У истоков гипотезы абиогенеза стоял Э. Геккель. Суть гипотезы заключается в признании абиогенного (случившегося в отсутствие живых существ) образования органических веществ из неорганических непосредственно на планете.
В середине ХIХ в. Л. Пастер доказал невозможность самозарождения жизни в современных условиях. В 20-х гг. ХХ в. биохимики А.И. Опарин и Дж. Холдейн предположили, что в условиях, имевших место на Земле несколько миллиардов лет назад, образование живого вещества (органики) из неживого было возможным. Среди этих условий - атмосфера восстановительного типа, вода и источники энергии (ультрафиолетовое и космическое излучение, тепло остывающей земной коры, вулканическая деятельность, радиоактивный распад элементов, атмосферные электрические явления), приемлемая температура, отсутствие живых существ. Линия жизни выстраивалась следующим образом:
1) образование атмосферы из газов (метан, оксид и диоксид углерода, аммиак, сероводород, цианиды), служащих «сырьем» для синтеза органических соединений;
2) абиогенное образование простых органических веществ, в том числе мономеров современных биополимеров (аминокислоты, азотистые основания, сахара, АТФ и другие мононуклеотиды);
3) полимеризация мономеров в полимеры - белки (полипептиды) и нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды);
4) концентрация абиогенной органики в водной среде с образованием «первичного бульона»;
5) обособление в «бульоне» предбиологических дискретных форм более или менее сложного химического состава - протобионтов, проявляющих некоторые свойства живых форм (уплотненный поверхностный слой, имитирующий мембрану, рост за счет поступления веществ извне, «размножение» путем распада с сохранением особенностей химической организации, предбиологический отбор на стабильность и эффективность «закачки» органики из окружающей среды - прообраз обмена веществ);
6) возникновение простейших форм с полной совокупностью свойств жизни - примитивных клеток -гетеротрофов, питающихся органикой «бульона»;
7) биологическая эволюция возникших существ.
Гипотеза абиогенного происхождения жизни прошла по-своему плодотворный путь. Доказано образование органических соединений, в том числе сложных - полипептидов и полинуклеотидов - из неорганических веществ через стадию молекул-предшественниц в условиях, имитирующих те, которые могли существовать на планете в соответствующий период ее истории. Созданы модели протобионтов - коацерваты (гетерогенный химический состав - полипептиды, полинуклеотиды) и микросферы (однородное белковое содержимое).
Вместе с тем рассматриваемая гипотеза не дает ответа на вопрос о природе хиральной чистоты современных биополимеров. Получаемые в эксперименте абиогенным путем аминокислоты представляют собой смесь лево- и правовращающих изомеров, которые имеют равные химические шансы быть включенными в полипептид. Среди синтезированных в лабораторных условиях сахаров оптическая изомерия вообще не встречается. Согласно проведенным расчетам, вероятность случайного возникновения «осмысленной» полинуклеотидной последовательности из смеси мононуклеотидов «бульона» настолько низка, что потребное на это время на много порядков (!) превосходит время существования даже не Земли, но Вселенной (15-20 млрд лет). Далее, «первичный бульон», являясь исчерпываемым ресурсом, был бы быстро уничтожен, если бы, следуя предлагаемой сторонниками гипотезы схеме, первыми живыми существами оказались гетеротрофы. Данные об исключительно раннем появлении на планете углерода со смещенным в сторону легкого изотопа соотношением 12С/13С (см. выше - формация Исуа в Гренландии) указывают на существование уже тогда фотосинтеза, что говорит об одновременном возникновении авто- и гетеротрофности. Это подтверждает сравнение современных строматолитов цианобактериаль-ных матов и ископаемых строматолитов докембрийского периода (см. п. 1.4.4). В обоих случаях есть основания говорить о высокоинтегриро-ванных сообществах прокариотических организмов, различающихся по типу питания, то есть о присутствии среди первых «обитателей» планеты одновременно продуцентов (производители органики из неорганики), возможно, консументов (потребители органики для создания собственной органики) и редуцентов или деструкторов (разрушители органики), автотрофов и гетеротрофов. В свете сказанного жизнь на Земле сразу же складывалась как экосистема. В рамках гипотезы абиогенеза не нашел удовлетворительной проработки также вопрос о переходе от «осмысленных» биополимеров (полипептиды и полинуклеотиды), даже если признать факт их образования в «бульоне», к клеточной организации.
Текущая страница: 5 (всего у книги 23 страниц) [доступный отрывок для чтения: 16 страниц]
2.4. Эволюция протобионтов
Анализируя описанные гипотезы, можно прийти к заключению, что развитие системы взаимодействия органических «автоматов» добиологической природы происходило различными способами и продолжалось длительное время. Однако главными направлениями эволюции, приведшей к возникновению биологических систем, следует считать ряд событий, среди которых были эволюция протобионтов, возникновение каталитической активности белков, появление генетического кода и способов преобразования энергии.
В условиях Земли основной механизм, с помощью которого малые органические молекулы можно сделать реакционно способными в водном растворе, заключается в соединении этих молекул с различными формами фосфата.
При переносе фосфатной группы энергия высвобождается или поглощается, поэтому в биологических системах благодаря таким переносам энергия запасается и затем используется в реакциях конденсации или в обмене веществ. В настоящее время высокоэнергетические – макроэргические связи, образуемые между фосфатами и органическими соединениями, обеспечивают протекание всех биологических реакций. Не исключено, что это справедливо и для протоклеток.
Очень многие малые органические биомолекулы способны легко вступать почти во все реакции в присутствии больших количеств воды только в том случае, когда они активированы фосфатом. Следовательно, синтез полимеров и в протоклетках обеспечивали активированные фосфатом промежуточные соединения. Реакции конденсации с отщеплением воды несвойственны современным биохимическим процессам, а реакции с переносом фосфата и сейчас, и ранее составляли единственный путь конденсации мономеров. Для проведения реакций переноса фосфата требуется источник высокоэнергетического фосфата, простейшей формой которого является пирофосфат:
Эта молекула неустойчива в водном растворе, поэтому протоклетке был доступен лишь растворённый неорганический фосфат. В ходе эволюции отбирались более длинные полипептидные цепочки, обладающие способностью ускорять течение определённой химической реакции, т. е. взаимодействующие с конкретным субстратом. Откуда же мог взяться необходимый для реакции пирофосфат? Вероятно, фотосинтетическое образование пирофосфата было одним из важных свойств первичного метаболизма протоклеток. Современные фотосинтезирующие клетки образуют в качестве аккумулятора энергии аденозинтрифосфат из аденозиндифосфата. Этот процесс гораздо более эффективен, чем механизм образования пирофосфата, предложенный для протоклеток, но схема его по существу та же. Замена реакций конденсации с отщеплением воды на реакции с переносом фосфата, составляющие основу биохимических процессов у всех ныне существующих организмов, началась с первой протоклеткой.
