Презентация возникновение жизни на земле. Презентация - биохимическая эволюция Текст этой презентации

1 из 44

Презентация - Биохимическая эволюция

Текст этой презентации

Теория абиогенеза (биохимической эволюции). Модель А.Опарина -Дж. Холдейна. Опыты С. Миллера. Проблемы и противоречия теории

В 1923 году советским биохимиком Алексеем Опариным была разработана теория биохимической эволюции.

А. И. Опарин, русский биохимик, академик, еще в 1924 г. опубликовал свою первую книгу по данной проблеме происхождения жизни путем биохимической эволюции
2 марта 1894 г. - 21 апреля 1980 г.

миллиарды лет назад при формировании планеты первыми органическими веществами были углеводороды, которые образовались в океане из более простых соединений.
Основу этой теории составляла идея:

Появление жизни А. Опарин рассматривал как единый естественный процесс, который состоял из протекавшей в условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей постепенно на качественно новый уровень - биохимическую эволюцию.

Суть гипотезы:
Зарождение жизни на Земле - длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой
Произошло это путем химической эволюции, в результате которой простейшие органические вещества образовались из неорганических под влиянием сильнодействующих физико-химических факторов.

Опарин выделяет три этапа перехода от неживой материи к живой:
1) этап синтеза исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях первичной атмосферы ранней Земли; 2) этап формирования в первичных водоемах Земли из накопившихся органических соединений биополимеров, липидов, углеводородов; 3) этап самоорганизации сложных органических соединений, возникновение на их основе и эволюционное совершенствование процессов обмена веществом и воспроизводства органических структур, завершающееся образованием простейшей клетки.

Первый этап (около 4 млрд. лет назад)
По мере остывания планеты водяные пары, находившиеся в атмосфере, конденсировались и обрушивались на Землю ливнями, образуя огромные водные пространства.
Поскольку поверхность Земли оставалась горячей, вода испарялась, а затем, охлаждаясь в верхних слоях атмосферы, вновь выпадала на поверхность планеты.
Таким образом в водах первичного океана были растворены различные соли и органические соединения
Эти процессы продолжались многие миллионы лет

Второй этап
Происходит смягчение условий на Земле, под воздействием на химические смеси первичного океана электрических разрядов, тепловой энергии и ультрафиолетовых лучей стало возможным образование сложных органических соединений - биополимеров и нуклеотидов, которые, постепенно объединяясь и усложняясь.
Итогом эволюции сложных органических веществ стало появление коацерватов, или коацерватных капель.

Коацерваты - это комплексы коллоидных частиц, раствор которых разделяется на два слоя:
слой, богатый коллоидными частицами
жидкость, почти свободную от них
Коацерваты оказались способными поглощать из внешней среды различные органические вещества, что обеспечило возможность первичного обмена веществ со средой.

сохранившиеся коацерватные капли обладали способностью к первичному метаболизму
Третий этап
Начал действовать естественный отбор
в результате сохранилась только малая часть коацерватов
достигнув определенных размеров, материнская капля могла распадаться на дочерние, которые сохраняли особенности материнской структуры

Позднее теория биохимической эволюции получила развитие в трудах английского учёного Джона Холдейна

Дж. Холдейн, английский генетик и биохимик, с 1929 г. развивал идеи, созвучные представлениям А. И. Опарина.

Жизнь явилась результатом длительных эволюционных углеродных соединений. Вещества, близкие по своему химическому составу к белкам и другим органическим соединениям, составляющие основу живых организмов, возникли на основе углеводородов.
Джон Холдейн сформулировал гипотезу

В дальнейшем поглощая из окружавшей среды белковые вещества, структура коацерватов усложнялась, и они стали похожи на примитивные, но уже живые клетки, а химические соединения внутреннего состава позволяли им расти, видоизменяться, осуществлять обмен веществ и размножаться.
Коацерват (от лат. coacervātus - «собранный в кучу») или «Первичный бульон» - многомолекулярный комплекс, капли или слои с большей концентрацией разведённого вещества, чем в остальной части раствора того же химического состава.

Теория биохимической эволюции и происхождения жизни на Земле, высказанная Алексеем Опариным, признана многими учеными, однако из-за большого количества предположений и допущений, она вызывает некоторые сомнения.

