Evoluția chimică: etapele și esența

În procesul de transformare a chimiei în știință, a avut loc așa-numita evoluție chimică, iar punctul de cotitură al acestui proces revoluționar a venit după crearea în 1777 a omului de știință francez Lavoisier teoria arderii cu o descriere a rolului oxigenului. În același timp, a început revizuirea tuturor conceptelor de bază și principiilor principale ale chimiei, s-au schimbat terminologia și nomenclatorul substanțelor.

Curs elementar

Anul 1789 a marcat lansarea manualului Lavoisier, a devenit imediat instrumentul principal al teoreticienilor și practicienilor științei născute. În "Cursul elementar de chimie" a fost deja primul din lista mondială - un tabel de corpuri simple, care enumeră elementele chimice cunoscute. În centrul acestui volum de Lavoisier se afla teoria arderii oxigenului, prin care evoluția chimică a fost îndreptată pe o cale complet nouă. Cel mai important lucru în determinarea elementului este experiența, el a ales pe om de știință ca principal criteriu și orice nu este confirmat de experiență, de exemplu, o structură atomică sau moleculară, Lavoisier nu a luat în considerare.

Evoluția chimică a trecut prin legile formulate de ea - despre conservarea masei, natura proprietăților compușilor, diferențele lor în compoziția elementară. Atunci chimia a luat forma științei ca independentă, studiind compoziția corpurilor prin mijloace experimentale. Evoluția chimică nu ar putea face fără raționalizarea obiectului și, astfel, omenirea a abandonat în final trecutul alchimic, deoarece ideile despre natura materiei și proprietățile sale s-au schimbat radical și foarte rapid. Iar impulsul pentru acest proces a fost cercetarea lui Lavoisier. Acum, chiar și elevii știu că etapele evoluției chimice (sau evoluția prebiotică) trebuie să fie luate în considerare din perioada care a precedat apariția vieții pe Pământ. În secolul al XVIII-lea, nimeni nu a avut încă asemenea idei despre lume.

viață

Evoluția chimică a Pământului a început pe o planetă absolut fără viață, când substanțele organice au început treptat să iasă din moleculele anorganice, influențate într-un mod special de factorii de energie și de selecție. Procesele de auto-organizare care sunt caracteristice chiar sistemelor relativ complexe s-au desfasurat. Deci, pe Pamant exista un carbon. Mai degrabă, au apărut mai întâi molecule cu conținut de carbon, care au o importanță fundamentală nu numai pentru apariția, ci și pentru dezvoltarea ulterioară a oricărei materii vii.

Încă nu știm care este esența evoluției chimice în stadiile incipiente ale dezvoltării vieții. Cunoscut despre chimia oricărei substanțe limitează procesul evolutiv la limitele postulatului de apă-carbon. Poate că în univers există variante ale unui mod diferit de existență a materiei vii, iar originea proteinelor nu este singura cale de ieșire. Aici a fost realizată o combinație unică de calități de polimerizare a carbonului cu proprietățile depolarizante ale mediului apos în faza lichidă. Aceste condiții erau suficiente pentru a începe evoluția chimică a vieții și, de asemenea, necesare pentru dezvoltarea întregii varietăți de forme de viață cunoscute.

Începeți procesul

Omenirea nu știe nimic despre propriul său leagăn. Mai ales când și când au început etapele evoluției chimice pe Pământ. Putem doar să presupunem acest lucru. Aici, în primul rând, absolut orice moment este posibil.

Când sa încheiat al doilea ciclu de formare a stelelor, când s-au condensat produsele exploziei supernovelor, care au dat elementele spațiului interstelar numite grele, în care masa depășește douăzeci și șase. Când stelele din a doua generație și-au dobândit propriile sisteme planetare, în care elementele grele necesare erau deja suficiente. Esența evoluției chimice ar putea fi realizată în orice moment după Big Bang în intervalul de la jumătate de miliard la un miliard și jumătate.

Unde sa nascut viata

În cazul în care ar putea proveni, este și o întrebare deschisă. Când se creează multe condiții destul de probabile, lansarea unei ecologii chimice ar putea apărea în aproape orice mediu. Acestea sunt adâncimile planetelor și adâncimile oceanelor, iar suprafețele, chiar și formațiunile protoplanetare sunt potrivite.

În plus, norii de gaz interstelar pot servi și ca o rampă de lansare pentru atacarea materiei vii asupra vieții, iar acest lucru este confirmat de substanțele organice găsite acolo - alcooli și zaharuri, aldehide, aminoacizi ai glicinei și mulți alții care pot servi ca materie primă pentru apariția vieții prin evoluția chimică care a început.

teorie

Pământul antic își păstrează secretele și omenirea nu are încă informații fiabile despre condițiile geochimice ale existenței sale înainte de apariția vieții. Studiile geologice nu pot satisface toate problemele emergente și astronomia este folosită pe scară largă pentru studiu. Deci, teoria evoluției chimice este construită. Condițiile venusiene sau marțiene de astăzi sunt considerate ca fiind similare cu Pământul în anumite etape ale evoluției chimice.