Создание правдоподобной модели протоклеток, возникавших в ранний период в неустойчивых мелких водоёмах, представляется возможным. Но эти протоклетки весьма далеки оттого, что мы назвали бы клеткой, поскольку они не имеют ни генетического аппарата, ни аппарата, синтезирующего белки, и, следовательно, всех остальных, необходимых для жизнедеятельности, молекул. Любой нерегулярный полимер, синтезированный в протоклетке, в лучшем случае мог бы передаваться от одной клетки другой в какой-то одной линии потомства и в конце концов подвергся бы распаду. Ещё английский биохимик Фокс в середине XX в. показал, что произвольно организованные полипептидные молекулы обладают неспецифической каталитической активностью благодаря наличию на их поверхности многочисленных и разнообразных зарядов. В силу этого протобионты, обладающие разнообразными молекулами РНК и пептидами, оказывались в более благоприятном положении, так как имели больше возможностей по преобразованию молекул, поступающих из окружающей среды. При этом чем более активной оказывалась молекула белка как катализатор, тем больше пользы она приносила её обладателю. По-видимому, в это же время происходило становление генетического кода, т. е. такой организации РНК, а затем и ДНК, при которой последовательность нуклеотидов в них стала нести информацию о наиболее удачных, в смысле каталитической активности, молекулах белка. Реализация этой информации дала существенные преимущества таким протоклеткам в борьбе за существование.
С появлением примитивного генетического аппарата обладавшие им протоклетки смогли передавать всем своим потомкам способность синтезировать специфические полипептиды. Образующиеся из них линии потомков давали семейства родственных протоклеток с наследуемыми свойствами, которые подвергались естественному отбору.
Обладающие наследственным материалом протоклетки могли довольно быстро развить способность к синтезу крупных белков, имеющих множество различных функций.
После того как в состав примитивной клетки стали входить большие молекулы, обладающие разнообразными функциональными возможностями, стало возможным говорить о её биологической природе.
Как предполагают учёные, в это время внешняя среда представляла собой постоянный источник всех необходимых малых молекул, а в результате фотосинтетического преобразования энергии солнечного излучения в химическую энергию стало возможным её использование для получения пирофосфата. После заселения первобытной среды первичными клетками она изменялась. Некоторые низкомолекулярные питательные вещества использовались быстрее, чем внешняя среда могла их поставлять. Начинало сильно сказываться давление отбора, благодаря которому преимущества приобретали те клетки, которые оказались способны модифицировать гомологичные соединения, родственные недостающим, превращая их в необходимые клетке молекулы.
В целом этап превращения веществ в ходе метаболизма представляет собой ряд стадий, осуществляемых посредством ферментов, на каждой из которых молекула слегка видоизменяется до тех пор, пока не образуется необходимое соединение.
Все биологические системы используют одинаковые пути биохимических превращений – одинаковые пути метаболизма Сахаров, синтеза аминокислот, синтеза и распада жиров и т. д. Существующую универсальность метаболических путей можно объяснить двояко. Во-первых, все современные живые существа могут являться потомками исходной предковой популяции первичных клеток. Во-вторых, каждый метаболический путь в современных биохимических процессах может представлять собой результат эволюции клетки в направлении максимального использования единственно пригодных для этого молекул.
По мере развития в процессе эволюции метаболических путей со всё возрастающей скоростью возникают новые экологические ниши.
В водоёмах на глубине уже нескольких метров значительная часть ультрафиолета поглощается водой, тогда как видимый свет проникает на большую глубину. Можно представить себе интенсивный отбор организмов, проходивший в тот ранний период в отношении использования видимого солнечного света. Для такого отбора существенным было наличие в организме хлорофилла и ферментной транспортной системы электронов.
В более выгодном положении оказались организмы, приобретшие способность использовать энергию света для синтеза органических веществ из неорганических. Таким образом возник фотосинтез. Это привело к появлению принципиально нового источника питания. Так, современные анаэробные серные пурпурные бактерии на свету окисляют сероводород до сульфатов. Высвобождающийся в результате реакции водород используется для восстановления диоксида углерода до углеводов с образованием воды. Источником (донором) водорода могут быть и органические соединения. Так появился автотрофный способ питания и автотрофные организмы.
Кислород в процессе фотосинтеза такого типа не выделяется. Фотосинтез развился у анаэробных бактерий на очень раннем этапе истории жизни. Фотосинтезирующие бактерии долгое время существовали в бескислородной среде.
Следующим шагом эволюции было приобретение фотосинтезирующими организмами способности использовать воду в качестве источника водорода. Автотрофное усвоение СO 2 такими организмами сопровождалось выделением O 2 . Первыми фотосинтезирующими организмами, выделяющими в атмосферу O 2 , были цианобактерии (цианеи).
Как только появились фотосинтезирующие организмы, использующие видимый свет и воду, в качестве побочного продукта фотосинтеза в атмосферу стал высвобождаться молекулярный кислород. Со временем биологическая продукция кислорода определила его расходование в геологических циклах. Около 2250 млн лет назад в верхних слоях Земли появился озоновый экран, не пропускающий коротковолновое ультрафиолетовое излучение.
В присутствии свободного кислорода возникает возможность энергетически более выгодного кислородного типа обмена веществ. Это способствует появлению аэробных бактерий.
Таким образом, два фактора, обусловленные образованием на Земле свободного кислорода, вызвали к жизни многочисленные новые формы организмов и более широкое использование ими окружающей среды.
Опорные точки
Протобионты формировались в тёплых мелких водоёмах, где в полосе прибоя происходило активное перемешивание раствора, содержащего органические молекулы.
Первыми аккумуляторами энергии могли стать молекулы пирофосфата.
Белки со случайной последовательностью аминокислот обладают слабой неспецифической каталитической активностью.
Небольшие цепочки РНК так же, как и белки, способны катализировать биохимические превращения.
Разнообразные молекулы РНК способны обмениваться отдельными участками молекул (рекомбинация).
2.5. Начальные этапы биологической эволюции1. Каким образом в водах первичного океана могли распределяться органические молекулы, имеющие гидрофильные и гидрофобные свойства?
