1. Звездная стадия истории Земли
q Геологическая история Земли началась более 6 морд. лет назад , когда Земля представляла собой раскалённый свыше 10000 шар , образованный в процессе конденсации и уплотнения космического газово-пылевого облака ( высокая температура планеты возникала вследствие распада радиоактивных веществ и действия гравитационных сил )
q Все химические элементы находились в виде атомов ; вследствие вращения и постепенного снижения температуры атомы тяжёлых металлов перемещались к центру Земли , образуя её металлическое расплавленное ядро, а на поверхности оставались атомы лёгких элементов ( N, Н ,С , О ) , при взаимодействии которых образовывались газы первичной атмосферы
Первичная атмосфера - воздушная оболочка Земли , образовавшаяся около 6 млрд. лет назад из газов , поднимавшихся от горячей планеты в результате идущих там реакций ; состояла из паров воды , метана аммиака , молекулярного водорода , сероводорода, углекислоты, молекулярного азота, НСN ( молекулярного кислорода не было ) * в настоящее время эти же газы выделяют действующие вулканы
q По мере остывания Земли происходила конденсация водяного пара , и выпадение её на Землю в виде дождей испарялись и вновь конденсировались , что повторялось много раз ; в результате сильных ливней образовался первичный океан
Первичный океан – водная оболочка Земли, образовавшаяся 4,5 млрд. лет назад в результате охлаждения планеты ниже 100 С и начавшейся конденсации водяных паров. На Землю полились горячие ливни, заплнившие естественные впадины ( среда воды первичного океана – слабощелочная ( рН = 8-9 )
Первичная литосфера – решающее значение м химической эволюции сыграла только кора Земли (состав коры: Al, Ca, Fe, Mg, Na, К и др.)
Этапы возникновения жизни ( по теории А. Н. Опарина, Дж. Холдейна)
I. Абиогенный синтез органических веществ – образование органических веществ из неорганических
1. Происходил 3,5 млрд лет назад
2. Осуществлялся в два этапа в первичном океане:
Первый этап – образование низкомолекулярных органических соединений
- углеводороды (СН4) первичной атмосферы реагировали с водяными парами, NH3 , H2, СО2, CO, N2 с образованием промежуточных органических соединений: спиртов, альдегидов, кетонов, органических кислот, которые выпадали с дождями в океан
- промежуточные соединения в первичном океане превращались в моносахариды, аминокислоты, нуклеотиды, фосфты – АТФ ( источниками энергии для синтеза могли быть электрические разряды молний, ультрафиолетовое излучение, тепловая энергия, ударные волны, энергия извергающихся вулканов, приливно- отливная и т.д. )
- возможность подобного синтеза экспериментально доказана в 1953 г. С. Миллером (амер) – в герметичном аппарате с кипящей водой и холодильником, имитирующем условия существовавшие на Земле 4 млрд. лет назад, в котороый была помещена смесь газов СН4, NH4 и Н2 при пропускании через неё электрических разрядов были получены низкомолекулярные органические соединения – мочевина, спирты, альдегиды, органические кислоты, моносахариды, жирные кислоты, различные аминокислоты ( в случае использования вместо электрических разрядов ионизирующего УФ-излучения или тепла до 600 были получены другие аминокислоты, жирные кислоты, сахара- рибоза, дезоксирибоза, азотистые основания – нуклеотиды )
- возможность абиогенного синтеза органических соединений подтверждается тем, что они обнаружены в космосе( формальдегиды, муравьиная кислота, этиловый спирт, и др. )
Второй этап – синтез из простых органических соединений высокомолекулярных органических вещест – биополимеров: белков, липидов, полисахаридов, нуклеиновых кислот( РНК )
1. Происходил в первичном океане
2. Осуществлялся вследствие реакций поликонденсации ( полимеризации ); необходимая энергия достигалась температурой около 100 С или ионизирующим излучением с удалением свободной воды (С. Фокс, амер.,1997 г.)
3. Необходимая для начала реакции концентрация низкомолекулярных веществ достигалась в результате адсорбции их в донных глинистых отложениях или пористых вулканических туфах
( экспериментально показано, что водный раствор аминокислот в присутствии глинозёма и АТФ может давать полимерные цепочки – полипептиды )
4. Вода морей и океанов была насыщена биополимерами абиогенного происхождения , образуя т. н. « первичный бульон »
II. Концентрация органических веществ с образованием открытых пробиологических систем – коацерватов
1. Осуществляется на основе присущей всем высокомолекуляным веществам способности самопроизвольно концентрироваться в водном растворе и образовывать фазово-обособлнные системы, способные взаимодействовать с окружающей внешней средой – коацерваты
Коацерваты – фазово-обособленные открытые системы, состоящие из смеси высокомолекулярных органических веществ, окружённые водной оболочкой
Признаки и свойства коацерватов :
1. Образовывались в « первичном бульоне » морей и океанов путём самопроизвольной концентрации биополимеров
2. Имели вид капель разного химического состава и размеров
3. Главное органическое вещество коацерватов – белки, полипептиды ( кроме белков содержали нуклеиновые кислоты, аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты, АТФ и др.)
4. Обладали свойствами открытых систем , взаимодействующих с окружающей внешней средой, используя её вещества и энергию
5. Внутри коацервата, вследствие высокой концентрации веществ, создаются широкие возможности для резкого увеличения вариантов их взаимодействия и образования новых органических соединений
6. Отделены от окружающего водного раствора резкой границей ; по границе коацервата располагается бимолекулярный слой фосфолипидов ( зачаток будущей клеточной мембраны )
7. Являются открытыми системами, поглощающими из окружающего раствора различные органические вещества и энергию
8. Проявляют внешние признаки аналогичные признакам живых систем :
- питание – поглощение веществ из окружающего раствора
- рост – увеличение размеров при поглощении веществ из окружающего раствора ( способны соединяться, укрупняться, взаимодействовать между собой )
- обмен веществ – химические реакции веществ внутри коацервата и выделение продуктов этих реакций
- размножение - при встряхивании коацервата он разбивается на мелкие капельки
- борьба за существование и естественный отбор – коацерваты, обладающие оптимальным составом и большей устойчивостью, более приспособленные к внешней среде остаются при устранении ( элиминации ) других
- хотя коацерваты внешне напоминают живые объекты, они являются неживыми образованиями, т. к. в них отсутствует главный признак живого организма – способность к самовоспроизведению молекул, входящих в его состав ( самообновление своего состава )