогенный способ. Теории происхождения жизни. Гипотеза панспермии. Организмы отличаются от неживых. Органические соединения. Что такое жизнь. Ван Гельмонт. Гипотеза стационарного состояния. Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни на Земле. Теория биохимической эволюции Опарина. Французский микробиолог Луи Пастер. Свойства белка.

«Гипотезы возникновения жизни на Земле» - Франческо Реди. Гипотезы самозарождения жизни. Вода является основой жизни. Живое может зародиться из неживого. Сущность абиогенеза. Коацерватные капли. Гипотеза панспермии. Гипотеза креационизма находится вне поля научных изысканий. Гипотеза креационизма. Стационарное состояние жизни. Луи Пастер. Опыт Франческо Реди. Опыты Луи Пастера. Существует несколько гипотез происхождения жизни на Земле. 2 взаимоисключающие точки зрения.

«Проблема происхождения и сущности жизни» - Концепция стационарного состояния. Свойство хиральности. Живое отличается от неживого клеточными строением. Идея самозарождения. Опарин. Messenger RNA. Креационизм. Комплексы систем. Концепция самопроизвольного (спонтанного) зарождения жизни. Сущность жизни и проблема происхождения жизни. Субстратный подход к определению жизни. Концепции происхождения жизни. Процесс воспроизводства. Микроскопические наблюдения.

«Древнейшие организмы на Земле» - Тип Брахиоподы. Оборудование. Теории возникновения жизни на земле. Космическая теория. Теория эволюционная. Перечень временных подразделений. Теория самозарождения. Теории возникновения жизни. В каком периоде мы с вами живем. Черты сходства и различия. Понятие о геохронологической таблице. Создал собственную теорию. Класс Двустворчатые Моллюски. Гребенчатый замок. Класс Трилобиты. Ян Баптист Ван Гельмонт.

краткое содержание других презентаций

«Гипотеза биохимической эволюции» - Миллер, Стэнли Ллойд. Процесс, приведший к возникновению жизни на Земле. Эксперимент Миллера - Юри. Первичный бульон. Коацерватные капли. Гипотеза А. И. Опарина. Происхождения жизни на Земле. Условия для зарождения жизни. Теория Опарина - Холдейна. Разные аспекты.

«Гипотеза Опарина» - Живая клетка. Биография А.И.Опарина. Гипотеза возникновения жизни на Земле А.И.Опарина. Формирование атмосферы Земли. Александр Иванович Опарин. Английский биолог. Этапы возникновения жизни на Земле. Биография. Установка Стэнли Миллера. Теория возникновения жизни на Земле. Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни. Концепция. Гипотеза биохимической эволюции. Сгустки, называемые коацерватными каплями.

«Теории биогенеза и абиогенеза» - Сторонники теории панспермии. Демокрит. Черви. Земля никогда не возникала. Теории биогенеза и абиогенеза о происхождении живого вещества. Теория самопроизвольного зарождения. Аминокислоты. Отсутствие живых организмов. Английский биохимик и генетик Джон Холдейн. Этапы возникновения жизни на Земле. Креационизм. Теория биохимической эволюции. Креационисты. Теория спонтанного зарождения. Охарактеризуйте биохимическую стадию химической эволюции.

«Химическая эволюция» - Жизнь возникла в условиях, которые для современной биоты непригодны. Геохронология. Геологическая история Земли неотделима от её биологической эволюции. В построении живого участвуют лишь несколько сотен. Понятие самоорганизации в химии. Протозвезда - Солнце. Российский химик А.П. Руденко. Известно около 8 млн. химических соединений. Гипотеза биохимической эволюции (Опарин-Холдейн). Элементы, образующие твёрдые оболочки планет.

«Биохимическая эволюция Опарина» - Биохимическая эволюция. 2) Формирование в первичных водоемах Земли из накопившихся органических соединений биополимеров, липидов, углеводородов. 1894-1980. Рассматривая проблему возникновения жизни путем биохимической эволюции, Опарин выделяет три этапа перехода от неживой материи к живой. Теория Опарина. Зарождение жизни на Земле - длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой.

«Теория биохимической эволюции» - Концентрация веществ в коацерватных каплях. Третий этап характеризовался выделением. Переход к автотрофному питанию имел большое значениё для эволюции. Жизнь была создана сверхъестественным существом. Американский химик С. Фокс составлял смеси аминокислот. Процессы, в результате которых на Земле могла возникнуть жизнь. Гипотеза, рассматривающая жизнь как результат длительной эволюции. Простые молекулы.