Появление жизни и кислорода

С появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа, состав атмосферы начал меняться. Существуют, однако, данные (анализ изотопного состава кислорода атмосферы и выделяющегося при фотосинтезе), свидетельствующие в пользу геологического происхождения атмосферного кислорода.

Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленых соединений — углеводородов, закисной формы железа, содержавшейся в океанах и др. По окончанию данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами.

В течение фанерозоя состав атмосферы и содержание кислорода претерпевали изменения. Они коррелировали прежде всего со скоростью отложения органических осадочных пород. Так, в периоды угленакопления содержание кислорода в атмосфере, видимо, заметно превышало современный уровень. Содержание углекислого газа могло повышаться в периоды интенсивной вулканической деятельности. В последнее время на эволюцию атмосферы стал оказывать влияние человек. Результатом его деятельности стал постоянный значительный рост содержания в атмосфере углекислого газа из-за сжигания углеводородного топлива, накопленного в предыдущие геологические эпохи.

Взглянув на современную карту мира, можно заметить, насколько хорошо совмещаются очертания береговой линии Африки и Америки, если «убрать» разделяющий их океан. Сотни миллионов лет назад весь массив суши земного шара составлял единый первичный континент – Пангею. Позднее он раскололся на части (нынешние континенты), которые, медленно дрейфуя, заняли свои теперешние места на земном шаре. С теорией дрейфа континентов тесно связано имя немецкого геофизика Альфреда Вегенера, опубликовавшего ее первое подробное изложение в 1912.

Выделяются три основных типа границ плит:дивергентные – на них плиты раздвигаются, там образуется новая океаническая кора; трансформные – по этим границам плиты скользят друг относительно друга в противоположных направлениях, конвергентные – у этих границ плиты сходятся, причем одна из них подвигается под другую и погружаются в мантию (на рисунке отображены красным цветом).

 

Первичная земная кора уже твердая, но все еще тонкая и подвержена размягчению в отдельных областях вследствие тектонических напряжений. Она состоит главным образом из соединений кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия, калия, а также ряда малозначимых соединений, в том числе и органических веществ. В мантии под корой вследствие гравитационного разделения накапливаются преимщественно силикаты железа и магния.

Роль земной коры для молекулярной эволюции очень велика. Из нее организмы черпают металлы и другие неорганические и органические компоненты, необходимые для построения тела и обмена веществ.

Земная кора дает опору жизни, но ее колыбелью становятся первые водные бассейны. Действительно, существуют некоторые гипотезы, согласно которым жизнь возникла не в водном бассейне, а на земной поверхности в пыли, образованной микрометеоритным «дождем».

 

В настоящее время единого мнения о природе Мирового океана и времени его формирования не существует. Многие исследователи отстаивают точку зрения о древнем возрасте океанов, другие считают их сравнительно молодыми образованиями. Общепризнанно, что океан возник из недр Земли вследствие дегазации ее глубин. Количественные оценки эндогенного поступление воды в различные эпохи развития Земли также неоднозначны. Имеется ряд данных, согласно которым основная часть мантии была дегазирована на раннем этапе истории Земли в интервале 4,6-2,5 млрд лет назад, то есть почти вся океанская вода образовалась в течение архея. В дальнейшем земная кора и океаны лишь медленно и циклично перерабатывались (Шопф, 1982).

Концепцию древнего возраста океанов развивает В.Е. Хаин (1994, 2001). Ссылаясь на палеомагнитные данные и постулируя сходство (если не полное тождество) офиолитов континента с корой современных океанов, он утверждает существование океанов в палеозое и докембрии. По его мнению, уже архейские глубоководные бассейны обладали корой, сходной с современной океанской, но более мощной и несколько отличной по составу. Предполагается, что уже в раннем протерозое работал механизм тектоники литосферных плит, столь характерный для позднего докембрия и фанерозоя. В.Е. Хаин (2001) считает вероятным, что Тихий океан зародился в позднем протерозое или самом начале кембрия, а затем с теми или иными изменениями продолжал существовать в палеозое и раннем мезозое. При этом отмечается, что документальная история Тихого океана поддается восстановлению с ранней юры (190 млн лет) и более уверенно со средней юры (160 млн лет). Начало развития современного Атлантического океана относится к началу юрского периода (около 200 млн лет назад), а Индийского к концу средней юры (160 млн лет назад).

