1 44-st

Ettekanne – Biokeemiline evolutsioon

Selle ettekande tekst

Abiogeneesi teooria (biokeemiline evolutsioon). Modell A.Oparin-J. Haldane. S. Milleri katsed. Teooria probleemid ja vastuolud

1923. aastal töötas Nõukogude biokeemik Aleksei Oparin välja biokeemilise evolutsiooni teooria.

A. I. Oparin, vene biokeemik, akadeemik, avaldas 1924. aastal oma esimese raamatu selle probleemi kohta, mis käsitleb elu tekke biokeemilise evolutsiooni kaudu
2. märts 1894 – 21. aprill 1980. a

miljardeid aastaid tagasi, planeedi tekke ajal, olid esimesteks orgaanilisteks aineteks süsivesinikud, mis tekkisid ookeanis lihtsamatest ühenditest.
Selle teooria aluseks oli idee:

A. Oparin käsitles elu tekkimist kui ühtset looduslikku protsessi, mis seisnes varajase Maa tingimustes toimunud esialgses keemilises evolutsioonis, mis liikus järk-järgult kvalitatiivselt uuele tasemele – biokeemilisele evolutsioonile.

Hüpoteesi olemus:
Elu tekkimine Maal on pikk evolutsiooniline protsess elusaine tekkeks elutu sügavustes.
See toimus keemilise evolutsiooni kaudu, mille tulemusena tekkisid tugevate füüsikalis-keemiliste tegurite mõjul anorgaanilistest ainetest lihtsaimad orgaanilised ained.

Oparin eristab kolme eluta ainelt elusainele ülemineku etappi:
1) algsete orgaaniliste ühendite sünteesi staadium anorgaanilistest ainetest varajase Maa primaarse atmosfääri tingimustes; 2) biopolümeeride, lipiidide, süsivesinike akumuleerunud orgaanilistest ühenditest Maa primaarsetes reservuaarides moodustumise staadium; 3) keeruliste orgaaniliste ühendite iseorganiseerumise staadium, orgaaniliste struktuuride ainevahetuse ja taastootmise protsesside tekkimine ja evolutsiooniline paranemine nende alusel, mis kulmineeruvad lihtsa raku moodustumisega.

Esimene etapp (umbes 4 miljardit aastat tagasi)
Planeedi jahtudes kondenseerus atmosfääris olev veeaur ja langes hoovihmaga Maale, moodustades tohutuid veeavarusi.
Kuna Maa pind jäi kuumaks, siis vesi aurustus ja seejärel atmosfääri ülemistes kihtides jahtudes langes uuesti planeedi pinnale.
Nii lahustusid primaarse ookeani vetes mitmesugused soolad ja orgaanilised ühendid.
Need protsessid kestsid miljoneid aastaid.

Teine faas
Maal on tingimused pehmenemas, elektrilahenduste, soojusenergia ja ultraviolettkiirte mõjul primaarse ookeani keemilistele segudele sai võimalikuks moodustada keerulisi orgaanilisi ühendeid - biopolümeere ja nukleotiide, mis järk-järgult kombineerides ja muutudes üha enam. keeruline.
Keeruliste orgaaniliste ainete evolutsiooni tulemuseks oli koatservaatide ehk koatservaatide tilkade ilmumine.

Koatservaadid on kolloidosakeste kompleksid, mille lahus jaguneb kaheks kihiks:
kolloidosakeste rikas kiht
vedelik neist peaaegu vaba
Koatservaadid osutusid võimeliseks absorbeerima väliskeskkonnast erinevaid orgaanilisi aineid, mis tegi võimalikuks esmase ainete vahetuse keskkonnaga.

ellujäänud koacervaadi tilgad olid võimelised esmaseks metabolismiks
Kolmas etapp
Looduslik valik on alanud
selle tulemusena jäi ellu vaid väike osa koatservaate
saavutanud teatud suuruse, võis vanemtilk laguneda alamtilkdeks, mis säilitasid vanemstruktuuri tunnused

Hiljem töötati biokeemilise evolutsiooni teooria välja inglise teadlase John Haldane'i töödes.

Inglise geneetik ja biokeemik J. Haldane arendas alates 1929. aastast A. I. Oparini ideedega kooskõlas olevaid ideid.

Elu oli pikkade evolutsiooniliste süsinikuühendite tulemus. Ained, mis on oma keemilises koostises lähedased valkudele ja teistele elusorganismide aluseks olevatele orgaanilistele ühenditele, tekkisid süsivesinike baasil.
John Haldane sõnastas hüpoteesi

Edaspidi muutus keskkonnast valgulisi aineid neelates koatservaatide struktuur keerulisemaks ning need muutusid sarnaseks primitiivsete, kuid juba elavate rakkudega ning sisemise koostise keemilised ühendid võimaldasid neil kasvada, muutuda, metaboliseeruda ja paljuneda.
Coacervate (ladina keelest coacervātus - "kogutud hunnikusse") või "primaarne puljong" on multimolekulaarne kompleks, tilgad või kihid, mille lahjendatud aine kontsentratsioon on suurem kui ülejäänud sama keemilise koostisega lahuses.

Aleksei Oparini väljendatud biokeemilise evolutsiooni ja elu tekke teooriat Maal tunnustavad paljud teadlased, kuid eelduste ja oletuste rohkuse tõttu tekitab see mõningaid kahtlusi.

