Какие свойства были присущи пробионту
протобионтов они представляют собой биологические комплексы, которые, согласно некоторым гипотезам, связанным с происхождением жизни, предшествовали клеткам. Согласно Опарину, это молекулярные агрегаты, окруженные полупроницаемой липидной мембраной или структурой, подобной этой..
Эти биотические молекулярные агрегаты могут представлять простое размножение и метаболизм, которые позволяют поддерживать химический состав внутренней части мембраны, отличный от ее внешней среды..
Некоторые эксперименты, проведенные в лаборатории различными исследователями, показали, что протобионты могут самопроизвольно образовываться, используя органические соединения, созданные из абиотических молекул, в качестве структурных блоков..
Примерами этих экспериментов являются образование липосом, которые представляют собой скопления небольших капелек, окруженных мембранами. Они могут образовываться при добавлении липидов в воду. Это также происходит, когда добавляются другие типы органических молекул.
Может случиться так, что липосомоподобные капли образовались в прудах пребиотических времен, и они случайно включили некоторые аминокислотные полимеры.
В случае, если полимеры сделали определенные органические молекулы проницаемыми для мембраны, можно было бы селективно включать указанные молекулы.
индекс
- 1 Свойства и характеристики
- 1.1 Полупроницаемые мембраны
- 1.2 Возбудимость
- 2 Происхождение
- 2.1 Гипотеза Опарина и Холдейна
- 2.2 Миллер и Юри эксперимент
- 3 Генетический материал протобионтов
- 3.1 Мир РНК
- 3.2 Внешний вид ДНК
- 4 Ссылки
Свойства и характеристики
Предполагаемые протобионты могут быть сформированы из гидрофобных молекул, которые были организованы в виде бислоя (два слоя) на поверхности капли, напоминая липидные мембраны, присутствующие в современных клетках.
Полупроницаемые мембраны
Поскольку структура является избирательно проницаемой, липосома может набухать или спускаться в зависимости от концентрации растворенных веществ в среде..
То есть, если липосома подвергается воздействию гипотонической среды (концентрация внутри клетки выше), вода входит в структуру, набухая в липосоме. Напротив, если среда гипертоническая (концентрация клетки ниже), вода перемещается во внешнюю среду.
Это свойство не уникально для липосом, оно также может применяться к текущим клеткам организма. Например, если эритроциты подвергаются воздействию гипотонической среды, они могут взорваться.
возбудимость
Липосомы могут накапливать энергию в виде мембранного потенциала, который состоит из напряжения на поверхности. Структура может разряжать напряжение способом, напоминающим процесс, который происходит в нейрональных клетках нервной системы..
Липосомы имеют несколько характеристик живых организмов. Однако это не то же самое, что сказать, что липосомы живы..
источник
Существует большое разнообразие гипотез, которые пытаются объяснить происхождение и эволюцию жизни в пребиотической среде. Ниже мы опишем наиболее выдающиеся постулаты, которые обсуждают происхождение протобионтов:
Гипотеза Опарина и Холдейна
Гипотеза о биохимической эволюции была предложена Александром Опариным в 1924 году и Джоном Д. С. Холдейном в 1928 году..
Этот постулат предполагает, что в пребиотической атмосфере не хватало кислорода, но он сильно сокращался из-за большого количества водорода, что приводило к образованию органических соединений благодаря наличию источников энергии..
Согласно этой гипотезе, когда произошло охлаждение Земли, пары вулканических извержений конденсировались, выпадая в осадок в виде сильных и постоянных дождей. Когда вода упала, она вытащила минеральные соли и другие соединения, породив знаменитый первичный суп или питательный бульон.
В этой гипотетической среде могут образовываться крупные молекулярные комплексы, называемые пребиотическими соединениями, которые порождают все более сложные клеточные системы. Опарин назвал эти структуры протобионтами.
По мере того, как протобионты увеличивали свою сложность, они приобретали новые возможности для передачи генетической информации, и Опарин дал название эубионтов этим более продвинутым формам..
Миллер и Юри эксперимент
В 1953 году, после постулатов Опарина, исследователи Стэнли Л. Миллер и Гарольд С. Юри разработали серию экспериментов для проверки образования органических соединений из простых неорганических материалов..