2. Назовите механизм разделения раствора на фазы с высокой и низкой концентрацией молекул.
3. Что такое коацерватные капли?
4. Как происходил отбор коацерватов в «первичном бульоне»?
5. Каково значение РНК для метаболизма протоклеток и первых клеточных форм?
Первыми и наиболее важными событиями биологической эволюции после возникновения фотосинтеза и аэробного типа обмена следует считать появление эукариот и многоклеточности.
В результате взаимополезного сожительства – симбиогенеза – различных прокариотических клеток возникли ядерные, или эукариотические, организмы. Сущность гипотезы симбиогенеза заключается в следующем. Основной «базой» для симбиоза была, по-видимому, гетеротрофная амёбоподобная клетка. Пищей ей служили более мелкие клетки. Одним из объектов питания такой клетки могли стать дышащие кислородом аэробные бактерии, способные функционировать и внутри клетки-хозяина, производя энергию. Те крупные амёбовидные клетки, в теле которых аэробные бактерии оставались невредимыми, оказались в более выгодном положении, чем клетки, продолжавшие получать энергию анаэробным путём – брожением. В дальнейшем бактерии-симбионты превратились в митохондрии. Когда к поверхности клетки-хозяина прикрепилась вторая группа симбионтов – жгутикоподобных бактерий, сходных с современными спирохетами, возникли жгутики и реснички. В результате подвижность и способность к нахождению пищи такого организма резко возросли. Так возникли примитивные животные клетки – предшественники ныне живущих жгутиковых простейших.
Образовавшиеся подвижные эукариоты путём симбиоза с фотосинтезирующими организмами (возможно, цианобактериями) дали водоросль, или растение. Очень важно то обстоятельство, что строение пигментного комплекса у фотосинтезирующих анаэробных бактерий поразительно сходно с пигментами зелёных растений. Такое сходство не случайно и указывает на возможность эволюционного преобразования фотосинтезирующего аппарата анаэробных бактерий в аналогичный аппарат пластид зелёных растений. Изложенная гипотеза о возникновении эукариотических клеток через ряд последовательных симбиозов хорошо обоснована, и её приняли многие учёные. Во-первых, одноклеточные водоросли и сейчас легко вступают в союз с животными-эукариотами. Например, в теле инфузории туфельки может обитать водоросль хлорелла. Во-вторых, некоторые органоиды клетки, такие как митохондрии и пластиды, по строению своей ДНК удивительно похожи на прокариотические клетки – бактерии и цианобактерии. Кроме этого, обнаружено сходство в организации наследственного аппарата прокариотических клеток и кольцевых молекул ДНК, входящих в состав митохондрий и пластид.
Возможности эукариот по использованию среды ещё больше. Связано это с тем, что организмы, обладающие ядром, имеют диплоидный набор всех наследственных задатков – генов, т. е. каждый из них представлен в двух вариантах. Появление двойного набора генов сделало возможным обмен копиями генов между разными организмами, принадлежащими к одному виду, – появился половой процесс. На рубеже архейской и протерозойской эр половой процесс привёл к значительному увеличению разнообразия живых организмов благодаря созданию новых многочисленных комбинаций генов. Одноклеточные организмы быстро распространились на планете.
Однако их возможности в освоении среды обитания ограничены. Одноклеточные организмы не могут расти беспредельно. Объясняется это тем, что дыхание простейших организмов осуществляется через поверхность тела. При увеличении размеров клетки одноклеточного организма площадь его поверхности возрастает пропорционально квадрату радиуса, а объём – кубу радиуса. Таким образом, чем больше клетка, тем меньше приходится площади наружной цитоплазматической мембраны на единицу её объёма. Биологическая мембрана, окружающая клетку, оказывается неспособной обеспечить потребности в кислороде и пище слишком большого организма. Кроме того, она не обладает достаточной прочностью, чтобы удерживать большой объём цитоплазмы. Иной эволюционный путь возник позже, около 2,6 млрд лет назад, когда появились организмы с более широкими эволюционными возможностями – многоклеточные организмы.
Первая попытка разрешения вопроса о происхождении многоклеточных организмов принадлежит немецкому биологу Э. Геккелю (1874). В построении своей гипотезы он исходил из исследований эмбрионального развития ланцетника, проведённых к тому времени А. О. Ковалевским и другими зоологами. Основываясь на биогенетическом законе, Э. Геккель полагал, что каждая стадия онтогенеза повторяет какую-то стадию, пройденную предками данного вида во время филогенетического развития. По его представлениям, стадия зиготы соответствует одноклеточным предкам, а стадия бластулы – шарообразной колонии жгутиковых. В дальнейшем в соответствии с этой гипотезой произошло впячивание (инвагинация) одной из сторон шарообразной колонии, как при гаструляции у ланцетника, и образовался гипотетический двухслойный организм, названный Геккелем гастреей, поскольку он похож на гаструлу.
Представления Э. Геккеля получили название теории гастреи. Несмотря на механистичность рассуждений Геккеля, отождествлявшего стадии онтогенеза со стадиями эволюции органического мира, теория гастреи сыграла важную роль в истории науки, так как способствовала утверждению монофилетических (развитие из одного корня) представлений о происхождении многоклеточных.
Рис. 2.11. Вольвокс – колониальный организм, для которого характерна временная специализация клеток
Основу современных представлений о возникновении многоклеточных организмов составляет гипотеза фагоцителлы, выдвинутая И. И. Мечниковым (1886). По предположению учёного, многоклеточные произошли от колониальных простейших – жгутиковых. Пример такой организации – ныне существующие колониальные жгутиковые типа вольвокса (рис. 2.11).
Среди клеток колонии выделяются локомоторные, снабжённые жгутиками; питающие, фагоцитирующие добычу и уносящие её внутрь колонии; половые, функцией которых является размножение. Первичным способом питания таких примитивных колоний был фагоцитоз. Клетки, захватившие добычу, перемещались внутрь колонии. Затем из них образовалась ткань – энтодерма, выполняющая пищеварительную функцию. Клетки, оставшиеся снаружи, выполняли функцию защиты, движения и восприятия внешних раздражений. Из подобных клеток развивалась покровная ткань – эктодерма. Часть клеток специализировалась на выполнении функции размножения, они стали половыми клетками. Так колония превратилась в примитивный, но целостный многоклеточный организм. По современным представлениям, предками многоклеточных организмов были колониальные воротничковые жгутиковые (рис. 2.12).
