§ 54 Походження життя

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

Як можна узгодити ці позиції?

У ХІХ столітті було доведено неможливість раптового самозародження складних сучасних організмів із неживої матерії в сучасному кисневому середовищі. Натомість гіпотеза виникнення життя на Землі шляхом абіогенезу пояснює тривалий процес хімічної еволюції неорганічних речовин у прості органічні сполуки та перші клітини в специфічних відновних умовах ранньої Землі. Ці позиції узгоджуються між собою, оскільки стосуються абсолютно різних умов середовища, часових масштабів і рівнів організації матерії.

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 експерименті Стенлі Міллера та Гарольда Юрі можна вважати адекватним тогочасним науковим уявленням, адже вони відтворили відновну атмосферу з метану, амоніаку, водню та водяної пари без вільного кисню й застосували електричні розряди як джерело енергії. Результати експерименту є повністю вдалими, оскільки науковцям вдалося експериментально довести можливість утворення амінокислот та інших органічних молекул із неорганічних речовин.

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 могло виникнути в рідкому середовищі, а саме в концентрованих водних розчинах, сприятливих для взаємодії молекул і перебігу хімічних реакцій. Основними ймовірними місцями виникнення перших форм життя є глибоководні океанічні гарячі джерела (гідротермальні венти), гарячі прісні водойми, а також поверхня та порожнини кристалів піриту чи глини.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

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

Основними гіпотезами походження життя на Землі є креаціонізм, гіпотези стаціонарного стану, панспермії та абіогенезу (хімічної еволюції). Найбільш вірогідною з наукової точки зору є гіпотеза абіогенезу, оскільки вона спирається на експериментальні підтвердження і пояснює послідовні етапи утворення біологічних молекул і клітинних структур з неорганічних речовин.

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

Суть гіпотези панспермії полягає у припущенні, що життя виникло у Всесвіті за межами Землі й потрапило на нашу планету ззовні разом із метеоритами, кометами чи іншими космічними тілами. Ця гіпотеза не пояснює походження життя загалом, оскільки вона лише переносить питання первинного виникнення живого із Землі в інше місце у Всесвіті, не розкриваючи самого механізму утворення живих організмів із неживої матерії.

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

Головними претендентами на роль перших молекул життя вважаються молекули РНК відповідно до концепції «світу РНК».
Такі молекули повинні мати здатність зберігати та передавати спадкову інформацію, самовідтворюватися (копіювати себе), а також каталізувати хімічні реакції, тобто виконувати функції ферментів.

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

Хімічна та біологічна еволюція є послідовними етапами виникнення та розвитку життя на Землі. Порівняльну характеристику цих процесів наведено у 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 всіх живих організмів (LUCA) були властиві такі ознаки: одноклітинна прокаріотична будова, наявність плазматичної мембрани з ліпідів, збереження спадкової інформації у вигляді дволанцюгової ДНК, універсальний генетичний код, використання РНК і рибосом для синтезу білків, а також анаеробний метаболізм.
Обґрунтувати ці міркування можна тим, що абсолютно всі сучасні клітинні організми на Землі (бактерії, археї та еукаріоти) мають однакові базові біохімічні процеси та генетичну систему, які вони могли успадкувати лише від одного спільного предка.

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

Формування життя на Землі згідно з сучасними гіпотезами абіогенезу відбувалося у декілька послідовних етапів:

1. Формування придатної для життя планети з наявністю рідкої води та необхідних хімічних елементів.
2. Абіотичний синтез простих органічних молекул із неорганічних речовин.
3. Виникнення процесів молекулярного самовідтворення, самозбірки та автокаталізу органічних молекул (формування гомохіральності та світу РНК).
4. Поява клітинних мембран і формування протоклітин на основі ліпідних пухирців (коацерватів).
5. Виникнення останнього спільного предка всіх клітинних організмів (LUCA).

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

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

• У 1952 році Стенлі Міллер і Гарольд Юрі експериментально довели можливість утворення амінокислот із неорганічних газів під дією електричних розрядів.
• Молекули РНК у первинному океані могли виконувати роль не лише носіїв спадковості, а й ферментів (рибозимів), прискорюючи хімічні реакції.
• Останній спільний предок усіх живих істот на Землі (LUCA) жив орієнтовно 4,3–3,9 мільярда років тому в умовах гідротермальних джерел чи гарячих водойм.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…
Мене здивувало, що первинні молекули РНК поєднували в собі функції збереження інформації та каталізатора реакцій, що допомогло науковцям розв’язати суперечку про те, що виникло раніше — ДНК чи білки.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Спочатку мені було складно відрізнити гіпотезу панспермії від абіогенезу та запам’ятати всі етапи хімічної еволюції. Подолати ці труднощі мені допомогло повторне читання висновків параграфа та розбір схем підручника.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Ці знання допоможуть мені краще розуміти взаємозв’язок біології, хімії та географії, відповідати на уроках під час вивчення історії Землі, а також критично аналізувати науково-популярні факти про можливість існування життя на інших планетах.