Миллеру и Юри удалось создать экспериментальный дизайн, который моделировал пребиотические среды в условиях, предложенных Опарином, в небольшом масштабе, получая ряд соединений, таких как аминокислоты, жирные кислоты, муравьиная кислота, мочевина и другие..
Генетический материал протобионтов
Мир РНК
Согласно гипотезе нынешних молекулярных биологов, протобионты несли молекулы РНК вместо молекул ДНК, что позволило им копировать и хранить информацию.
Помимо того, что РНК играет фундаментальную роль в синтезе белка, она также может вести себя как фермент и проводить реакции катализа. Из-за этой характеристики РНК является указанным кандидатом на роль первого генетического материала у протобионтов.
Молекулы РНК, способные проводить катализ, называются рибозимами и могут делать копии с комплементарными последовательностями коротких участков РНК и опосредовать процесс сплайсинг, устранение разделов последовательности.
Протобионт, у которого внутри находилась каталитическая молекула РНК, отличался от аналогов, у которых не было этой молекулы..
В случае, если протобионты могут расти, делиться и передавать РНК своим потомкам, дарвиновские процессы естественного отбора могут быть применены к этой системе, и протобионты с молекулами РНК увеличат их частоту в популяции..
Хотя появление этого протобиона может быть очень маловероятным, необходимо помнить, что в водоемах первобытной земли могли существовать миллионы протобионтов..
Внешний вид ДНК
ДНК является гораздо более стабильной двухцепочечной молекулой по сравнению с молекулой РНК, которая является хрупкой и неточно реплицируется. Это свойство точности с точки зрения репликации стало более необходимым, поскольку геномы протобионтов увеличились в размерах.
В Принстонском университете исследователь Фриман Дайсон предлагает, чтобы молекулы ДНК могли быть короткими структурами, помогая в их репликации случайными аминокислотными полимерами с каталитическими свойствами.
Это раннее размножение может происходить внутри протобионтов, которые хранили большое количество органических мономеров..
После появления молекулы ДНК РНК может начать играть свою нынешнюю роль в качестве посредников трансляции, создавая тем самым «мир ДНК»..
ссылки
- Альтштейн А. Д. (2015). Гипотеза о гене: мир нуклеопротеинов и как началась жизнь. Биология Директ, 10, 67.
- Audesirk, T., Audesirk, G. & Byers, B.E. (2003). Биология: Жизнь на Земле. Образование Пирсона.
- Кэмпбелл, А. Н. и Рис, Дж. Б. (2005). биология. Редакция Панамерикана Медикал.
- Гама, М. (2007). Биология 1: конструктивистский подход. Пирсон Образование.
- Schrum, J.P., Zhu, T.F. & Szostak, J.W. (2010). Истоки клеточной жизни. Перспективы Колд Спринг Харбор в биологии, a002212.
- Stano, P. & Mavelli, F. (2015). Модели протоклеток в происхождении жизни и синтетической биологии. жизнь, 5(4), 1700-1702.
Протобионты, или протоклетки (англ. protocell or protobiont) — Термин обозначает гипотетический примитивный организм, который, согласно некоторым теориям происхождения жизни, возник бы из-за скопления органических веществ и представлял собой примитивную форму жизни, предшественницу клеток прокариот. Такие «организмы» могли бы представлять собой самоорганизуемые, эндогенно упорядоченные сферические скопления липидов, из которых, предположительно, произошла клеточная жизнь[1], или же бесклеточный агрегат органических полимеров, собранных самопроизвольно абиотически, окруженных мембранной структурой. Протобионты проявляют некоторые свойства, связанные с жизнью, такие как простое размножение, обмен веществ и возбудимость, а также поддержание внутренней химической среды, отличной от внешней.
Примером протобионтов являются эксперименты Александра Опарина и Сидни В. Фокса, которые показали, что такие структуры могут самопроизвольно образовываться в условиях, аналогичных тем, которые, как считается, существовали во время образования Земли. В этих экспериментах образовались липосомы и микросферы с мембранными структурами, подобными фосфолипидным бислоям клетки. В середине XX века были экспериментально получены сложные органические вещества при пропускании электрических зарядов через смесь газов и паров, которая гипотетически совпадает с составом атмосферы древней Земли. В качестве протоклеток Опарин рассматривал коацерваты — органические структуры, окружённые жировыми мембранами. Сидни В. Фокс в 1950-х и 1960-х годах изучал спонтанное образование пептидных структур в условиях, которые, вероятно, могли существовать в начале истории Земли. Он продемонстрировал, что аминокислоты могут спонтанно образовывать небольшие цепи, называемые пептидами. В одном из своих экспериментов он позволил аминокислотам высохнуть, как будто они растекались по поверхности в теплом сухом месте в условиях существовавших до появления жизни. Он обнаружил, что после высыхания аминокислоты образуют длинные, часто перекрестно соединенные (crosslinked) нитевидные микроскопические полипептидные глобулы, которые он назвал «протеиноидными микросферами».
