Эволюционная, популяционная и общая генетика. Положения, пересекающиеся с валеологией

Вид материала

Документы

Содержание 3. Теории возникновения жизни

Подобный материал:

• Программа конференции будет включать следующие направления: Популяционная и эволюционная, 96.73kb.
• В. В. Яковлев Популяционная генетика человека (Исправлено, добавлено) Томск, 1047.72kb.
• Темы: общая генетика, генетика человека, медицинская генетика. Вопросы для самоподготовки., 39.67kb.
• М. В. Ломоносова биологический факультет кафедра антропологии Реферат, 448.61kb.
• Генетика Генетика, 18.18kb.
• С. П. Сапожников Е. М. Лузикова О. И. Московская Общая и медицинская генетика Учебное, 1850.35kb.
• Задание точки на чертеже в системе двух- трех плоскостей проекций. Линии связи. Задание, 503.91kb.
• Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальной дисциплине 08. 00., 143.52kb.
• I. Методический аспект изучения раздела «Генетика», 931.6kb.
• Тест №1. Генетика это: генетика как учебная дисциплина) выбор единственно правильного, 593.05kb.

3. Теории возникновения жизни [по материалам Википедии].


После рассмотрения первых трех теорий биологической эволюции и гипотезы мира РНК, благодаря которой жизнь, возможно, существовала на определенном этапе своего развития, следует вспомнить также основные теории возникновения жизни, т.е. процесса превращения неживой природы в живую.


Теория химической эволюции или пребиотическая эволюция — первый этап эволюции жизни, в ходе которого органические, пребиотические вещества возникли из неорганических молекул под влиянием внешних энергетических и селекционных факторов и в силу развертывания процессов самоорганизации, свойственных всем относительно сложным системам, которыми бесспорно являются все углерод-содержащие молекулы.


Также этими терминами обозначается теория возникновения и развития тех молекул, которые имеют принципиальное значение для возникновения и развития живого вещества.


Всё, что известно о химизме вещества, позволяет ограничить проблему Х.Э. рамками так наз. "водно-углеродного шовинизма", постулирующего, что жизнь в нашей Вселенной представлена в единственно возможном варианте: в качестве "способа существования белковых тел", осуществимого благодаря уникальному сочетанию полимеризационных свойств углерода и деполяризующих свойств жидко-фазной водной среды, как совместно необходимых и/или достаточных условий для возникновения и развития всех известных нам форм жизни. При этом подразумевается, что, по крайней мере, в пределах одной сформировавшейся биосферы может существовать только один, общий для всех живых существ данной биоты код наследственности, но пока остается открытым вопрос, существуют ли иные биосферы вне Земли и возможны ли иные варианты генетического аппарата.


Также неизвестно, когда и где началась химическая эволюция. Возможны любые сроки по окончании второго цикла звёздообразования, наступившего после конденсации продуктов взрывов первичных сверхновых звезд, поставляющих в межзвездное пространство тяжелые элементы (с атомной массой более 26). Второе поколение звёзд, уже с планетными системами, обогащенными тяжёлыми элементами, которые необходимы для реализации Х.Э. появилось через 0,5-1,2 млрд. лет после Большого взрыва. При выполнении некоторых вполне вероятных условий, для запуска Х.Э. может быть пригодна практически любая среда: глубины океанов, недра планет, их поверхности, протопланетные образования и даже облака межзвёздного газа, что подтверждается повсеместным обнаружением в космосе методами астрофизики многих видов органических веществ - альдегидов, спиртов, сахаров и даже аминокислоты глицина, которые вместе могут служить исходным материалом для Х.Э., имеющей своим конечным результатом возникновение жизни.


Исследование химической эволюции осложняется тем, что в настоящее время знания о геохимических условиях древней Земли не являются достаточно полными.


Поэтому, кроме геологических, привлекаются также астрономические данные. Так, условия на Венере и Марсе рассматривают как близкие к тем, что были на Земле на различных этапах её эволюции. Основные данные о химической эволюции получены в результате модельных экспериментов, в ходе которых удалось получить сложные органические молекулы при имитации различных химических составов атмосферы, гидросферы и литосферы и климатических условий.


На основе имеющихся данных был выдвинут ряд гипотез о конкретных механизмах и непосредственных движущих силах химической эволюции.


Абиогенез — образование органических соединений, распространённых в живой природе, вне организма без участия ферментов.


В широком смысле абиогенез — возникновение живого из неживого, то есть исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. В 20-х годах XX века академик Опарин предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней. Он назвал их коацерватные капли, или просто коацерваты. В 1953 году Стэнли Миллером экспериментально осуществлён абиогенный синтез аминокислот и других органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли.


Существует также теория гиперциклов; согласно которой первые проявления жизни были соответственно в виде гиперциклов — комплекса сложных каталитических реакций, продукты выхода которых являются катализаторами для последующих реакций.


В 2008 году американские биологи сделали важный шаг к пониманию начальных этапов зарождения жизни. Им удалось создать «протоклетку» с оболочкой из простых липидов и жирных кислот, способную втягивать из окружающей среды активированные нуклеотиды — «кирпичики», необходимые для синтеза ДНК [Марков А. Искусственные протоклетки синтезируют ДНК без помощи ферментов. ru/news/430749].


