Перші неорганічні сполуки з'явилися. Біологія: Завдання та вправи – Богданова Т.Л. Процес утворення живими організмами органічних молекул із неорганічних за рахунок енергії
Вперше отримати органічні молекули - амінокислоти - в лабораторних умовах, що моделюють ті, що були на первісній Землі, вдалося американському вченому Стенлі Міллеру в 1952 році. Тоді ці експерименти стали сенсацією, і їхній автор отримав всесвітню популярність. В даний час він продовжує займатися дослідженнями в передбіотичній (до виникнення життя) хімії в Каліфорнійському університеті. Установка, на якій був здійснений перший експеримент, була системою колб, в одній з яких можна було отримати потужний електричний розряд при напрузі 100000 В. Міллер заповнив цю колбу природними газами - метаном, воднем і аміаком, які були присутні в атмосфері первісної Землі. У колбі, розташованій нижче, була невелика кількість води, що імітує океан. Електричний розряд за своєю силою наближався до блискавки, і Міллер очікував, що під його дією утворюються хімічні сполуки, які, потрапивши потім у воду, прореагують один з одним і утворюють складніші молекули. Результат перевершив усі очікування. Вимкнувши ввечері установку і повернувшись наступного ранку, Міллер виявив, що вода в колбі набула жовтуватого забарвлення. Те, що утворилося, виявилося бульйоном із амінокислот - будівельних блоків білків. Таким чином, цей експеримент показав, як легко могли утворитися первинні живі інгредієнти. Загалом і потрібні були - суміш газів, маленький океан і невелика блискавка.
Інші вчені схильні вважати, що давня атмосфера Землі відрізняється від тієї, яку моделював Міллер, і складалася швидше за все з вуглекислого газу та азоту. Використовуючи цю газову суміш та експериментальну установку Міллера, хіміки спробували отримати органічні сполуки. Однак їх концентрація у воді була такою нікчемною, якби розчинили краплю харчової фарби в плавальному басейні. Природно, важко уявити, як могла виникнути життя в такому розведеному розчині. Якщо справді внесок земних процесів у створення запасів первинної органічної речовини був настільки незначним, то звідки воно узялося взагалі? Можливо, з космосу? Астероїди, комети, метеорити і навіть частинки міжпланетного пилу могли нести органічні сполуки, включаючи амінокислоти. Ці позаземні об'єкти могли забезпечити потрапляння в первинний океан або невелике водоймище достатньої для зародження життя кількості органічних сполук. Послідовність і часовий інтервал подій, починаючи від утворення первинної органічної речовини і закінчуючи появою життя як такого, залишається і, напевно, назавжди залишиться загадкою, яка хвилює багатьох дослідників, так само як і питання, що власне вважається життям.
Роцес формування перших органічних сполук Землі називають хімічної еволюцією. Вона передувала біологічній еволюції. Етапи хімічної еволюції було виділено А.И.Опариным.
І етап– небіологічний, або абіогенний (від грец. u, un – негативна частка, bios – життя, genesis – походження). На цьому етапі в атмосфері Землі та водах первинного океану, насичених різноманітними неорганічними речовинами, в умовах інтенсивного сонячного випромінювання відбувалися хімічні реакції. У цих реакцій з неорганічних речовин могли сформуватися прості органічні речовини – амінокислоти, прості вуглеводи, спирти, жирні кислоти, азотисті підстави.
Можливість синтезу органічних речовин із неорганічних у водах первинного океану підтвердилася у дослідах американського вченого С.Міллера та вітчизняних учених А.Г.Пасинського та Т.Є.Павловської.
Міллер сконструював установку, у якій містилася суміш газів – метану, аміаку, водню, водяної пари. Ці гази могли входити до первинної атмосфери. В іншій частині апарату була вода, яка доводилася до кипіння. Гази та водяна пара, що циркулювали в апараті під високим тиском, протягом тижня піддавалися впливу електричних розрядів. В результаті суміші утворилося близько 150 амінокислот, частина з яких входить до складу білків.
Згодом експериментально підтвердилася можливість синтезу та інших органічних речовин, у тому числі азотистих основ.
ІІ етап– синтез білків – поліпептидів, які могли утворитися із амінокислот у водах первинного океану.
ІІІ етап- Поява коацерватів (від лат. Coacervus - згусток, купа). Молекули білків, що мають амфотерність, за певних умов можуть спонтанно концентруватися та утворювати колоїдні комплекси, які отримали назву коацерватів.
Коацерватні краплі утворюються при змішуванні двох різних білків. Розчин одного білка у воді прозорий. При змішуванні різних білків розчин каламутніє, під мікроскопом у ньому помітні краплі, що плавають у воді. Такі краплі – коацервати могли з'явитися у водах 1000 первинного океану, де були різноманітні білки.
Деякі властивості коацерватів зовні подібні до властивостей живих організмів. Наприклад, вони «поглинають» із навколишнього середовища та вибірково накопичують певні речовини, збільшуються у розмірах. Можна припустити, що всередині коацерватів речовини вступали у хімічні реакції.
Оскільки хімічний склад«бульйону» в різних частинахпервинного океану відрізнявся, неоднакові були хімічний склад та властивості коацерватів. Між коацерватами могли формуватися відносини конкуренції за речовини, розчинені у «бульйоні». Однак коацервати не можна вважати живими організмами, тому що у них була відсутня здатність до відтворення собі подібних.
IV етап- Поява молекул нуклеїнових кислот, здатних до самовідтворення.
Дослідження показали, що короткі ланцюги нуклеїнових кислот здатні подвоюватися поза всяким зв'язком із живими організмами – у пробірці. Виникає питання: як народився Землі генетичний код?
Американський учений Дж.Бернал (1901-1971) довів, що мінерали грали велику роль синтезі органічних полімерів. Було показано, що ряд гірських поріді мінералів – базальт, глини, пісок – має інформаційні властивості, наприклад, на глинах може здійснюватися синтез поліпептидів.
Мабуть, спочатку сам собою виник «мінералогічний код», у якому роль «літер» грали катіони алюмінію, заліза, магнію, чергуються у різних мінералах у певній послідовності. У мінералах виникає три-, чотири-і п'ятилітерний код. Цей код визначає послідовність з'єднання амінокислот в білковий ланцюг. Потім роль інформаційної матриці перейшла від мінералів до РНК, а потім до ДНК, яка виявилася надійнішою для передачі спадкових ознак.
Проте процеси хімічної еволюції не пояснюють, як з'явилися живі організми. Процеси, що призвели до переходу від неживого до живого, Бернал назвав біопоезом. Біопоез включає етапи, які мали передувати появі перших живих організмів: виникнення мембран у коацерватів, метаболізму, здатності до самовідтворення, фотосинтезу, кисневого дихання.
До появи перших живих організмів могло призвести освіту клітинних мембраншляхом вибудовування молекул ліпідів лежить на поверхні коацерватів. Це забезпечувало стабільність їхньої форми. Включення до складу коацерватів молекул нуклеїнових кислот забезпечило їхню здатність до самовідтворення. У процесі самовідтворення молекул нуклеїнових кислот виникали мутації, які були матеріалом для природного відбору.
Так, на основі коацерватів могли виникнути перші живі істоти. Вони, мабуть, були гетеротрофами і харчувалися багатими енергією складними органічними речовинами, які у водах первинного океану.