Исходя из этого, обсуждались теории о, одновременном происхождении жизни и процесса эволюции. Было высказано предположение, что аналогично тому, как действует процесс эволюции в живых существах, эволюционные механизмы в химических соединениях также будут действовать до того, как возникнет жизнь.
В этом смысле такие ученые, как Мартин А. Новак и Хисаши Охцуки, постулировали, как и когда химическая кинетика становится эволюционной динамикой, формулируя общую математическую теорию происхождения эволюции.
Центральный вопрос эволюции — как протоклетки появились и начался процесс конкуренции, который привел к появлению жизни. Функциональные протоклетки до сих пор не были получены в лабораторных условиях, однако цель — понимание процесса — вполне достижима[2][3][4].
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 нуклеотид-монофосфаты, активированные имидазолом — «кирпичики», необходимые для синтеза ДНК[5]. В 2011 году японские учёные сообщили, что им удалось создать везикулы с катионной оболочкой и элементами ДНК внутри, способную к делению в результате полимеразной цепной реакции, реплицирующей ДНК.[6]
См. также[править | править код]
- Абиогенез
- Прокариоты
- Химическая эволюция
Примечания[править | править код]
«Биология. Общая биология. Базовый уровень. 10-11 классы». В.И. Сивоглазов (гдз)
Вопрос 1. Какие космические факторы на ранних этапах развития Земли явились предпосылками для возникновения органических соединений?
На ранних этапах развития Земли органические соединения образовывались из неорганических абиогенным путем. Источником энергии для этих процессов служило ультрафиолетовое излучение Солнца. В атмосфере не существовало ни озона, ни кислорода, поэтому ультрафиолет ничем не задерживался и достигал поверхности планеты. Под его воздействием, а также при участии электрических грозовых разрядов из воды и газов образовывались простейшие органические вещества: формальдегид, глицерин, аминокислоты, мочевина и др.
Вопрос 2. Назовите основные стадии возникновения жизни согласно теории биопоэза.
Согласно теории биопоэза, сформулированной в 1947 г. английским физиком и историком науки Джоном Берналом (1901—1971), можно выделить три стадии возникновения жизни:
1) абиогенный синтез и накопление органических мономеров (формирование «первичного бульона»);
2) образование биологических полимеров и коацерватов (от лат. coacervus — сгусток);
3) формирование мембранных структур ипервичных организмов (пробионтов).
Основное место протекания всех этих процессов — древний океан.
Вопрос 3. Как образовывались, какими свойствами обладали и в каком направлении эволюционировали коацерваты?
Образование коацерватов было бы невозможно без взаимодействия органических веществ друг с другом и с неорганическими со¬единениями. В результате такого взаимодействия из жирных кислот и спиртов образовались липиды, из аминокислот — пептиды, из нуклеотидов — нуклеиновые кислоты. Липиды формировали пленки на поверхности водоемов, а белки — растворенные в воде полимерные комплексы. Такие комплексы, сливаясь друг с другом, образовывали коацерваты — структуры, обособленные от остальной массы воды. В первичном океане коацерваты, или коацерватные капли, обладали способностью поглощать различные вещества. В результате этого внутренний состав коацервата претерпевал изменения, что вело или к его распаду, или к накоплению веществ, т. е. к росту и к изменению химического состава, повышающего устойчивость коацерватной капли. Судьба капли определялась преобладанием одного из указанных процессов. Академик А. И. Опарин отмечал, что в массе коацерватных капель должен был идти отбор наиболее устойчивых в данных конкретных условиях. Достигнув определенных размеров, материнская коацерватная капля могла распадаться на дочерние. Дочерние коацерваты, структура которых мало отличалась от материнской, продолжали свой рост, а резко отличавшиеся капли распадались. Продолжали существовать только те коацерватные капли, которые, вступая в какие-то элементарные формы обмена со средой, сохраняли относительное постоянство своего состава. В дальнейшем они приобрели способность поглощать из окружающей среды не всякие вещества, а лишь такие, которые обеспечивали им устойчивость, а также способность выделять наружу продукты обмена. Постепенно увеличивались различия между химическим составом капли и окружающей средой. В процессе длительного отбора (его называют химической эволюцией) сохранились лишь капли, которые при распаде на дочерние не утрачивали особенностей своей структуры, т. е. приобрели свойство самовоспроизведения. Коацерваты обладали некоторыми признаками живого, но для превращений их в первые живые организмы не хватало биологических мембран. Эволюция коацерватов завершилась образованием мембраны, отделяющей их от окружающей среды и состоящей из фосфолипидов.