По расчетам О.Г. Сорохтина и С.А. Ушакова, глубины океанов в позднем архее составляли 350-700 м, в начале раннего протерозоя - 870 м, а в среднем протерозое (1,2 млрд лет назад) - уже 2900 м. Палеозойские морские бассейны рассматриваются как аналоги современных океанов не только в физико-географическом, но и в геолого-геофизическом смысле.

Итак, первичный океан, по данным цитированных исследователей, возник в конце стадии аккреции. В конце архея - начале протерозоя произошло слияние всех континентальных массивов в единый суперконтинент - Пангею-О, а в противоположном полушарии возник единый океан - Панталасса. К концу протерозоя объем воды в Мировом океане и его уровень приблизились к современным. Соленость и химический состав океанской воды также достигли почти современных значений (Хаин, 1994; Сорохтин, Ушаков, 2002).

С иных позиций выступал В.В. Белоусов (1989), считавший, что все океаны, в том числе и Тихий, являются молодыми, мезозойскими. Анализируя распределение осадков и последовательность их накопления он показал, что до начала, а в некоторых случаях и до конца мезозоя, на месте современных океанов находились мелкие эпиконтинентальные моря с глубинами в несколько сот метров. Углубление дна океана последовательно происходило с юры до настоящего времени. Океанические котловины образовались в процессе океанизации - происходило оседание земной коры, некомпенсированное осадками и ведущее к образованию глубоководных бассейнов с тонкой <базальтовой> корой. При этом срединно-океанические хребты, и в особенности, осложняющие их рифтовые долины - еще более молодые - они не древнее конца палеогена, а вероятнее всего неогеновые и четвертичные.

Подобные представления в настоящее время все более активно развиваются противниками концепции неомобилизма. Опираясь на многочисленные факты, противоречащие положениям плейттектоники, они отрицают явления спрединга, субдукции, обосновывают невозможность конвекции в мантии Земли, которую сторонники плитовой тектоники считают основной движущей силой зарождения спрединга, перемещения плит и возврата океанической коры в мантию в зонах субдукции. В.В. Орленок, И.А. Резанов, Е.М. Рудич и другие исследователи считают, что все океаны сформировались в процессе погружения и океанизации земной коры континентального типа. Подтверждение этому они видят в том, что глубоководным бурением установлен мелководный характер докайнозойских отложений на дне океанов, где при драгировании обнаружены также гранито-гнейсы и другие континентальные породы. Опускание дна океанов на 3-5 км, начавшись в конце юрского периода, продолжилось в меловом и достигло максимальных масштабов в палеогене, что привело к образованию гигантских отрицательных структур, которые одновременно с опусканием заполнялись водой. Поступление воды обеспечивается глубинными процессами дегидратации нижних частей земной коры. Проводниками глубинных вод являются вулканы и многочисленные разломы и трещины земной коры (<Океанизация >,2004).