See postuleerib, et elu tekkis Maal just elutust ainest tingimustes, mis leidsid aset planeedil miljardeid aastaid tagasi. Need tingimused hõlmasid energiaallikate olemasolu, teatud temperatuurirežiimi, vett ja muid anorgaanilisi aineid - orgaaniliste ühendite lähteaineid. Sel ajal oli atmosfäär anoksiline (nüüd on hapniku allikaks taimed, kuid neid siis veel polnud).
"Oparin-Haldane'i hüpotees"

Elu arengu etapid Maal Oparin-Haldane'i hüpoteesi järgi
Ajavahemik Elu tekke etapid Maal toimuvad sündmused
6,5–3,5 miljardit aastat tagasi 1 Metaani, ammoniaaki, süsinikdioksiidi, vesinikku, süsinikmonooksiidi ja veeauru sisaldava primaarse atmosfääri moodustumine
2 Planeedi jahutamine (selle pinnal alla +100 °C); veeauru kondenseerumine; esmase ookeani moodustumine; gaaside ja mineraalide lahustumine selle vees; võimsad äikesetormid Lihtsate orgaaniliste ühendite – aminohapete, suhkrute, lämmastikualuste – süntees võimsate elektrilahenduste (välk) ja ultraviolettkiirguse toimel
3 Lihtsamate valkude, nukleiinhapete, polüsahhariidide, rasvade moodustumine; koacerveerib
3,5–3 miljardit aastat tagasi 4 Selektiivse läbilaskvusega membraanide tekkimise ning nukleiinhapete ja valkude vastastikmõjuga protobiontide moodustumine, mis on võimelised isepaljunema ja reguleeritud ainevahetust
3 miljardit aastat tagasi 5 Rakulise struktuuriga organismide tekkimine (primaarsed prokarüootid-bakterid)

Väga veenvaid tõendeid elu arengu 2. ja 3. etapi rakendamise võimalikkusest on saadud arvukate bioloogiliste monomeeride kunstliku sünteesi katsete tulemusena.

Esimest korda lõi S. Miller (USA) 1953. aastal üsna lihtsa installatsiooni, millel õnnestus ultraviolettkiirguse ja elektri toimel gaaside ja veeauru segust sünteesida hulk aminohappeid ja muid orgaanilisi ühendeid. heitmed.

Ajakirjas Science avaldatud väljaanne kirjeldab andmeid, millest teadlased enam kui 50 aastat tagasi ei pääsenud.
Chicago ülikooli noor stipendiaat Stanley Miller viib läbi oma kuulsaid katseid bioloogiliste molekulide sünteesil. 1953. aastal // San Diego California ülikooli keemiaosakonna arhiiv

Siis Nobeli preemia laureaat Harold Urey, kes sai prestiižse auhinna raske vee avastamise eest ja tundis seejärel huvi kosmokeemia probleemide vastu,
inspireeris üht oma hoolealust Stanley Millerit eelajaloolise abiootilise supi teooria, millest välistegurite mõjul saadi esimesed orgaanilised molekulid.
29. aprill 189 – 5. jaanuar 1981 (87-aastane)

Miller töötas välja originaalse keemilise seadme, et taastada laboris reaktsioone tingimustes, mis on sarnased Maal miljardeid aastaid tagasi valitsenud tingimustele.

Seade koosneb suurest metaani, ammoniaagi ja vesiniku aure sisaldavast reaktsioonikolvist, millesse juhitakse altpoolt kuuma veeauru. Peal on volframelektroodid, mis tekitavad sädelahendust. Sel viisil aktiivse rannikuvulkaani läheduses äikesetormi tingimusi simuleerides lootis Miller sünteesi käigus saada bioloogilisi molekule.
Keev vesi (1) tekitab auruvoolu, mida võimendab aspiraatori otsik (sisustus), kahe elektroodi vahele hüppav säde (2) käivitab keemiliste transformatsioonide komplekti, külmik (3) jahutab veeauru voolu, mis sisaldab reaktsiooniproduktid, mis settivad lõksus (4).//Ned Shaw, Indiana Ülikool.

Oma katses kasutas Miller gaasisegu, mis koosnes:
ammoniaak
metaan
vesinik
veeaur
Milleri sõnul valitses just see segu Maa esmases atmosfääris.

Kuna need gaasid ei saanud loomulikul teel reageerida, pani Miller need elektrienergiale, simuleerides välklühinguid, millest, nagu eeldati, saadi energia varajases atmosfääris.
Temperatuuril 100 ° C keedeti segu nädal aega, puutudes kokku süstemaatiliselt elektrilahendustega.
Nädalalõpu kemosünteesi analüüs näitas, et kahekümnest aminohappest, mis moodustavad mis tahes valgu aluse, tekkis vaid kolm.

Pärast Stephen Milleri surma leidsid sugulased ja kolleegid tema päevikuid ja arhiive sorteerides nii 50ndate loominguga seotud sissekandeid kui ka mitmeid allkirjadega pudeleid.
Allkirjad näitasid, et kolbide sisu ei olnud midagi muud kui Milleri aparaadi sünteesiproduktid, mis autori poolt puutumatuna säilinud.

Katseklaasis Maal elu tekkimist korrata püüdnud Stanley Milleri katsed olid palju edukamad, kui Miller ise uskus. Kaasaegsed meetodid on võimaldanud leida mitte viis, vaid kõik 22 aminohapet keemilistest nõudest, mille teadlased on aastakümneid tagasi sulgenud.

Järgmise 20 aasta jooksul loodi:
Milleri katse atmosfäär oli väljamõeldud
Maa varajane atmosfäär ei koosnenud metaanist ja ammoniaagist, vaid lämmastikust, süsihappegaasist ja veeaurust ning Milleri katse oli vaid otsene vale.
Katsetes võeti aminohapete saamiseks valmis ammoniaaki, mis iseenesest moodustub abiogeensel viisil ainult kõrgel rõhul ja temperatuuril vesiniku ja lämmastiku ekvivalentsest segust katalüsaatori juuresolekul.

Miller kasutas katses "külmalõksu" mehhanismi ehk saadud aminohapped eraldati koheselt väliskeskkonnast.
Ilma selle mehhanismita hävitaksid atmosfääritingimused need molekulid kohe.

Miller purustas "külma lõksu" meetodit kasutades oma väite aminohapete vaba moodustumise võimaluse kohta atmosfääris.
Selle tulemusena on kõik jõupingutused näidanud, et isegi ideaalsetes laboritingimustes on võimatu sünteesida aminohappeid ilma "külma lõksu" mehhanismita, mis takistab aminohapete lõhenemist juba enda keskkonna mõjul, nii et ei saa tekkida küsimus nende juhuslikust esinemisest looduses.

Milleri katsete teaduslikud probleemid
Saadud aminohapped osutusid "elutuks": vale pöörlemissuund - "kiraalsuse" mõju. katse tulemusena saadi palju D-aminohappeid. D-aminohapped elusorganismi struktuuris puuduvad.

