Moderna synpunkter på kemisk och biologisk utveckling

Moderna synpunkter på kemisk och biologisk utveckling!

Enligt denna teori uppstod livet på tidig jord genom fysikalisk-kemiska processer av atomer som kombinerar för att bilda molekyler, varvid molekylerna i sin tur reagerar för att producera oorganiska och organiska föreningar.

Organiska föreningar interagerar för att producera alla typer av makromolekyler som organiseras för att bilda det första levande systemet eller cellerna.

Således härledde "livet" enligt vår teori spontant från vår levande materia på vår jord. Första oorganiska föreningar och sedan organiska föreningar bildades i enlighet med ständigt föränderliga miljöförhållanden. Detta kallas kemisk utveckling som inte kan ske under nuvarande miljöförhållanden på jorden. Villkor som är lämpliga för livets ursprung existerade endast på primitiv jord.

Oparin-Haldane-teorin kallas också kemisk teori eller naturalistisk teori

Moderna åsikter om livets ursprung innefattar kemisk utveckling och biologisk utveckling:

1. Kemisk utveckling:

(i) Atomfasen:

Tidiga jordens dåliga otaliga friatomer av alla dessa element (t.ex. väte, syre, kol, kväve, svavel, fosfor, etc.) som är nödvändiga för bildandet av protoplasma. Atomer segregerades i tre koncentriska massor i enlighet med deras vikter, a) De tyngsta atomerna av järn, nickel, koppar, etc. hittades i mitten av jorden, b) Medelviktatomer av natrium, kalium, kisel, magnesium, aluminium, fosfor, klor, fluor, svavel etc. uppsamlades i jordens kärna, (c) de lättaste atomerna av kväve, väte, syre, kol etc. bildade den primitiva atmosfären.

(ii) Molekylernas ursprung och enkla oorganiska föreningar:

Friatomer kombineras för att bilda molekyler och enkla oorganiska föreningar. Väteatomer var mest talrika och mest reaktiva i primitiv atmosfär. Första väteatomer kombinerade med alla syreatomer för att bilda vatten och lämnar inget fritt syre. Således reducerades primitiv atmosfär (utan fri syre) i motsats till den nuvarande oxiderande atmosfären (med fri syre). Väteatomer kombineras också med kväve, bildande ammoniak (NH3). Så vatten och ammoniak var förmodligen de första sammansatta molekylerna av primitiv jord.

(iii) Ursprung av enkla organiska föreningar (monomerer):

Den primitiva atmosfären innehöll gaser som CO ₂, CO, N, H ₂, etc. Kväve och kol i atmosfären i kombination med metallatomer, bildande nitrider och karbider. Vattendamp och metallkarbider reagerades för att bilda den första organiska föreningen, metan (CH4). Senare bildades vätecyanid (HCN).

Torrellregn måste ha fallit:

När vattnet rusade ner måste det ha löst sig och transporterat salt och mineraler, och i slutändan ackumulerade i form av hav. Således innehöll gammalt oceaniskt vatten stora mängder upplöst NH3, CH4, HCN, nitrider, karbider, olika gaser och element.

De tidiga föreningarna samverkade och producerade enkla organiska föreningar såsom enkla sockerarter (t.ex. ribos, deoxiribos, glukos etc.), kvävebaser (t.ex. puriner, pyrimidiner), aminosyror, glycerol, fettsyror, etc. Vissa externa källor måste har agerat på blandningen för reaktioner. Dessa externa källor kan vara (i) solstrålningar såsom ultraviolett ljus, röntgenstrålar etc., (ii) energi från elektriska urladdningar som blixtar, (iii) hög energi strålning är andra energikällor (förmodligen instabila isotoper på den primitiva jorden). Det fanns inget ozonskikt i atmosfären.

Havets vatten rik på blandning av organiska föreningar benämnades av JBS Haldane (1920) som "het utspädd soppa av organiska ämnen". Den "heta utspädda soppen" kallas också prebiotisk soppa ". Således sattes scenen för kombination av olika kemiska element. När de organiska molekylerna formades, ackumulerade de i vatten eftersom deras nedbrytning var extremt långsam i frånvaro av några livs- eller enzymkatalysatorer.

Experimentell bevis för abiogen molekylär evolution av livet:

Stanley Miller 1953 visade tydligt att ultraviolett strålning eller elektriska utsläpp eller värme eller en kombination av dessa kan producera komplexa organiska föreningar från en blandning av metan, ammoniak, vatten (vattenström) och väte.

Miller cirkulerade fyra gaser-metan, ammoniak, väte och vattenånga i en lufttätt apparat och skickade elektriska urladdningar från elektroder vid 800 ° C. Han passerade blandningen genom en kondensor. Han cirkulerade gaserna kontinuerligt på detta sätt under en vecka och analyserade sedan vätskans kemiska sammansättning inuti apparaten. Han fann ett stort antal enkla organiska föreningar, inklusive några aminosyror, såsom alanin, glycin och asparaginsyra. Miller visade att organiska föreningar var livsgrunden.