return false">ссылка скрыта

Отличную от изложенных концепцию формирования Мирового океана выдвинул коллектив исследователей под руководством С.И. Андреева и И.С. Грамберга (1997, 1998, 1999). По их данным в начале архея могли существовать лишь локальные водные бассейны. Объем воды на поверхности Земли составлял 15-30% объема современного океана. Океанов и континентов не было. Тонкая (5-7 км) кора имела габбро-анортозитовый состав. Спрединг в этот период отсутствовал. Лишь в конце архея появляются первые сиалические выплавки, а крупные сиалические линзы - будущие континенты начали формироваться в протерозое. В палеозое - начале мезозоя произошла кардинальная перестройка литосферы, в результате которой всплыли сиалические глыбы - континенты. Создались условия для обособления и накопления в астеносфере скоплений жидкой базит-ультрабазитовой магмы. Выступая с позиций критики ряда положений плейттектоники, авторы утверждают, что заложение океана, ознаменовавшее наступление эпохи Великой базальтовой экспансии, произошло в средней юре, когда и включился спрединговый механизм формирования коры. Отмечается, что более древняя кора океанического типа на континентах отсутствует. Офиолиты континентов не являются аналогами океанским магматическим комплексам. Самые древние участки океанского дна имеют возраст порядка 170 млн лет, что соответствует бату (средняя юра). Этапы формирования земной коры, процессы, отражающиеся на ее поверхности образованием водных бассейнов, участков суши, впоследствии континентов и океанов - обусловлены этапами глубинной дифференциации Земли - последовательными обособлениями ядра, нижней и верхней мантии и т.д.

Возникновение океана - особый планетарный этап развития земной коры в позднемезозойско-кайнозойское время.

Формирование Мирового океана (Мировой талассогенной системы) происходило стадийно. И хотя спрединговый механизм образования океанической коры имел определяющее значение, спрединговые стадии развития сменялись неспрединговыми. Выделено две мегастадии: а) неупорядоченного спрединга (средняя юра - ранний мел, апт) и б) линейно-упорядоченного спрединга (поздний мел, кампан - квартер), разделенные неспрединговой переходной зоной (апт - кампан).

Начальная стадия первой мегастадии - неспрединговая, характеризуется развитием процессов базификации - ареальной проработкой верхних частей палеолитосферы. В отличие от В.В. Белоусова, базификация рассматривается как гомодромный процесс преобразования базит-ультрабазитового субстрата. Вторая стадия собственно неупорядоченного спрединга: наращивание океанической коры происходит от нескольких одновременно действующих разноориентированных центров спрединга, для которых не характерно формирование спрединговых хребтов. В эту стадию были сформированы старые океанические плиты, возраст которых оценивается в 120-170 млн лет.

Стадия неупорядочного спрединга соответствует времени формирования разнонаправленных линейных магнитных аномалий Китли.

Зона перехода к упорядоченному спредингу характеризуется формированием протяженных вулканических поясов, вдоль которых развиваются вулканы центрального и щитового типов.

С кампана начинается вторая мегастадия линейно-упорядоченного спрединга, продолжающаяся до настоящего времени. В течение первой стадии возникают молодые океанические плиты, во вторую (с конца олигоцена) образуются срединно-океанические хребты.

В кайнозойскую эру в связи с формированием и развитием срединно-океанических хребтов образовались линейные Ламонтские магнитные аномалии, наиболее древняя из которых датируется возрастом в 70 миллионов лет.

В процессе формирования молодых океанических плит (26-80 млн лет) наибольшие скорости спрединга достигали 50-100 мм/год (Центрально-Индийский хребет).

Глобальная система срединно-океанических хребтов (сводовая часть 0-10 млн лет, фланги - 10-26 млн лет) разделяется на два главнейших звена: Индо-Атлантическое и Индо-Тихоокеанское. Первое характеризуется низкими скоростями спрединга < 30 мм/год. Индо-Тихоокеанское звено - высокоскоростное (> 30 мм/год), причем в различных его сегментах скорости существенно различаются. В пределах Индо-Красноморского сегмента скорости средние - 20-30 мм/год. На Восточно-Тихоокеанском поднятии меняются от 60 до 160 мм/год, на отдельных участках Южно-Тихоокеанского поднятия скорости спрединга в период 10-80 млн лет составляли всего 20-35 мм/год, а на Австрало-Антарктическом поднятии 25-30 мм/год (в период 26-80 млн лет). Отмечается нарастание скорости спрединга в сторону экватора. Так, в Индо-Тихоокеанском секторе в западном крыле скорость спрединга на севере 35 мм/год, на экваторе 81 мм/год; на восточном крыле подобная картина: на севере - 22 мм/год, на юге - 24мм/год, в районе экватора - 94 мм/год (Андреев и др., 1999). Характерной особенностью строения срединно-океанических хребтов являются трансформные разломы разного масштаба и протяженности, ориентированные вкрест простирания хребтов и разделяющие их на отдельные сегменты, смещенные в плане относительно друг друга на различные, иногда весьма существенные расстояния до нескольких сотен и более километров. Кинетика спрединга, обусловившая морфологию, структуру и сегментацию хребтов, как будет показано в дальнейшем, влияет на состав и масштабы гидротермального сульфидного оруденения, во всяком случае, определенная корреляция между этими явлениями наблюдается.