“kiraalsuse probleemid” Eksperimendi tulemusena saadi kujuteldavast teljest erineva pöörlemise (orientatsiooniga) aminohapped, mistõttu on nende ühendamine valguks peaaegu võimatu (b-ok)

kiraalsus
Mõiste "kiraalsus" pärineb kreeka sõnast "chiros" - käsi.

Sektsioonid: Bioloogia

"Tänapäevane teooria elu tekke kohta maa peal on A.I hüpotees. Oparin – J. Haldane

Tunni tüüp: teadmiste kujundamise ja täiendamise tund.

Tunni tüüp: vastastikuse õppimise tund.

Sihtmärk: uurida tänapäevase Maa elu tekketeooria põhiaspekte – A.I.Oparin-J.Haldane’i hüpoteese.

Ülesanded:

1. Moodustada õpilaste seas teadmiste süsteem elu tekkimise tingimustest ja etappidest Maal biokeemilise evolutsiooni käigus.
2. Parandada kooliõpilaste oskust võrrelda ja analüüsida erinevaid hüpoteese, määrata neid õigesti nende põhiomaduste järgi.
3. Äratada õpilastes huvi ja positiivset suhtumist bioloogiateadustesse ning kõikehõlmava teooria otsimist elu tekke probleemist Maal.
4. Veenda õpilasi elu kui olemisviisi ainulaadsuses.

Juhtivad kontseptsioonid: keemiline evolutsioon, abiogeenne süntees, koatservaadid, biopoees.

Interdistsiplinaarsed sidemed: astronoomiaga - O.Yu kontseptsioon. Schmidt; geoloogiaga - meie planeedi kujunemine ja areng; ajalooga - elu tekke ideede arendamine Maal antiikajast tänapäevani; keemiaga - orgaaniliste ainete moodustumine; ökoloogiaga - seotud terminite väljatöötamine (autotroofid, heterotroofid, prokarüootid, eukarüootid, aeroobid, anaeroobid jne).

1. etapp. korralduslik osa.

2. etapp. Sissejuhatav vestlus.

Õpetaja: Viimases tunnis tutvusime suure hulga hüpoteeside, teooriate ja kontseptsioonidega elu tekke kohta Maal. Igaüks teist koostas uuritava teema kohta ettekande. Töö oli väga huvitav. Jälgime ja meenutame veel kord, kuidas arenesid ideed uuritava probleemi kohta.

3. etapp. Käsitletava materjali kordamine (küsitlus).

Individuaalne küsitlus: töö kaartidega tahvli juures.

Kaardi number 1.

Kui kaua on eksisteerinud ideed organismide spontaanse tekke kohta. Mis on Francesco Redi teene selles küsimuses?

Kaardi number 2.

1859. aastal asutas Pariisi Teaduste Akadeemia auhinna, mille eesmärk oli heita valgust elu tekke küsimusele Maal uuel viisil. Kes ja millal selle auhinna sai? Mis oli tema teene?

Esiküsitlus:

1. Kogu hüpoteeside mitmekesisus on taandatud kahele üksteist välistavale vaatepunktile. Mida? Nimetage need. Vastus: Biogenees on "elu elust". Abiogenees - "elamatust elust".

2. Lisaks saab peamised ideed, mis selgitavad elu tekkimist Maal, liigitada viide valdkonda. Mida?Õpetaja soovitab viidata Lisale 1.

3. Nimeta peamised ideed. Elu päritolu selgitamine Maal?

Vastus:

1. Metafüüsiline (elu on loonud Jumal).
2. Panspermia (kosmosest toodud elu) teooria.
3. Spontaanse genereerimise teooria.
4. A.I biokeemiline hüpotees. Oparina.
5. Elu geoloogilise igaviku hüpotees.

Õpetaja toob statistilised andmed gümnasistide küsitlusest. 87 küsitletud õpilasest usub 42 inimest, et elu on loonud Jumal; Nad usuvad panspermia-28 teooriasse; elu tekkis spontaanselt - 5 inimest; Teoorias A.I. Oparina - 12 inimest; Keegi ei usu biogeneesi teooriasse.

Õpetaja: Ligi pooled küsitletud õpilastest usuvad kristlikku religiooni, mis on alati olnud lahkuse ja halastuse sümbol. Ja kuna noored usuvad heasse tulevikku, siis on meie riigis kõik hästi.

4. Millised olid vaated elu tekkele antiikajal? Vastus: spontaanse põlvkonna idee oli iidses maailmas laialt levinud. Aristoteles: "Elujõu" mõjul ilmuvad mädanenud lihast ussid. Teoses Vana-Rooma filosoof Titus Lucretius Carus 1. sajandil eKr Asjade olemusest kirjutas:

"Nägemine on lihtne.
Nagu haisva sõnniku hunnikust,
Elusad ussid roomavad, tärkavad ... ".

5. Räägi meile homunkulusest? Vastus: Keskaegne alkeemik Paracelsus pakkus 16. sajandil välja retsepti väikese elava inimese loomiseks. Ta soovitas kõdunevat uriini teatud aja kõrvitsas hoida ja seejärel panna see hobuse kõhtu, kus areneks homunkulus. Poeetilises vormis kajastuvad need ideed I. V. hiilgavas loomingus. Goethe "Faust"

6. Mis on M.M. Terekhovski? Vastus: 1775. aastal jootis Martyn Matvejevitš anuma puljongiga ja pani selle keema. Puljongit säilitati väga kaua, kuid mikroorganisme sellesse ei ilmunud.

7. Vastab tahvli juures olev õpilane. Kaardi number 1. Vastus: Esindused püsisid kuni 19. sajandini. Kuid 17. ja 18. sajandil püüdsid teadlased katsete abil tõestada elu spontaanse genereerimise võimatust. 17. sajandil tegi Francesco Redi katseid: (Joonis nr 1.)

1. Toores liha suletud potis.
2. Toorliha avati neljas anumas, neljas kaeti musliiniga. Kisei (rõhk tähel "I") on hele poolläbipaistev puuvillane kangas. Tulemus: lendkärbse vastsed ilmusid avatud anumatesse, kuid suletud anumates spontaanset teket ei toimunud.

