чем отличаются между собой концепции биогенеза и абиогенеза
Чем отличаются между собой концепции биогенеза и абиогенеза
Подробное решение параграф § 20 по биологии для учащихся 11 класса, авторов А.В. Теремов, Р.А. Петросова Углубленный уровень 2017
Вопрос. Вспомните научное определение жизни. Какими особенностями живые тела природы отличаются от неживых тел?
Ответ. «Жизнь – процесс существования биологических систем (например, клетка, организм растения, животного), основу которых составляет сложные органические вещества и способные самовоспроизводиться, поддерживать свое существование в результате обмена энергией, веществом и информацией со средой».
Есть несколько фундаментальных отличий живого от неживого в вещественном, структурном и функциональном планах. В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, – белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). В структурном плане живое отличается от неживого клеточным строением. В функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя. Устойчивость и воспроизведение есть и в неживых системах. Но в живых телах имеет место процесс самовоспроизведения. Не что-то воспроизводит их, а они сами. Это принципиально новый момент.
Также живые тела отличаются от неживых наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, активной регуляцией своего состава и функций, способностью к движению, раздражимостью, приспособленностью к среде и т. д. Неотъемлемым свойством живого является деятельность, активность. «Все живые существа должны или действовать, или погибнуть. Мышь должна находиться в постоянном движении, птица летать, рыба плавать и даже растение должно расти».
Жизнь возможна лишь при определённых физических и химических условиях (температура, присутствие воды, ряда солей и т. д.). Однако прекращение жизненных процессов, например при высушивании семян или глубоком замораживании мелких организмов, не ведёт к потере жизнеспособности. Если сохраняется неповрежденной структура, она при возвращении к нормальным условиям обеспечивает восстановление жизненных процессов.
Вопрос 1. Чем различаются между собой концепции биогенеза и абиогенеза?
Ответ. Исходя из концепции биогенеза (от греч. bios – жизнь и genesis – возникновение) всё живое на Земле произошло от живого. Сторонники концепции абиогенеза (от греч. а – отрицательная частица и биогенез), напротив, утверждают, что живые тела природы возникли из неживых.
Вопрос 2. Что доказали опыты Ф. Реди, Л. Спалланцани и М. Тереховского?
Ответ. Первым, кому удалось опровергнуть возможность спонтанного зарождения жизни, был итальянский врач Франческо Реди. В 1668 г. он поставил опыт: взял несколько банок с широким горлом и поместил в них мёртвых змей, кусочки рыбы и мяса. Часть банок он накрыл материей – кисеёй, другие оставил открытыми. Вскоре налетели мухи и отложили яйца на мёртвых змей, рыбу и мясо в открытых банках, из которых потом вышли личинки. В накрытых банках личинок не оказалось, так как мухи садились на кисею и отложили яйца только на неё. Следовательно, личинки появились из яиц, отложенных мухами, а не зарождались из мёртвых змей, рыбы и мяса, как было принято считать в то время. Таким образом, Ф. Реди впервые получил экспериментальные данные, подтверждающие мысль о том, что живое может возникнуть только от живого (биогенез).
В 1765 г. другой итальянец – Ладзаро Спалланцани (1729—1799) – в течение нескольких часов кипятил мясной и овощной бульоны в запаянных колбах. Исследовав бульоны через несколько дней, он не обнаружил в них микроорганизмов, которые появлялись без кипячения. Этот опыт спустя десять лет повторил с тем же результатом русский учёный Мартын Матвеевич Тереховский (1740—1796). Опыты Реди, Спалланцани и Тереховского вызвали резкое возражение у сторонников витализма (от лат. vitalis – жизненный, животворный) – учения о нематериальной жизненной силе, якобы необходимой для самозарождения жизни. Они утверждали, что кипячение убивает жизненную силу, а в накрытые материей банки она не может проникнуть из воздуха.
Вопрос 3. В чём состоит значение опыта Л. Пастера?
Ответ. Окончательно гипотеза самопроизвольного зарождения жизни была опровергнута французским микробиологом Луи Пастером (1822—1895), который победил в конкурсе, объявленном Парижской академией наук по поводу доказательств биогенеза. В 1860 г. он доказал, что бактерии распространяются по воздуху и что если воздух, попадающий в колбу с прокипячённым питательным бульоном, свободен от них, то бактерии в бульоне не появляются. «Ловушкой» для бактерий служило S-образное горлышко колбы, через которое свободно проникал воздух и, следовательно, «жизненная сила»
Вопрос 4. На чём основывается гипотеза панспермии?
