Какими свойствами обладали коацерватные капли

“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.

Источник

Что мы делаем. Каждая страница проходит через несколько сотен совершенствующих техник. Совершенно та же Википедия. Только лучше.

Из Википедии — свободной энциклопедии

Автор коацерватной теории А. И. Опарин (справа) в лаборатории энзимологии, 1938 год

Коацерват (от лат. coacervātus — «собранный в кучу») или «Первичный бульон» — многомолекулярный комплекс, капли или слои с большей концентрацией коллоида (разведённого вещества), чем в остальной части раствора того же химического состава.

Коацервация

Коацервация — расслоение коллоидной системы с образованием коллоидных скоплений коацерватов в виде двух жидких слоев или капель. Коацервация может возникать в результате частичной дегидратации дисперсной фазы коллоида, являясь начальной стадией коагуляции.

Сущность явления коацервации заключается в отмешивании из однородного коллоидного раствора слоя или капель, связанном с переходом от полного смешивания к ограниченной растворимости.

Коацерватные капли

Коацерватные капли — сгустки подобно водным растворам желатина. Образуются в концентрированных растворах белков и нуклеиновых кислот. Коацерваты способны адсорбировать различные вещества. Из раствора в них поступают химические соединения, которые преобразуются в результате реакций, проходящих в коацерватных каплях, и выделяются в окружающую среду.

Коацерваты имеют важное значение в ряде гипотез о происхождении жизни на Земле. Коацерваты в таких гипотезах представляют некие праорганизмы (протоорганизмы).

Каждая молекула имеет определенную структурную организацию (атомы, входящие в её состав, закономерно расположены в пространстве). Вследствие этого в разноатомных молекулах образуются полюсы с различными зарядами. Например, молекула воды H2O образует диполь, в котором одна часть молекулы несёт положительный заряд, а другая — отрицательный. Кроме этого, некоторые молекулы (например, соли) в водной среде диссоциируют на ионы.

В силу таких особенностей химической организации вокруг молекул образуются водные «рубашки» из определенным образом ориентированных молекул воды. Молекулы, окруженные водной «рубашкой», могут объединяться, образуя многомолекулярные комплексы — коацерваты. Коацерватные капли возникают также при простом смешивании разнообразных полимеров. При этом полимерные молекулы «собираются» в многомолекулярные фазово-обособленные образования.

А. С. Трошин использовал коацерватные капли в качестве клеточных моделей для исследования распределения веществ между моделью и средой.

В 2011 году японские учёные воспроизвели в лаборатории возникновение из «первичного бульона» протоклеток с катионной оболочкой и элементами ДНК внутри (отрезки природной ДНК входили в состав исходных компонентов[1]), способных к делению в результате полимеразной цепной реакции, реплицирующей ДНК[2][3][4].

Коацерватная теория

Автором этой теории является советский биохимик академик А. И. Опарин (1924 г.). Позже Опарина и независимо от него к аналогичным выводам пришел английский учёный Дж. Холдейн.

Опарин полагал, что переход от химической эволюции к биологической требовал возникновения индивидуальных фазово-обособленных систем, способных взаимодействовать с окружающей средой.

По теории А. И. Опарина коацервация сыграла большую роль на одном из этапов возникновения жизни на Земле.

Список литературы

Трошин А. С. Проблема клеточной проницаемости. М. — Л., 1956
Troshin A. S. Problems of Cell Permeability. Pergamon Press, London, 1966
Евреинова Т. Н. Концентрирование веществ и действие ферментов в коацерватах. — М., 1966
Серебровская К. Б. Коацерваты и протоплазма. — М., 1971

Ссылки

Источник

Жизнь возникла на нашей планете около 3 млрд. лет назад. Процесс этот был весьма длительным и постепенным. Современная наука полностью опровергла все мифы о внезапном «чудесном» появлении жизни. Уже достаточно полно можно представить себе те условия на нашей планете, при которых стало реально возникновение жизни. Основанием к этому послужили как представления о сущности жизни, так и современные данные о происхождении Земли. С учетом всех этих материалов и с применением биохимических методов советский ученый А. И. Опарин создал гипотезу о возникновении жизни, получившую сейчас широкое признание. Согласно этой гипотезе, сложный процесс возникновения жизни на Земле происходил следующим образом.

По мере остывания Земли конденсировались пары воды ив виде горячих ливней выпадали на ее поверхность, увлекая за собой находящиеся в атмосфере органические вещества. Эти вещества возникали в атмосфере за счет энергии электрических разрядов из молекул аммиака, метана, паров воды и водорода Образовался первичный океан с растворенными органическими веществами и углекислым газом.

Теплые воды первичного океана были благоприятной средой для осуществления различных химических реакций между растворенными в них органическими и неорганическими веществами. Специально проведенные эксперименты подтверждают возможность превращения в подобных условиях низкомолекулярных органических веществ в более высокомолекулярные. Поэтому синтетические процессы в первичном океане могли в конце концов привести и к образованию сложных белковоподобных веществ.

Дальнейший этап в развитии органических веществ — образование коацерватных капель. Коацерватные капли — это высокомолекулярные белковые образования, обособлявшиеся из раствора в виде коллоидных частиц. Они уже не смешивались с окружающим раствором, но были в состоянии адсорбировать из него отдельные вещества. Адсорбционная способность коацерватных капель также подтверждена биохимиками экспериментально. Эта адсорбционная способность и стала, по-видимому, начальным этапом обмена веществ в коацерватах. Так возник один из самых существенных признаков жизни — обмен веществ.