Гипотезы химической эволюции должны объяснять различные аспекты:

1. Небиологическое начало биомолекул, то есть их развитие из неживущих и, соответственно, неорганических предшественников.
   
2. Появление способных к само-репликации и само-изменению химических информационных систем, то есть возникновение клетки.
   
3. Появление взаимной зависимости функции (ферментов) и информации (РНК, ДНК).
   
4. Условия среды Земли в период от 4,5 до 3,5 млрд. лет назад.
   

Большой вклад в прояснение этих вопросов, среди прочих, сделали следующие учёные:

• Александр Опарин: Коацерваты.
  
• Гарольд Юри и Стэнли Миллер в 1953: Возникновение простых биомолекул в симулируемой древней атмосфере.
  
• Сидней Фокс: Микросферы из протеноидов.
  
• Томас Чек (университет Колорадо) и Сидней Алтман (университет Yale New Haven Connecticut) в 1981: Автокаталитическое РНК-деление: «Рибозимы» объединяют катализ и информацию в молекуле. Они в состоянии вырезать себя из более длинной цепи РНК и соединять остающиеся концы снова.
  
• Уолтер Гилберт (Гарвард, университет Кембридж) разрабатывает в 1986 идею мира РНК.
  
• Гюнтер фон Кидровски (Рур-университет Бохум) представляет в 1986 году первую само-реплицирующуюся систему на основе ДНК, важный вклад в понимание функций роста само-реплицирующихся систем
  
• Манфред Эйген (институт Макса Планка факультет биофизической химии, Геттинген): Эволюция ансамблей молекул РНК. Гиперцикл.
  
• Юлий Ребек (Кембридж) создаёт искусственную молекулу (Aminoadenosintriazidester), которая само-реплицируется в растворе хлороформа. Копии все же идентичны образцу, так что эволюция для этих молекул невозможна.
  
• Джон Корлис (Goddard центр космических полётов — НАСА): Термальные источники морей поставляют энергию и химикалии, которые делают возможными абсолютно независимую от столкновений с метеоритами химическую эволюцию. Ещё сегодня они являются средой жизни для первоначальных по многих признаках археобактерий (Archaea).
  
• Гюнтер Вэхтерсхойзер (Мюнхен): Первые само-реплицирующиеся структуры с обменом веществ возникли на поверхности пирита. Пирит (сульфид железа) поставил для этого необходимую энергию. На растущих и снова распадающихся кристаллах пирита эти системы могли расти и размножаться, и различные популяции конфронтировали с разным условиям среды (условия отбора).
  
• А. Г. Cairns-Smith (университет Глазго) и Дэвид К. Мауерцалл (Rockefeller-Universität New York, Нью-Йорк) видят в глиняных минералах систему, которая сначала сама подчинена химической эволюции, из-за чего возникает много различных, самореплицирующихся кристаллов. Эти кристаллы притягивают своим электрическим зарядом органические молекулы и катализируют синтез комплексных биомолекул, при чём объём информации кристаллических структур служит сначала матрицей. Эти органические соединения становятся все более сложными, до тех пор пока они не могут размножаться без помощи глиняных минералов.
  
• Вольфганг Вайганд, Марк Дерр и др. (Институт Макса Планка факультет биогеохимии, Йена) показали в 2003, что сульфид железа может катализировать синтез аммиака из молекулярного азота.
  

Пребиотический синтез сложных соединений молекул может делится на три последовательных этапа:

1. Возникновение простых органических соединений (спиртов, кислот, гетероциклических соединений: пуринов, пиримидинов и пирролов) из неорганических материалов.
   
2. Синтез более сложных органических соединений-"биомолекул" — представителей наиболее распространённых классов метаболитов, в том числе и мономеров — структурных единиц биополимеров (моносахаридов, аминокислот, жирных кислот, нуклеотидов) из простых органических соединений.
   
3. Возникновение сложных биополимеров (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты) из основных структурных единиц — мономеров.
   

Одним из вопросов является химический состав среды, в которой осуществлялся пребиологический синтез, в том числе то, какие неорганические компоненты являлись источниками различных элементов, входящих в состав различных органических соединений. Все гипотезы исходят из того, что помимо воды и фосфатов на начальных этапах истории Земли в атмосфере и гидросфере в достаточном количестве имелись только восстановленные формы, отличающиеся от обычных в современный период химических соединений, так как древняя атмосфера не содержала молекулярного кислорода.


В качестве источника энергии, инициирующей синтез, в это время могли выступать Ультрафиолетовое излучение Солнца, тепло вулканических процессов, ионизирующие излучения радиоактивного распада и электрические разряды. Существуют также теории, в рамках которых источником необходимой для возникновения биомолекул энергии могут служить окислительно-восстановительные процессы между вулканическими газами (восстановитель) и частично окисляющими сульфидными минералами, например пиритом (FeS2).


Унифицированная модель химической эволюции ещё не разработана, возможно потому, что основные принципы ещё не открыты.