אבולוציה כימית: בשלבים והמהות

תהליך הגיור הושג כימית מדע האבולוציה הכימית שנקראה, ואת נקודת המפנה של התהליך המהפכני התרחשה לאחר הבריאה ב 1777 על ידי תאורית בעירת לבואזיה מדען הטבעי הצרפתית המתארת את תפקידו של חמצן. ואז החלה סקירה של כל מושגי יסוד ועקרונות בסיסיים של כימיה, שינתה את הטרמינולוגיה המינוח של חומרים.

כמובן היסודי

1789 ראו את השחרור של ספר לימוד לבואזיה, מייד הפך התייחסות מפתח עבור חוקרים ואנשי מקצוע של מדע נולדו. "קורס כימיה היסודי" היה הראשון ברשימה בעולם - שולחן של גופים פשוטים, רישום היסודות הכימיים הידועים. הבסיס של הספר עב הכרס הזה לבואזיה שוכב תאורית החמצן בדיוק של בעירה, לפיו האבולוציה הכימית נוהלה על ידי דרך חדשה לחלוטין. המרכיב החשוב ביותר בהגדרת - ניסיון, וזה מה מדען נבחר הקריטריון העיקרי, ואת כל מה שלא אושר על ידי ניסיון, כגון אטומי או מבנה מולקולרי, לבואזיה לא נחשב.

האבולוציה כימית עברה את החוקים שהוא גיבש - שימור המסה, על טבעה של תכונות של תרכובות, ההבדלים שלהם בהרכב היסודות. זה היה רגע שבו כימיה הפכה מדע של עצמי, לומדת את ההרכב של הגופים בניסוי. לא יכולתי לעשות בלי האבולוציה הכימית של רציונליזציה של הנושא, ובכך, האנושות ננטשה בעבר אלכימי, כמו רעיונות לגבי טבעו של החומר ותכונותיו לשנות באופן דרסטי ובמהירות. אבל את הדחיפה תהליך זה שימש מחקר לבואזיה. עכשיו, אפילו ילדי בית הספר יודעים כי שלבי אבולוציה כימית (או אבולוצית prebiotic) צריכים להיחשב מהרגע שקדם להופעת חיים על פני כדור הארץ. במאה השמונה עשרה, תפיסות עולם כזאת אף אחד לא היה אי פעם.

חיים

אבולוציה כימית החלה על פני כדור הארץ ממש חסר חי כוכב כאשר החומר האורגני החל בהדרגה לצאת מן המולקולות אורגניות, אשר במפורש להשפיע על גורמי אנרגית בחירה. התגלגלות תהליכים של ארגון עצמי, אופייניים למערכות מורכבות אפילו יחסית. לפיכך, פחמן על פני כדור הארץ הופיע. במקום זאת, יש פחמני מולקולה הראשונה של חשיבות מהותית לא רק המראה אלא גם להמשך הפיתוח של כל החומר החי.

אנחנו לא יודעים עד כה, מהי מהות האבולוציה הכימית בשלבים המוקדמים של החיים. הכימיה הידועה של כל חומר מגבילה את הנחת פחמן מימיית גבולות תהליך אבולוציוני. אולי, ביקום יש אפשרויות מצב אחר של קיום חומר חי ואת מקור החלבון שלנו - הוא לא "בדרך החוצה" בלבד. יש מומש שילוב ייחודי של תכונות פולימר עם תכונות depolarizing הפחמן של המדיום המימי בשלב הנוזלי. תנאים אלה היו מספיקות כדי להפעיל את האבולוציה הכימית של החיים והצורך בפיתוח של כל הידוע לנו מגוון של צורות חיים.

החל התהליך

האנושות אפילו של ערש משלו יודע שלא כל. במיוחד לגבי היכן ומתי להתחיל את שלבי אבולוציה כימית על פני כדור הארץ. זה מה שאנחנו, מדי, אפשר רק לנחש. כאן, לראשונה, ייתכנו בהחלט בכל עת.