Ответ. Согласно гипотезе панспермии (от греч. pan – всё и sperma – семена) зародыши простых организмов, так называемые «семена жизни», могли попасть на Землю вместе с метеоритами и космической пылью и дать начало живому (рис. 81). Жизнь могла возникнуть в разное время и в разных частях Вселенной. Это предположение основывается на устойчивости спор некоторых микроорганизмов к солнечной радиации, глубокому вакууму и низким температурам, характерным для космического пространства. Перенос «семян жизни», по утверждению сторонников панспермии, осуществляется со скоростью света за счёт его давления – солнечного ветра. Попадая на подходящие для жизни планеты, «семена жизни» прорастают и дают начало организмам.
Вопрос 5. Какие стадии в возникновении жизни на Земле выделяет теория биопоэза?
Ответ. Биопоэз (от греч. bios – жизнь и poiesis – становление) – это процесс возникновения живого из неживого в эволюции Земли. В настоящее время в науке биопоэз является общепринятой теорией возникновения жизни. Её сформулировал в 1947 г. английский учёный Джон Бернал (1901 —1971).
Согласно теории биопоэза возникновение жизни на любой планете неизбежно, если создаются и достаточно долго существуют благоприятные условия – определённые неорганические химические соединения и источники энергии. В широком смысле биопоэз можно рассматривать как абиогенез, осуществившийся на Земле в прошлом и невозможный сейчас. Согласно этой теории в возникновении жизни на Земле было три этапа: 1) абиогенный синтез органических соединений из неорганических; 2) образование из органических мономеров биологических полимеров; 3) формирование из биологических полимеров мембран и первых одноклеточных организмов – пробионтов.
Вопрос 6. Сравните между собой основные гипотезы и теории возникновения жизни на Земле. Перечертите в тетрадь и заполните таблицу.
Ответ. Согласно этой теории в возникновении жизни на Земле было три этапа: 1) абиогенный синтез органических соединений из неорганических; 2) образование из органических мономеров биологических полимеров; 3) формирование из биологических полимеров мембран и первых одноклеточных организмов – пробионтов.
Разница между биогенезом и абиогенезом
Биогенез означает создание новых живых существ. Более конкретно, это теория, что живые существа приходят только от других живых существ через воспроизводство. Абиогенез иногда называют спонтанное поколение, означает жизнь из неживых вещей.
Сравнительная таблица
| биогенез | Абиогенез | |
|---|---|---|
| Примеры | Деление клеток ; мухи, развивающиеся из личинок; мыши, созданные взрослыми мужчинами и женщинами | Спонтанное поколение |
| Экспериментальные доказательства | Да видел в лаборатории | Нет, никогда не наблюдал |
| Временной период | Середина XIX века по настоящее время | Ранние греки до середины 19-го века |
| Создатель теории | Луи Пастер | Аристотель |
| Теория утверждает, что жизнь исходит от | Живые существа | Не живые вещи |
биогенез
Работа Антони ван Левенгука по улучшению линз микроскопа в середине 1600-х годов позволила увидеть живые организмы в капле прудовой воды, способствуя пониманию того, откуда берется жизнь. В 1864 году Луи Пастер провел первый эксперимент, который убедительно показал, что живые существа происходят от других живых существ. Пастер создал колбу, которая имела форму «лебединой шеи». Этот дизайн позволял атмосфере проникать в колбу, но предотвращал пыль, бактерии и другие частицы от входа. Он отварил бульон для стерилизации и разделил его на две колбы с лебединой шеей. С течением времени Пастер заметил, что ни в одной колбе ничего не растет. Затем он снял шейку лебедя с одной из колб. Через несколько часов в бульоне образовалась дымка, что указывало на рост и размножение микробов. Самыми ранними формами жизни на Земле были микроорганизмы, которые впервые появились где-то между 3,8 млрд и 4,3 млрд лет назад. Эти микроорганизмы могли образоваться в горячих тепловых отверстиях в океанах.
На изображении выше показана колба с лебединой шеей, которую Луи Пастер использовал в своем знаменитом эксперименте, который помог опровергнуть теорию самозарождения. Уникальный дизайн позволял атмосфере проникать в колбу, но предотвращал попадание в нее частиц.
Абиогенез
Еще до времен древних греков люди думали, что мыши пришли из соломы, что гниющее мясо превратится прямо в мух, и что блохи были созданы из песка. Спонтанное поколение – это термин, который использовался для описания сотворения жизни таким образом. Греческий ученый и философ Аристотель (384-322 гг. До н.э.) был одним из первых ученых, описавших теорию абиогенеза, в которой вся жизнь возникла непосредственно из различных комбинаций земли, ветра, огня и воды. Хотя в лаборатории никогда не наблюдалось абиогенеза, некоторый механизм с его участием, вероятно, был связан с созданием более простых молекул (липидов, углеводов, белков и т. Д.), Которые были частью начала жизни на Земле. Одной из проблем при разработке научных моделей абиогенеза является объяснение того, как молекулы превращаются в клетки, которые стали самовоспроизводящимися. Одна теория включает протоклетки, которые представляют собой организованные коллекции липидов, которые образуют сферическую форму.