Постулирует, что жизнь возникла на Земле именно из неживой материи, в условиях, имевших место на планете миллиарды лет назад. Эти условия включали наличие источников энергии, определенного температурного режима, воды и других неорганических веществ - предшественников органических соединений. Атмосфера тогда была бескислородной (источником кислорода в настоящее время являются растения, а тогда их не было).
«Гипотеза Опарина-Холдейна»

Этапы развития жизни на Земле по гипотезе Опарина-Холдейна
Временной период Этапы возникновения жизни События, происходящие на Земле
От 6,5 до 3,5 млрд лет тому назад 1 Образование первичной атмосферы, содержащей метан, аммиак, углекислый газ, водород, окись углерода и пары воды
2 Охлаждение планеты (ниже температуры +100 °С на ее поверхности); конденсация паров воды; образование первичного океана; растворение в его воде газов и минеральных веществ; мощные грозы Синтез простых органических соединений - аминокислот, сахаров, азотистых оснований - в результате действия мощных электрических разрядов (молний) и ультрафиолетовой радиации
3 Образование простейших белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, жиров; коацерватов
От 3,5 до 3 млрд лет тому назад 4 Образование протобионтов, способных к самовоспроизведению и регулируемому обмену веществ, в результате возникновения мембран с избирательной проницаемостью и взаимодействий нуклеиновых кислот и белков
3 млрд лет тому назад 5 Возникновение организмов, имеющих клеточное строение (первичных прокариот-бактерий)

Весьма убедительные доказательства возможности осуществления 2-го и 3-го этапов развития жизни получены в результате многочисленных экспериментов по искусственному синтезу биологических мономеров.

Впервые в 1953 г. С. Миллер (США) создал достаточно простую установку, на которой ему удалось из смеси газов и паров воды под действием ультрафиолетового облучения и электрических разрядов синтезировать ряд аминокислот и других органических соединений

Публикация в журнале Science описывает данные, ускользнувшие от ученых 50 с лишним лет назад.
Молодой сотрудник Университета Чикаго, Стэнли Миллер, проводит свои знаменитые эксперименты по синтезу биологических молекул. 1953 год. //Архив Химического факультета Калифорнийского университета в Сан-Диего

Тогда нобелевский лауреат Гарольд Юри, получивший престижную премию за открытие тяжелой воды и увлекшийся впоследствии проблемами космохимии,
вдохновил одного из своих подопечных, Стэнли Миллера, теорией доисторического абиотического супа, из которого под влиянием внешних факторов получились первые органические молекулы.
29 апреля 189 - 5 января 1981 (87 лет)

Для того чтобы воссоздать реакции в лаборатории в условиях, приближенных к тем, что царили на Земле миллиарды лет назад, Миллер, разработал оригинальный химический прибор.

Прибор состоит из большой реакционной колбы, содержащей пары метана, аммиака и водорода, в которую снизу нагнетается горячий водяной пар. Сверху же расположены вольфрамовые электроды, генерирующие искровой разряд. Моделируя таким образом условия грозы в окрестностях действующего прибрежного вулкана, Миллер надеялся получить в ходе синтеза биологические молекулы.
Кипящая вода (1) создает поток пара, который усиливается соплом аспиратора (врезка), искра, проскакивающая между двумя электродами (2), запускает набор химических превращений, холодильник (3) охлаждает поток водяного пара, содержащего продукты реакции, которые оседают в ловушке (4).// Нед Шоу, Университет Индианы.

В своем опыте Миллер использовал газовую смесь, состоящую из:
аммиак
метан
водород
водяной пар
По предположению Миллера, именно эта смесь преобладала в первичной атмосфере Земли

Так как эти газы не могли вступить в реакцию в естественных условиях, Миллер подвергал их воздействию электрической энергии, имитируя грозовые разряды, от которых, как предполагалось, была получена энергия в ранней атмосфере
При температуре 100 ° С смесь кипятилась в течение недели, систематично подвергаясь воздействию электрических разрядов.
Проведенный в конце недели анализ хемосинтеза показал, что из двадцати аминокислот, составляющих основу любого белка, образовались только три

После смерти Стивена Миллера, разбирая его дневники и архивы, близкие и коллеги обнаружили записи, относящиеся к работам 50-х годов, а также несколько склянок с подписями.
Подписи указали на то, что содержимое склянок – не что иное, как продукты синтеза в аппаратах Миллера, сохраненные автором в неприкосновенном виде.