Подтверждением гипотезы фагоцителлы служит строение примитивного многоклеточного организма – трихоплакса. Русский учёный А. В. Иванов установил, что трихоплакс по своему строению соответствует гипотетическому существу – фагоцителле и должен быть выделен в особый тип животных – фагоцителлоподобных, занимающих промежуточное положение между многоклеточными и одноклеточными организмами.
Рис. 2.12. Колониальные воротниковые жгутиковые
Потребность в увеличении скорости передвижения, необходимого для захвата пищи, благоприятствовала дальнейшей дифференцировке и привела к увеличению многообразия форм живого.
На схеме (рис. 2.13) изображены основные этапы химической и биологической эволюции.
Таким образом, возникновение жизни на Земле носит закономерный характер, и её появление связано с длительным процессом химической эволюции, происходившей на нашей планете. Формирование структуры, отграничивающей организм от окружающей среды, – мембраны с присущими ей свойствами – способствовало появлению живых организмов и ознаменовало начало биологической эволюции. Как простейшие живые организмы, возникшие более 3 млрд лет назад, так и более сложно устроенные в основе своей структурной организации имеют клетку.
Рис. 2.13. Схема перехода химической эволюции в биологическую
Опорные точки
Первыми живыми организмами на нашей планете были гетеротрофные прокариотические организмы.
Истощение органических запасов первичного океана вызвало появление автотрофного типа питания, в частности фотосинтеза.
Появление эукариотических организмов сопровождалось возникновением диплоидности и появлением ограниченного оболочкой ядра.
Симбиотическое происхождение эукариот подтверждается сходством генетического аппарата прокариот и кольцевых молекул ДНК митохондрий и пластид эукариотических клеток.
На рубеже архейской и протерозойской эры произошли первые многоклеточные. В основе их происхождения лежат представления о специализации клеток колониальных одноклеточных организмов.
Вопросы и задания для повторения
1. В чём заключается сущность гипотезы возникновения эукариот путём симбиогенеза?
2. Какими способами первые эукариотические клетки получали энергию, необходимую для процессов жизнедеятельности?
3. У каких организмов впервые в процессе эволюции появился половой процесс?
4. Опишите сущность гипотезы И. И. Мечникова о возникновении многоклеточных организмов.
5. Каковы пути эволюции фагоцителлоподобных многоклеточных с позиции А. В. Иванова?
Обзор пройденного материала главы 2Вопросы и задания для обсуждения
1. Какие ограничения накладывает одноклеточность на эволюцию живых организмов?
2. В чём вы видите недостатки гипотезы Э. Геккеля о возникновении многоклеточных организмов? Расскажите о научном значении представлений этого учёного.
3. Как вы думаете, каким образом происходило формирование специфической каталитической активности белков у протобионтов?
Основные положения
Биологическая эволюция представляет собой закономерный этап в развитии материи в целом.
Космическими и планетарными предпосылками возникновения жизни являются размеры планеты, расстояние от Солнца, позволяющие получать достаточное количество энергии от звезды для поддержания воды в жидком состоянии, круговая орбита планеты, обеспечившая равномерный и постоянный прогрев всей поверхности и постоянство излучения звезды.
Восстановительный характер атмосферы на первобытной Земле расценивают как химическую предпосылку возникновения жизни на нашей планете.
Абиогенным путём из компонентов первичной атмосферы и литосферы Земли под действием энергии грозовых разрядов, мощного жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца, термической энергии повсеместных извержений вулканов и т. д. могли возникать разнообразные простейшие органические молекулы, а также мономеры биологических полимеров нуклеиновых кислот и белков.
В водных растворах в более мягких условиях в результате взаимодействия малых органических молекул образовывались более сложные соединения – небольшие цепочки РНК и белков. На основе простых и более сложных органических молекул формировались циклы взаимодействия веществ (гиперциклы). РНК дали начало самокопирующимся системам – генераторам.
Коацерваты представляют собой фазовообособленные многомолекулярные комплексы, окружённые общей водной оболочкой.
Коацерватные капли обладают способностью к избирательному поглощению веществ из окружающей среды и простейшим реакциям обмена веществ.
В процессе формирования внутренней среды коацерватов протекающие в них процессы синтеза обусловили усложнение реакций преобразования веществ и появление молекул, ставших впоследствии компонентами мембран. В выделенной среде коацервата, по-видимому, происходил переход от неспецифических катализаторов к специфическим катализаторам белковой природы.
Важнейшим событием добиологической эволюции является возникновение генетического кода в виде последовательности кодонов РНК, а затем и ДНК, которая оказалась способной сохранять информацию о наиболее удачных комбинациях аминокислот в белковых молекулах.
Появление клеточных форм ознаменовало начало биологической эволюции, первые этапы которой характеризовались появлением эукариотических организмов, полового размножения и возникновением первых многоклеточных организмов.
Ваша будущая профессия
В настоящее время работа биологов приобретает огромное практическое значение для медицины, сельского хозяйства, промышленности, разумного использования природных ресурсов и охраны природы. Деятельность биологов включает: рассмотрение проблем совершенствования агротехники и зоотехники; изучение физических и физико-химических явлений в живых организмах, влияния различных физических факторов на живые системы (биофизики); проведение биохимических исследований, позволяющих полнее использовать получаемые вещества растительного и животного происхождения, а также их лабораторного и промышленного синтеза (биохимики): подготовку и постановку биологических исследований.
Проблемные области
1. Каким образом могла быть преодолена низкая концентрация органических молекул в водах первичного океана?
2. В чём заключаются принципы естественного отбора коацерватов в условиях ранней Земли?
3. Как, по вашему мнению, произошло объединение способности нуклеиновых кислот к самовоспроизведению и возможности белков к осуществлению каталитической активности?
4. Какие крупные эволюционные преобразования сопровождали первые шаги биологической эволюции?
5. В чём, по вашему мнению, заключаются преимущества многоклеточных организмов?
Прикладные аспекты
1. Как, по вашему мнению, можно использовать реакции ядерного синтеза в народном хозяйстве?
2. Опишите аппарат, при помощи которого С. Миллеру и Г. Юри удалось доказать справедливость представлений А. И. Опарина об абиогенном синтезе органических соединений в условиях древней Земли.
3. Предложите способ экспериментального получения искусственных мембранных или мембраноподобных структур в условиях школьной химической лаборатории.
Задания
1. Познакомьтесь по учебникам физики с источниками энергии, обеспечившими образование органических молекул на Земле, а также с методами определения возраста пород и органических остатков.
2. Из курса астрономии вспомните, как формировалась Солнечная система и какие процессы сопровождали образование планеты Земля.