Вопрос 4. Расскажите, как возникли пробионты.
Мембраны пробионтов могли образовываться из липидных пленок на поверхности водоемов, к которым присоединялись плавающие в воде коацерваты. Для эволюции жизни были важны те коацерваты, которые содержали не только белок, но и нуклеиновые кислоты. Из их комплексов с липидами можно считать живыми организмами лишь те, которые оказлись способны к самовоспроизведению нуклеиновых кислот. Так возникли пробионты — примитивные гетеротрофы, живущие за счет органических веществ абиогенного происхождения («первичного бульона»). На этом этапе закончилась химическая и началась биологическая эволюция.
Вопрос 5. Опишите, как могло происходить усложнение внутреннего строения первых гетеротрофов.
Постепенно количество органических веществ абиогенного происхождения стало уменьшаться. Это привело к жесткой конкуренции между пробионтами, которая ускорила возникновение автотрофов, использующих для создания органики энергию солнечного света. Первые автотрофы использовали бескислородный путь фотосинтеза. Позднее появились цианобактерии, способные к фотосинтезу с выделением кислорода. Следствием накопления кислорода в атмосфере стало, во-первых, возникновение аэробных организмов, во-вторых, формирование защитного озонового слоя.
Параллельно происходило усложнение внутреннего строения клеток, которое в итоге привело к появлению эукариотов. Некоторые гетеротрофы вступали в симбиоз с аэробными бактериями, захватывая их и используя в качестве «энергетических станций» — будущих митохондрий. Такие симбионты дали начало животным и грибам. Другие гетеротрофы, помимо аэробных бактерий, захватывали и автотрофов-цианобактерий, которые стали хлоропластами. Так появились предшественники растений.
Вопрос 6. Почему невозможно самозарождение жизни в современных условиях?
Самозарождение жизни на Земле в настоящее время невозможно, поскольку в условиях современной богатой кислородом атмосферы органические соединения быстро разрушаются, не накапливаются и не достигают должной степени сложности. Кроме того, появления коацерватов и пробионтов не происходит из-за огромного количества гетеротрофов, очень быстро «поедающих» любое скопление органических веществ.
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология
-> Богданова Т.Л.
-> «Биология: Задания и упражнения» -> 10
Богданова Т.Л. Биология: Задания и упражнения — М.: Высшая школа, 1991. — 350 c.
ISBN 5-06-001728-1
Скачать (прямая ссылка): biologiyazadaniyaiupragneniya1991.djvu
Предыдущая 1 .. 4 5 6 7 8 9 10 > 11 12 13 14 15 16 .. 120 >> Следующая
IV Прогрессивное усложнение гетеротрофных примитивных организмов, возникновение автотрофного питания и свободного кислорода (предъядерные организмы — бактерии, гетеротрофы и фототрофы и синезеленые)
Проте- розойская От 0,5 до 2,6 млрд. лет Ядерные организмы Появление ядерных автотрофних фотосинтезирующих растений (зеленые водоросли) и простейших; обогащение воды кислородом —- среда обитания животных
Многоклеточные организмы Прогрессивное усложнение животных и растений. Беспозвоночные животные: кишечнополостные, черви, моллюски; различные водоросли
Органные организмы Прогрессивное усложнение тела животных (хордовые бесчерепные)
2. Где возникли первые неорганические соединения (в недрах Земли, в первичном океане, в первичной атмосфере)?