Опыты Стэнли Миллера, попытавшегося в пробирке повторить зарождение жизни на Земле, были куда успешнее, чем полагал сам Миллер. Современные методы позволили найти не пять, а все 22 аминокислоты в химической посуде, запечатанной ученым многие десятилетия назад

На протяжении последующих 20 лет было установлено:
Атмосфера в опыте Миллера была фиктивной
Ранняя атмосфера Земли состояла не из метана и аммиака, а из азота, двуокиси углерода и водных испарений, а эксперимент Миллера был ничем иным, как откровенной ложью.
В опытах, для получения аминокислот, брали готовый аммиак, а сам по себе, абиогенным способом, образуется он только при высоком давлении и температурах из эквималярной смеси водорода и азота, в присутствии катализатора

Миллер использовал в эксперименте механизм "холодного капкана", то есть образовавшиеся аминокислоты сразу же были изолированы от внешней среды.
Если бы не было этого механизма, атмосферные условия тотчас же разрушили бы эти молекулы.

Миллер, использовав метод «холодного капкана», сам сокрушил свое же утверждение о возможности свободного образования аминокислот в атмосфере.
В итоге все усилия показали, что даже в идеальных условиях лаборатории невозможно синтезировать аминокислоты без механизма "холодного капкана", чтобы предотвратить расщепление аминокислот уже под влиянием собственной среды, так что не может быть и речи о случайном их возникновении в природе.

Научные проблемы опытов Миллера
Полученные аминокислоты оказались «неживыми»: не того направления вращения – эффект «киральности». в результате опыта было получено множество D-аминокислот. D-аминокислоты отсутствуют в структуре живого организма.

“проблемы хиральности” В результате опыта были получены аминокислоты с разным поворотом (ориентацией) от воображаемой оси, что делает практически невозможным их соединение в протеин (б-ок)

киральность
Термин "хиральность" происходит от греческого слова "хирос" - рука.

Анатомия растений. Бионика. Биология океана. Морфология. Альгология. Зоология. Ихтиология. Биометрия. Генетика. Дендрология. Фенология. Микология. Молекулярная биология. Вирусология. Цитология. Энтомология. Геоботаника. Ботаника. Биоинженерия. Бриология. Гидробиология. Эндокринология. Антропология. Биогеография. Ветви зоологии. Эмбриология. Микробиология. Биологические дисциплины. Нейробиология. Система биологических наук.

«Биология - естественная наука» - Знания о взаимосвязях организмов в природе. Живые организмы. Устные ответы на вопросы. Вирусы. Знания в области биологии. Бактериология. Знания по биологии. Питание. Многообразие живого мира. Проверка знаний. Многоклеточные организмы. Признаки живого. Биология. Названия наук. Одноклеточные организмы.

«Молекулярная биология клетки» - Замолкание. Инвазивные методы пренатальной диагностики. Основы генетики и медицинской генетики. Механизм интерференции РНК. Порядок генов на хромосоме. Рецессивное наследование. Х-сцепленные заболевания. Эффект генетического сайленсинга. Мутации могут быть нескольких видов. Эксперименты с растениями гороха. Общая схема регуляции генетической экспрессии. Гены организованы в хромосомы. Двуцепочечные РНК.

«Основы микробиологии» - Право на благоприятную окружающую среду. Экологическая война. Основы микробиологии. Приобретенные знания. Гигиена труда. Экологические преступления. Разделы гигиены. Геогигиена. Государственный санитарноэпидемиологический надзор. Правовые основы обеспечения безопасного обращения с пестицидами. Социальная экология. Санитария. Государственный санитарно-эпидемиологический надзор. Воздействие атмосферных загрязнений на организм человека.

«Биология как наука о живом» - Человек. Основные уровни организации жизни. Популяция. Основные задачи биологической науки. Клеточный метаболизм. Размеры клеток. Биологические явления. Ж.Б.Ламарк. Способ существования белковых тел. Хиральность биополимеров. Наука о жизни. Закономерность болезней. Прокариоты. Биология как комплекс наук о живой природе. Сложный химический процесс. Объекты биологических исследований. Место в системе медицинских наук.

«Методы биологических исследований» - Личинки. Алгоритм наблюдения. Цели наблюдения. Обобщение. Недоказанное утверждение. Рацион питания. Французский ученый. Математическая обработка. Модель муравейника. Картина голландского художника. Степень влияния удобрений. Структура научного метода. Сравнение. График зависимости. Скорость фотосинтеза. Научный метод. Событие или явление. Этапы цикла познания. Насекомые. График, отражающий рост насекомого.