Andra ämnen, såsom urea, vätecyanid, mjölksyra och ättiksyra var också närvarande. I ett annat experiment cirkulerade Miller blandningen av gaserna på samma sätt men han passerade inte den elektriska urladdningen. Han kunde inte få det signifikanta utbytet av de organiska föreningarna. Senare har många utredare syntetiserat en stor mängd organiska föreningar, inklusive puriner, pyrimidiner och enkla sockerarter. Det anses att de väsentliga "byggstenarna", såsom nukleotider, aminosyror, etc. av levande organismer kunde ha bildat sig på primitiv jord.

(iv) Ursprung av komplexa organiska föreningar (polymerer):

En mängd olika aminosyror, fettsyror, kolväten, puriner och pyrimidinbaser, enkla sockerarter och andra organiska föreningar som ackumuleras i de gamla haven. I den primära atmosfären kan elektrisk urladdning, blixt, solenergi, ATP och polyfosfater ha gett energikällan för polymerisationsreaktioner av organisk syntes. SW Fox visade att om en nästan torr blandning av aminosyror upphettas syntetiseras polypeptidmolekyler.

På samma sätt kan enkla sockerarter bilda polysackarider och fettsyror skulle kunna kombinera för att producera fetter. Aminosyror kan bilda proteiner när andra faktorer var inblandade. Sålunda förenas de lilla enkla organiska molekylerna för att bilda stora komplexa organiska molekyler, t.ex. aminosyraenheter, som bildas i form av polypeptider och proteiner, enkla socker enheter kombinerade för att bilda polysackarider, fettsyror och glycerol förenade för att bilda fetter, sockerarter, kvävebaser och fosfater kombinerat till nukleotider som polymeriserade till nukleinsyror i de gamla oceanerna.

2. Biologisk utveckling:

För livets ursprung krävs minst tre förutsättningar:

(a) Det måste ha varit en tillförsel av replikatorer, dvs självproducerande molekyler.

(b) Kopiering av dessa replikatorer måste ha varit föremål för fel genom mutation.

c) Systemet med replikatorer måste ha krävt en kontinuerlig tillförsel av fri energi och partiell isolering från den allmänna miljön.

Den höga temperaturen i tidig jord skulle ha uppfyllt kravet på mutation.

Ursprunget av prebiotiska molekyler:

Det tredje tillståndet, partiell isolering, har uppnåtts inom aggregat av artificiellt bildade prebiotiska molekyler. Dessa aggregat kallas protobionter som kan separera kombinationer av molekyler från omgivningen. De upprätthåller en intern miljö men kan inte reproducera. Två viktiga protobjonter är coacervates och mikrosfärer.

koacervaten:

Oparin (1924) observerade att om en blandning av ett stort protein och en polysackarid skakas, bildas koacervater. Coacervaten innehåller huvudsakligen proteiner, polysackarider och lite vatten. Oparin coacervates visar också en enkel form av metabolism. Eftersom dessa koacervater inte har lipidmembran, kan de därför inte reproducera. Således uppfyller de inte kravet på sannolika prekursorer av livet.

mikrosfärer:

När blandningar av artificiellt producerade organiska föreningar blandas med kallt vatten bildas mikrosfärer. Om blandningen innehåller lipider består ytan av mikrosfärerna av ett lipid-dubbelskikt, som påminner om (minns saker från tidigare) till lipid-dubbelskiktet av cellmembran. Sydney Fox (1950) uppvärmde en blandning av 18 ammo syror till temperaturer av 130 till 180 ° C. Han erhöll stabila proteiner som makromolekyler, som han kallade protenoider.

När protenoidmaterialet kyldes och undersöktes under mikroskop observerade Fox små sfäriska cellliknande enheter som hade uppstått av aggregeringar av protenoider. Dessa molekylära aggregat kallades protenoidmikiospheier. De första icke-cellulära formerna av livet skulle ha kunnat komma tillbaka 3 miljarder år tillbaka. De skulle ha varit jätte molekyler (RNA, proteiner och polysackarider etc.).

Fysiska egenskaper hos protenoidmikrosfärer:

De var sfäriska mikroskopiska med ungefär 1 till 2 (i diameter, som liknar storleken och formen av coccoidbakterier.

Strukturella egenskaper hos protenoida mikrosfärer:

Under elektronmikroskop har koncentriska dubbelskiktade gränser runt dem observerats genom vilka diffusion av material inträffar. De har förmåga att motilitet, tillväxt, binär klyvning i två partiklar och reproduktionskapacitet genom spirande och fragmentering. Överflödigt liknar deras spirande med bakterier och svampar.