Рост коацерватных капель за счет поглощения веществ извне приводил к диспропорции между массой капли и силами сцепления между ее молекулами. Капля распадалась на несколько более мелких. Этот процесс стал необходимой предпосылкой для возникновения другого важного признака жизни — размножения. Однако размножение в современном понимании — это процесс, посредством которого организмы воспроизводят себе подобных. Распадение коацерватной капли еще не было процессом самовоспроизведения: «дочерние» капли могли оказаться очень различными по своему химическому составу. Многие из них распадались дальше и погибали. но некоторые росли вновь, становясь предшественниками будущих живых существ.

Последними достижениями биохимии и генетики показано, что функция самовоспроизведения тесно связана с нуклеиновыми кислотами. Поэтому многие ученые считают, что образование нуклеиновых кислот абиогенным путем и их последующее соединение с белками — необходимые предпосылки для возникновения живого с его способностью к обмену веществ и самовоспроизведению.

Очевидно, что все выше описанные процессы могли совершаться лишь в жидкой среде, т. е. море было первичной средой жизни, колыбелью живого на нашей планете.

С момента возникновения наипростейшие организмы попадали под действие естественного отбора, который и обеспечивая прогрессивное усложнение органического мира и рост многообразия его форм.

В современных условиях нашей планеты любые организмы, в том числе и самые простейшие, возникают только биогенным путем, т. е. путем размножения родительских организмов. Ошибочность представлений о возможности в настоящее время самозарождения простейших организмов установлена точными экспериментами Луи Пастера. Эти эксперименты нашли свое полное подтверждение в широкой практике стерилизации л пастеризации.

Источник

Коацерватная гипотеза возникновения жизни. Эволюция коацерватных капель.

Первичный бульон – термин, введенный Опариным (совковский биолог). Выдвинул теорию о том, что жизнь на Земле могла сформироваться в ходе эволюции молекул, содержащих углерод.
Первичный бульон существовал в мелких водоемах 4 млрд лет назад. Состоял из АК, полипептидов, азотистых оснований, нуклеотидов. Образовался под воздействием физических факторов. Кислорода в атмосфере не было.
Согласно теории Опарина, при определенных условиях водная оболочка (свойство дипольности воды) приобретала четкие границы и отделяла молекулу от окружающего раствора. Молекулы, окруженные водной оболочкой, объединялись, образуя коацерваты.
Коацерватные капли могли возникать и при смешивании различных полимеров (липиды «обволакивали» белки, нуклеотиды, образуя нечто похожее на клеточную мембрану)
Происходила самосборка в многомолекулярные образования. При включении в коацерватные капли различных катализаторов, ферментов, происходили реакции, в т.ч. полимеризация поступающих из внешней среды мономеров.
За счет этого капли увеличивались в объеме, весе, делились на дочерние образования.
Таким образом, коацерваты могли расти, размножаться, осуществлять обмен веществ, далее подвергаться естественному отбору => их эволюция.
Считалось, что первым катализатором выступала РНК (ощщщень важная штука, плес, прочитай где-то в следующем вопросе)

Начальные этапы биологической эволюции. Гипотеза симбиогенеза в связи с происхождением эукариот.

Вся жизнь идет из одного предшественника – LUCA – последний универсальный общий предок. Затем формы существования разделились на 3 ветви:
1) археи (генетический аппарат – одиночная кольцевая или линейная днк, отсутствуют мембранные органоиды, однослойная клеточная мембана, периплазматическое пространство отсутствует, липиды мембраны связаны простой эфирной связью, => большая прочность, а значит способность к экстремофильству.)
2) бактерии (генетический аппарат – нуклеоид – зона, в которой расположен генетический аппарат – днк – кольцевая или линейная, нет мембранных органелл, вся клетка целиком берет на себя ф-ю митохондрии, а у фотосинтезирующих форм – заодно и хлоропласта, многоклеточности не возникает, т.к. нет центриолей и митотического веретена, клеточная оболочка препятствует межклеточным воздействиям)
хищничество – наружное переваривание одной бактерии другой бактерии, т.к. нет актина и миозина, следовательно затруднен активный захват.
3) эукариоты (имеется ядро, важную роль сыграл симбиоз между эукариотической клеткой уже имевшей ядро и способной к фагоцитозу и поглощенными бактериями – предшественниками митохондрий и пластид)

Гипотезы происхождения ядра:
1) бактерия сфагоцитировала архею, которая в последствии редуцировалась до клеточного ядра современных эукариот.
2) увеличение размеров клетки привело за собой увеличение числа копий генов. На периферии клетки возникают сильные токи цитоплазмы, которые могли повреждать генофор. Тогда мембрана начинает впячиваться в местах расположения генофора, впячивания изменяют форму для лучшей защиты генофора.

Морфологические, экологические, иммунологические и эмбриологические методы доказательства эволюции.

Морфологические:
1) изучение гомологии органов (общий план строения, сродные зачатки при развитии)
2) изучение рудиментарных органов, атавизмов
Экологические:
1) генетические и молекулярно-биологические методы: китообразные из хищных парнокопытных, моржи из медведеобразных, ушастые тюлени из куньих (каман, выдра – переходные формы), ламантины, сирены из хоботных.
Иммунологические:
1) сравнение белков крови с помощью методов преципитации (реакция осаждения комплекса антигена с антителом).
Выяснилось, что птицы ближе к крокодилам, чем крокодилы к змеям. Человек ближе к высшим обезьянам.
Эмбриологические:
1) выявление зародышевого сходства

Коацерватная гипотеза возникновения жизни. Эволюция коацерватных капель.

Источник