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Эволюция приматов. Первые этапы антропогенеза

Приматы один из наиболее прогрессивных отрядов плацентарных млекопитающих, включающий, в том числе, обезьян и человека. Отряд насчитывает более 400 видов

Родство человека и человекообразных обезьян

Родство человека и человекообразных обезьян Человек и человекообразные обезьяны Сходства Различия крупный размер тела, отсутствие хвоста 1) Скелет: в связи с большим объемом мозга мозговая часть черепа больше лицевой отсутствуют надбровные дуги в связи с прямохождением сводчатая стопа расширенный таз изгибы в позвоночнике (S-образный позвоночник) грудная клетка расширена в стороны в связи с трудовой деятельностью большой палец руки хорошо развит и сильнее противопоставлен остальным пальцам в связи с речью развит подбородок сходные формы ушной раковины, жевательных поверхностей коренных зубов 4 группы крови, 5 долей в легких, 7-8 сосочков в почке, червеобразный отросток сходные заболевания (СПИД, сифилис, проказа) сходная мимика, эмоции, сложное поведение сходства генома (91% с шимпанзе) 2) Головной мозг и психические процессы: Объем мозга в 2 раза больше, объем коры в 3 раза больше за счет извилин. Развитие второй сигнальной системы – речь Абстрактное мышление

Приматы Низшие (полуобезьяны) Обезьяны лемуры долгопяты тупайи Широконосые (обезьяны Н ового Света) Узконосые (обезьяны Старого Света) Человекообразные Понгиды Гоминиды? ? гиббоны Мартышковые http://antropogenez.ru/extant-primates/

малоспециализированные насекомоядные млекопитающие Древние приматы Гиббоны Орангутаны Дриопитеки шимпанзе горилла человек?

Дриопитеки Произошли около 30 миллионов лет назад. Подобно другим гоминидам, у них был довольно крупный головой мозг, а длинные и подвижные кисти рук были прекрасно приспособлены для висения и раскачивания на ветвях. Внешне эти обезьяны напоминали шимпанзе, но из руки были пропорционально короче (лишь немного длиннее ног). Они дали три ветви, которые привели к шимпанзе, горилле и человеку.

Родственные дриопитекам виды – рамапитек и сивапитек – описаны из отложений Африки и Индии Все дриопитековые вымерли около 9 миллионов лет назад.

До недавнего времени азиатские роды рамапитек и сивапитек считались претендентами на роль наших предков. Сейчас более вероятным нашим пращуром кажется африканский дриопитек (кениапитек) , живший на территории Кении около 14 миллионов лет назад. Уже тогда у дриопитеоквых были особенности, которые предопределили путь антропогенеза: высокое развитие ЦНС, хорошее цветное бинакулярное зрение и хватательные конечности – не только передние, но и задние. Это наследие древесной жизни первых приматов пригодилось,когда предки человека вступили в новую стадию – АВСТРАЛОПИТЕКОВ.

Австралопитек («Южная обезьяна») Первооткрыватель австралопитека, который дал название, английский анатом Р. Дарт нашел в 1924 году на территории ЮАР череп детеныша этой обезьяны). Время становления австралопитеков относят к периоду от 9 до 5 миллионов лет назад.

Особенности австралопитеков Объем мозга 600 куб см; Могли бегать на двух ногах, высвободив руки; Лицевая часть черепа больше мозговой; Надбровные дуги; Возможно пользовались орудиями, которые подбирали в природе; Скорее всего жили стаями; Уменьшение на теле волосяного покрова; Изменяется форма таза (он становится уже)

Сейчас хорошо изучены остатки одного из ранних австралопитеков – афарского, найденного Д.Джохансоном в Эфиопии. Это относительно небольшая (110-120 см) обезьяна с двуногой походкой и зубами, похожими на человеческие жила 3,5-4 млн. лет назад.

Первый представитель рода Homo или австралопитек? В 1962 г.в вулканическом ущелье Олдувай (Олдовай) в Танзании английские ученые М. Лики и Л. Лики нашли остатки скелета оригинального австралопитека. Главные особенности: Объем мозга 642 куб см; Способность изготавливать примитивные орудия (чопперы (сечки)).

Время Homo habil е s – 2 ,5 – 1,4 млн. лет назад Есть мнение: возможно именно человек умелый первым овладел огнем.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Урок расчитан на 2 академических часа. В качестве иллюстративного материала испольузуется презентация Microsoft Office PowerPoint....

Особенности преподавания музыки на первом этапе обучения в соответствии с федеральным Государственным образовательным стандартом Начального Общего Образования

Особенности преподавания предмета "Музыка" в начальной школе, инновационный подход к преподаванию предмета, применение новых методов развития школьников в соответствии с требованиями ФГОС НОО...

Теория самозарождения жизни - химической эволюции - занимает центральное место в современной научной философии. Согласно этой теории жизнь зарождается самопроизвольно из неживой материи. Одним из главных ее пропагандистов стал биохимик Александр Опарин ( 1894-1980). Он изложил свои идеи в книге Происхождение жизни, опубликованной в Советском Союзе в 1924 году и переведенной на английский язык в 1938 году.

