§ 54 Походження життя

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

Сучасна наука вважає найбільш переконливою гіпотезу виникнення життя саме на нашій планеті. В той самий час, ще у ХІХ столітті, обґрунтовано довели, що самозародження життя неможливе. Як можна узгодити ці позиції?

У ХІХ столітті Луї Пастер дослідами довів неможливість раптового самозародження сучасних складних організмів у кисневому середовищі. Натомість гіпотеза абіогенезу описує зовсім інший процес — тривалу хімічну еволюцію неорганічних сполук у прості органічні молекули та перші клітини у відновних умовах первісної Землі мільярди років тому. Отже, ці твердження не суперечать одне одному, бо стосуються принципово різних умов і часових проміжків.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

1. У 1952 році Стенлі Міллер і Гарольд Юрі з Чиказького університету провели експеримент, у якому намагалися відтворити умови первісної Землі (мал. 54.1). Його метою було з’ясувати, чи можуть органічні сполуки виникати з неорганічних. Чи можна вважати підбір умов у цьому експерименті адекватним, а його результати вдалими?

Підбір умов у цьому експерименті був цілком адекватним тогочасним науковим уявленням, адже вчені відтворили безкисневу відновну атмосферу з метану, амоніаку, водню та водяної пари й застосували електричні розряди замість грозових блискавок. Результати досліду є вдалими, оскільки науковцям вдалося експериментально підтвердити можливість утворення амінокислот та інших органічних сполук із неорганічних речовин без участі живих організмів.

2. Учені припускають, що життя виникло саме на Землі. Втім, оскільки наша планета дуже велика, умови на її території були і є різноманітними. У яких середовищах і де саме могло з’явитися життя?

Життя виникло у водному середовищі, оскільки для перебігу біохімічних реакцій потрібен був рідкий і достатньо концентрований розчин. Основними ймовірними місцями його зародження вважають гідротермальні джерела на дні океану («чорні курці»), гарячі прісні водойми (геотермальні джерела), а також мікропори й поверхні кристалів піриту або глини, які захищали перші молекули від руйнування.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Які є основні гіпотези походження життя на Землі? Яка з них, на твою думку, найбільш вірогідна?

Основними групами гіпотез є креаціонізм, гіпотези стаціонарного стану, гіпотези панспермії та гіпотези абіогенезу (хімічної еволюції). Найбільш вірогідною є гіпотеза абіогенезу, оскільки вона спирається на закони хімії і фізики, має експериментальні підтвердження (як-от дослід Міллера-Юрі) і пояснює послідовне утворення біополімерів та клітинних структур.

2. В чому суть гіпотези панспермії? Чи пояснює ця гіпотеза походження життя загалом?

Суть панспермії полягає в тому, що життя виникло у Всесвіті за межами Землі й було занесене на нашу планету метеоритами, кометами чи іншими космічними тілами. Ця гіпотеза не пояснює виникнення життя загалом, а лише переносить місце його появи в іншу точку Всесвіту, не відповідаючи на питання, як саме жива матерія утворилася з неживої.

3. Які органічні молекули є претендентами на роль перших молекул життя? Якими властивостями повинні володіти такі молекули?

Головними претендентами на роль перших молекул життя є молекули РНК відповідно до гіпотези світу РНК.
Такі молекули повинні мати здатність зберігати спадкову інформацію, самовідтворюватися шляхом копіювання, а також каталізувати хімічні реакції подібно до ферментів (властивість рибозимів).

4. Виконай в e-ДОДАТКУ завдання 54.2. Порівняй хімічну і біологічну еволюцію, переглянувши відео.

Хімічна та біологічна еволюція є послідовними стадіями розвитку матерії. Їхнє порівняння подано в таблиці.

5. Які ознаки властиві далеким спільним предкам усіх живих організмів, що отримали назву LUCA? Обґрунтуй свої міркування (скористайся підказкою в e-ДОДАТКУ (завдання 54.3)).

Останньому спільному предку LUCA були властиві одноклітинна прокаріотична будова, наявність клітинної мембрани з ліпідів, збереження генетичної інформації у формі ДНК, універсальний генетичний код, використання РНК і рибосом для синтезу білків та анаеробний метаболізм.
Ці міркування ґрунтуються на тому, що всі відомі нині клітинні організми — бактерії, археї та еукаріоти — мають однакову фундаментальну біохімічну основу й однаковий генетичний код, що свідчить про їхнє походження від єдиної вихідної предкової популяції клітин.

6. Поясни послідовність етапів формування життя згідно із сучасними гіпотезами абіогенезу.

Формування життя за сучасними уявленнями відбувалося у такі послідовні етапи:

1. Формування придатної для життя планети з рідкою водою та необхідними хімічними елементами (вуглецем, воднем, киснем, азотом, фосфором).
2. Абіотичний синтез простих органічних молекул (амінокислот, моносахаридів, нуклеотидів) із неорганічних газів.
3. Виникнення процесів молекулярного самовідтворення, самозбірки й автокаталізу, формування світу РНК та гомохіральності молекул.
4. Поява клітинних мембран на основі ліпідів (коацерватів) та утворення замкнених протоклітин.
5. Виникнення останнього спільного предка всіх клітинних організмів (LUCA).

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

1. Назви три факти, які ти дізнався/дізналася після опанування параграфа.

• Стенлі Міллер і Гарольд Юрі 1952 року дослідно отримали амінокислоти із суміші простих газів за допомогою електричних розрядів.
• Молекули РНК можуть виконувати функції ферментів і прискорювати хімічні реакції, через що їх називають рибозимами.
• Останній універсальний спільний предок усіх нині існуючих організмів на Землі отримав наукову назву LUCA.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…
Мене здивувало, що гіпотеза світу РНК змогла пояснити парадокс «курки та яйця» у біології, адже молекула РНК одночасно зберігає спадкову інформацію і каталізує біохімічні реакції.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Спочатку мені було важко розібратися, чому гіпотеза панспермії не дає остаточної відповіді про виникнення життя. Подолати труднощі мені допомогло уважне прочитання висновків у рубриці «Це головне в параграфі».

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Отримані знання стануть у пригоді на уроках хімії та географії під час вивчення хімічного складу оболонок Землі, а також допоможуть критично оцінювати новини про пошуки слідів життя на інших планетах.