Joonis 1.

8. Kuidas olid Charles Darwini perekonnaga seotud küsimused elu päritolu kohta? Vastus: Erasmus Darwin (Ch. Darwini vanaisa) lubas ka spontaanset genereerimist, vaidlus puhkes 1859. aastal pärast arst Pusheti traktaadi ilmumist organismide spontaansest generatsioonist. Samal aastal ilmus Charles Darwini raamat "Liikide päritolu" ja tekkis küsimus "Kuidas tekkis elu Maal?"

9. Tahvli juures olev õpilane vastab kaardile nr 2. Vastus: Auhind asutati katse eest heita uudsel viisil valgust elu tekkeküsimusele Maal. Auhinna pälvis 1862. aastal Louis Pasteur. Pasteuri eksperiment: puljongit hoiti pikka aega S-kujulise kaelaga anumas ja see jäi steriilseks, kuna mikroorganismid settisid kõvera toru seintele ega sattunud puljongisse. Kuid niipea, kui toru käänaku sai puljongiga pestud, algas mikroorganismide põhjustatud mädanemine. L. Pasteur tõestas elu spontaanse genereerimise võimatust. (Joonis nr 2.).

Joonis #2.

10. Mis on pastöriseerimine? Miks seda protsessi nii nimetatakse? Vastus: See on meetod mikroobide hävitamiseks vedelikes ja toiduainetes, kuumutades neid üks kord temperatuurini tavaliselt 60–70 °C, erinevate kokkupuuteaegadega 15–30 minutit. Seda nime seostatakse selle avastuse teinud teadlase nimega. Louis Pasteur.

11. Mida sa tead elu igaviku hüpoteesist? Vastus: Rootsi teadlane Svante August Arrhenius ja Vladimir Ivanovitš Vernadski uskusid, et elu ja selle algus on toodud avakosmosest. Seda nimetatakse panspermia teooriaks. Asutaja Saksa keemik Justus Liebig tegi ettepaneku, et meteoriidid kannavad planeedilt planeedile lihtsamaid organisme või eoseid.

Õpetaja: Ja jälle tekib küsimus: "Kui elu ei tekkinud Maal, siis kuidas see tekkis väljaspool Maad?"

"Tänapäevane teooria elu tekke kohta maa peal on A.I hüpotees. Oparin – John Bernal.

"Elu on igavene teadmine. Võtke oma töötajad ja mine."

Igaüks teist mõistab epigraafi sõnu omal moel. Ja õppetunni lõpus peate vastama küsimusele: "Miks neid sõnu võetakse epigraafina?"

Õpetaja: Täna peame välja selgitama, mis on A.I. Oparin-J. Bernali teooria olemus. Tutvume järgmiste mõistetega ja nende teadlaste saavutustega, kes on aidanud kaasa ideede väljatöötamisele elu tekke kohta Maal. (Joon. nr 3).

Joonis #3

Enne kui räägime elu tekkest Maal, meenutagem meie planeedi päritolu.

Treeni! Minge tahvli juurde ja rääkige visuaalset materjali kasutades Otto Julievitš Schmidti kontseptsioonist.

(Õpilane vastab tahvlil)

Publik võib viidata lisale 2 ja joonised nr 4, nr 5; "Suur pauk", "Maa sünd", "Kuidas tekkis elu Maal".

Joonis #4

Joonis nr 5

(Õpilane räägib O.Yu. Schmidti kontseptsioonist)

Vastavalt O.Yu kontseptsioonile. Schmidt enam kui 5 miljardit aastat tagasi, Suure Paugu tulemusena tekkis Päike gaasi-tolmupilvest. Ülejäänud ümber Päikese tiirlevast pilvest moodustusid päikesesüsteemi planeedid, sealhulgas Maa.

Algselt oli Maa külm, kuid radioaktiivsete elementide lagunemise tõttu see soojenes, temperatuur tema soolestikus tõusis üle 1000 ° C. Selle tulemusena hakkasid tahked kivimid sulama ja jaotuma teatud viisil: keskus - kõige raskem. Ja pealtnäha – kõige kergem. Kõrge temperatuuri mõjul sattusid ained keemilistesse reaktsioonidesse.

Maa atmosfäär oli sel ajal hapnikuvaba. See sisaldas lämmastikku, veeauru, süsinikdioksiidi, vesiniksulfiidi, ammoniaaki, metaani jne. Vahevööst eraldunud vaba hapnik kulus oksüdatsiooniprotsessides kiiresti ära.

Siis tuli planeedi jahtumise periood. Temperatuur Maa pinnal langes 100° C. Veeaur hakkas atmosfääris kondenseeruma ja algasid tugevad vihmasajud, mis kestsid aastatuhandeid. Kuum vesi täitis maapinna lohud.

Õpetaja: Niisiis, meil on iidse Maal esmase ookeani veed.

Seda kontseptsiooni arendas või süvendas oma töödes 1924. aastal A.I. Oparin, 1929. aastal inglise bioloog J. Haldane ja 1947. aastal inglise füüsik John Bernal.

Esimeste orgaaniliste ühendite moodustumise protsessi Maal nimetatakse keemiliseks evolutsiooniks.

(Pöördume jooniste nr 6 ja nr 7 juurde) .. Need on peamised tabelid, millega õppetunnis töötame).

Joonis #6

Joonis nr 7

Õpetaja: Küsimus number 1. Keemilise evolutsiooni etapid (tahvlil).

Tänases tunnis abistab mind kahest õpilasest koosnev loominguline rühm.

Esimene õpilane: räägib abiogeensest sünteesist. ( Vt joonist fig. nr 5 ja lisa 3).

Mittebioloogiline ehk abiogeenne (kreeka keelest "a" - negatiivne osake, "BIOS" - elu, "genesis" - päritolu). Selles etapis toimusid intensiivse päikesekiirguse tingimustes Maa atmosfääris ja erinevate anorgaaniliste ainetega küllastunud esmase ookeani vetes keemilised reaktsioonid. Nende reaktsioonide käigus võivad anorgaanilistest ainetest tekkida lihtsad orgaanilised ained - aminohapped, lihtsüsivesikud, alkoholid, rasvhapped, lämmastikalused.

