Шпаргалка по "Биологии"

жизни более строго и подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Реди установил, что

маленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе, — это личинки мух. Проведя ряд

экспериментов, он получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возникнуть

только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).

Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеи самозарождения, и хотя эта

идея несколько отошла на задний план, она продолжала оставаться главной

версией зарождения жизни.

Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеи

самозарождения, и хотя эта идея несколько отошла на задний план, она

продолжала оставаться главной версией зарождения жизни.

В то время как эксперименты Реди, казалось бы, опровергли спонтанное

зарождение мух, первые микроскопические исследования Антони ван

Левенгука усилили эту теорию применительно к микроорганизмам. Сам

Левенгук не вступал в споры между сторонниками биогенеза и

спонтанного зарождения, однако его наблюдения под микроскопом

давали пищу обеим теориям.

В 1860 году проблемой происхождения жизни занялся французский

химик Луи Пастер. Своими опытами он доказал, что бактерии вездесущи

и что неживые материалы легко могут быть заражены живыми

существами, если их не стерилизовать должным образом. Учёный

кипятил в воде различные среды, в которых могли бы образоваться

микроорганизмы. При дополнительном кипячении микроорганизмы и их

споры погибали. Пастер присоединил к S-образной трубке запаянную

колбу со свободным концом. Споры микроорганизмов оседали на

изогнутой трубке и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо

прокипяченная питательная среда оставалась стерильной, в ней не

обнаруживалось зарождения жизни, несмотря на то, что доступ воздуха

был обеспечен.

В результате ряда экспериментов Пастер доказал справедливость

теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного

зарождения.

Теория биопоэза

Современная теория возникновения жизни на Земле была сформулирована в 1947г английским учёным Дж.Берналом. Он выделил три стадии биопоэза:

1) Абиогенное возникновение  биологических мономеров

2) Образование биологических  полимеров 

3) Формирование мембранных  структур и первичных организмов (пробионтов)

По своей сути теория биопоэза  объединила теории абиогенеза и биогенеза.

Опыт Миллера и Юри

Эксперимент Миллера — Юри — известный классический эксперимент, в котором симулировались гипотетические условия раннего периода развития Земли для проверки возможности химической эволюции. Фактически это был экспериментальный тест гипотезы, высказанной ранее Опариным и Холдейном, о том, что условия, существовавшие на примитивной Земле, способствовали химическим реакциям, которые могли привести к синтезу органических молекул из неорганических. Был проведён в 1953 году Миллером и Юри.

Аппарат, спроектированный для проведения эксперимента, включал смесь газов, соответствующую тогдашним представлениям о составе атмосферы ранней Земли, и пропускавшиеся через неё электрические

разряды. Собранный аппарат представлял собой две колбы, соединённые стеклянными  трубками в цикл. Заполнявший систему газ представлял собой смесь из метана  (CH4), аммиака (NH3), водорода (H2) и монооксида углерода (CO). Одна колба была наполовину заполнена водой, которая при нагревании испарялась и водные пары попадали в верхнюю колбу, куда с помощью электродов подавались электрические разряды, имитирующие разряды молний на ранней Земле. По охлаждаемой трубке конденсировавшийся пар возвращался в нижнюю колбу, обеспечивая постоянную циркуляцию.

После одной недели непрерывного цикла Миллер и Юри обнаружили, что 10—15 % углерода перешло в органическую форму. Около 2 % углерода оказались в виде аминокислот, причём глицин оказался наиболее распространённой из них. Были также обнаружены сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот.

Эксперимент повторялся несколько раз в 1953—1954 годах. Миллер использовал два варианта аппарата, один из которых, т. н. «вулканический», имел определённое сужение в трубке, что приводило к ускоренному потоку водных паров через разрядную колбу, что, по его мнению, лучше имитировало вулканическую

активность. Интересно, что повторный анализ проб Миллера, проведённый через 50 лет профессором и его бывшим сотрудником Джеффри Бейдом с использованием современных методов исследования, обнаружил в пробах из «вулканического» аппарата 22 аминокислоты, то есть гораздо больше, чем считалось ранее. Собранный аппарат представлял собой две колбы, соединённые стеклянными  трубками в цикл. Заполнявший систему газ представлял собой смесь из метана  (CH4), аммиака (NH3), водорода (H2) и монооксида углерода (CO). Одна колба была наполовину заполнена водой, которая при нагревании испарялась и водные пары попадали в верхнюю колбу, куда с помощью электродов подавались электрические разряды, имитирующие разряды молний на ранней Земле. По охлаждаемой трубке конденсировавшийся пар возвращался в нижнюю колбу, обеспечивая постоянную циркуляцию.