Enzymliknande aktiviteter av protenoida mikrosfärer:

De har visat sig ha katalytisk aktivitet, såsom nedbrytning av glukos. Denna enzymatiska aktivitet av protenoida mikrosfärer misslyckas delvis under uppvärmning.

Den största nackdelen i protenoidmikrosfärerna är att de har begränsad mångfald. Sålunda kvarstår mekanismen för partiell isolering som leder till protobionernas ursprung, oupplöst.

Eftersom både protein och nukleinsyror (tillsammans med andra enklare ämnen) krävs för att utveckla och reproducera organismer som lever idag är en uppenbar fråga vilken av dessa ämnen som uppstod först? Inget klart svar är tillgängligt för det.

RNA första modell:

Under senare år är bevis för att RNA är material av förstbildad gen (Woese, 1967, Crick 1968, Orgel 1973, 1986 Watson et al 1986, Darnell et al 1986). Således kan RNA ha varit den första polymeren och någon form av omvänt transkription kan ha givit upphov till DNA och RBA och DNA började styra proteinsyntes.

Varför RNA och inte DNA var den första levande molekylen?

Enzymatiska aktiviteter av RNA-molekyler upptäcks ständigt, men ingen enzymatisk aktivitet har någonsin tillskrivits DNA. Vidare syntetiseras ribos lättare än deoxiribos under stimulerade prebiotiska förhållanden. En selektiv fördelaktig RNA-molekyl skulle vara en som styr syntesen av protein som accelererar replikationen av speciellt RNA (dvs RNA-polymeras).

RNA kunde ha katalyserat bildandet av lipidlika molekyler som i sin tur kunde ha bildat plasmamembran och proteiner. Proteinerna kan ha tagit över de flesta enzymatiska funktioner eftersom de är bättre katalysatorer än RNA. Om de första cellerna använde RNA som sin ärftliga molekyl utvecklades DNA från en RNA-mall. När cellerna utvecklats ersatte DNA förmodligen RNA i de flesta organismer.

Bildandet av de tidigaste cellerna:

(i) De första levande organismerna härrörde från organiska molekyler och i syrefri atmosfär (reducerande atmosfär). De fick antagligen energi genom jäsning av några av dessa organiska molekyler. De var anaerober, som kunde ge andning i frånvaro av syre. De berodde på de befintliga organiska molekylerna för deras näring och var sålunda heterotrofer.

(ii) När utbudet av befintliga organiska molekyler var uttömt, kan vissa av heterotroferna ha utvecklats till autotrofer. Dessa organismer kunde producera sina egna organiska molekyler genom kemosyntes eller fotosyntes.

(a) Kemosyntes:

De organismer som utför kemosyntes kallas kemoautotrofer. De var anaeroba. Chemoautotroph utvecklade förmågan att syntetisera organiska molekyler från oorganiska råmaterial. Ett sådant näringsätt är närvarande även nu i vissa bakterier, t.ex. svavelbakterier, järnbakterier, nitrifierande bakterier.

(b) fotosyntes:

De fotosyntetiska organismerna, fotoautotroferna, utvecklade pigmentet klorofyll genom kombination av enkla kemikalier. De förberedde ekologisk mat genom att använda solenergi som fångades med hjälp av klorofyll. De saknade de biokemiska vägarna för att producera syre. De var fortfarande anaeroba och utnyttjade väte från andra källor än vatten.

Vid senare tillfälle utvecklades syreutlösande fotosyntetiska organismer. Dessa liknade de nuvarande blågröna algerna (cyanobakterier). De använde vatten för att få väte och släppt syre. Tillsats av O2 till atmosfären började oxidera metan och ammoniak, som började försvinna.

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H20

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H20

Livet var närvarande på jorden för omkring 3, 9 miljarder år sedan. De äldsta mikrofossiler som hittills hittats är dock de av fotosyntetiska cyanobakterier som uppträdde 3, 3-3, 5 miljarder år sedan.

Bildning av ozonskikt:

Som syre ackumulerade i atmosfären förändrade det ultravioletta ljuset något tifoxygen till ozon.

2O2 + 02 - 2O3

Ozonet bildade ett skikt i atmosfären, blockerar det ultravioletta ljuset och lämnar det synliga ljuset som huvudkällan för energi.

Ursprung av eukaryota celler (äkta nukleära celler):

Aerob andning utvecklade tillräckligt med syre i den primitiva atmosfären. Prokaryoterna modifieras gradvis för att anpassa sig enligt nya villkor. De utvecklade en sann kärna och andra specialiserade cellorganeller. Således har fritt levande eukaryota cellliknande organismer härstammat i Ancierit Ocean förmodligen omkring 1, 5 miljarder år sedan. Primitiva eukaryoter ledde till utvecklingen av protister, växter, svampar och djur.

Sammanfattning av huvudstegen i livets ursprung enligt moderna teorier om livets ursprung.