Õpetaja: Kas neid eeldusi saaks kuidagi kontrollida?

Teine õpilane: räägib Milleri kogemusest. (Pöördume joonise nr 8 juurde)..

Joonis nr 8

Võimalus sünteesida orgaanilisi aineid anorgaanilistest ainetest esmase ookeani vetes leidis kinnitust Ameerika teadlase S. Milleri ja Venemaa teadlaste A.G. katsetes. Pasynsky ja T. E. Pavlovskaja.

Miller kavandas paigaldise, millesse paigutati gaaside segu: metaan, ammoniaak, vesinik, veeaur. Need gaasid võivad olla osa primaarsest atmosfäärist. Aparaadi teises osas oli vesi, mis pandi keema. Seadmes kõrgsurve all ringlevad gaasid ja veeaur allutati nädala jooksul elektrilahendustele. Selle tulemusena tekkis segus umbes 150 aminohapet, millest osa on osa valkudest.

Õpetaja:

Niisiis:

1. etapp– madalmolekulaarsete orgaaniliste ainete (biomonomeeride) abiogeenne süntees anorgaanilistest ainetest. (Näidake joonisel nr 6 ja nr 7).

2. etapp- biopolümeeride moodustumine, (näidata joonisel nr 6)- polünukleotiidid, valk-lipiidisüsteemid jne.

3. etapp- koatservaatide (probiontide) ilmumine.

Õpetaja: lugu koacervaatidest. (lisa 4, lisa 5): ladinakeelsest sõnast "coacervus" - tromb, kuhi. Amfoteersed valgumolekulid võivad teatud tingimustel spontaanselt kontsentreerida ja moodustada kolloidseid komplekse, mida nimetatakse koatservaatideks. Koacervaadi tilgad tekivad kahe erineva valgu segamisel. Ühe valgu lahus vees on läbipaistev. Erinevate valkude segamisel muutub lahus häguseks, selles on mikroskoobi all näha vees hõljuvaid tilka. Sellised koatservaatide tilgad võisid tekkida esmase ookeani vetes, kus paiknesid mitmesugused valgud.

Definitsioon: koatservaadid on faasiliselt eraldatud orgaaniliste ainete süsteemid. (probiondid, protoorganismid). (Näita joonisel. Lisa 5).

Koacervaadi tilgad võivad olla primaarsete prebioloogiliste süsteemide - probiontide - mudelid.

4. etapp- isepaljunemiseks võimeliste nukleiinhappemolekulide tekkimine.

5. etapp. Samm-sammult kordamine - konsolideerimine.

Küsimused

1. Andke definitsioon: keemiline evolutsioon (see on orgaaniliste ühendite moodustumise protsess Maal).

2. Nimeta keemilise evolutsiooni etapid.

• biomonomeeride abiogeenne süntees;
• biopolümeeride süntees;
• koacervaatide välimus;
• isereplikatsioonivõimeliste nukleiinhappemolekulide tekkimine.

3. Kes kinnitas eksperimentaalselt abiogeenset sünteesi? (S. Miller, A.G. Pasynsky, T.E. Pavlovskaja).

4. Mis on koatservaadid?

(Need on faasiliselt eraldatud orgaaniliste ainete süsteemid).

Õpetaja: Keemilise evolutsiooni protsesse aga ei seletata. Kuidas elusorganismid tekkisid.

Protsessid, mis viisid üleminekuni elusalt elust J. Bernal nimetas biopoeesiks.

Definitsioon: Biopoees on üleminek elutust elavaks.

Biopoeesi etapid pidid viima esimeste elusorganismide ilmumiseni.

Biopoeesi peamised etapid:

1. membraanide moodustumine koatservaatides,
2. enesepaljunemise võime tekkimine,
3. ainevahetuse tekkimine
4. fotosünteesi toimumine
5. hapniku hingamise esinemine. (näita lauale).

Harjutus:õpilased töötavad paaris. Iga tabeli kohta väljastab õpetaja paberil küsimuste nimekirja. Iga minirühm vastab küsimustele. Vastus tuleb leida õpiku tekstist.

1. Kuidas moodustuvad koatservaatides rakumembraanid? Mis on selles positiivset? (Koatservaatide pinnale lipiidimolekulide ritta seadmisega. See tagas nende kuju stabiilsuse)
2. Miks sai võimalikuks isepaljunemise võime koatservaatides? (Nukleiinhappemolekulide kaasamise tõttu koatservaatidesse)
3. Millist toitu said esimesed olendid? Miks? (Toitumisviis on heterotroofne, kuna esmase ookeani vetes oli palju valmis orgaanilisi aineid)
4. Mis oli autotroofsete organismide tekke põhjuseks? (Elusorganismide arv suurenes ja konkurents tihenes. Osadel organismidel arenes välja võime sünteesida anorgaanilistest orgaanilisi aineid. Autotroofid tekkisid kasutades päikeseenergiat (fotosüntees) või keemilise reaktsiooni energiat (kemosüntees)
5. Miks olid esimesed elusorganismid anaeroobsed? (Tõenäoliselt polnud veekeskkonnas ikka veel hapnikku)
6. Miks aeroobne hingamine tekkis? (Aeroobne hingamine tekkis, kuna fotosünteesi tulek viis hapniku akumuleerumiseni atmosfääri)
7. Miks sai organismidel võimalik veest maale kerkida? (Algselt arenes elu ookeani vetes, kuna ultraviolettkiirgus mõjus neile halvasti. Ja osoonikihi tekkimine hapniku akumuleerumise tagajärjel atmosfääri lõi eeldused maabumiseks)

Viimane töö kinnitamise etapp koos laiendatud selgitustega

Õpetaja! Kõige öeldu põhjal peame tegema järelduse.

Kõige levinum hüpotees elu tekke kohta Maal on Oparin-Bernali hüpotees.

Elu tekkis loomulikult anorgaanilisest ainest. Bioloogilisele evolutsioonile eelnes keemiline evolutsioon.