3. Что явилось предпосылкой возникновения пер-
27
вичного океана (охлаждение атмосферы, опускание суши, появление подземных источников)?
4. Какие первые органические вещества возникли в водах океана (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты)?
5. Какими свойствами обладали коацерваты (рост, обмен веществ, размножение)?
6. Какие свойства присущи пробионту (обмен веществ, рост, размножение)?
7. Какой способ питания был у первых живых организмов (автотрофный, гетеротрофный)?
8. Какой новый способ питания появляется у прокариот (автотрофный, гетеротрофный)?
9. Какие органические вещества возникли с появлением фотосинтезирующих растений (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты)?
10. Возникновение каких организмов создало условия для развития животного мира (бактерии, синезеленые, зеленые водоросли)?
Раздел IL УЧЕНИЕ О КЛЕТКЕ
ТЕМА. КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ. ПРОКАРИОТЫ И ЭУКАРИОТЫ
Клетка — элементарная живая система, основная структурная и функциональная единица растительных и животных организмов, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.
Задание 5. Повторить учебный материал. Ответить на вопросы для самоконтроля. Выполнить контрольную работу № 4.
Вопросы для самоконтроля
Кем, когда и на каком объекте была открыта клетка?
Дайте современное определение клетки.
В чем сущность клеточной теории и кто ее авторы?
С помощью каких приборов изучалась клетка в XIX, XX вв.? Какие формы жизни первыми появились на Земле?
Почему фаги и вирусы называют предклеточными организмами?
28
К каким формам жизни относят бактерии и синезеленые? Какие из одноклеточных организмов имеют обособленное ядро?
Какие многоклеточные организмы считаются первичными в растительном и животном мире?
Чем отличается колониальный организм от многоклеточного? Каковы последовательные этапы эволюции от пробионта до многоклеточных ядерных организмов?
Контрольная работа № 4
1. Какие из перечисленных положений составляют основу клеточной теории (все организмы состоят из клеток; все клетки образуются из клеток; все клетки возникают из неживой материи)?
2. Что представляет собой тело предклеточных организмов (ядро; цитоплазма; молекула ДНК или РНК, покрытая белковой оболочкой)?
3. Какой способ питания характерен для вирусов и бактериофагов (паразитный, сапрофитный)?
4. Какие организмы относят к клеточным предъ-ядерным (бактерии, фаги, вирусы, синезеленые)?
5. Какие организмы относят к одноклеточным ядер-ным (бактерии, амеба малярийная, хламидомонада, инфузория туфелька)?
6. Какие организмы являются многоклеточными (кишечнополостные, бурые водоросли, бактерии)?
ТЕМА. ХИМИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТКИ
Содержание химических элементов в клетке. Вода и другие неорганические вещества, их роль в жизнедеятельности клетки. Органические вещества: липиды, АТФ, биополимеры (углеводы, белки, нуклеиновые кислоты), их роль в клетке. Ферменты, их роль в процессах жизнедеятельности. Само-удвоение ДНК.
Задание 6. Повторить учебный материал. Ответить на вопросы для самоконтроля. Выполнить контрольную работу № 5—7. Проанализировать табл. 7—9.
29
Вопросы для самоконтроля (неорганические и органические вещества)
Какие химические элементы входят в состав клетки?
Какие неорганические вещества входят в состав клетки? Каково значение воды для жизнедеятельности клетки?
Какие соли входят в состав клетки?
Каково значение для клетки солей азота, фосфора, калия; натрия?
В чем разница между органическими и неорганическими ве-ществамгі?
Какие органические вещества входят в состав клетки?
Что такое мономеры и полимеры?
Почему белковую молекулу называют полимером?
Чем характеризуется первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белка?
Что такое денатурация белка?
Какие функции белков вам известны?
Сколько видов аминокислот входит в состав белков?
Чем обусловлено многообразие белков?
Каковы функции жиров в клетке и в организме?
Где в клетке расщепляются жиры?
Каковы последовательные этапы расщепления жиров до конечных продуктов?
Почему жиры являются наиболее эффективным источником энергии в клетке?
У каких организмов и в каких органеллах синтезируются углеводы?
Какие запасные углеводы имеются в растительных и животных клетках?
Предыдущая 1 .. 4 5 6 7 8 9 10 > 11 12 13 14 15 16 .. 120 >> Следующая