Принаймні збільшення чисельності організмів конкуренція з-поміж них загострювалася, оскільки запаси поживних речовин, у водах океану зменшувалися. У деяких організмів з'явилася здатність до синтезу неорганічних органічних речовин з використанням сонячної енергії або енергії хімічних реакцій. Так виникли автотрофи, здатні до фотосинтезу чи хемосинтезу.
Перші організми були анаеробами та отримували енергію в ході реакцій безкисневого окислення, наприклад бродіння. Однак поява фотосинтезу призвела до нагромадження в атмосфері кисню. В результаті виникло дихання - кисневий, аеробний шлях окислення, який приблизно в 20 разів ефективніший за гліколіз.
Спочатку життя розвивалося у водах океану, оскільки сильне ультрафіолетове випромінювання згубно впливало на організми суші. Поява озонового шару результаті накопичення кисню у атмосфері створило передумови для виходу живих організмів на сушу.
Нині є кілька наукових визначень життя, але вони не точні. Одні їх настільки широкі, що під них потрапляють такі неживі об'єкти, як вогонь або кристали мінералів. Інші - надто вузькі, і відповідно до них мули, що не дають потомства, не визнаються живими.
Одне з найбільш вдалих визначає життя як хімічну систему, що самопідтримується, здатну поводитися відповідно до законів дарвінівської еволюції. Це означає, що, по-перше, група живих особин має виробляти подібних до себе нащадків, які успадковують ознаки батьків. По-друге, у поколіннях нащадків мають виявлятися наслідки мутацій - генетичних змін, які успадковуються наступними поколіннями та зумовлюють популяційну мінливість. І, по-третє, необхідно, щоб діяла система природного відбору, в результаті якого одні особини отримують перевагу перед іншими і виживають у умовах, що змінилися, даючи потомство.
Які ж елементи системи були потрібні, щоб у неї з'явилися характеристики живого організму? Велика кількість біохіміків і молекулярних біологів вважають, що необхідні властивості мали молекули РНК. Рибонуклеїнові кислоти – це особливі молекули. Одні з них можуть реплікуватися, мутувати таким чином, передаючи інформацію, і, отже, могли брати участь у природному доборі. Правда, вони не здатні самі каталізувати процес реплікації, хоча вчені сподіваються, що в недалекому майбутньому буде знайдено фрагмент РНК із такою функцією. Інші молекули РНК задіяні у "зчитуванні" генетичної інформації та передачі її на рибосоми, де відбувається синтез білкових молекул, у якому беруть участь молекули РНК третього типу.
Таким чином, найпримітивніша жива система могла бути представлена молекулами РНК, що подвоюються, піддаються мутаціям і схильними до природного відбору. У ході еволюції на основі РНК виникли спеціалізовані молекули ДНК - зберігачі генетичної інформації - і не менш спеціалізовані молекули білка, які взяли на себе функції каталізаторів синтезу всіх відомих нині біологічних молекул.
У якийсь момент часу "жива система" з ДНК, РНК і білка знайшла притулок усередині мішечка, утвореного ліпідною мембраною, і ця більш захищена від зовнішніх впливів структура послужила прототипом перших клітин, що дали початок трьом основним гілкам життя, які представлені в сучасному світібактеріями, археями та еукаріотами. Що ж до дати і послідовності появи таких первинних клітин, це залишається загадкою. Крім того, за простими ймовірнісними оцінками для еволюційного переходу від органічних молекул до перших організмів не вистачає часу – перші найпростіші організми з'явилися надто раптово.
Протягом багатьох років вчені вважали, що життя навряд чи могло виникнути і розвиватися в той період, коли Земля постійно зазнавала сутичок з великими кометами та метеоритами, а завершився цей період приблизно 3,8 мільярда років тому. Однак нещодавно в найдавніших на Землі осадових породах, знайдених у південно-західній частині Гренландії, було виявлено сліди складних клітинних структур, вік яких становить принаймні 3,86 мільярда років. Отже, перші форми життя могли виникнути за мільйони років до того, як припинилося бомбардування нашої планети великими космічними тілами. Але тоді можливий зовсім інший сценарій (рис. 4). Органічна речовина потрапляла на Землю з космосу разом із метеоритами та іншими позаземними об'єктами, що бомбардували планету протягом сотень мільйонів років з моменту її утворення. Нині зіткнення з метеоритом - подія досить рідкісна, але й зараз із космосу разом із міжпланетним матеріалом на Землю продовжують надходити такі самі сполуки, як і на зорі життя.
Космічні об'єкти, що падали на Землю, могли зіграти центральну роль у виникненні життя на нашій планеті, оскільки, на думку ряду дослідників, клітини, подібні до бактерій, могли виникнути на іншій планеті і потім вже потрапити на Землю разом з астероїдами. Одне зі свідчень на користь теорії позаземного походження життя було виявлено всередині метеорита, який формою нагадує картоплину і названий ALH84001. Спочатку цей метеорит був частинкою марсіанської кори, яку потім викинули в космос внаслідок вибуху при зіткненні величезного астероїда з поверхнею Марса, що стався близько 16 мільйонів років тому. А 13 тисяч років тому після тривалої подорожі в межах Сонячної системи цей уламок марсіанської породи у вигляді метеорита приземлився в Антарктиці, де й нещодавно був виявлений. При детальному дослідженні метеориту всередині нього були виявлені паличкоподібні структури, що нагадують формою скам'янілі бактерії, що дало привід для бурхливих наукових суперечок про можливість життя в глибині марсіанської кори. Вирішити ці суперечки вдасться не раніше 2005 року, коли Національне управління з аеронавтики та космічних досліджень Сполучених Штатів Америки здійснить програму польоту на Марс міжпланетного корабля для відбору проб марсіанської кори та доставки зразків на Землю. І якщо вченим вдасться довести, що мікроорганізми колись населяли Марс, то про позаземне виникнення життя і можливість занесення життя з Космосу можна буде говорити з більшою часткою впевненості.
Варіант 1
Частина А
1.
б) наявністю каталізаторів;
г) обмінними процесами.
2.
а) анаеробні гетеротрофи;
б) аеробні гетеротрофи;
в) автотроф;
г) організми-симбіонти.
3. До такої загальної якості живого, як саморегуляція, належить:
а) спадковість;
б) мінливість;
в) дратівливість;
г) онтогенез.
4. Сутність теорії абіогенезу полягає в:
в) створення світу Богом;
5. Кристал не є живою системою, тому що:
а) він не здатний до зростання;
в) йому не властива подразливість;
6. Досліди Луї Пастера довели можливість:
а) самозародження життя;
г) біохімічної еволюції.
7.
а) радіоактивність;
б) наявність рідкої води;
в) наявність газоподібного кисню;
г) маса планети.
8. Вуглець є основою життя Землі, т.к. він:
9. Виключіть зайве:
а) 1668;
б) Ф.Реді;
в) м'ясо;
г) бактерії.
10.
а) Л. Пастер;
б) О.Левенгук;
в) Л.Спалланцані;
г) Ф.Реді.
Частина Б
Завершіть речення.
1. Теорія, що постулює створення світу Богом (Творцем), – … .
2. Доядерні організми, які мають обмеженого оболонкою ядра і органоїдів, здатних до самовідтворення, – … .