Ümberlükkamine (teooria vastased).

Õpetaja. Mitte mingil juhul ei taha ma kõike eelnevat maha kriipsutada, kuid sellel teoorial on ka vastaseid.

Üks neist on astronoom Fred Hoyle. Hiljuti avaldas ta arvamust, et idee elust, mis tuleneb molekulide juhuslikest vastasmõjudest, on "sama naeruväärne ja ebausutav kui väide, et üle prügimäe pühkinud orkaan võib viia Boeing 747 kokkupanemiseni."

Oparin-Bernali hüpoteesi jaoks on kõige keerulisem seletada elussüsteemide võime tekkimist end taastoota. Hüpoteesid selles küsimuses ei ole endiselt veenvad. Keerulistelt elututelt ainetelt lihtsatele organismidele ülemineku üksikasju varjab mõistatus.

See küsimus on bioloogiateaduses "tühi koht".

Õpetaja: Poisid! Vasta. Palun küsimus. antud tunni alguses. Miks on tahvlile kirjutatud sõnad epigraafiks?

Õpilane: Ilmselt sellepärast, et igaühel meist on elus oma tee.

Õpetaja: Jah. Kindlasti! Igaühel teist on elus oma tee. Kõik need on erinevad. Ja võib-olla saab keegi teist bioloogiks ja lahendab probleemi, mida proovisime selles õppetükis lahendada. Tahaksin öelda teile lahkumissõnad ja väljendada end Ema Teresa sõnadega. Ema Teresa (Agnes Gonja Boyadzhiu, sündinud Skopjes, kaasaegses Jugoslaavias, eluaastad 1910–1997) on naine, kes tegeleb väsimatult heategevusega. Katoliku nunn, kes on kogu maailmas tuntud oma misjonitöö poolest, pälvis 1979. aastal Nobeli preemia. Sellest nimest on saanud juba üldnimetus. Kuid maailm mäletab teda.

Elu on võimalus, kasuta seda
Elu on ilu, imetle seda
Elu on unistus, tee see teoks
Elu on mäng, mängi seda."

Tunni kokkuvõte: Täna öeldu põhjal võime järeldada.

Kõige tavalisem hüpotees A.I. Oparin – J. Bernal, mille kohaselt tekkis elu Maal looduslikult anorgaanilisest ainest, Bioloogilisele evolutsioonile eelnes keemiline evolutsioon, mis hõlmas mitmeid etappe.

Üleminek elutust elavaks on biopoees.

Õpetaja: Tänud kõigile.Aktiivselt tegutsenud:(nimekiri). Vähesed vastasid (loetelu).

Eksponeeritud: 9 - "5", 12-"4", 3-"3".

Bibliograafia:

1. Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Üldbioloogia". Õpik 10. klassi õppeasutustele. G.M. reaktsioonil. Dymshits. Moskva: Prosveštšenia, 2001.
2. Beljajev D.K. "Üldbioloogia". Õpik haridusasutuste 10-11 klassile. Dymshitsi toimetuse all - Moskva, Haridus, 2001.
3. Myagkova A.N., Komissarov B.D. "Üldbioloogia õpetamise meetodid". Juhend õpetajatele. Moskva: Prosveštšenia, 1973.
4. Kulev A.V. "Üldbioloogia" 10. klass, käsiraamat. Peterburi: Pariteet, 2001.
5. Oparin AI. "Elu päritolu". Moskva: Noor kaardivägi, 1954.
6. Matthews Rupert Kuidas elu algas. Raamatusarjast "Mis oli enne meie ajastut." Volgograd: "Raamat", 1992.

G. Urey ja S. Milleri katsed (1955). Lihtsamad rasvhapped, uurea, äädikhape, sipelghapped, aminohapped, sealhulgas glütsiin, alaniin, asparagiin ja glutamiinhape.

6. slaid ettekandest "A.I. Oparini hüpotees" bioloogiatundi teemal "Biokeemiline evolutsioon"

Mõõdud: 960 x 720 pikslit, formaat: jpg. Slaidi tasuta allalaadimiseks bioloogiatunnis kasutamiseks tehke pildil paremklõps ja klõpsake nuppu "Salvesta pilt kui...". Saate kogu esitluse "Hypothesis of A.I. Oparin.ppt" alla laadida 148 KB zip-arhiivis.

Laadige esitlus alla

Biokeemiline evolutsioon

"Maa päritolu" - Suure Paugu teooria. Teatud arvu elektronide ühendamine prootonite ja neutronitega. Väikeste pilvede muundumine eraldi galaktikateks. Üksikute galaktikate teke. Suure Paugu teooria 1. Äärmiselt kõrge temperatuur. Gaasi-tolmu udukogu evolutsioon ja protoplanetaarse ketta teke.

"Eluiga" – keskmine Qm = 12,68 ± 0,39, n = 25. Lindude q(t) ja tmax määramine. Lindude maksimaalse eluea arvutamine siseaja ühikutes (qq). V. 134. nr 2). Seetõttu saab meie valemit rakendada samaväärselt teiste valemitega. Meid huvitab see “õige” aeg, mil organism eksisteerib tervikuna.

"Suure paugu teooria" – Suure Paugu teooria pakkusid välja teadlased Friedman ja Lemaitre. A. Gangnus. Suure Paugu teooria. Ruum laienes kiiresti, t suure energiaga lendavad osakesed hakkasid vähenema. Maapealse elu tekke teooriad. biokeemiline evolutsioon. Orgaaniliste ainete molekulid on omavahel ühendatud, moodustades nukleiinhapete ahelaid.

"A.I. Oparini hüpotees" – geneetilise koodi, membraanide tekkimine ja bioloogilise evolutsiooni algus. Maa esmasel atmosfääril oli taastav iseloom. Bioloogilisele evolutsioonile eelnes pikk keemiline evolutsioon. Üldised järeldused A.I. Oparini teooria kohta. Kolm erinevust Maa primitiivse atmosfääri ja tänapäevase atmosfääri vahel: G. Yury ja S. Milleri kogemused (1955).