Основные этапы абиогенеза
Реферат
по дисциплине «Химические основы жизни и эволюционная биология»
на тему: «Происхождение жизни»
первого курса, гр. Бм– 101
Концепция абиогенеза и концепция биогенеза и их сравнительная характеристика
Существует две основных концепции возникновения жизни на Земле: концепция абиогенеза и концепция биогенеза. Идеи абиогенеза исходят из того, что жизнь возникает тем, или иным путем из неживой материи. Концепции биогенеза исходят из принципа «все живое – от живого», то есть жизнь существует столько, сколько существует наш мир [2].
Для того чтобы сделать выбор в пользу той, или иной концепции, необходимо ответить на вопрос: «Чем живое отличается от неживого?». Существует множество подходов к определению понятия «жизнь», выделяющих основные черты жизни, например:
1 Биохимический. Основные свойства жизни – обмен веществ и особенности биохимического состава.
2 Генетический. Основные свойства жизни – самовоспроизведение, передача и реализация наследственной информации.
3 Эволюционный. Основные свойства жизни – изменчивость наследственной информации и её дифференциальное воспроизведение (естественный отбор).
4 Термодинамический. Основные свойства жизни – активное противостояние процессам разрушения.
5 Экологический. Основные свойства жизни – соподчинение биологических систем, наличие устойчивых динамических связей между биологическими объектами.
Концепции абиогенеза
Все теории абиогенеза, в основном, являются геоцентрическими химическими: жизнь возникла именно на Земле в результате появления новых химических веществ и новых химических реакций.
Концепция абиогенеза базируется на следующих положениях:
1. Живое отличается от неживого особенностями химического состава биологических систем и обмен веществ. Такие теории происхождения жизни называются биохимическими.
2. Жизнь возникла именно на Земле естественным путем из неорганических веществ с затратой свободной энергии. Жизнь возникла в результате появления новых химических веществ и новых химических реакций, при этом сложные органические соединения образуются из неорганических веществ. Такие теории происхождения жизни называются геоцентрическими.
3. К основным свойствам и признакам жизни относятся: обмен веществ; самовоспроизведение, передача и реализация наследственной информации; изменчивость наследственной информации и её дифференциальное воспроизведение (естественный отбор).
Остальные подходы к определению жизни являются дополняющими, причем, наиболее важную роль играют генетический и эволюционный подходы, а термодинамическому и экологическому – отводится второстепенная роль 5.
Одна из первых геоцентрических химических теорий была разработана Э. Геккелем (последователем Ч. Дарвина). В ХХ веке наиболее популярной стала теория Александра Ивановича Опарина (1924), в пользу которой свидетельствовали опыты по абиогенному синтезу органических веществ из неорганических – воды, аммиака, цианидов и других (С. Миллер, А.Г. Пасынский, Т.Е. Павловская).
В основе теории А.И. Опарина лежало представление о коацерватах как предшественниках первых клеток; коацерваты – мельчайшие капли концентрированных растворов полимеров (коллоидных растворов), изолированные от внешней среды полупроницаемыми мембранами. В дальнейшем С. Фокс экспериментальным путем получил микросферы – капельки концентрированных растворов искусственно полученных белков (протеиноидов) [8].
Последователи Опарина больше внимания уделяли происхождению матричных процессов, в т.ч. абиогенному происхождению нуклеиновых кислот, белков и нуклеопротеидов (Г. Мёллер, С. Фокс, Г. Корнберг).
Основные этапы абиогенеза
1. Синтез органических мономеров: органических кислот, аминокислот, углеводов, азотистых оснований. Для этого на Земле имелись все условия: обилие воды, метана, аммиака и цианидов, отсутствие кислорода и других окислителей (атмосфера носила восстановительный характер), избыток свободной энергии в виде ультрафиолетового света, электрических разрядов и вулканической деятельности.
2. Синтез органических полимеров из имеющихся мономеров с участием неорганических катализаторов (ионы металлов и неорганические матрицы в виде частиц глины). В присутствии воды образуются коацерваты (или микросферы).