Существенная роль в структуре океанского дна принадлежит крупным разломам, разграничивающим разновозрастные участки Мирового океана. Между линией Императорский хребет - Гавайи - Лайн - Туамоту на востоке и Восточно-Индийским хребтом (или параллельным ему хребтом Инвестигейтор) на западе расположен древний участок океана с мезозойским базальтовым основанием, юрскими и меловыми осадочными образованиями. За пределами этого сегмента возраст основания не древнее палеоценового. Основная часть осадочного чехла сформирована в эоценовое время и позже.

На это обращал внимание В.В. Белоусов, подчеркивая, что Тихий океан отчетливо разделяется на две части - западную и восточную. На западе кора толще (до 10 км) и более сложного строения, на востоке кора тоньше (до 8 км) и однородней.

Весьма своеобразным элементом структуры океана являются <горячие> точки, характеризующиеся специфическими магматизмом и металлогенией. По мнению большинства исследователей, <горячие> точки являются поверхностным проявлением конвекционных струй в нижней мантии. Горячие мантийные струи занимают фиксированное положение. Поэтому проявления магматизма на поверхности перемещающихся литосферных плит образуют постепенно омолаживающие цепочки вулканических центров. В качестве примеров рассматриваются: Гавайский хребет, Императорские горы, хребет Луисвилл в Тихом океане, Восточно-Индийский подводный хребет в Индийском океане и др. Для Гавайского архипелага установлено постепенное омоложение вулканических построек от о. Мидуэй (на северо-западе) до о. Гавайи (на юго-востоке) в течение последних 30 млн лет. Направления миграции вулканических центров в общем коррелируют с направлением движения литосферных плит над <горячими> точками в результате спрединга.

Магма вулканов, связанных с <горячими> точками, относится к щелочно-базальтовой формации, которая рассматривается как производная недеплетированной мантии.

В Мировом океане насчитывается 56 <горячих> точек. К вулканическим постройкам <горячих> точек и перекрывающих их осадков приурочены разнообразные проявления рудной минерализации. В зависимости от характера магматической дифференциации они имеют различную геохимическую специализацию: Cu-Zn, Cu-Pb, Cr-Ni-Os и т.д. В некоторых случаях допускается возможность связи с ними карбонатитов с редкоземельной специализацией, проявлений алмазоносных кимберлитов и др. (Андреев и др., 1999).

Выяснение истории формирования океана, установление основных этапов и свойственной им геодинамики определяют ведущие механизмы образования коры океанического типа. Эти положения находят отражение в строении основных типов океанических структур, особенностях проявления магматизма, эволюции процессов магмообразования и специфике состава и потенциальной рудоносности магматических комплексов.

3) В.И. Вернадский первый естествоиспытатель, увидевший глобальную роль живого вещества на планете, ему же принадлежат 10 признаков живого, приводимых ниже, в несколько адаптированной к современному уровню знаний форме.

1. Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией. Это, по выражению Вернадского, форма активированной материи. В отличии от неживой материи, осуществляющей пассивное взаимодействие, живая - активно взаимодействует с окружающей средой. Взаимодействие осуществляется по принципу прямых и обратных связей: с одной стороны обеспечивает поддержание собственного существования, а с другой - одновременно изменяет среду, делая невозможным прежнее неизменное существование в ней.

2. В живом веществе резко ускоряется протекание химических реакций, что объясняется действием ферментов. Академик Павлов назвал их «возбудителями жизни». Жиры и углеводы окисляются в организме при 37^оС, а вне среды, на заводских установках - при температуре среды 450-500^оС.