"Oparini teooria" - olemus: elu tekkis minevikus toimunud üleloomuliku sündmuse tagajärjel. 1. etapp: Orgaaniliste ainete - monomeeride ja biopolümeeride - abiogeenne süntees. 3. etapp: matriitsi sünteesi tekkimine (RNA replikatsioon). Need ühendused andsid suurema stabiilsuse ja katalüütilise efektiivsuse. Möödusid kuud ja kolvi sisu jäi steriilseks.

1924. aastal sõnastas vene teadlane Aleksandr Ivanovitš Oparin esimest korda prebioloogilise evolutsiooni kontseptsiooni põhisätted. Ta käsitles elu tekkimist kui ühtset looduslikku protsessi, mis seisnes varajase Maa tingimustes toimunud esialgses keemilises evolutsioonis, mis liikus järk-järgult kvalitatiivselt uuele tasemele – biokeemilisele evolutsioonile.

Hüpoteesi olemus taandus järgmisele: elu tekkimine Maal on pikk evolutsiooniline protsess elusaine tekkeks elutu aine sügavustes. Ja see juhtus keemilise evolutsiooni kaudu, mille tulemusena moodustusid tugevate füüsikaliste ja keemiliste tegurite mõjul anorgaanilistest ainetest lihtsaimad orgaanilised ained.

Arvestades elu tekkimise probleemi biokeemilise evolutsiooni kaudu, eristab Oparin kolme eluta ainelt elusainele ülemineku etappi: 1 algsete orgaaniliste ühendite sünteesi etapp anorgaanilistest ainetest varajase Maa primaarse atmosfääri tingimustes; 2 moodustumise etapp Maa primaarsetes reservuaarides biopolümeeride, lipiidide, süsivesinike kogunenud orgaanilistest ühenditest;

3. etapp - keeruliste orgaaniliste ühendite iseorganiseerumine, orgaaniliste struktuuride metabolismi ja taastootmise protsesside tekkimine ja evolutsiooniline paranemine, mis kulmineerub lihtsa raku moodustumisega.

Esimesel etapil, umbes 4 miljardit aastat tagasi, kui Maa oli elutu, toimus sellel süsinikuühendite abiootiline süntees ja sellele järgnev prebioloogiline evolutsioon. Seda Maa evolutsiooni perioodi iseloomustasid arvukad vulkaanipursked, mille käigus vabanes tohutul hulgal punast kuuma laavat. Planeedi jahtudes kondenseerus atmosfääris olev veeaur ja langes hoovihmaga Maale, moodustades tohutuid veeavarusi.

Kuna Maa pind jäi endiselt kuumaks, siis vesi aurustus ja seejärel atmosfääri ülemistes kihtides jahtudes langes uuesti planeedi pinnale, need protsessid kestsid miljoneid aastaid. Seega lahustati esmase ookeani vetes mitmesuguseid sooli. Lisaks sattusid sinna ka orgaanilised ühendid: ultraviolettkiirguse, kõrge temperatuuri ja aktiivse vulkaanilise tegevuse mõjul atmosfääris pidevalt tekkinud suhkrud, aminohapped, lämmastikalused, orgaanilised happed jne.

Esmane ookean sisaldas tõenäoliselt lahustunud kujul mitmesuguseid orgaanilisi ja anorgaanilisi molekule, mis sattusid sinna atmosfäärist ja Maa pinnakihtidest. Orgaaniliste ühendite kontsentratsioon kasvas pidevalt ja lõpuks muutus ookeaniveed valgulaadsete ainete - peptiidide "puljongiks".

Teises etapis, kui tingimused Maal pehmenesid, moodustuvad elektrilahenduste, soojusenergia ja ultraviolettkiirte mõjul primaarse ookeani keemilistele segudele keerukad orgaanilised ühendid - biopolümeerid ja nukleotiidid, mis järk-järgult ühinevad ja muutuvad. keerulisemad, muudetud protobiontideks (rakueelsed esivanemad elusorganismid). Keeruliste orgaaniliste ainete evolutsiooni tulemuseks oli koatservaatide ehk koatservaatide tilkade ilmumine.

Koatservaadid on kolloidosakeste kompleksid, mille lahus jaguneb kaheks kihiks: kolloidosakeste rikkaks kihiks ja nendest peaaegu vabaks vedelikuks. Koacervaatidel oli võime absorbeerida mitmesuguseid esmase ookeani vetes lahustunud aineid. Selle tulemusena muutus koatservaatide sisemine struktuur, mis tõi kaasa kas nende lagunemise või ainete kuhjumise ehk keemilise koostise kasvu ja muutumise, mis suurendab nende stabiilsust pidevalt muutuvates tingimustes.

Biokeemilise evolutsiooni teooria käsitleb koatservaate prebioloogilisteks süsteemideks, mis on veekestaga ümbritsetud molekulide rühmad. Koatservaadid osutusid võimeliseks absorbeerima väliskeskkonnast erinevaid orgaanilisi aineid, mis tegi võimalikuks esmase ainete vahetuse keskkonnaga.

Kolmandas etapis, nagu Oparin soovitas, hakkas toimima looduslik valik. Koatservaatide tilkade massis toimus antud keskkonnatingimustele kõige vastupidavamate koatservaatide valik. Valikuprotsess on kestnud palju miljoneid aastaid, mille tulemusena on koatservaatidest säilinud vaid väike osa. Säilitatud koatservaadi tilgad olid aga võimelised esmaseks metabolismiks. Ja ainevahetus on elu esimene omadus.

Samal ajal võis vanemtilk pärast teatud suuruse saavutamist laguneda tütardeks, mis säilitasid vanemstruktuuri tunnused. Seega võime rääkida enesepaljunemise omaduse - ühe oluliseima elumärgi - omandamisest koacervaatide poolt. Tegelikult on selles etapis koatservaatidest saanud kõige lihtsamad elusorganismid.

Nende prebioloogiliste struktuuride edasine areng oli võimalik ainult metaboolsete ja energiaprotsesside komplikatsiooniga koatservaadis. Ainult membraan suudab tagada sisekeskkonna tugevama isolatsiooni välismõjude eest. Orgaaniliste ühendite rikaste koatservaatide ümber tekkisid lipiidide kihid, mis eraldasid koatservaate ümbritsevast veekeskkonnast. Evolutsiooni käigus muudeti lipiidid välismembraaniks, mis suurendas oluliselt organismide elujõulisust ja resistentsust.