3. Фазововідокремлена система, що взаємодіє із зовнішнім середовищем на кшталт відкритої системи, – … .
4. Радянський вчений, котрий запропонував коацерватну теорію походження життя, – … .
5. Процес, внаслідок якого організм набуває нової комбінації генів, – … .
Частина В
Дайте короткі відповіді на такі запитання.
1. Які загальні ознаки живої та неживої матерії?
2. Чому при виникненні перших живих організмів в атмосфері Землі мав бути відсутній кисень?
3. У чому був досвід Стенлі Міллера? Що відповідало «первинному океану» у цьому досвіді?
4. У чому основна проблема переходу від хімічної еволюції до біологічної?
5. Перерахуйте основні тези теорії А.І.Опаріна.
Варіант 2
Частина А
Випишіть номери запитань, поруч із ними запишіть букви правильних відповідей.
1. Живе відрізняється від неживого:
а) складом неорганічних сполук;
в) взаємодією молекул одна з одною;
г) обмінними процесами.
2. Першими живими організмами на планеті були:
а) анаеробні гетеротрофи;
б) аеробні гетеротрофи;
в) автотроф;
г) організми-симбіонти.
3.
а) метаболізм;
б) репродукція;
в) дратівливість;
г) онтогенез.
4. Сутність теорії біогенезу полягає в:
а) походження живого з неживого;
б) походження живого від живого;
в) створення світу Богом;
г) занесення життя із Космосу.
5. Зірка не є живою системою, тому що:
а) вона здатна до зростання;
в) вона не має дратівливості;
6.
а) самозародження життя;
б) появи живого лише з живого;
в) занесення «насіння життя» з Космосу;
г) біохімічної еволюції.
7. З перерахованих умов найважливішим для виникнення життя є:
а) радіоактивність;
б) наявність води;
в) наявність джерела енергії;
г) маса планети.
8. Вода є основою життя, тому що:
а) є добрим розчинником;
г) має всі перераховані властивості.
9. Виключіть зайве:
а) 1924;
б) Л. Пастер;
в) м'ясний бульйон;
г) бактерії.
10. Розташуйте в логічній послідовності такі імена:
а) Л. Пастер;
б) С.Міллер;
в) Дж.Холдейн;
г) А.І. Опарін.
Частина Б
Завершіть речення.
1. Процес утворення живими організмами органічних молекул із неорганічних за рахунок енергії сонячного світла – … .
2. Доклітинні утворення, які мали деякі властивості клітин (здатність до обміну речовин, самовідтворення тощо), – … .
3. Поділ розчину білків, що містить та інші органічні речовини, на фази з більшою чи меншою концентрацією молекул – … .
4. Англійський фізик, який припустив, що адсорбція була одним із етапів концентрування органічних речовин у ході передбіологічної еволюції – … .
5. Властива всім живим організмам система запису спадкової інформації у молекулах ДНК як послідовності нуклеотидів – … .
Частина В
1. У чому був досвід Стенлі Міллера? Що відповідало «блискавкам» у цьому досвіді?
2. Чому маса планети, на якій може виникнути життя, не повинна бути більшою за 1/20 маси Сонця?
3. До якої стадії розвитку життя Землі можна віднести слова гоголівського героя: «Числа не пам'ятаю. Місяця також не було. Було чорт знає, що таке»?
4. Які умови потрібні для виникнення життя?
5. Що таке панспермія? Хто з відомих вам вчених дотримувався цієї теорії?
Варіант 3
Частина А
Випишіть номери запитань, поруч із ними запишіть букви правильних відповідей.
1. Живе відрізняється від неживого:
а) складом неорганічних сполук;
б) здатністю до самовідтворення;
в) взаємодією молекул одна з одною;
г) обмінними процесами.
2. Першими живими організмами на планеті були:
а) анаеробні гетеротрофи;
б) аеробні гетеротрофи;
в) автотроф;
г) організми-симбіонти.
3. До такої загальної якості живого як, самооновлення, належить:
а) метаболізм;
б) репродукція;
в) дратівливість;
г) онтогенез.
4. Сутність креаціонізму полягає в:
а) походження живого з неживого;
б) походження живого від живого;
в) створення світу Богом;
г) занесення життя із Космосу.
5. Річка не є живою системою.
а) вона здатна до зростання;
б) вона здатна до розмноження;
в) вона не здатна до дратівливості;
г) в повному обсязі властивості живого їй властиві.
6. Досвід Франческо Реді довів неможливість:
а) самозародження життя;
б) появи живого лише з живого;
в) занесення «насіння життя» з космосу;
г) біохімічної еволюції.
7. З перерахованих умов найважливішим для виникнення життя є:
а) радіоактивність;
б) наявність води;
в) безмежно довгий часеволюції;
8. У період виникнення життя в атмосфері Землі мав бути відсутній кисень, тому що:
а) він є активним окисником;
б) має високу теплоємність;
в) збільшує свій обсяг під час замерзання;
г) все перелічене вище в комплексі.
9. Виключіть зайве:
а) 1953;
б) бактерії;
в) С. Міллер;
г) абіогенний синтез.
10.
а) Л. Пастер;
б) Ф.Реді;
в) Л.Спалланцані;
г) А.І. Опарін.
Частина Б
Завершіть речення.
1. Утворення органічних молекул із неорганічних поза живими організмами – … .
2. Бульбашки рідини, оточені білковими плівками, що виникають при збовтуванні водних розчинів білків, – … .
3. Здатність відтворювати собі подібні біологічні системи, що проявляється усім рівнях організації живої матерії, – … .
4. Американський вчений, який запропонував термічну теорію походження протобіополімерів, – ….
5. Білкові молекули, що прискорюють перебіг біохімічних перетворень у водних розчинах при атмосферному тиску, – … .
Частина В
Дайте коротку відповідь на поставлене запитання.
1. У чому основна відмінність горіння дров від горіння глюкози в клітинах?
2. Які три сучасні погляди на проблему походження життя?
3. Чому саме вуглець є основою життя?
4. У чому був досвід Стенлі Міллера?
5. Які основні етапи хімічної еволюції?
Варіант 4
Частина А
Випишіть номери запитань, поруч із ними запишіть букви правильних відповідей.
1. Живе відрізняється від неживого:
а) складом неорганічних сполук;
б) здатністю до саморегуляції;
в) взаємодією молекул одна з одною;
г) обмінними процесами.
2. Першими живими організмами на планеті були:
а) анаеробні гетеротрофи;
б) аеробні гетеротрофи;
в) автотроф;
г) організми-симбіонти.
3. До такої загальної якості живого, як самовідтворення, належить:
а) метаболізм;
б) репродукція;
в) дратівливість;
г) онтогенез.
4. Сутність теорії панспермії полягає в:
а) походження живого з неживого;
б) походження живого від живого;
в) створення світу Богом;
г) занесення на Землю «насіння життя» з Космосу.
5. Льодовик не є живою системою.
а) він не здатний до зростання;
б) не здатний до розмноження;
в) він не здатний до дратівливості;
г) в повному обсязі властивості живого йому притаманні.
6. Досвід Л.Спалланцані довів неможливість:
а) самозародження життя;
б) появи живого лише з живого;
в) занесення «насіння життя» з Космосу;
г) біохімічної еволюції.
7. З перерахованих умов найважливішим для виникнення життя є:
а) радіоактивність;
б) наявність води;
в) наявність певних речовин;
г) певна маса планети.
8. Вуглець є основою життя, т.к. він:
а) є найпоширенішим на Землі елементом;
б) першим із хімічних елементів став взаємодіяти з водою;
в) має невелику атомну вагу;
г) здатний утворювати стійкі з'єднання з подвійними та потрійними зв'язками.
Далі буде
Процес утворення живими організмами органічних молекул із неорганічних за рахунок енергії
Вихідні речовини фотосинтезу – вуглекислий газ і вода на земній поверхні є ні окислювачами, ні відновниками. У ході фотосинтезу це «нейтральне середовище» роздвоюється на протилежності: виникає сильний окислювач – вільний кисень і сильні відновники – органічні сполуки (поза організмами рослин розкладання вуглекислого газу та води можливе лише за умови високій температурі, наприклад, в магмі або доменних печах і т.д.).
Вуглець і водень органічних сполук, а також вільний кисень, що виділився при фотосинтезі, «зарядилися» сонячною енергією, піднялися на більш високий енергетичний рівень, стали «геохімічними акумуляторами».
Вуглеводи та інші продукти фотосинтезу, пересуваючись з листя в стебла та коріння, вступають у складні реакції, в ході яких створюється вся різноманітність органічних сполук рослин.
Однак рослини складаються не тільки з вуглецю, водню та кисню, але також з азоту, фосфору, калію, кальцію, заліза та інших хімічних елементів, які вони одержують у вигляді порівняно простих мінеральних сполук із ґрунту або водойм.
Поглинаючись рослинами, ці елементи входять до складу складних багатих на енергію органічних сполук (азот і сірка – у білки, фосфор – у нуклеопротеїни тощо) і також стають геохімічними акумуляторами.
Цей процес називається біогенною акумуляцією мінеральних сполук. Завдяки біогенної акумуляції елементи з води та повітря переходять у менш рухливий стан, тобто їх міграційна здатність знижується. Решта організми – тварини, переважна частина мікроорганізмів і безхлорофільні рослини (наприклад, гриби) є гетеротрофами, тобто. вони не здатні створювати органічні речовини із мінеральних.
Органічні сполуки, необхідні для побудови їхнього тіла і як джерело енергії, вони одержують від зелених рослин.
Процес фотосинтезу протікає у єдності з роботою кореневої системи, яка постачає в лист воду та елементи живлення.
Існує низка гіпотез, які пояснюють механізм надходження іонів через кореневу систему: шляхом дифузії, адсорбції, метаболічного перенесення речовин проти електрохімічного градієнта. Усі гіпотези будуються на твердженні про обмін іонами між кореневою системою та ґрунтом. У цьому коренева система, як і лист, є лабораторій синтезу. Рослини через кореневу систему насамперед засвоюють ті хімічні елементи, які виконують необхідні функції організмі.
Інші елементи проникають механічно відповідно до градієнта їх концентрації. Одночасно з виділенням елементів живлення відбувається виділення у ґрунт кореневою системою різноманітних продуктівметаболізму. Серед них важливу функцію виконують органічні кислоти (лимонна, яблучна, щавлева та ін.).
В результаті дисоціації звільняються іони водню, які підкислюють реакцію ґрунту, тим самим прискорюється розчинення мінералів і звільняються хімічні елементи для живлення рослин.
Інші продукти метаболізму використовуються в процесі життєдіяльності деяких видів мікроорганізмів, що також беруть участь у руйнуванні мінералів.
Катіони та аніони, що надійшли в рослини через кореневу систему, розподіляються в органах і тканинах, входять до органічних та мінеральних сполук, виконують різну фізіологічну функцію: підтримують осмотичний тиск, лужно-кислотну рівновагу, використовуються як пластичний матеріал, складова ферментів, хлорофілу та і т.д. У процесі обміну речовин відбувається безперервне утворення кислих сполук.
При розпаді вуглеводів утворюється піровиноградна та молочна кислоти, при розпаді жирних кислот – олійна, ацетооцтова, при розпаді білків – сірчана та фосфорна. Надмірне накопичення кислот нейтралізується буферними сполуками, які перетворюють їх на сполуки, що легко видаляються з організму.
Синтез органічної речовини протікає як шляхом використання зеленими рослинами променистої енергії сонця.
Відомі бактерії, які використовують для цієї мети енергію, що виділяється при окисленні деяких неорганічних сполук (1890 р.).
Виноградський виявив мікроорганізми, здатні окислювати аміак до солей азотистої, а потім азотної кислот). Такий процес створення органічних речовин називається хемосинтезом. Бактерії-хемосинтетики є своєрідними автотрофами, тобто. самостійно синтезують з неорганічних речовин необхідні органічні сполуки (вуглеводи, білки, ліпіди і т.д.).
Вони окислюють аміак, що утворюється під час гниття органічних залишків, до азотної кислоти. До хемосинтезуючим відносяться сіро-, залізо-, метано-, вуглецеві бактерії та ін. наприклад, у ґрунтах заплав часто зустрічається болотна залізна руда у вигляді міцних конкрецій різної формита величини, вона утворюється за участю залізобактерій.
Під дією залізобактерій закисне залізо перетворюється на окисне. гідроксид заліза, що утворився, осаджується і утворює болотну залізну руду.
В.Г. СМІЛОВА,
вчитель біології
МОУ ЗОШ № 7, м. Ноябрськ
Закінчення. Див. № 9/2006
Контрольна робота на тему:
«Походження життя Землі»
9. Виключіть зайве:
а) ДНК;
б) генетичний код;
в) хромосома;
г) клітинна мембрана.
Тест на тему: Гіпотези виникнення життя Землі
Розташуйте в логічній послідовності такі прізвища:
а) А.І. Опарін;
б) Л. Пастер;
в) С. Міллер;
г) Дж.Холдейн.
Частина Б
Завершіть речення.
1. Організми, що володіють обмеженим оболонкою ядром, що мають самовідтворювані органоїди, внутрішні мембрани та цитоскелет, – … .
Властива всім організмам система запису спадкової інформації у молекулах ДНК як послідовності нуклеотидів – … .
3. Здатність відтворювати собі подібні біологічно системи, що проявляється усім рівнях організації живої матерії, – … .
Творці низькотемпературної теорії походження протобіополімерів – ….
5. Доклітинні утворення, які мали деякі властивості клітин: здатність до обміну речовин, самовідтворення і т.п., – … .
Частина В
Дайте коротку відповідь на поставлене запитання.
1. Яку роль відіграло вивчення метеоритів у розвитку теорії виникнення життя?
2. Що таке рацемізація та хіральність?
Чому вода у рідкій фазі була необхідною умовою виникнення життя?
4. У чому полягав досвід Стенлі Міллера? Який був газовий склад"атмосфери"?
5. Які основні етапи вивчення питання походження життя Землі?
Відповіді
Варіант 1
Частина А: 1г, 2а, 3в, 4а, 5г, 6б, 7б, 8г, 9г, 10 г, б, в, а.
Частина Б: 1 – креаціонізм; 2 – прокаріоти; 3 – коацерват; 4 – А.І.
Опарін; 5 – статевий процес.
Частина Ст.