После одной недели непрерывного цикла Миллер и Юри обнаружили, что 10—15 % углерода перешло в органическую форму. Около 2 % углерода оказались в виде аминокислот, причём глицин оказался наиболее распространённой из них. Были также обнаружены сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот. Эксперимент повторялся несколько раз в 1953—1954 годах. Миллер использовал два варианта аппарата, один из которых, т. н. «вулканический», имел определённое сужение в трубке, что приводило к ускоренному потоку водных паров через разрядную колбу, что, по его мнению, лучше имитировало вулканическую

активность. Интересно, что повторный анализ проб Миллера, проведённый через 50 лет профессором и его бывшим сотрудником Джеффри Бейдом с использованием современных методов исследования, обнаружил в пробах из «вулканического» аппарата 22 аминокислоты, то есть гораздо больше, чем считалось ранее.

Белково-коацерватная теория Опарина

Согласно этой теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть

разделён на три этапа:

-Возникновение органических  веществ 

-Возникновение белков 

-Возникновение белковых  тел 

Астрономические исследования показывают, что как звёзды, так и планетные системы возникли

из газопылевого вещества. Наряду с металлами и их окислами в нём содержались водород,

аммиак, вода и простейший углеводород — метан.

Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента

появления первичного океана. В водной среде производные углеводородов могли подвергаться

сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул

могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.

Наука доказала, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно

синтезировать не только аминокислоты, но и другие биохимические вещества. Большой

победой современной биохимии является первый полный синтез молекулы белков:

синтезирован гормон инсулин, управляющий углеводным обменом.

Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло

явиться образование коацерватных капель. При определённых условиях водная оболочка

органических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающего

раствора. Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуя

многомолекулярные комплексы — коацерваты.

Коацерватные капли также могли возникать при простом смешивании разнообразных

полимеров. При этом происходила самосборка полимерных молекул в многомолекулярные

образования — видимые под оптическим микроскопом капли.

Капли были способны поглощать извне вещества по типу открытых систем. При включении в

коацерватные капли различных катализаторов (в том числе и ферментов) в них происходили

различные реакции, в частности полимеризация поступающих из внешней среды мономеров.

За счёт этого капли могли увеличиваться в объёме и весе, а затем дробиться на дочерние

образования. Таким образом, коацерваты могли расти, размножаться, осуществлять обмен

веществ. Далее коацерватные капли подвергались естественному отбору, что обеспечило их эволюцию.

Теория была обоснована, кроме одной проблемы, на которую долго закрывали глаза почти все

специалисты в области происхождения жизни. Если спонтанно, путем случайных безматричных

синтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкции белковых молекул

(например, эффективные  катализаторы, обеспечивающие преимущество  данному коацервату в

росте и размножении), то как они могли копироваться для распространения внутри коацервата,

а тем более для передачи коацерватам-потомкам? Теория оказалась неспособной предложить

решение проблемы точного воспроизведения — внутри коацервата и в поколениях —

единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Однако, было показано,

что первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных

абиогенным путем, и они могли вступить в симбиоз с "живыми растворами" – колониями

самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие

синтез липидов, а такое сообщество уже можно назвать организмом.

В зависимости от того, что считается первичным, различают два методологических подхода к вопросу возникновения жизни:

Генобиоз — методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода.

Голобиоз — методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности структур, наделённых способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма.

36 вопр

Основные положения СТЭ, их историческое формирование и развитие

В 1930—1940-е годы быстро произошел широкий синтез генетики и дарвинизма. Генетические идеи проникли в систематику, палеонтологию, эмбриологию, биогеографию. Термин «современный» или «эволюционный синтез» происходит из названия книги Дж. Хаксли «Evolution The Modern synthesis» (1942). Выражение «синтетическая теория эволюции» в точном приложении к данной теории впервые было использовано Дж. Симпсоном в 1949 году.