Protorakkudes, nagu katervaadid või mikrosfäärid, toimusid nukleotiidide polümerisatsioonireaktsioonid, kuni neist moodustus protogeen - esmane geen, mis on võimeline katalüüsima teatud aminohappejärjestuse - esimese valgu - teket. Tõenäoliselt oli esimene selline valk DNA või RNA sünteesi katalüüsiva ensüümi eelkäija.

Need protorakud, milles tekkis primitiivne pärilikkuse ja valgusünteesi mehhanism, jagunesid kiiremini ja võtsid endasse kõik esmase ookeani orgaanilised ained. Selles etapis oli paljunemiskiiruse jaoks juba olemas loomulik valik; biosünteesi paranemine märgati ja uued protorakud asendasid kõik varasemad.

A. I. Oparini teooriat toetas soojalt Cambridge'i professor John Haldane. Ta avas elu päritolu poleemika 1929. aastal ajakirjas Rationalist Annual avaldatud artiklis. Selles oletas D. Haldane, et ürgsele Maale kogunes tohututes kogustes orgaanilisi ühendeid, mis moodustasid selle, mida ta nimetas kuumaks lahjendatud supiks (hot diluted supp; hiljem nimetus primaarne puljong või proto-puljong – ürgsupp).

Charles Darwin uskus, et elutut ainet saab muuta elavaks aineks elektri abil – lõppude lõpuks avaldas Mary Shelley sulest välja tulnud Frankenstein isegi tema vanaisale Erasmus Darwinile suurt muljet. Mõte, et pürotehnilised harjutused elektriga võivad sünnitada elu, oli väga veetlev; seega pole üllatav, et Stanley Milleri eksperiment, mille tulemused avaldati 1953. aastal, pakkus suurt huvi.

Milleri eksperiment, mis sai selles vallas pöördepunktiks, oli äärmiselt lihtne. Seade koosnes kahest suletud ahelas ühendatud klaaskolvist. Ühes kolvis on seade, mis simuleerib välguefekte - kaks elektroodi, mille vahel toimub tühjenemine umbes 60 tuhande voldise pinge juures; vesi keeb teises kolvis pidevalt. Seejärel täidetakse aparaat atmosfääriga, mis väidetavalt eksisteeris muistsel Maal: metaan, vesinik ja ammoniaak.

Aparaat töötas nädala, seejärel uuriti reaktsiooniprodukte. Põhimõtteliselt osutus see juhuslike ühenduste viskoosseks segaduseks; lahusest leiti ka teatud kogus orgaanilisi aineid, sealhulgas lihtsamaid aminohappeid - glütsiini (NH 2 COOH) ja alaniini (NH 2 CH (CH 3) COOH).

Milleri eksperimendi andmete avaldamine äratas enneolematut huvi ja peagi hakkasid paljud teised teadlased seda katset kordama. Samal ajal leiti, et katsetingimuste muutmine võimaldab saada väikese koguse teisi aminohappeid. Katset oli aga raske korrata ja paljud tulemused saadi alles pärast mitmeid ebaõnnestunud katseid. Teatati, et katsete käigus tekkisid eluks vajalikud põhikomponendid.

Elu spontaanse tekke teoorial – keemilisel evolutsioonil – on kaasaegses teadusfilosoofias keskne koht. Selle teooria kohaselt tekib eluta mateeriast spontaanselt elu. Üks selle peamisi propagandiste oli biokeemik Aleksandr Oparin (1894-1980). Ta kirjeldas oma ideid nõukogude keeles ilmunud raamatus "Elu tekkimine".

Union aastal 1924 ja tõlgiti inglise keelde 1938. aastal.

1. Primitiivsel Maal oli teoreetilise hapnikuatmosfääri olemus.

2. Kui sellele atmosfäärile hakkasid mõjuma mitmesugused looduslikud energiaallikad - näiteks äikesetormid ja vulkaanipursked -, siis hakkasid iseeneslikult tekkima orgaaniliseks eluks vajalikud põhilised keemilised ühendid.

3. Aja jooksul kogunesid orgaanilised molekulid ookeanidesse, kuni saavutasid kuuma lahjendatud puljongi konsistentsi. Mõnes piirkonnas oli aga elu tekkeks vajalike molekulide kontsentratsioon eriti kõrge ning seal tekkisid nukleiinhapped ja valgud.

4. Mõned neist molekulidest suutsid end taastoota.

5. Saadud nukleiinhapete ja valkude interaktsioon viis lõpuks geneetilise koodi tekkimiseni.

6. Hiljem need molekulid ühinesid ja ilmus esimene elusrakk.

7. Esimesed rakud olid heterotroofid, nad ei suutnud oma komponente iseseisvalt paljundada ja said need puljongist. Kuid aja jooksul hakkasid puljongist kaduma paljud ühendid ja rakud olid sunnitud neid ise paljunema. Nii arendasid rakud ise paljunemiseks välja oma ainevahetuse.

1953. aastal bioloog Stanley Milleri installatsioonil

viidi läbi katsed, mille tulemusena saadi primaarsed rakud ehk koatservaadid

Viskoosne, geelitaoline tilk. Koacervaadid on võimelised absorbeerima väliskeskkonnast erinevaid orgaanilisi aineid.

1929. aastal esitas inglise bioloog J. Haldane hüpoteesi elu tekke kohta mitteelusatest elementidest. Biokeemia teooria

evolutsiooni nimetatakse mõnikord teooriaks

Oparina – Haldane.

A.I. Oparin andis valkudele elu tekkimisel esikoha ja J. Haldane nukleiinhapetele.

Oparin-Haldane'i hüpotees väidab, et elu Maal tekkis abiogeenselt

Biokeemiline

Oparin uskus, et üleminek keemiliselt evolutsioonilt bioloogilisele eeldab üksikute faasidest eraldiseisvate süsteemide kohustuslikku tekkimist, mis on võimelised keskkonnaga suhtlema.