3. Образование нуклеопротеидов(комплексов белков и нуклеиновых кислот), появление реакций матричного типа, появление липидных мембран. Этот этап завершается появлением молекулярно-генетических систем управления и естественного отбора. Вероятно, первичными нуклеиновыми кислотами были различные типы РНК, которые обеспечивали все матричные процессы; ДНК (как основной носитель генетической информации) возникла значительно позже.
4. Появление первых биологических систем – пробионтов. (А.И. Опарин считал пробионтов еще неживыми существами, но его последователи считают их уже живыми).
Вероятно, пробионты обладали уже всеми свойствами жизни, но системы гомеостаза и гомеореза еще не сформировались.
Пробионты эволюционировали по трем направлениям:
ü отбор на повышение каталитической активности белков-ферментов;
ü отбор на устойчивость процессов матричного синтеза;
ü отбор на устойчивость биологических мембран.
5. Появление архебионтов (по терминологии А.И. Опарина – протобионтов) – предшественников современных организмов. Архебионты характеризовались наличием основных компонентов клетки: плазмалеммы, цитоплазмы и генетического аппарата. Существовали системы обмена веществ (электрон–транспортные цепи) и системы воспроизведения, передачи и реализации наследственной информации (репликация нуклеиновых кислот и биосинтез белка на основании генетического кода).
6. Формирование современных клеток и групп организмов: архебактерий, эубактерий, мезокариот и эукариот.
Примечание. Первые три этапа рассматриваются как этапы предбиологической (химической) эволюции, а последние три этапа – как этапы биологической эволюции [1,3,4].
Концепции биогенеза
Идеи биогенеза базируются, в первую очередь, на термодинамическом и экологическом подходах к определению границы между живым и неживым. Генетический и эволюционный подходы играют второстепенную роль, а биохимический подход практически игнорируется.
Концепции биогенеза базируются на следующих положениях:
1. Живое и неживое есть два состояния материи. Ни одно из этих состояний не может быть выведено из другого. Такие теории называются физическими.
2. Основные свойства и признаки жизни: активное противостояние процессам разрушения (термодинамические аспекты); соподчинение биологических систем, наличие устойчивых динамических связей между биологическими объектами (системные аспекты).
3. Жизнь возникает не на Земле, а во Вселенной. Тогда биосфера Земли есть конкретное проявление живой части Космоса в земных условиях. Такие теории происхождения жизни называются космическими.
Таким образом, концепции биогенеза объединяют, в основном, космоцентрические физические гипотезы происхождения жизни. С этой точки зрения, биосфера Земли есть конкретное проявление живой части Космоса в земных условиях [9].
С научной точки зрения, концепция биогенеза была обоснована еще в XVII веке, когда в опытах Ф. Реди была доказана невозможность самозарождения жизни на Земле в современных условиях. В течение 100 последних лет это направление развивали многие известные ученые: С. Аррениус, Х. Гюйгенс, Л. Пастер, П. Кюри, В.И. Вернадский, Ф. Крик и другие.
Долгое время выражение «жизнь зародилась в Космосе» понималось буквально: жизнь возникла на планетах земного типа, а затем зародыши жизни (споры) были занесены на Землю с космической пылью, в составе метеоритов или каким-то иным путем [2].
Однако с развитием биологической кибернетики во второй половине ХХ века идеи внеземного происхождения жизни получили дальнейшее развитие. Например, К. Тринчер выдвинул идею Большого биологического взрыва: примерно 4 миллиарда лет назад первичная материя (протоматерия) разделилась на живую и неживую. В зависимости от конкретных физико-химических условий на разных планетах возникают разные формы жизни. При этом не исключается конвергентное сходство между ними вследствие общих законов эволюции [5,6].
Недостаток космофизических гипотез происхождения жизни заключается в том, что они не могут быть подтверждены экспериментально.
Таким образом, вопрос о происхождении жизни на Земле остается открытым.
Концепции биогенеза
 |
Разделы страницы с концепциями происхождения жизни:
Также читайте о лабораторных эксперимента синтеза живого.
Теория регулярного и закономерного биогенеза
Согласно этой теории, считается, что планет типа Земля очень много во Вселенной, и на них рано или поздно самозарождается жизнь («жизнь как космический императив»). Причём, на самой Земле жизнь зарождалась неоднократно и существует в виде «теневой биосферы».
Хотя, на самом деле, Земля обладает уникальными характеристиками, которых нет у других планет Солнечной системы и у планет других звездных систем.
Наиболее полно эти особенности обобщил в своей книге «Земля как эволюционирующая планетная система» замечательный геолог Кент Конди. Среди отличительных особенностей Земли Конди отмечает следующее.
Ссылки об уникальности или закономерности зарождения жизни:
