Інформація про новину
  • Переглядів: 1298
  • Автор: admin
  • Дата: 9-03-2018, 23:45
9-03-2018, 23:45

Pochodzenie życia

Категорія: Podręczniki w języku polskim » Biologia

Kreacjonizm - wyobrażenie o boskim stworzeniu świata

W ciągu wieków najbardziej rozpowszechnioną wersją powstania życia na Ziemi był akt tworzenia, urzeczywistniony przez wyższą siłę nadprzyrodzoną. I chociaż mechanizmy tworzenia i charakterystyki sił wyższych różnią się w reiigiach i mitologiach, wszystkie te teorie tłumaczą powstanie życia działaniem jakiejś siły nadprzyrodzonej. Taki pogląd nazywa się kreacjonizmem1. Poglądy kreacjonistyczne są nienaukowe, ponieważ nie mogą być potwierdzone albo sprostowane faktami czy doświadczeniami. Można w nie wierzyć lub nie.

Naukowe wyobrażenia o pochodzeniu życia na Ziemi zaczęły kształtować się jeszcze w antyku

Zagadnienie pochodzenia życia było uświadomione przez uczonych dość późno. Od czasów antycznych do połowy XIX wieku w kołach naukowych przyjmowana była hipoteza samorzutnego powstania życia z materii nieożywionej. Arystoteles sądził, że myszy powstają z brudnych szmat, a muchy - z gnijącego mięsa. Mechanizm takiego zjawiska nie był znany, ale nikt nie próbował zaprzeczać, że samorzutne powstanie życia odbywa się nieustannie. Jednym z podstawowych zadań średniowiecznej alchemii (obok poszukiwań kamienia filozoficznego) było stworzenie homunkulusa - istoty podobnej do człowieka, którą można otrzymać drogą mieszania jakichś składników chemicznych. Jednak teoria o samorództwie miała wielu przeciwników. Jednym z nich był znany włoski lekarz Francesco Redi, który jeszcze w połowie XVII stulecia zaprezentował, że larwy much nie rozwijają się ze zgniłego mięsa, lecz z jaj składanych przez inne muchy. On umieścił kawałek mięsa w naczyniu przykrytym cienką tkaniną (aby muchy nie miały dostępu do mięsa) i w nim samorzutnie nie zaradziły się larwy much (ryc. 46.1, A). Jednak teoria samorództwa wytrwała - było odkryto drobnoustroje, które

jak sądzono, są wystarczająco proste, aby powstać z materii nieożywionej. Na początku XIX wieku dzięki pracom wielkiego niemieckiego chemika Karla Reichenbacha idea samorództwa przerodziła się w witalizm - teorię o „sile życiowej", która szybuje we Wszechświecie i w procesie współdziałania z materią nieożywioną przekształca ją na ożywioną1. Jak pamiętasz, Jean Baptiste Lamarck w swej teorii ewolucji przestrzegał idee witalizmu i wykorzystywał postulat o nieustannym zaradzaniu się najprostszych organizmów. Ostatecznie teorię witalizmu obalił w 1862 roku francuski mikrobiolog Louis Pasteur. Dzięki doświadczeniom z bulionem w kolbach o „łabędziej szyi” udowodniono naocznie, że i mikroorganizmy rozwijają się z innych mikroorganizmów (ryc. 46.1, B). W ten sposób ostatecznie udowodniono twierdzenie „Wszystko, co żywe, pochodzi z żywego”.



Właśnie z powodu wyżej opisanych wydarzeń zagadnienie dotyczące powstania życia na Ziemi znów stało się aktualne. Należy przyznać, że ono było dla nauki bardzo problematyczne, ponieważ teraz pochodzenie życia było rozpatrywane jako pojedyncze wydarzenie, a nauka pracowała nad wydarzeniami, które się powtarzały i odtwarzały2. Dopiero w XX wieku nauka zaczęła pracować nad pojedynczymi wydarzeniami. Odtąd również biologia zaczęła wysuwać hipotezy o możliwych me-chani-zmach powstania życia. Pionierami tego kierunku byli: biochemik Aleksander Oparin i genetyk John Haldane. Jednak zanim przejdziemy do rozpatrywania możliwych mechanizmów powstania życia, zapoznajmy się z warunkami istnienia Ziemi w czasach przedhistorycznych.

Warunki klimatyczne dawnej Ziemi nie były podobne do obecnych

Zgodnie ze współczesnymi wyobrażeniami Ziemia uformowała się 4,54 mld lat temu z obłoku gazu i pyłu, które otaczało Słońce. W procesie kształtowania się Ziemi bardziej ciężkie pierwiastki (żelazo i nikiel) zanurzały się w głąb płynnego płaszcza, formując jądro, a lekkie (węgiel i krzem) wypływały, tworząc korę. Z powodu aktywnej działalności wulkanicznej zachodziła degazacja skał: do atmosfery wydzielała się woda, metan, amoniak, siarkowodór i dwutlenek węgla. Ogromna ilość twardych cząsteczek w atmosferze i znaczne różnice temperatur między działkami warunkowały potężne sztor-

my i burze, podczas których na powierzchnię młodej Ziemi padały kwaśne deszcze. W ciągu wielu milionów lat Ziemia doznawała również intensywnego bombardowania meteorytami (ryc. 46.2). Jej powierzchnia była podziurawiona kraterami i bardziej przypominała powierzchnię Księżyca. Właśnie w takich surowych warunkach zachodziły procesy chemiczne, które doprowadziły do powstania życia.

Abiogeneza - to współczesna próba wyjaśnienia pochodzenia życia

Pierwsze teorie, które próbowały naukowo wytłumaczyć proces powstania życia na Ziemi, sprowadzały się do udowodnienia możliwości syntezy najprostszych cząsteczek biologicznych (aminokwasów, węglowodanów i nukleotydów) z substancji nieorganicznych w warunkach młodej Ziemi. Takie teorie otrzymały nazwę teorii abiogenezy. Pierwszą wśród nich była teoria Oparina - Haldane a. W 1924 roku Aleksander Oparin przypuścił istnienie na dawnej Ziemi pierwotnego bulionu - koktajlu najprostszych związków organicznych, uformowanych z nieorganicznych pod wpływem wyładowań atmosferycznych i promieniowania ultrafioletowego. Zgodnie z tą teorią takie związki z biegiem czasu nagromadzały się w pierwotnej hydrosferze, wchodziły w chemiczne współdziałanie ze sobą, co spowodowało kształtowanie się najpierw bardziej złożonych cząsteczek - polimerów, a potem żywych organizmów. Ten proces jest jeszcze nazywany syntezą prebio-tyczną, czyli tworzeniem się cząsteczek biologicznych przed powstaniem organizmów żywych. W 1953 roku student Uniwersytetu Chicagowskiego Stanley Miller pod kierunkiem profesora Harolda Ureya skonstruował aparaturę (ryc. 46.3) imitującą warunki wczesnej Ziemi i pokazał, że w niej możliwe jest powstanie aminokwasów i cukrów z najprostszych związków nieorganicznych.


 

Z czasów Oparina teoria abiogenezy zaznała zmian. Obecnie uważa się, że synteza prebiotyczna na wczesnej Ziemi była związana najprawdopodobniej nie z powierzchniowymi zbiornikami wodnymi1, lecz z głębinami oceanicznymi, gdzie ona odbywała się w warunkach bliskich do warunków współczesnych źródeł podwodnych - „czarnych palaczy” (o czym była mowa w § 19).

Niemiecki uczony Gtinter Wachtershau-ser, autor teorii metabolizmu żelazowo -siarkowego, przypuszczał, że w podobnych źródłach hydrotermalnych , które istniały miliardy lat temu na dnie oceanu, mogło zachodzić nie tylko tworzenie się pierwszych białek i kwasów nukleinowych, ale i ich łączenie się w bardziej skomplikowane struktury, które były poprzednikami pierwszych komórek.

Obecnie uczeni nadal badają zagadnienie pochodzenia życia, proponują nowe modele i mechanizmy. Jednak ośrodek zainteresowania przemieścił się z zagadnienia syntezy pierwszych biocząsteczek ku zagadnieniu ich uporządkowania w „protokomórki” i powstania metabolizmu.

Walter Gilbert

Urodził się w 1932 roku w Bostonie (USA). Studiował na Uniwersytecie Harwar-da i Uniwersytecie Cambridge. Opracował metodę sekwencjonowania zasad w DNA, za co w 1980 roku zdobył nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Sformułował hipotezę „świata RN A” o możliwym scenariuszu pochodzenia życia, gdy jako pierwsza wynika dziedziczność w postaci cząsteczek RNA, które są zdolne do samoreplikacji. W 2016 roku podpisał list laureatów Nagrody Nobla do rządów wszystkich państw i ONZ wzywający do zaprzestania sprzeciwu wobec genetycznie zmodyfikowanych organizmów. Po ukończeniu pracy na Uniwersytecie Harwarda w 2001 roku zajął się fotografią artystyczną.

Świat RNA - to hipoteza, która uznaje RNA za odpowiedź na pytanie

0 powstaniu życia

Zagadnienie dotyczące pochodzenia życia było bezpośrednio powiązane z zagadnieniem o pochodzeniu pierwszych komórek.