3. Индивидуальные химические соединения, слагающие живое вещество, устойчивы только в живых телах, в том числе и минералы, входящие в живое вещество.

4. Живое, естественное тело в биосфере характеризуется движением. Живому присущи две формы движения:

n - пассивная - размножение,

n - активная - перемещение организмов.

(живое вещество стремится заполнить собой все доступное пространство - в этом максимальная экспансия жизни).

5.Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие. (органических соединений - 2 млн., минералов - 2тыс.)

6. Органические вещества биогенного и абиогенного происхождения имеют существенные отличия. В биоорганическом мире полностью нарушена зеркальная симметрия (З-н хиральной чистоты). Молекулы, в которых имеется атом углерода, связанный своими четырьмя валентностями с разными «соседями», существует в двух зеркально противоположных формах. Их называют левыми и правыми стереомерами. Так, все природные аминокислоты - левые, а сахара - правые зеркальные изомеры. При искусственном же синтезе этих веществ, образуются в равных отношениях и левые и правые изомеры.

Открытие молекулярной симметрии живой природы принадлежит Луи Пастеру. По его словам «ассиметрия - единственная четкая демаркационная линия, которую ... можно провести между химией живой и неживой природы». Представим себе два рода молекул - оптических изомеров, так называемых правых и левых молекул. Они неразличимы по своим физико-химическим свойствам. Чтобы отличить их, необходим специальный инструмент, если угодно, некоторый фильтр, распознающий особенности их симметрии. Таким фильтром служит живое вещество, которое всегда построено из однотипных (как правило, левых) оптических изомеров. Оптически активное вещество вне организма в течение определенного времени становится нейтральным. Чтобы предотвратить это, требуется непрерывная затрата энергии. Почему же все живое характеризуется такой ассиметрией - исчерпывающего ответа на этот вопрос пока нет. Однако, как представляется, благодаря этому факту у нас теперь есть возможность отличить вещество биогенного происхождения от вещества абиогенного - «косного».

7. Живое вещество представлено в биосфере в виде дисперсных (отдельных, рассеянных) тел - индивидуальных живых организмов.

8. Будучи дисперсным, живое вещество никогда не находится на Земле в морфологически чистой форме, т.е. в виде популяций организмов одного вида. Оно всегда представлено комплексами популяций разных видов, или биоценозами.

9. Живое вещество существует на Земле в форме непрерывного чередования поколений. Благодаря этому современное живое вещество, характеризуясь непрерывным обновлением, оказывается генетически связанным с живым веществом всех прошлых геологических эпох. Краткая формулировка этой особенности: «все живое из живого», обозначается как принцип Реди. В противоположность этому, неживое вещество абиогенного происхождения поступает в биосферу из космоса или вносится порциями из нижележащих оболочек планеты.

В.И.Вернадский придерживался в вопросе происхождения жизни гипотезы панспермии, или переноса жизни через космос. Мы подробно остановимся на этой точке зрения ниже. Здесь же рассмотрим возможность допущения некоторой поправки. Если мы принимаем гипотезу о том, что живое вещество не может возникнуть из неживого, т.е. справедливость эмпирического принципа Пастера-Реди для всех уровней организации вещества, то мы должны будем заключить либо:

а) о самостоятельности происхождения живого,

либо:

б) о вечности его существования.

Если же мы примем схему развития материи, согласно которой жизнь есть естественный этап развития организационных форм материи, то нам останется принять лишь одну гипотезу - о неустойчивости переходных форм. В самом деле, в природе мы можем наблюдать лишь относительно долгоживущие образования (обладающие относительно большой устойчивостью), которые и являются предметом наших исследований. Хотя фактов, подтверждающих данную гипотезу нет, логически она вполне правомочна: переход от неживого к живому - это лишь один из этапов единого процесса самоорганизации, бесконечного процесса, бесконечного усложнения форм существования материи.