1. Жива і нежива матерії складаються з одних і тих же хімічних елементів, фізичні та хімічні процеси за їх участю проходять за загальними законами.
Кисень - сильний окислювач, і всі органічні молекули, що знову виникають, були б негайно окислені.
3.
«Первинному океану» у цьому досвіді відповідала колба з окропом.
4. Основна проблема переходу від хімічної еволюції до біологічної полягає у поясненні виникнення самовідтворюваних біологічних систем(клітин) взагалі та генетичного коду зокрема.
Основні положення теорії Опаріна:
– життя – одне із стадій еволюції Всесвіту;
- Поява життя - закономірний результат хімічної еволюції сполук вуглецю;
- Для переходу від хімічної еволюції до біологічної необхідні формування та природний відбір цілісних, відокремлених від середовища, але постійно з нею взаємодіючих багатомолекулярних систем.
Варіант 2
Частина А: 1 б, г, 2а, 3б, 4б, 5г, 6а, 7б, 8г, 9а, 10а, г, в, б.
Частина Б: 1 – фотосинтез; 2 – протобіонти; 3 – коацервація; 4 – Дж.Бернал; 5 – генетичний код.
Частина Ст.
1. У 1953 р. С.Міллер створив експериментальну установку, в якій були змодельовані умови первинної Землі та шляхом абіогенного синтезу були отримані молекули біологічно важливих органічних сполук. «Блискавки» у цьому досвіді імітувалися високовольтними електричними розрядами.
2. Якщо маса планети більша за 1/20 маси Сонця, на ній починаються інтенсивні ядерні реакції, що підвищує її температуру, і вона починає світитися власним світлом.
3. До початковій стадіїбіохімічна еволюція Землі.
4. Для життя необхідні такі основні умови:
- Наявність певних хімічних речовин (у тому числі води в рідкій фазі);
- Наявність джерел енергії;
- Відновлювальна атмосфера.
Додатковими умовами можуть бути маса планети та певний рівень радіоактивності.
Панспермія - занесення "насіння життя" на Землю з космосу. Прихильники: Ю.Лібіх, Г.Гельмгольц, С.Арреніус, В.І. Вернадський.
Варіант 3
Частина А: 1 б, г, 2а, 3а, 4в, 5г, 6а, 7б, 8а, 9б, 10 б, в, а, р.
Частина Б: 1 – абіогенний синтез; 2 – мікросфери; 3 – самовідтворення; 4 – С.Фокс; 5 – ферменти.
Частина Ст.
1. При горінні дров вся енергія, що виділяється, розсіюється у вигляді світла і тепла. При окисленні глюкози у клітинах енергія запасається у макроергічних зв'язках АТФ.
2. Існують три основні підходи до проблеми походження життя:
- Проблеми не існує, т.к.
життя було або створено Богом (креаціонізм), або існує у Всесвіті з моменту його виникнення і поширюється випадковим чином (панспермія);
– проблема нерозв'язна через недостатність знань та неможливість відтворення умов, у яких виникло життя;
- Проблема може бути вирішена (А.І.
Опарін, Дж.Бернал, С.Фокс та ін).
3. Вуглець чотиривалентний, здатний утворювати стійкі сполуки з подвійними та потрійними зв'язками, що підвищує реакційну здатність його сполук.
4. У 1953 р. С.Міллер створив експериментальну установку, в якій були змодельовані умови первинної Землі та шляхом абіогенного синтезу були отримані молекули біологічно важливих органічних сполук.
Атоми ––> прості хімічні сполуки ––> прості біоорганічні сполуки ––> макромолекули ––> організовані системи.
Варіант 4
Частина А: 1 б, г, 2а, 3б, 4г, 5г, 6а, 7в, 8г, 9г, 10б, а, г, ст.
Частина Б: 1 – еукаріоти; 2 – генетичний код; 3 – самовідтворення; 4 – К.Сімонеску, Ф.Денеш; 5 – протобіонти.
Частина Ст.
1. Аналіз хімічного складу метеоритів показав, деякі з них містять амінокислоти (глютамінову кислоту, пролін, гліцин та інших.), жирні кислоти (17 видів).
Таким чином, органічна речовина не є виключно приналежністю Землі, а може траплятися і в космосі.
2. Рацемізація – реакція взаємоперетворення D- та L-форм будь-якого стереоізомеру; Хіральність - існування двох або більше дзеркально асиметричних стереоізомерів хімічної сполуки.
3. Організми складаються із води на 80% і більше.
4. У 1953 р. С.Міллер створив експериментальну установку, в якій були змодельовані умови первинної Землі та шляхом абіогенного синтезу були отримані молекули біологічно важливих органічних сполук.
Газовий склад "атмосфери": метан, аміак, пари води, водень.
5. З найдавніших часів до дослідів Ф.Реді – період загальної віри у можливість самозародження живого; 1668-1862 рр. (До дослідів Л.Пастера) - експериментальне з'ясування неможливості самозародження; 1862-1922 рр. (До виступу А.І. Опаріна) - філософський аналіз проблеми; 1922-1953 р.р. - Розробка наукових гіпотез про походження життя та їх експериментальна перевірка; з 1953 р.
до теперішнього часу – експериментальні та теоретичні дослідження шляхів переходу від хімічної еволюції до біологічної.
Примітка
Відповіді частини А оцінюються в 1 бал, частини Б – у 2 бали, частини В – у 3 бали.
Максимальна кількість балів за контрольну роботу – 35.
Оцінка 5: 26-35 балів;
оцінка 4: 18-25 балів;
оцінка 3: 12-17 балів;
оцінка 2: менше 12 балів.
Біологія
Підручник для 10-11 класів
Розділ І. Клітина - одиниця живого
Глава I. Хімічний склад клітини
Глава I. Хімічний склад клітини
У живих організмах міститься багато хімічних елементів. Вони утворюють два класи сполук – органічні та неорганічні.
Chemistry48.Ru
Хімічні сполуки, основою будови яких є атоми вуглецю, становлять відмітну ознаку живого. Ці сполуки називають органічними.
Органічні сполуки надзвичайно різноманітні, але тільки чотири класи мають загальне біологічне значення: білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи і ліпіди.
§ 1. Неорганічні сполуки
p align="justify"> Біологічно важливі хімічні елементи.З відомих нам понад 100 хімічних елементів до складу живих організмів входять близько 80, причому лише щодо 24 відомо, які функції у клітині вони виконують. Набір цих елементів не випадковий.
Життя зародилося у водах Світового океану, і живі організми складаються переважно з тих елементів, які утворюють легко розчинні у воді сполуки. Більшість таких елементів належить до легких, їх особливістю є здатність вступати в міцні (ковалентні) зв'язки та утворювати безліч різних складних молекул.
У складі клітин людського тіла переважають кисень (понад 60%), вуглець (близько 20%) та водень (близько 10%).
На азот, кальцій, фосфор, хлор, калій, сірку, натрій, магній разом узяті припадає близько 5%. Інші 13 елементів становлять трохи більше 0,1%. Подібний елементний склад мають клітини більшості тварин; відрізняються лише клітини рослин та мікроорганізмів. Навіть ті елементи, які в клітинах містяться в мізерно малих кількостях, нічим не можуть бути замінені і необхідні для життя. Так, вміст йоду у клітинах не перевищує 0,01%. Проте за браку їх у грунті (через це й у харчових продуктах) затримується зростання та розвитку дітей.
Значення для клітин основних елементів наведено в кінці цього параграфа.
Неорганічні (мінеральні) сполуки.До складу живих клітин входить ряд відносно простих сполук, які трапляються й у неживій природі – у мінералах, природних водах.
Це неорганічні сполуки.
Вода - одне з найпоширеніших речовин Землі. Вона покриває більшу частину земної поверхні. Майже всі живі істоти в основному складаються з води. У людини вміст води в органах та тканинах варіює від 20% (у кісткової тканини) до 85% (у головному мозку). Близько 2/3 маси людини становить вода, в організмі медузи до 95% води, навіть у сухому насінні рослин вода становить 10-12%.
Вода має деякі унікальні властивості.
Ці властивості настільки важливі для живих організмів, що не можна уявити життя без цієї сполуки водню і кисню.
Унікальні властивості води визначаються структурою молекул. У молекулі води один атом кисню ковалентно пов'язаний із двома атомами водню (рис. 1). Молекула полярна води (диполь). Позитивні заряди зосереджені в атомів водню, оскільки кисень електронегативніший за водень.
Мал. 1. Утворення водневих зв'язків у воді
Негативно заряджений атом кисню однієї молекули води притягується до позитивно зарядженого атома водню іншої молекули з утворенням водневого зв'язку (рис.
За міцністю водневий зв'язок приблизно в 15-20 разів слабший за ковалентний зв'язок. Тому водневий зв'язок легко розривається, що спостерігається, наприклад, під час випаровування води. Внаслідок теплового руху молекул у воді одні водневі зв'язки розриваються, інші утворюються.
Таким чином, у рідкій воді молекули рухливі, що важливо для процесів обміну речовин. Молекули води легко проникають через клітинні мембрани.
Через високу полярність молекул вода є розчинником інших полярних сполук. У воді розчиняється більше речовин, ніж у будь-якій іншій рідині. Саме тому у водному середовищі клітини здійснюється безліч хімічних реакцій. Вода розчиняє продукти обміну речовин і виводить їх із клітини та організму в цілому.
Вода має велику теплоємність, тобто здатність поглинати теплоту при мінімальній зміні власної температури. Завдяки цьому вона оберігає клітину від різких змін температури. Оскільки на випаровування води витрачається багато теплоти, то випаровуючи воду, організми можуть захищати себе від перегріву (наприклад, при потовиділенні).
Вода має високу теплопровідність. Така властивість створює можливість рівномірного розподілу теплоти між тканинами тіла.
Вода служить розчинником для «мастильних» матеріалів, необхідних скрізь, де є поверхні, що труться (наприклад, у суглобах).
Вода має максимальну густину при 4°С.
Тому лід, що має меншу щільність, легше води і плаває на її поверхні, що захищає водойму від промерзання.
По відношенню до води всі речовини клітини поділяються на дві групи: гідрофільні - "люблячі воду" і гідрофобні - "бояться води" (від грец. "гідро" - вода, "філео - любити і "фобос" - страх).
До гідрофільних відносяться речовини, що добре розчиняються у воді. Це солі, цукри, амінокислоти. Гідрофобні речовини, навпаки, у воді майже нерозчинні.
До них належать, наприклад, жири.
Клітинні поверхні, що відокремлюють клітину від зовнішнього середовища, та деякі інші структури складаються з водонерозчинних (гідрофобних) сполук. Завдяки цьому зберігається структурна цілісність клітини. p align="justify"> Образно клітину можна представити у вигляді судини з водою, де протікають біохімічні реакції, що забезпечують життя. Стінки цієї судини нерозчинні у воді. Однак вони здатні вибірково пропускати водорозчинні сполуки.
Крім води, у числі неорганічних речовин клітини потрібно назвати солі, що є іонними сполуками. Вони утворені катіонами калію, натрію, магнію та інших металів та аніонами соляної, вугільної, сірчаної, фосфорної кислот. При дисоціації таких солей у розчинах з'являються катіони (К+, Na+, Са2+, Mg2+ та ін.) та аніони (СІ-, НСО3-, HS04- та ін.).
Концентрація іонів на зовнішній поверхні клітини відрізняється від їхньої концентрації на внутрішній поверхні. Різне число іонів калію та натрію на внутрішній та зовнішній поверхні клітини створює різницю зарядів на мембрані.
На зовнішній поверхні клітинної мембрани дуже висока концентрація іонів натрію, але в внутрішній поверхні дуже висока концентрація іонів калію і низька - натрію. Внаслідок цього утворюється різниця потенціалів між внутрішньою та зовнішньою поверхнею клітинної мембрани, що зумовлює передачу збудження нервом або м'язом.
Іони кальцію і магнію є активаторами багатьох ферментів, і за браку їх порушуються життєво важливі процеси у клітинах. Ряд важливих функцій виконують у живих організмах неорганічні кислоти та його солі. Соляна кислота створює кисле середовище у шлунку тварин і людини та у спеціальних органах комахоїдних рослин, прискорюючи перетравлення білків їжі.
Залишки фосфорної кислоти (Н3Р04), приєднуючись до ряду ферментних та інших білків клітини, змінюють їхню фізіологічну активність.
Залишки сірчаної кислоти, приєднуючись до нерозчинних у воді чужорідних речовин, надають їм розчинності і таким чином сприяють виведенню їх з клітин і організмів. Натрієві та калієві соліазотистої та фосфорної кислот, кальцієва сіль сірчаної кислоти служать важливими складовими частинамимінерального живлення рослин, їх вносять у ґрунт як добрива для підживлення рослин. Докладніше значення для клітини хімічних елементів наведено нижче.
Біологічно важливі хімічні елементи клітини
- Яка біологічна роль води у клітині?
- Які іони містяться у клітці? Яка їхня біологічна роль?
- Яку роль грають катіони, що містяться в клітині?
Процес формування перших органічних сполук Землі називають хімічної еволюцією. Вона передувала біологічній еволюції. Етапи хімічної еволюції було виділено А.И.Опариным.
І етап – небіологічний, або абіогенний (від грец. u, un – негативна частка, bios – життя, genesis – походження). На цьому етапі в атмосфері Землі та водах первинного океану, насичених різноманітними неорганічними речовинами, в умовах інтенсивного сонячного випромінювання відбувалися хімічні реакції. У цих реакцій з неорганічних речовин могли сформуватися прості органічні речовини — амінокислоти, спирти, жирні кислоти, азотисті підстави.
Можливість синтезу органічних речовин із неорганічних у водах первинного океану підтвердилася у дослідах американського вченого С.Міллера та вітчизняних учених А.Г.Пасинського та Т.Є.Павловської.
Міллер сконструював установку, в якій містилася суміш газів - метану, аміаку, водню, водяної пари. Ці гази могли входити до первинної атмосфери. В іншій частині апарату була вода, яка доводилася до кипіння. Гази та водяна пара, що циркулювали в апараті під високим тиском, протягом тижня піддавалися впливу електричних розрядів. В результаті суміші утворилося близько 150 амінокислот, частина з яких входить до складу білків.
Згодом експериментально підтвердилася можливість синтезу та інших органічних речовин, у тому числі азотистих основ.
ІІ етап – синтез білків – поліпептидів, які могли утворитися з амінокислот у водах первинного океану.