3. По учебникам химии повторите строение и функции органических молекул, в частности белков и нуклеиновых кислот.
Семинарские занятия – Организационная форма, в процессе которой учащиеся самостоятельно изучают учебный материал по различным источникам знаний и коллективно обсуждают результаты своей работы.
Семинар – Форма коллективной самостоятельной работы, которая способствует углублённому изучению материала и формированию мировоззренческих идей, проявлению в наибольшей степени индивидуальных способностей, коллективного творчества.
Подготовка к семинару предполагает следующие этапы:
1. Выбор темы, определение задач.
2. Подбор дополнительной литературы.
3. Распределение заданий и тем для сообщений.
4. Организация предварительной работы, консультации.
5. Выбор методов и приёмов поведения.
6. Подбор средств наглядности.
7. Составление плана проведения семинара.
Структура семинарских занятий может быть различной. Она зависит
от сложности обсуждаемых вопросов, дидактических задач, степени
подготовленности учащихся к самостоятельной работе.
В практике обучения общей биологии семинары традиционно
организуются с целью повторения и обобщения знаний учащихся по
теме и имеют следующую структуру:
1.Вводное слово учителя, формулировка задач, постановка проблемы,
знакомство с планом проведения семинара.
2.Выступления учащихся (сообщения по заданным темам).
3.Обсуждение вопросов семинара в процессе беседы.
4.Подведение итогов (анализ сообщений учащихся, оценка выступлений).
«Как готовиться к семинару»
1.Внимательно прочитай вопросы к семинару; ознакомься со списком литературы.
2.Не откладывай поиск литературы и подготовку к семинару на последние дни.
3.Изучи указанную литературу и определи основные источники по каждому вопросу. Сделай необходимые выписки, названия, год издания, страницу.
4.При выявлении новых незнакомых терминов найди в словарях их значение.
5.Просматривая периодическую печать, делай вырезки по теме семинара.
6.В случае возникновения затруднений обратись за консультацией к учителю.
Материалистические теории происхождения жизни
Опорные точки
1.Представления древних людей о возникновении жизни носили вначале стихийно-материалистический характер.
2.В процессе развития цивилизации сменяли друг друга материалистические и идеалистические воззрения.
3.первые попытки объяснить возникновение жизни на Земле с научной точки зрения известны из глубокой древности.
Вопросы
1.Каковы основы и сущность жизни по мнению древнегреческих философов?
2.В чём заключается смысл опытов Франческо Реди?
3.Опишите опыты Луи Пастера, доказывающие невозможность самозарождения жизни в современных условиях?
4.что собой представляют теории вечности жизни?
Эволюция химических элементов в космическом пространстве
Опорные точки
1.Материя находится в непрерывном движении и развитии.
2.Биологическая эволюция являет собой определённый качественный этап эволюции материи в целом.
3. Преобразования элементов и молекул в космическом пространстве происходят постоянно с очень невысокой скоростью.
Вопросы
1.Что такое реакция ядерного синтеза? Приведите примеры.
2.Как в соответствии с гипотезой Канта-Лапласа из газово-пылевой материи формируются звёздные системы?
3.Есть ли различия в химическом составе планет одной и той же звёздной системы?
Первичная атмосфера Земли и условия среды на древней Земле
Опорные точки
1.Первичная атмосфера Земли состояла преимущественно из водорода и его соединений.
2.Земля находится на оптимальном расстоянии от Солнца и получает достаточное количество энергии для поддержания воды в жидком состоянии.
3.В водных растворах за счёт различных источников энергии возникают небиологическим путём простейшие органические соединения.
Вопросы
1.Перечислите космические и планетарные предпосылки возникновения жизни абиогенным путём на нашей планете.
2.Какое значение для возникновения органических молекул из неорганических веществ на Земле имел восстановительный характер первичной атмосферы?
3.Опишите аппарат и методику проведения опытов С. Миллера и П. Юри.
Коацерватная теория происхождения протобиополимеров
Опорные точки
1.Органические вещества по отношению к воде подразделяют на две подгруппы: гидрофобные и гидрофильные молекулы.
2.В водных растворах гидрофильные молекулы диссоциируют, образуя заряженные частицы.
3. Крупные органические молекулы, обладающие зарядом, либо связываются с субстратом, либо взаимодействуют друг с другом, в результате чего формируются Коацерваты.
Вопросы
1.Что такое коацервация, коацерват?
2.На каких модельных системах можно продемонстрировать образование коацерватных капель в растворе?
3.В чём заключаются преимущества для взаимодействия органических молекул в зонах высоких концентрация веществ?
Эволюция протобионтов
Опорные точки
1.Протобионты сформировались в мелких тёплых водоёмах, где в полосе прибоя происходило активное перемешивание растворов, содержащих органические молекулы.
2.Первыми аккумуляторами энергии могли стать молекулы пирофосфата.
3.Белки со случайной последовательностью аминокислот обладают слабой неспецифической активностью.
Вопросы
1.Каким образом в водах первичного мирового океана могли распределяться органические молекулы имеющие гидрофильные и гидрофобные свойства?
2.Что такое коацерватные капли?
3.Как происходил отбор коацерватов в «первичном бульоне»?
Начальные этапы биологической эволюции
Опорные точки
1.Первыми живыми организмами на нашей планете были гетеротрофные прокариотические живые организмы.
2.Истощение органических запасов первичного океана вызвало появление автотрофного типа питания, в частности фотосинтеза.
3. Появление эукариотических организмов сопровождалось возникновением диплоидности и ограниченного оболочкой ядра.
4. На рубеже архейской и протерозойской эры произошли первые многоклеточные.
Вопросы
1.В чём заключается сущность гипотезы возникновения эукариот путём симбиогенеза?
2.Какими способами первые эукаритортические клетки получали энергию, необходимую для процесса жизнедеятельности?
3.У каких органимзмов впервые в процессе эволюции появился половой процесс?
4.Опишите сущность гипотезы И. И. Мечникова о возникновении многоклеточных организмов.
Пусть у нашей Земли – небольшие права полустанка:
Рядовой огонёк на грохочущем Млечном Пути…
Но гляди, как порхают лимонница и голубянка,
Этой гаммы вовек на далёких мирах не найти.
Ю. Линник «Краски Земли»
Проблемные области
1.Каким образом мог быть преодолён концентрационный барьер в водах первичного океана?
2. В чём заключается принцип естественного обзора коацерватов в условиях ранней Земли?
3. Какие крупные эволюционные преобразования сопровождали первые шаги биологической эволюции?