10. Характерным для живого вещества является наличие эволюционного процесса. Воспроизводство живого вещества идет не по типу точного копирования предшествующих поколений, а путем новообразований на их основе. Общее направление эволюции живого вещества состоит в увеличении упорядоченности живых систем при накоплении свободной энергии. При этом упорядочиваются, прежде всего, динамические отношения, процессы.

 

4) Абиогенный синтез - образование органических соединений, характерных для живой природы, вне организмов и без участия ферментов, в результате химических реакций между неорганическими веществами.В подтверждение возможности абиогенного синтеза были проведены следующие опыты. Воздействуя на смесь газов электрическими зарядами, имитирующими молнию, и ультрафиолетовым излучением, ученые получали сложные органические вещества, входящие в состав живых белков. Органические соединения, играющие большую роль в обмене веществ, были искусственно получены при облучении водных растворов углекислоты. Американский ученый С. Миллер в 1953 г. синтезировал ряд аминокислот при пропускании электрического заряда через смесь газов, предположительно составлявших первичную земную атмосферу. Были синтезированы и простые нуклеиновые кислоты. Этими экспериментами было доказано, что абиогенное образование органических соединений во Вселенной могло происходить в результате воздействия тепловой энергии, ионизирующего и ультрафиолетового излучений и электрических разрядов.

5) Первичный бульон — термин, введенный российским биологом Александром Ивановичем Опариным. В 1924 году он выдвинул теорию о возникновении жизни на Земле через превращении в ходе постепенной химической эволюции молекул, содержащих углерод, в первичный бульон.

Для построения любого сложного органического соединения, входящего в состав живых тел, нужен небольшой набор блоков-мономеров (низкомолекулярных соединений): 29 мономеров (из них 20 аминокислот, 5 азотистых оснований) описывают биохимичес­кое строение любого живого организма. Оно состоит из аминокислот (из которых построены все белки), азотистых соединений (составные части нуклеиновых кислот), глюкозы — источника энергии, жиров — структурного материала, идущего на построение в клетке мембран и запасающего энергию. После того, как углеродистые соединения образовали “первичный бульон”, могли уже организовываться биополимеры — белки и нуклеиновые кислоты, обладающие свойством самовоспроизводства себе подобных. Необходимая концентрация веществ для образования биополимеров могла возникнуть в результате осаждения органических соединений на минеральных частицах, например, на глине или гидроокиси железа, образующих ил прогреваемого Солнцем мелководья. Кроме того, органические вещества мог­ли образовать на поверхности океана тонкую пленку, которую ве­тер и волны гнали к берегу, где она собиралась в толстые слои. В химии известен также процесс объединения родственных молекул в разбавленных растворах. В начальный период формирования Земли воды, пропитывающие земной грунт, непрерывно перемещали растворенные в них вещества из мест их образования в места накопления. Там формировались пробионты — системы органических веществ, способных взаимодействовать с окружающей средой, т.е. расти и развиваться за счет поглощения из окружающей среды разнообразных богатых энергией веществ. Здесь же возможен примитивный “отбор”, ведущий к постепенному усложнению и упорядоченности как обеспечивающих преимущество в выживании.

Основой для формирования сложных молекул необходимо и достаточно таких элементов, как водород, кислород, углерод, азот, сера и фосфор. Фактически мы знаем, что именно на этих элементах, кроме серы, и построены все органические молекулы. Сера по всей видимости является как бы альтернативой кислороду, как двухвалентный акцептор, но, имея меньшей энергию химической связи и распространение, в построении орга­нических молекул она практически не принимает.

Что касается водорода, кислорода, азота и углерода, то, с конца лунной и до архейской эры, они были исключительно распространены. Кислород и водород за счет диссоциации воды, диссоциации и ионизации углекислого газа и метана. Углерод и азот - за счет диссоциации и ионизации углекислого газа и метана. Кроме того, свободный азот растворялся в воде из атмосферы. Фосфор, а также ряд других более редких элементов поступали в воду в процессе вулканической деятель­ности.