בסיום המחזור השני של היווצרות כוכב כאשר המוצרים התמציתיים של פיצוץ של סופרנובות, אשר נתנו אלמנטים בחלל הבינכוכבי שנקראו כבד, שמשקל עולים על עשרים ושש. כשהכוכבים בדור השני נמצא מערכות פלנטריות משלהם, שבו יסודות כבדים הדרושים כבר כמות מספיקה. הבין את מהות האבולוציה הכימית יכול בכל עת לאחר המפץ הגדול בהפרש של חצי מיליארד וחצי מיליארד שנים.

איפה החיים החלו

איפה היא יכולה שהתעוררה - גם שאלה פתוחה. בעת יצירת תנאי ekolyutsii סבירים רבים למדי השקה כימית יכולים להתרחש בכל סביבה כמעט. תשתית וכוכב לכת זה, ואת העומק של האוקיינוס פני השטח, היווצרות protoplanetary אפילו מתאימה.

יתר על כן, ענן גז הבינכוכבי עשוי גם לשמש כקרש קפיצה התקפה על חומר חי ללא רוח חיים, והוא אשר בו חומרים אורגניים המזוהים - ו סוכר אלכוהולי, אלדהידים, חומצות אמינו, גליצין ועוד מסוגל לשמש חומר המוצא לחיים באמצעות אבולוציה כימית החלה.

תאוריה

Ancient כדור הארץ שומר הסודות שלה, והאנושות עדיין אין מידע אמין לגבי התנאים הגיאוכימיים הקיום שלה לפני הופעתה של החיים. מחקר גיאולוגי לא יכול לספק את כל השאלות, ולכן כדי ללמוד מעורב אסטרונומיה בהרחבה. אז בנה תיאוריה של אבולוציה כימית. התנאים נוגהים ועל מאדים של היום נחשבים דומים לכדור הארץ בשלבים מסוימים של אבולוציה כימית.

כדי להתנסות על מודלים ובכך להשיג את כל הנתונים הבסיסיים ידועים. לדוגמא, באמצעות סימולציה של קומפוזיציות כימיות שונות ותנאים אקלימיים באטמוספרה, את הידרוספירה, ליתוספירה מולקולות אורגניות מורכבות התקבלו. רכישת הנתונים חדשים על ידי ניסוי הוא תמיד בבנייה מעשירה את התאוריה. אז, זה היה מועמד בשינה מספר ההשערות לגבי המנגנונים הספציפיים כוחות מניעים ישירות שנערכו אבולוציה כימית.

מחקר ברוסיה

החיים על פני כדור הארץ חושל abiogenesis, כלומר, לידת תרכובות אורגניות שנוכחותה טבע מאפיין מעבר לגוף וללא השתתפות שמץ של אנזימים. זהו השלב הראשון, כאשר יש פרנסה מן הדומם.

על פי שערה זו אקדמית Oparin בשנתי העשרים של המאה עשרים, פתרונות של תרכובות גבוהות מולקולריות מסוגלים ליצור אזור מסוים שבו הריכוז שלהם גדל, ופרדה מהסביבה החיצונית אינו מונע מהם לתקשר איתו. אזורים אלה נקראים coacervates או טיפות coacervate.

בחו"ל

סינתזת אביוטי מוצא מיושמת ארץ פרימיטיווי בילה ב 1953 godu סטנלי מילר, סינתזת חומצות אמינו עם חומרים אורגניים אחרים. לאחר מכן הופיע תאורית hypercycles המסבירה את קיומם של חיים במהלך האבולוציה הכימית של בנוכחות תגובה קטליטי, ברציפות, שבו המוצר הקודם הופך הזרז הבא.

רק ראשונים "protocell" נוצר בשנת 2008 על ידי ביולוג אמריקאי אשר דרך המעטה של חומצות שומן ושומנים הצליחו להשיג monophosphate נוקלאוטיד מהסביבה. "לבנים" imidazole מופעל אלה חיוניים לסינתזה של DNA. ובשנת 2011 ביפן נוצרו שלפוחיות עם אלמנטים DNA תחת קרום קטיוני, אשר הצליחו לחלק, כפי שהיה תגובת שרשרת polirazmernaya, שכפול של דנ"א.

השערות עיקריות

אבולוציה כימית של חיים על כדור ארץ השערה מסבירה את הנקודות הבסיסיות הבאות.

1. צורך מופיע על כדור הארץ או בתנאי חלל, שבו קיים סינתזת מבקרות ugrerodosoderzhaschih מולקולות, עם הסינתזה חייבת להיות כמויות גדולות ומגוון רב, מספיק כדי להתחיל את תהליך אבולוציה כימית.
2. מבני מופע protocellular מתעוררים מן המולקולות שתוארו לעיל. אגרגטים סגורים היציבים אלה מבודדים מהסביבה, חילופי אנרגיה של חומרים ומעבירים אותם באופן סלקטיבי. אז מבנה protocellular שם.
3. היחידות יצרו קיימת יכולת התפתחות עצמית - שכפול עצמית עצמית טרנספורמציה של כל המידע של מערכות כימיות. אז יש את היחידות הבסיסיות של הקוד התורשתי.
4. השלב הבא - הקשר בין המראה ואת הפונקציות של אנזימים את תכונות החלבונים עם רנ"א ודנ"א כנושא נתונים. אז יש למעשה קוד תורשתי כי נדרש אבולוציה ביולוגית.

גילוי

כפי שצוין לעיל, אלכסנדר אופרין מוקדם ככל העשרים של המאה הקודמת פתחה coacervates. סטנלי הבא מילר הרולד יורי ב 1953, תארו את הופעתה של האווירה העתיקה להדמיית biomolecules פשוט התהליך של המופע שלהם. סידני Foks הבא סיפר העולם על מיקרוספרות של protenoidov. בשנת 1981, ט 'ו ס Ceku Altmane מסוגל לראות את החלוקה של RNA מבקרת כמו ribozymes מסוגל לשלב את המידע ואת קטליזה של המולקולה, "חוצב" עצמם משרשרת החיבור הנותר "קצוות".

בשנת 1986, ויליאם גילברט קיימברידג פיתח את הרעיון של "RNA העולם", ועל גונתר פון Kidrovski מגרמניה ובמקביל הוצגה המערכת המשכפלת הראשונה המבוססת על DNA, אשר היווה תרומה חשובה להבנת מערכות המשכפלת ופונקציות הצמיחה שלהם. המדע הלך קדימה במהירות בכיוון הזה: מנפרד אייגן פתח hyperframe, האבולוציה של רכבים של מולקולות RNA, ו Yuliy ריבק יצרה את המולקולה המלאכותית הראשונה-שכפול עצמי כלורופורם.

שטח & Earth

במרכז טיסות החלל של נאס"א Dzhon Korlis למד את התהליך המסיר של המעיינות התרמיות של האנרגיה בים וכימיקלים שהופכים את האבולוציה הכימית עצמאית של סביבת החלל, והיום הם עבור בית גידול הראשוני archaebacteria קבע. בעולם סולפידים ברזל, מספר השערות גונטר Vehterskhoyzera.

הוא תיאר את חילוף החומרים מבנים הראשונה המשכפלת את עצמה נגרמת על פני השטח של פיריט (ברזל גופריתי), אשר נתן את האנרגיה הדרושה להעברת חומרים. מבחינת מבחר גדל והולך ונרקב גבישי פיריט יכול לגדול ולהתרבות, יצירת מגוון של אוכלוסיות. מינרלי חימר להופעת מולקולות אורגניות גם נחקרו מקרוב. עם זאת, מודל אחיד של האבולוציה הכימית עדיין לא קיימת, שכן העקרונות הבסיסיים של התנועה של תהליך זה הוא עדיין לא פתוח.