III етап - поява коацерватів (від латів. Coacervus - потік, купа). Молекули білків, що мають амфотерність, за певних умов можуть спонтанно концентруватися та утворювати колоїдні комплекси, які отримали назву коацерватів.
Коацерватні краплі утворюються при змішуванні двох різних білків. Розчин одного білка у воді прозорий. При змішуванні різних білків розчин каламутніє, під мікроскопом у ньому помітні краплі, що плавають у воді. Такі краплі - коацервати могли виникнути у водах 1000 первинного океану, де були різноманітні білки.
Деякі властивості коацерватів зовні подібні до властивостей живих організмів. Наприклад, вони «поглинають» із навколишнього середовища та вибірково накопичують певні речовини, збільшуються у розмірах. Можна припустити, що всередині коацерватів речовини вступали у хімічні реакції.
Оскільки хімічний склад «бульйону» у різних частинах первинного океану відрізнявся, неоднакові були хімічний склад та властивості коацерватів. Між коацерватами могли формуватися відносини конкуренції за речовини, розчинені у «бульйоні». Однак коацервати не можна вважати живими організмами, тому що у них була відсутня здатність до відтворення собі подібних.
IV етап - виникнення молекул нуклеїнових кислот, здатних до самовідтворення.
Дослідження показали, що короткі ланцюги нуклеїнових кислот здатні подвоюватися поза всяким зв'язком із живими організмами — у пробірці. Виникає питання: як народився Землі генетичний код?
Американський учений Дж.Бернал (1901-1971) довів, що мінерали грали велику роль синтезі органічних полімерів. Було показано, що ряд гірських порід та мінералів — базальт, глини, пісок — має інформаційні властивості, наприклад, на глинах може здійснюватися синтез поліпептидів.
Мабуть, спочатку сам собою виник «мінералогічний код», у якому роль «літер» грали катіони алюмінію, заліза, магнію, чергуються у різних мінералах у певній послідовності. У мінералах виникає три-, чотири-і п'ятилітерний код. Цей код визначає послідовність з'єднання амінокислот в білковий ланцюг. Потім роль інформаційної матриці перейшла від мінералів до РНК, а потім до ДНК, яка виявилася надійнішою для передачі спадкових ознак.
Проте процеси хімічної еволюції не пояснюють, як з'явилися живі організми. Процеси, що призвели до переходу від неживого до живого, Бернал назвав біопоезом. Біопоез включає етапи, які мали передувати появі перших живих організмів: виникнення мембран у коацерватів, метаболізму, здатності до самовідтворення, фотосинтезу, кисневого дихання.
До появи перших живих організмів міг призвести утворення клітинних мембран шляхом вибудовування молекул ліпідів лежить на поверхні коацерватів. Це забезпечувало стабільність їхньої форми. Включення до складу коацерватів молекул нуклеїнових кислот забезпечило їхню здатність до самовідтворення. У процесі самовідтворення молекул нуклеїнових кислот виникали мутації, які служили матеріалом для .
Так, на основі коацерватів могли виникнути перші живі істоти. Вони, мабуть, були гетеротрофами і харчувалися багатими енергією складними органічними речовинами, які у водах первинного океану.
Принаймні збільшення чисельності організмів конкуренція з-поміж них загострювалася, оскільки запаси поживних речовин, у водах океану зменшувалися. У деяких організмів з'явилася здатність до синтезу неорганічних органічних речовин з використанням сонячної енергії або енергії хімічних реакцій. Так виникли автотрофи, здатні до фотосинтезу чи хемосинтезу.
Перші організми були анаеробами та отримували енергію в ході реакцій безкисневого окислення, наприклад бродіння. Однак поява фотосинтезу призвела до нагромадження в атмосфері кисню. В результаті виникло дихання - кисневий, аеробний шлях окислення, який приблизно в 20 разів ефективніший за гліколіз.
Спочатку життя розвивалося у водах океану, оскільки сильне ультрафіолетове випромінювання згубно впливало на організми суші. Поява озонового шару результаті накопичення кисню у атмосфері створило передумови для виходу живих організмів на сушу.
Інакше було на поверхні Землі.
Тут первинно виниклі вуглеводні обов'язково повинні були увійти в хімічну взаємодію з оточуючими їх речовинами, в першу чергу з водяною парою земної атмосфери. Вуглеводні таять у собі величезні хімічні можливості. Численні дослідження цілого ряду хіміків, особливо роботи російського академіка А. Фаворського та його школи, показують виняткову здатність вуглеводнів до різноманітних хімічних перетворень Особливий інтерес представляє нам здатність вуглеводнів порівняно легко приєднувати себе воду. Немає жодного сумніву, що й ті вуглеводні, які первинно виникли на земній поверхні, у головній своїй масі мали з'єднатися з водою. Внаслідок цього у земній атмосфері утворилися нові різноманітні речовини. Раніше молекули вуглеводнів були побудовані лише з двох елементів: вуглецю та водню. Але у воді, крім водню, міститься ще кисень. Тому молекули новостворених речовин вже містили в собі атоми трьох різних елементів - вуглецю, водню та кисню. Незабаром до них приєднався ще четвертий елемент – азот.
В атмосфері великих планет (Юпітера та Сатурна) ми, поряд із вуглеводнями, завжди можемо виявити й інший газ – аміак. Цей газ добре відомий, оскільки його розчин у воді утворює те, що ми називаємо нашатирним спиртом. Аміак є сполукою азоту з воднем. Цей газ у значних кількостях перебував й у атмосфері Землі у період її існування, що ми зараз описуємо. Тому вуглеводні вступали у з'єднання не лише з водяною парою, а й аміаком. При цьому виникали речовини, молекули яких були побудовані вже з чотирьох різних елементів – вуглецю, водню, кисню та азоту.
Таким чином, в описуваний нами час Земля була голою скелястою кулею, оповитою з поверхні атмосферою з водяної пари. У цій атмосфері у вигляді газів знаходилися й ті різноманітні речовини, що вийшли з вуглеводнів. Ці речовини ми з повним правом можемо назвати органічними речовинами, хоча вони виникли задовго до того, як з'явилися перші живі істоти. За своєю будовою та складом вони були подібні до деяких з хімічних сполук, які можна виділити з тіл тварин і рослин.
Земля поступово остигала, віддаючи своє тепло в холодний міжпланетний простір. Нарешті температура її поверхні наблизилася до 100 градусів, і тоді водяна пара атмосфери почала згущуватися в краплі і у вигляді дощу кинулась на гарячу пустельну поверхню Землі. Потужні зливи ринули на Землю і затопили її, утворивши первинний киплячий океан. Органічні речовини, що знаходилися в атмосфері, теж були захоплені цими зливами і перейшли у води цього океану.
Що з ними мало статися далі? Чи можемо ми обґрунтовано відповісти на це запитання? Так, в даний час ми можемо ці або подібні до них речовини легко приготувати, штучно отримати в наших лабораторіях з найпростіших вуглеводнів. Візьмемо водний розчинцих речовин і залишимо його стояти за більш-менш високої температури. Чи залишаться тоді зазначені речовини незмінними або вони зазнаватимуть різного роду хімічні перетворення? Виявляється, що навіть у ті короткі терміни, протягом яких ми можемо вести наші спостереження у лабораторіях, органічні речовини не залишаються незмінними, а перетворюються на інші хімічні сполуки. Безпосередній досвід показує нам, що в таких водних розчинах органічних речовин відбуваються настільки численні і різноманітні перетворення, що їх навіть важко коротко описати. Але основний загальний напрямок цих перетворень зводиться до того що, що порівняно прості дрібні молекули первинних органічних речовин з'єднуються між собою на тисячу ладів і утворюють у такий спосіб дедалі більші і складніші молекули.