Проблемные вопросы
1. Все теории возникновения жизни на Земле можно разделить на две группы: теории биогенеза и теории абиогенеза. В чём их сущность. Охарактеризуйте известные вам теории из каждой группы и назовите имена учёных, связанных с этими теориями.
Теории возникновения жизни на Земле
|
Теории |
Имена учёных |
Характеристика теорий |
| 1.
Теории
Абиогенеза |
||
| 2.
Теории
Биогенеза |
2. Охарактеризуйте звёздную и планетарную стадии развития Земли.
В чём сущность различных этапов зарождения жизни на Земле?
Какое значение имело появление процесса воспроизведения? Какие
организмы возникли в результате биогенеза?
3. Объясните, почему невозможно самозарождение жизни в
современных условиях. Почему все теории возникновения жизни
на Земле носят названия гипотез?
Вопрос 1. Каким образом в водах первичного океана могли распределяться органические молекулы, имеющие гидрофильные и гидрофобные свойства?
Гидрогрильные органические молекулы в водах первичного океана находились в растворенном ионизированном виде или осаждались па глинах и слюдах, гидрофобные образовывали пленки на поверхности воды.
Вопрос 2. Назовите механизм разделения раствора на фазы с высокой и низкой концентрацией молекул.
В водной среде растворимые вещества диссоциируют на ионы. Ионы являются заряженными частицами, а молекула воды представляет собой электрический диполь. Поэтому молекулы воды группируются вокруг заряженных частиц, образуя так называемую молекулярную «рубашку». Подобные структуры могут сливаться между собой, образуя участки с высокой концентрацией молекул, тогда как в окружающей среде их содержание будет относительно невысоко.
Вопрос 3. Что такое коацерватные капли?
Коацерватные капли - многомолекулярные комплексы, отграниченные от внешней среды водной оболочкой, способные к примитивному метаболизму по типу открытых систем, а также к самовоспроизведению на основе соответствии химического состава дочерних коацерватных капель условиям среды.
Вопрос 4. Как происходил отбор коацерватов в «первичном бульоне»?
Вопрос 5. Каково значение РНК для метаболизма протоклеток и первых клеточных форм?
Ученые полагают, что несмотря на ключевую роль белков в обмене веществ современных живых организмов, первыми «живыми» молекулами были не белки, а нуклеиновые кислоты, а именно рибонуклеиновые кислоты (РНК).
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
Вопрос 1. В чём заключается сущность гипотезы возникновения эукариот путём симбиогенеза?
Гипотеза симбиогенеза заключается в том, что вероятнее всего основной базой для возникновения эукариотической клетки была гетеротрофная амебовидная клетка, пищей которой служили более мелкие клетки. Среди них были и аэробные бактерии, которые могли продолжать функционировать в клетке-хозяине. Те амебовидные клетки, в теле которых аэробные бактерии продолжали функционировать, оказались в более выгодном положении, чем клетки, продолжавшие получать энергию анаэробным путем. В дальнейшем аэробные бактерии-симбиоиты превратились в митохондрии, а к поверхности клетки-хозяина прикрепилась другая группа симбионтов - жгутиковые бактерии. Они дали начало органеллам движения - жгутикам (ресничкам). Так возникли предшественники ныне живущих жгутиковых простейших.
Образовавшиеся подвижные эукариоты путем симбиоза с фотосинтезирующими прокариотами дали начало водорослям, а в дальнейшем и высшим растениям.
Вопрос 2. Какими способами первые эукариотические клетки получали энергию, необходимую для процессов жизнедеятельности?
Первые эукариотические клетки обладали гетеротрофным типом питания и, по-видимому, являлись анаэробами (бескислородный тип энергетического обмена), получая энергию за счет брожения. Так продолжалось до тех пор, пока в результате симбиоза в эукариотических клетках не появились митохондрии, основой для формирования которых послужили аэробные бактерии, позволившие эукариотическим организмам перейти на аэробный тип обмена. Другая группа эукариот приобрела пластиды и перешла к автотрофному типу питания.
Вопрос 3. У каких организмов впервые в процессе эволюции появился половой процесс?
Половой процесс в ходе эволюции возник у одноклеточных эукариот, обладавших диплоидным набором хромосом, что сделало возможным обмен копиями генов между разными особями одного вида. Так, например, у инфузорий половой процесс называется конъюгацией и заключается в обмене Гаплоидными ядрами (содержащими одинарный набор хромосом) между двумя организмами.
Вопрос 4. Опишите сущность гипотезы И. И. Мечникова о возникновении многоклеточных организмов.
Основу современных представлений о возникновении многоклеточных организмов составляет гипотеза фагоцителлы, разработанная И.И. Мечниковым.
В соответствии с этой гипотезой многоклеточные организмы произошли от колониальных простейших-жгутиконосцев. Среди клеток такой колонии существовали движущие клетки, снабженные жгутиками, и питающие - фагоцитирующие добычу и уносящие ее в глубь колонии. Впоследствии и3 наружного слоя клеток, выполнявшего покровную и двигательную функции, образовалась эктодерма - покровная ткань, а из клеток, занимавшихся пищеварением, - энтодерма. Часть клеток, которая специализировалась па функции размножения, стали половыми клетками. Подтверждением данной гипотезы является существование фагоцителлоподобного организма - трихоплакса.
Вопрос 5. Каковы пути эволюции фагоцителлоподобных многоклеточных с позиции А. В. Иванова?
Предполагается, что на раннем этапе эволюциии многоклеточных фагоцителлы, не имеющие рта и питающие только за счет фагоцитоза, оседали на дно. На этом этапе фагоцителлы имели сформированные кинобласт и фагоцитобласт. Формы, перешедшие к неподвижному образу жизни, дали начало губкам. Другие формы фагоцителл, осевшие на дно, освоили ползающий образ жизни, приобрели способность к внеорганизменному пищеварению и дали начало пластинчатым.
Многоклеточные, возникшие от фагоцителл на этом этапе их эволюции, отличаются от других многоклеточных. Для них характерно наличие кинобласта - исходно наружного жгутикового слоя клеток, и фагоцитобласта, внутреннего слоя, содержащего амеболидные, опорные, сократимые, скелетогенные и генеративные элементы. Также для них характерно отсутствие рта и кишечника, отсутствие нерной системы и мускулатуры.