Jak już wiesz, główny dogmat biologii molekularnej ustanawia wzajemne powiązania między DNA, RNA i białkiem. Ten układ jest dość złożony: DNA replikuje się za pomocą białek, również za pomocą białek tworzy RNA. RNA za pomocą białek

1 innych RNA zapewnia biosyntezę białka. Teraz już wiemy, że czasami RNA może służyć jako matryca syntezy innych cząsteczek RNA czy nawet DNA, ale wszystkie te procesy też odbywają się z bezpośrednim udziałem białek. Dlatego trudno przypuszczać, co w tym schemacie powstało wcześniej: DNA i RNA mogą samoodtwarzać się i funkcjonować wyłącznie w obecności białek, a białka nie mogą tworzyć się bez kwasów nukleinowych. Wydawało by się, że taki schemat miałby powstać od razu, całkowicie, ze wszystkimi komponentami: DNA, RNA i białkami. Takie układy są nazywane układami skomplikowanymi nie ulegającymi uproszczeniu - w układzie nie może być prostszego zdolnego do pracy poprzednika. Ta sytuacja znacznie się zmieniła po odkryciu przez amerykańskich uczonych Thomasa Cech i Sidney Altmana cząsteczek katalitycznych RNA - rybozymów. Okazało się, że RNA może być nie tylko nosicielem informacji genetycznej, lecz i - dzięki katalizie chemicznej - jej realizatorem. Przypuszcza się, że rybozymy, które istniały na dawnej Ziemi, mogły zapewniać własną replikację bez pomocy białek.

Takie rybozymy mogły konkurować ze sobą o nukleotydy, czyli one brały udział w doborze naturalnym. Z biegiem czasu doszło do podziału funkcji: zachowanie informacji genetycznej przypadło DNA, a kataliza - białku. Ta hipoteza nosi nazwę „świata RNA” (ryc. 46.4) i jako pierwszy zaproponował ją amerykański mikrobiolog Carl Woese w 1968 roku, a ostatecznie sformułował amerykański fizyk Walter Gilbert w 1986 roku1.


 

1 Obecnie powstało pytanie o pochodzeniu świata RNA. Sądzi się, że poprzedzał go świat specyficznych węglowodanów, które mogły służyć szkieletem dla syntezy pierwszych cząsteczek RNK.

Zastanów się

Wybierz jedną poprawną odpowiedź

1

Ostatecznie udowodnić, że istoty żywe powstają tylko z istot żywych, potrafił A Arystoteles В Francesco Red C Jean Baptiste de Lamarck D Louis Pasteur E Stanley Miller

2

Powstanie życia na Ziemi zgodnie z teorią Oparina - Haldane'a zaczęło się od A pierwszych organizmów В powstania promieniowania UV i wyładowań atmosferycznych C syntezy polimerów D tworzenia się substancji organicznych z nieorganicznych E formowania się Ziemi

3

Miller i Urey wykorzystywali następującą metodę badań biologicznych A eksperymentalną В modelowania C obserwacji

D porównywania E monitoringu

4

RNA stał się łączącym ogniwem między DNA i białkami, ponieważ on potrafi A nieść informację dziedziczną В katalizować reakcje biochemiczne

C nieść informację dziedziczną i katalizować reakcje biochemiczne D przekształca się na DNA E replikować się

5

W teorii Oparina-Haldane'a „siłą życiową” Reichenbacha można nazwać A promieniowanie UV i błyskawice В białka C RNA

D substancje nieorganiczne E bulion pierwotny

Sformułuj odpowiedź w postaci kilku zdań

6

Dlaczego odkrycie organizmów jednokomórkowych zaprzeczyło sprostowanie samorództwa, otrzymane przez Francesco Rediego?

7

Podaj charakterystykę składu, wyglądu i zapachu pierwotnej atmosfery Ziemi.

8

Na czym polega istota syntezy prebiotycznej? Czy można jej dokonać obecnie w laboratorium?

9

Jak przejawia się dobór naturalny na poziomie rybozymów, które się samorepli-kują?

10

Co powstało wcześniej - DNA, RNA czy białko i dlaczego?

Znajdź odpowiedź i postaraj się zrozumieć istotę problemu

11

Jakie funkcje w przemianie substancji współczesnych organizmów pełnią rybozy-my? Dlaczego w procesie ewolucji nie wszystkie one były zastąpione białkami?

12

Czym uwarunkowane jest to, że życie zaradziło się w środowisku wodnym, a nie na lądzie czy w atmosferze?

Dowiedz się samodzielnie i opowiedz innym

13

Co takiego posiadają „czarni palacze”, że stały się cudownym miejscem dla powstania życia?

14

Dlaczego życie nie pozostało w świecie RNA, a przeszło do formy DNA - białkowej?

15

Teoria panspermii jest alternatywną wersją powstania życia na Ziemi. Jakie są argumenty tej teorii i czego ona nie potrafi wytłumaczyć? Czy można uważać ją za teorię naukową?

 

Źródło: Biologia podręcznik dla klasy 9 Szałamow

 






^