Для пояснення я наведу тут лише два приклади. Ще в 1861 році наш знаменитий співвітчизник, хімік А. Бутлеров, показав, що якщо розчинити формалін у вапняній воді і залишити цей розчин стояти в теплому місці, то через деякий час набуде солодкого смаку. Виявляється, що за цих умов шість молекул формаліну з'єднуються між собою в одну більшу, складніше влаштовану молекулу цукру.
Найстарший член нашої Академії наук Олексій Миколайович Бах на тривалий час залишав стояти водний розчин формаліну та ціаністого калію. При цьому утворювалися ще складніші речовини, ніж у Бутлерова. Вони мали величезні молекули і за своєю будовою наближалися до білків, основних складових речовин будь-якого живого організму.
Таких прикладів можна навести багато десятків і сотень. Вони безперечно доводять, що найпростіші органічні речовини у водному середовищі легко можуть перетворюватися на набагато складніші сполуки типу цукрів, білків та інших речовин, з яких побудовані тіла тварин і рослин.
Умови, що створювалися у водах первинного гарячого океану, мало чим відрізнялися від умов, які відтворюються у наших лабораторіях. Тому в будь-якій точці тогочасного океану, в будь-якій калюжі, що висихає, повинні були утворюватися ті ж складні органічні речовини, які виходили у Бутлерова, Баха і в дослідах інших учених.
Отже, внаслідок взаємодії між водою та найпростішими похідними вуглеводнів, шляхом низки послідовних хімічних перетворень, у водах первородного океану утворився той матеріал, з якого в даний час побудовано всі живі істоти. Однак це був ще будівельний матеріал. Для того, щоб виникли живі істоти - організми, цей матеріал повинен був придбати необхідну будову, певну організацію. Якщо можна так висловитися, це була тільки цегла і цемент, з якої можна звести будинок, але це ще не сама будівля.
Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.
М.: Вища школа, 1991. – 350 c.
ISBN 5-06-001728-1
завантажити(пряме посилання) :
1.djvu Попередня 1 .. 10 > .. >> Наступна
IV Прогресивне ускладнення гетеротрофних примітивних організмів, виникнення автотрофного харчування та вільного кисню (перед'ядерні організми - бактерії, гетеротрофи та фототрофи та синьо-зелені)
Проте- розойська Від 0,5 до 2,6 млрд. років Ядерні організми Поява ядерних автотрофних фотосинтезуючих рослин (зелені водорості) та найпростіших; збагачення води киснем - середовище проживання тварин
Багатоклітинні організми Прогресивне ускладнення тварин та рослин. Безхребетні тварини: кишковопорожнинні, черв'яки, молюски; різні водорості
Органні організми Прогресивне ускладнення тіла тварин (хордові безчерепні)
2. Де з'явилися перші неорганічні сполуки (в надрах Землі, у первинному океані, у первинній атмосфері)?
3. Що стало причиною виникнення пер-
27
вічного океану (охолодження атмосфери, опускання суші, поява підземних джерел)?
4. Які перші органічні речовини виникли у водах океану (білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти)?
5. Які властивості мали коацервати (зростання, обмін речовин, розмноження)?
6. Які властивості притаманні пробіонту (обмін речовин, зростання, розмноження)?
7. Який спосіб харчування був у перших живих організмів (автотрофний, гетеротрофний)?
8. Який новий спосіб харчування з'являється у прокаріотів (автотрофний, гетеротрофний)?
9. Які органічні речовини виникли з появою рослин, що фотосинтезують (білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти)?
10. Виникнення яких організмів створило умови у розвиток тваринного світу (бактерії, синьо-зелені, зелені водорості)?
Розділ IL ВЧЕННЯ ПРО КЛІТКУ
ТЕМА. КЛІТИННА ТЕОРІЯ. ПРОКАРІОТИ ТА ЕУКАРІОТИ
Клітина - елементарна жива система, основна структурна та функціональна одиницярослинних і тваринних організмів, здатна до самооновлення, саморегуляції та самовідтворення.
Завдання 5. Повторити навчальний матеріал. Відповісти на питання для самоконтролю. Виконати контрольну роботу №4.
Запитання для самоконтролю
Ким, коли і на якому об'єкті було відкрито клітину?
Дайте сучасне визначення клітки.
У чому суть клітинної теоріїі хто її автори?
За допомогою яких приладів вивчалася клітина XIX, XX ст.? Які форми життя першими з'явилися Землі?
Чому фаги та віруси називають передклітинними організмами?
28
До яких форм життя відносять бактерії та синьо-зелені? Які з одноклітинних організмів мають відокремлене ядро?
Які багатоклітинні організми вважаються первинними у рослинному та тваринному світі?
Чим відрізняється колоніальний організм від багатоклітинного? Якими є послідовні етапи еволюції від пробіонту до багатоклітинних ядерних організмів?
Контрольна робота №4
1. Які з перерахованих положень складають основу клітинної теорії (всі організми складаються з клітин; всі клітини утворюються з клітин; всі клітини виникають із неживої матерії)?
2. Що являє собою тіло передклітинних організмів (ядро; цитоплазма; молекула ДНК або РНК, вкрита білковою оболонкою)?
4. Які організми відносять до клітинних перед'ядерних (бактерії, фаги, віруси, синьо-зелені)?
5. Які організми відносять до одноклітинних ядерних (бактерії, амеба малярійна, хламідомонада, інфузорія туфелька)?
6. Які організми є багатоклітинними (кишковопорожнинні, бурі водорості, бактерії)?
ТЕМА. ХІМІЧНА ОРГАНІЗАЦІЯ КЛІТИНИ
Завдання 6. Повторити навчальний матеріал. Відповісти на питання для самоконтролю. Виконати контрольну роботу №5-7. Проаналізувати таблицю. 7-9.
29
Питання для самоконтролю (неорганічні та органічні речовини)
Які хімічні елементи входять до складу клітин?
Які неорганічні речовинивходять до складу клітини? Яке значення води для життєдіяльності клітини?
Які солі входять до складу клітин?
Яке значення для клітин солей азоту, фосфору, калію; натрію?
У чому різниця між органічними та неорганічними речовинами?
Які органічні речовини входять до складу клітин?
Що таке мономери та полімери?
Чому білкову молекулу називають полімером?
Чим характеризується первинна, вторинна, третинна та четвертинна структури білка?
Що таке денатурація білка?
Які функції білків вам відомі?
Скільки видів амінокислот входить до складу білків?
Чим обумовлено різноманіття білків?
Які функції жирів у клітині та в організмі?
Де у клітці розщеплюються жири?
Якими є послідовні етапи розщеплення жирів до кінцевих продуктів?
Чому жири є найефективнішим джерелом енергії у клітині?
У яких організмів та в яких органелах синтезуються вуглеводи?
Які запасні вуглеводи є в рослинних та тваринних клітинах?