Experimentele sunt plasate pe modele și astfel sunt obținute toate datele de bază cunoscute. De exemplu, prin simularea diferitelor compoziții chimice și a condițiilor climatice în atmosferă s-au obținut hidrofage, litosferă, molecule organice complexe. Achiziționarea de noi date prin mijloace experimentale întotdeauna îmbogățește teoria în construcție. Astfel, au existat multe ipoteze despre mecanisme specifice și forțe directe de conducere a evoluției chimice care a avut loc.

Cercetare în Rusia

Viața de pe Pământ a fost formată din cauza abiogenezei, adică a nașterii compușilor organici a căror existență este inerentă naturii vii în afara oricărui organism și fără cea mai mică implicare a enzimelor. Aceasta este prima etapă în care cel viu apare de la cei lipsiți de viață.

Conform presupunerii academicianului Oparin în anii douazeci ai secolului al XX-lea, solutiile compușilor cu molecule inalte sunt capabile sa formeze anumite zone in care creste concentratia lor, iar separarea de mediul extern nu le împiedica sa faca schimburi cu ele. Aceste zone sunt numite coacervate sau coacervate drops.

de peste mări

Prima sinteză abiogenă, efectuată în condițiile Pământului primitiv, a fost efectuată în 1953 de către Stanley Miller, sintetizând aminoacizii cu alte substanțe organice. Ulterior, a apărut teoria hiperciclului, care explică manifestările vieții în procesul de evoluție chimică prin prezența unor complexe de reacții catalitice care urmează unul pe altul, unde produsul precedent devine catalizator pentru următorul.

Numai în 2008, biologii americani au creat prima "protocelă", care prin membrana acizilor grași și lipidelor a reușit să obțină monofosfații nucleotidici din mediul înconjurător. Aceste "cărămizi" activate cu imidazol sunt absolut necesare pentru sinteza ADN-ului. Și în 2011, în Japonia, veziculele au fost create cu elemente de ADN sub cavitatea cationică, care au fost capabile să se dividă, deoarece a existat o reacție în lanț multidimensională care replica ADN-ul.

Principalele ipoteze

Evoluția chimică a vieții pe Pământ în ipoteze explică următoarele puncte fundamentale.

1. Necesitatea apariției pe Pământ sau în Cosmos a condițiilor în care are loc sinteza autocatalitică a moleculelor care conțin hidrogen și sinteza trebuie să aibă volume mari și o varietate considerabilă de suficiente pentru începerea procesului de evoluție chimică.
2. Apariția de structuri pro-celulare care apar din moleculele descrise mai sus. Aceste agregate închise stabile sunt izolate din mediul înconjurător, metabolismul și energiile din ele trec selectiv. Deci, există structuri pro-celulare.
3. În agregatele rezultate, există capacitatea de dezvoltare independentă - auto-replicare și auto-schimbare a tuturor sistemelor de informații chimice. Deci există unități elementare ale codului ereditar.
4. Următoarea etapă este apariția interdependenței dintre funcțiile enzimatice și proprietățile proteinelor cu ARN și ADN ca purtători de informații. Astfel, apare codul de ereditate, care este necesar pentru evoluția biologică.

descoperire

După cum sa spus mai sus, Oparin a deschis coacervate în anii douăsprezece ai secolului trecut. Mai departe Stanley Miller și Harold Urey în 1953 au descris apariția în simularea atmosferei antice a biomoleculelor simple și procesul de apariție a acestora. Apoi, Sydney Fox a spus lumii despre microsferele protenoidelor. În 1981, T. Cecu și S. Altman au reușit să observe divizarea autocatalitică a ARN-ului, deoarece ribozimele sunt capabile să combine informațiile și cataliza într-o moleculă, "tăind" ele însele din lanț și conectând restul "capetelor".

În 1986, W. Gilbert din Cambridge a dezvoltat ideea de "Lumea ARN-urilor", în timp ce Günter von Kidrowski din Germania a prezentat primul sistem bazat pe ADN auto-replicare, care a fost o contribuție majoră la înțelegerea sistemelor autoreplicatoare și a funcțiilor de creștere a acestora. Știința a avansat rapid în această direcție: Manfred Eigen a descoperit hiperciclul, evoluția ansamblurilor de molecule de ARN, iar Julius Rebecque a creat prima moleculă artificială care se auto-replică în cloroform.

Spațiu și Pământ

La Centrul Spațiului Spațial al NASA, John Corlis a studiat procesul de furnizare a energiei și a substanțelor chimice din izvoarele termale ale mărilor, ceea ce face ca evoluția chimică să fie independentă de mediul spațial, iar astăzi acestea sunt un habitat permanent pentru arheobacteriile originale. În lumea sulfurilor de fier, au apărut o serie de ipoteze ale lui Gunther Wachtershauser.

El a descris primele structuri de auto-replicare cu schimbul de substanțe care au apărut pe suprafața de pirită (sulfura de fier), care a dat energia necesară metabolismului. În condiții de selecție, cristalele de pirite în creștere și decădere pot crește și se pot multiplica, creând diferite populații. Mineralele de argilă au fost, de asemenea, studiate dens pentru apariția moleculelor organice. Cu toate acestea, modelul unificat al evoluției chimice nu există încă, deoarece principiile de bază ale mișcării acestui proces nu sunt încă deschise.