• Первобытная Земля имела лишенную кислорода атмосферу.
• Когда на эту атмосферу стали воздействовать различные естественные источники энергии - например, грозы и извержения вулканов - то при этом начали самопроизвольно формироваться основные химические соединения, необходимые для органической жизни.
• С течением времени молекулы органических веществ накапливались в океанах, пока не достигли консистенции горячего разбавленного бульона. Однако в некоторых районах концентрация молекул, необходимых для зарождения жизни, была особо высокой, и там образовались нуклеиновые кислоты и протеины.
• Некоторые из этих молекул оказались способны к самовоспроизводству.

• Взаимодействие между возникшими нуклеиновыми кислотами и протеинами в конце концов привело к возникновению генетического кода.
• В дальнейшем эти молекулы объединились, и появилась первая живая клетка.
• Первые клетки были гетеротрофами, они не могли воспроизводить свои компоненты самостоятельно и получали их из бульона. Но со временем многие соединения стали исчезать из бульона, и клетки были вынуждены воспроизводить их самостоятельно. Так клетки развивали собственный обмен веществ для самостоятельного воспроизводства.
• Благодаря процессу естественного отбора из этих первых клеток появились все живые организмы, существующие на Земле.

Земля – атомарное

газовое облако

Земля – раскаленное уплотненное тело (температура поверхности – более 1000 0 С)

Охлаждение планеты

Ливневые дожди

Возникновение водоемов

• Первичная атмосфера:

Н 2 О, СН 4 , N Н 3 , СО 2 , Н 2 ; Ar, He, Kr, Xe ; H 2 S, HF, HCI.

• Вторичная атмосфера:

СН 4 , СО 2 , Н 2 О, Н 2 , NH 3 .

• C овременная атмосфера:

N 2 , O 2 , CO 2 , H 2 O, Ar, H 2 .

• Первичная литосфера:

Al, Ca, Fe, Mg, Na, K и др.

• Первичная гидросфера:

,1 объема воды современных океанов.

Комплекс условий

Достаточно высокая температура поверхности планеты

Активная вулканическая деятельность

Грозовые электрические разряды

Ультрафиолетовое излучение

Синтез органических веществ из неорганических соединений, протекающий в водной среде

С Н О N

МЕТАЛЛО-АЗОТИСТЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

КАРБИДЫ

NH3

CN

НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ

УВ

СОЕДИНЕНИЯ

ПРОСТЫХ БЕЛКОВ

СПИРТЫ,

АЛЬДЕГИДЫ

Предсказание А.И.Опарина получило широкое признание и было подтверждено экспериментально в 1955 году Г. Юри и С. Миллером .

Итак, химическая эволюция – это закономерный естественный процесс, заложивший основы жизни.

Химическая эволюция

Пробионты

Биологическая

эволюция

СЛОВАРЬ

• Пробионт – простейшая органическая система, способная использовать из окружающей среды вещества и энергию и осуществлять важнейшие жизненные функции – расти, подвергаться естественному отбору.

• Модель пробионта – КОАЦЕРВАТНАЯ КАПЛЯ

Коацерватная капля = сгусток органических веществ

Характерные для нее процессы

Увеличение размеров капли

Распад единой капли на две или несколько более мелких

Напоминает процесс роста у живого организма

Напоминает деление клетки у живого организма

Выделение веществ из капли во внешнюю среду

Синтез и распад (расщепление) молекул веществ внутри капли

Поглощение веществ из внешней среды

Напоминают процесс обмена веществ у живого организма

• ФОТОСИНТЕЗ
• АЭРОБНЫЙ ОБМЕН
• ПОЯВЛЕНИЕ ПРОКАРИОТ
• ПОЯВЛЕНИЕ ЭУКАРИОТ

Коацерватные капли – предшественники живых существ

Первые одноклеточные анаэробные гетеротрофные прокариоты

Одноклеточные анаэробные хемотрофные прокариоты

Одноклеточные анаэробные гетеротрофные прокариоты

Одноклеточные аэробные фототрофные эукариоты

Одноклеточные аэробные гетеротрофные эукариоты

• Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. Биологической эволюции предшествовала длительная химическая эволюция.

• Возникновение жизни – это этап эволюции материи во Вселенной.
• Закономерность основных этапов возникновения жизни проверена экспериментально в лаборатории и выражена в схеме:

атомы простые вещества макромолекулы ультрамолекулярные системы (пробионты) одноклеточные организмы.

4. Первичная атмосфера Земли имела восстановительный характер. В силу этого первые живые организмы были гетеротрофами.

5. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенно). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.