Авторы синтетической теории расходились во мнениях по ряду фундаментальных проблем и работали в разных областях биологии, но они были практически единодушны в трактовке следующих основных положений

1.элементарной единицей  эволюции считается локальная  популяция;

2.материалом для эволюции  являются мутационная и рекомбинационная  изменчивость;

3.естественный отбор  рассматривается как главная  причина развития адаптаций, видообразования  и происхождения надвидовых таксонов;

4.дрейф генов и  принцип основателя выступают  причинами формирования нейтральных  признаков;

5.вид есть система  популяций, репродуктивно изолированных  от популяций других видов, и  каждый вид экологически обособлен;

6.видообразование заключается  в возникновении генетических  изолирующих механизмов и осуществляется  преимущественно в условиях географической  изоляции.

Таким образом, синтетическую теорию эволюции можно охарактеризовать как теорию органической эволюции путем естественного отбора признаков, детерминированных генетически. Активность американских создателей СТЭ была столь высока, что они быстро создали международное общество по изучению эволюции, которое в 1946 стало учредителем журнала «Evolution». Журнал «American Naturalist» вновь вернулся к публикации работ по эволюционной тематике, делая акцент на синтезе генетики, экспериментальной и полевой биологии. В результате многочисленных и самых разнообразных исследований основные положения СТЭ прошли не только успешную проверку, но и видоизменялись, дополнялись новыми идеями.

В 1942 немецко-американский орнитолог и зоогеограф Э. Майр издал книгу «Систематика и происхождение видов», в которой была последовательно развита концепция политипического вида и генетико-географическая модель видообразования. Майр предложил принцип основателя, который в окончательной форме был им сформулирован в 1954. Если дрейф генов, как правило, дает причинное объяснение формированию нейтральных признаков во временном измерении, то принцип основателя в пространственном.

После публикации трудов Добржанского и Майра систематики получили генетическое объяснение тому, в чём они давно уже были уверены подвиды и близкородственные виды различаются в значительной степени по адаптивно-нейтральным признакам.

Ни один из трудов по СТЭ не может сравниться с упомянутой книгой английского экспериментального биолога и натуралиста Дж. Хаксли «Evolution The Modern synthesis» (1942 год). Труд Хаксли по объему анализируемого материала и широте проблематики превосходит даже книгу самого Дарвина. Хаксли на протяжении многих лет держал в уме все направления в развитии эволюционной мысли, внимательно следил за развитием родственных наук и имел личный опыт генетика-экспериментатора. Видный историк биологии Провин так оценил труд Хаксли «Эволюция. Современный синтез» была наиболее всесторонней по теме и документам, чем другие работы на эту тему. Книги Холдейна и Добржанского были написаны главным образом для генетиков, Майра для систематиков и Симпсона для палеонтологов. Книга Хаксли стала доминантной силой в эволюционном синтезе.

По объёму книга Хаксли не имела себе равных (645 страниц). Но самое интересное состоит в том, что все основные идеи, изложенные в книге, были очень ясно выписаны Хаксли на 20 страницах ещё в 1936, когда он послал в адрес Британской ассоциации содействия науки статью под названием «Natural selection and evolutionary progress». В этом аспекте ни одна из публикаций по эволюционной теории, вышедшая в 1930-40-х годах, не может сравниться со статьей Хаксли. Хорошо чувствуя дух времени, Хаксли писал «В настоящее время биология находится в фазе синтеза. До этого времени новые дисциплины работали в изоляции. Сейчас проявилась тенденция к унификации, которая является более плодотворной, чем старые односторонние взгляды на эволюцию» (1936). Ещё в трудах 1920-х годов Хаксли показал, что наследование приобретенных признаков невозможно; естественный отбор действует как фактор эволюции и как фактор стабилизации популяций и видов (эволюционный стазис); естественный отбор действует на малые и крупные мутации; географическая изоляция — важнейшее условие видообразования. Кажущаяся цель в эволюции объясняется мутациями и естественным отбором.