Фагоцителлы продолжали прогрессивную эволюцию в толще воды, в ходе этой эволюции были достигнуты три основных этапа:
Для первого этапа было характерно появление передне-задней полярности, формирование рта, появление нервной и мышечной ткани, разделение фагоцитобласта на центральный, выполняющий пищеварительную функцию, и периферический, выполняющий опорную и транспортную функцию, при этом как центральный, так и периферическийфагоцитобласт остается неэпителизованным;
Для второго этапа характерна эпителизация центрального фагоцитобласта, за счет чего формируется кишечник, имеющий полость;
Для третьего этапа характерна эпителизация периферического фагоцитобласта.
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ
Вопрос 1. Какие ограничения накладывает одноклеточность на эволюцию живых организмов?
Предпосылкой к появлению многоклеточных форм жизни стали колониальные одноклеточные организмы. Их дочерние клетки после воспроизведения не отделяются от материнской и существуют в непосредственном соприкосновении. Являясь, как и все одноклеточные главным образом принимающей стороной в информационных взаимодействиях они способны вступать только в самые примитивные виды взаимного обмена информацией, связанные, например, с информацией о физическом их контакте. Внешняя информация из среды принимается и реализуется каждым членом колонии самостоятельно. Их совместная деятельность ограничивается самим фактором создания единого физического тела в целях выживания каждой отдельной особи.
Вопрос 2. В чём вы видите недостатки гипотезы Э. Геккеля о возникновении многоклеточных организмов? Расскажите о научном значении представлений этого учёного.
Гипотеза гастреи страдает существенными недостатками, которые не укрылись уже от некоторых современников Геккеля и давали повод для ее резкой критики.
Действительно, гипотеза гастреи не согласуется со многими данными зоологии и должна уступить место более совершенной концепции. Впрочем, учение о протозойных колониальных предках Metazoa, лежащее в основе обобщений Геккеля, целиком сохраняет свое значение и поныне. Вторым «рациональным» зерном гипотезы гастреи следует считать учение о бластее, которое без особенных изменений было воспринято авторами некоторых других колониальных гипотез.
Вопрос 3. Как вы думаете, каким образом происходило формирование специфической каталитической активности белков у протобионтов?
Появление таких истинно живых систем – протобионтов - происходило на следующем, 4-м этапе развития жизни. У этих протобионтов появляется корреляция между нуклеиновыми кислотами и белками; способность синтезировать белки определенного строения в соответствии с информацией, заключенной в нуклеиновой кислоте. Одновременно у них совершенствуется поверхностный аппарат, обеспечивающий упорядоченность обмена веществ, поддержание стабильности системы. И, главное, они приобретают способность к самовоспроизведению.
ПРОБЛЕМНЫЕ ОБЛАСТИ
Вопрос 1. Каким образом могла быть преодолена низкая концентрация органических молекул в водах первичного океана?
Низкая концентрация органических молекул в водах первичного океана могла быть преодолена следующими способами:
1. Адсорбция органических веществ первичного океана в мелкопористых, очень тонких глинах приливно-отливной зоны. Это значительно повышало их концентрацию.
2. Локализация данных адсорбентов преимущественно в приливно-отливной и прибойной зоне, что обеспечивало постоянное перемешивание веществ между собой и увеличивало частоту происходящих биохимических реакций.
3. Процессы коацервации, которые позволяли сконцентрироваться полимерам в пределах одной капли при крайне низкой их концентрации в растворе.
Вопрос 2. В чём заключаются принципы естественного отбора коацерватов в условиях ранней Земли?
Естественный отбор действовал в сторону сохранения коацерватов, обладавших наиболее разнообразными к наиболее удачными в смысле каталитической активности пептидами.
Вопрос 3. Как, по вашему мнению, произошло объединение способности нуклеиновых кислот к самовоспроизведению и возможности белков к осуществлению каталитической активности?
Подлинное начало биологической эволюции ознаменовано возникновением пробионтов с кодовыми отношениями между белками и нуклеиновыми кислотами. Взаимодействие белков и нуклеиновых кислот обусловило возникновение таких свойств живого, как самовоспроизведение, сохранение наследственной информации и ее передача последующим поколениям- Вероятно, на более ранних этапах преджизни существовали независимые друг от друга молекулярные системы полипептидов и полинуклеидов с весьма несовершенным обменом веществ и механизмом самовоспроизведения. Огромный шаг вперед был сделан именно в тот момент, когда произошло их объединение: способность к самовоспроизводству нуклеиновых кислот дополнилась каталитической активностью белков. Пробионты, в которых обмен веществ сочетался со способностью к самовоспроизведению, имели наилучшую перспективу сохраниться в предбиологическом отборе. Дальнейшее их развитие уже полностью приобрело черты биологической эволюции, которая и осуществлялась на протяжении не менее чем 3,5 млрд. лет.
Вопрос 4. Какие крупные эволюционные преобразования сопровождали первые шаги биологической эволюции?
Особое значение в эволюции пробионтов сыграло формирование каталитических систем. Первыми катализаторами были простейшие соединения, соли железа, меди, других тяжелых металлов, но их действие было очень слабым. Постепенно на основе предбиологического отбора эволюционно формировались биологические катализаторы. Из огромного количества химических соединений, присутствующих в «первичном бульоне», отбирались наиболее эффективные в каталитическом отношении комбинации молекул. На определенном этапе эволюции простые катализаторы были заменены ферментами. Ферменты контролируют строго определенные реакции, и это имело огромное значение для совершенствования процесса обмена веществ.
Вопрос 5. В чём, по вашему мнению, заключаются преимущества многоклеточных организмов?
Хотя одноклеточные очень многочисленны и широко распространены на Земле, по сравнению с ними многоклеточные организмы имеют ряд преимуществ. В первую очередь, они могут использовать ресурсы среды, недоступные единичной клетке. Например, наличие множества клеток, образующих различные ткани и органы, позволяет дереву или кустарнику достичь большой величины, с помощью корней обеспечить себе водное и минеральное питание, а в зеленых листьях создавать органические вещества. Многоклеточные животные благодаря тканям и органам способны лучше добывать пищу, осваивать новые места обитания.
ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ
Вопрос 1. Как, по вашему мнению, можно использовать реакции ядерного синтеза в народном хозяйстве?
Я помощью реакций ядерного синтеза можно производить облучение семян растений для увеличения их продуктивности.
Вопрос 2. Опишите аппарат, при помощи которого С. Миллеру и Г. Юри удалось доказать справедливость представлений А. И. Опарина об абиогенном синтезе органических соединений в условиях древней Земли.
Собранный аппарат представлял собой две колбы, соединённые стеклянными трубками в цикл. Заполнявший систему газ представлял собой смесь из метана (CH4), аммиака (NH3), водорода (H2) и монооксида углерода (CO). Одна колба была наполовину заполнена водой, которая при нагревании испарялась и водные пары попадали в верхнюю колбу, куда с помощью электродов подавались электрические разряды, имитирующие разряды молний на ранней Земле. По охлаждаемой трубке конденсировавшийся пар возвращался в нижнюю колбу, обеспечивая постоянную циркуляцию.
После одной недели непрерывного цикла Миллер и Юри обнаружили, что 10-15 % углерода перешло в органическую форму. Около 2 % углерода оказались в виде аминокислот, причём глицин оказался наиболее распространённой из них. Были также обнаружены сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот. Эксперимент повторялся несколько раз в 1953-1954 годах. Миллер использовал два варианта аппарата, один из которых, т. н. «вулканический», имел определённое сужение в трубке, что приводило к ускоренному потоку водных паров через разрядную колбу, что, по его мнению, лучше имитировало вулканическую активность. Интересно, что повторный анализ проб Миллера, проведённый через 50 лет профессором и его бывшим сотрудником Джеффри Бейдом с использованием современных методов исследования, обнаружил в пробах из «вулканического» аппарата 22 аминокислоты, то есть гораздо больше, чем считалось ранее.
ЗАДАНИЯ
Вопрос 1. Познакомьтесь по учебникам физики с источниками энергии, обеспечившими образование органических молекул на Земле, а также с методами определения возраста пород и органических остатков.
Физики и химики открыли, что атомы некоторых элементов - урана, тория, радия и др. - все время изменяются, "распадаются", образуя другие элементы. Превращение атомов, или распад, сопровождается радиацией, т.е. излучением мелких заряженных частиц. Поэтому такие элементы называются радиоактивными, а процесс их превращения - радиоактивным распадом. Оказалось, что радиоактивный распад протекает всегда с одной и той же скоростью. На него не влияют высокая температура и давление в недрах Земли. В науке принято определять скорость радиоактивного распада временем, необходимым для распада половины имевшегося вначале количества элемента. Это время называется периодом полураспада. Он неодинаков у разных элементов. Полураспад рубидия-87 происходит за 50 млрд. лет, калия-40 - за 1,25 млрд. лет, урана-238 - за 4,52 млрд. лет, радия - за 1590 лет. Постоянные для каждого радиоактивного элемента скорости распада позволяют использовать их как точные часы для измерения возраста горных пород.
Вопрос 2. Из курса астрономии вспомните, как формировалась Солнечная система и какие процессы сопровождали образование планеты Земля.
Астрономы прошлого предложили множество теорий образования Солнечной системы, а в сороковых годах ХХ века советский астроном Отто Шмидт предположил, что Солнце, вращаясь вокруг центра Галактики, захватило облако пыли. Из вещества этого огромного холодного пылевого облака сформировались холодные плотные допланетные тела – планетезимали. Наша Солнечная система – не единственная во Вселенной Элементы этой теории используются в современной космогонии. Согласно компьютерным расчетам, первоначальная масса газопылевого облака, в котором образовалась Солнечная система, была более 104 М. Первоначальный размер облака существенно превышал размеры Солнечной системы, а его состав был аналогичен тому, что наблюдается в плотных холодных межзвездных туманностях, то есть 99 % межзвездного газа и 1 % межзвездной пыли. У нескольких десятков звезд в настоящее время обнаружены планетные системы.В настоящее время общепризнанной является теория формирования планетной системы в четыре этапа. Планетная система формируется из того же протозвездного пылевого вещества, что и звезда, и в те же сроки. Первоначальное сжатие протозвездного пылевого облака происходит при потере им устойчивости. Центральная часть сжимается самостоятельно и превращается в протозвезду. Другая часть облака с массой, примерно в десять раз меньше центральной части, продолжает медленно вращаться вокруг центрального утолщения, а на периферии каждый фрагмент сжимается самостоятельно. При этом стихает первоначальная турбулентность, хаотичное движение частиц, газ конденсируется в твердое вещество, минуя жидкую фазу. Образуются более крупные твердые пылевые крупинки – частицы. Чем крупнее образовавшиеся крупинки, тем быстрее они падают на центральную часть пылевого облака. Часть вещества, обладающая избыточным моментом вращения, образует тонкий газопылевой слой – газопылевой диск. Вокруг протозвезды формируется протопланетное облако – пылевой субдиск. Протопланетное облако становится все более плоским, сильно уплотняется. Из-за гравитационной неустойчивости в пылевом субдиске образуются отдельные мелкие холодные сгустки, которые, сталкиваясь друг с другом, образуют все более массивные тела – планетезимали. В процессе формирования планетной системы часть планетезималей разрушилась в результате столкновений, а часть объединилась. Образуется рой допланетных тел размером около 1 км, количество таких тел очень велико – миллиарды. Затем допланетные тела объединяются в планеты. Аккумуляция планет продолжается миллионы лет, что очень незначительно по сравнению со временем жизни звезды. Протосолнце становится горячим. Его излучение нагревает внутреннюю область протопланетного облака до 400 К, образовав зону испарения. Под действием солнечного ветра и давления света легкие химические элементы (водород и гелий) оттесняются из окрестностей молодой звезды. В далекой области, на расстоянии свыше 5 а.е., образуется зона намерзания с температурой примерно 50 К. Это приводит к различиям в химическом составе будущих планет.
Вопрос 3. По учебникам химии повторите строение и функции органических молекул, в частности белков и нуклеиновых кислот.
Белки – это полимеры, т.е. молекулы, построенные, как цепи, из повторяющихся мономерных звеньев, или субъединиц, роль которых играют у них а-аминокислоты. В составе большинства исследованных белков всех живых организмов было выявлено 20 аминокислот, участвующих в их построении.
Белковая молекула (полипептидная цепь) может состоять всего лишь из относительно небольшого числа аминокислот или из нескольких тысяч мономерных звеньев. Соединение аминокислот в цепи возможно потому, что у каждой из них имеются две разные химические группы: обладающая основными свойствами аминогруппа, NH2, и кислотная карбоксильная группа, СООН. Обе эти группы присоединены к а-атому углерода.
По своему строению нуклеиновые кислоты являются полинуклеотидами, состоящими из очень большого количества мононуклеотидов (нуклеотидов). Любой нуклеотид обязательно включает в себя азотистое основание (циклическое соединение, содержащее атомы азота и обладающее щелочными свойствами), углевод и фосфорную кислоту.
Азотистые основания бывают двух типов: пуриновые и пиримидиновые.