На всем огромном пространстве юной планеты образовалась масса природных лабораторий. Миллионы луж, озерков, ручьёв и речек, участ­ков берегов морей и океанов были такими лабораториями. Соединяясь между собой протоками они образовывали сложные комплексы лабораторий с разными составами солей, разной кислотностью, температурой и т.д.. В условиях повышенного атмосферного давления, температуры, солнечной радиации (особенно ультрафиолетовых лучей), радиоактивности земли, частых грозовых разрядов создались все условия для образовании крупных органических молекул. При этом необходимо учитывать и фактор времени. Миллиард лет было отведено в истории Земли на зарождение жизни.

Даже при таких исключительно благоприятных условиях для биосинтеза, какие создались на Земле, может возникнуть сомнение о возможности самопроизвольного синтеза сложных органических молекул. Мы не будем здесь анализировать вероятность такого синтеза в описанных нами условиях о учетом особенностей поведения тех структурных элементов таких молекул из состава органических веществ фактически существующих в настоящее время. Такой анализ можно произвести, но мы не специалисты в этих вопросах, да и это слишком загромоздит наше исследование. Мы поступим проще. Посмотрим, имеются ли такие соединения в космосе, в гораздо более неподходящих условиях. Такие исследования были проведены и дали они следующие результаты. В диффузных облаках, «темных» пылевых облаках в спиральных рукавах Галактики, в молекулярных облаках, а также в околозвездных газопылевых оболочках самопроизвольно возникают органические молекулы от простейших молекул и радикалов типа СН, НСО, СО, СО₂, ОСS, до сложных молекул типа:

· - углеводородов - СН₄, С₂Н₂, СН₃С₂Н;

· - альдегидов - Н₂СО, Н₂СS, СН₃СНО;

· - спиртов - СН₃ОН, СН₃СН₂OН;

· - кислот - карбоновой НСООН, синильной НС N , изоциановой НNСО;

· - амидов кислот - НСОNН₂ ,NH₂СN;

· - аминов - СН₃NH₂ , СН₂NН ;

· - нитрилов - СН₃СN, СН²СНCN, СН₃С₂СN, НС₂СN,НС₄СN, НС₆СN, НС₈СN;

· - простых эфиров - (СН₃)₂О;

· - сложных эфиров - НCООСН₃.

Эта смесь, при наличии источников энергии, достаточна для образования аминокислот (синтез Миллера-Юри). Поэтому считается высокой вероятность образования простейших аминокислот, таких как глицин.

Обилие органических соединений в межзвездной среде, в метеоритах и кометах и сходство их молекулярного состава с тем, который получается в лабораторных опытах по синтезу органических соединении из смеси простых молекул, можно рассматривать как бесспорное свидетельство того факта, что природа с легкостью приготавливает первый «питательный бульон», необходимый для зарождения жизни. Даже если в процессе формирования планеты первичные органические вещества будут разрушены, процессы, аналогичные тем, которые приводят к образованию межзвездных и околозвездных молекул, могут повто­риться в атмосфере, гидросфере и поверхности грунта и обеспечить вторичное накопление органических соединений. Кроме того, даже в отсутствие подходящих условий «затравочные» запасы органики могут быть принесены на поверхность планеты метеоритами.

Таким образом, у нас не может быть практически никаких сомнений в том, что создание первичного бульона из простых молекул является закономерным следствием развития материи.

6) Предбиологический “отбор”- отбор, ведущий к постепенному усложнению и упорядоченности как обеспечивающих преимущество в выживании. Механизм отбора действовал на самых ранних стадиях зарождения органических веществ — из множества образующихся веществ сохранялись устойчивые к дальнейшему ус­ложнению. Затем образуются микросферы — шаровидные тела, возникающие при растворении и конденсации абиогенно полученных белковоподобных веществ.

7)Биологические мембраны, тонкие пограничные структуры молекулярных размеров, расположенные на поверхности клеток и субклеточных частиц, а также канальцев и пузырьков, пронизывающих протоплазму. Толщина Б. м. не превышает 100 . Важнейшая функция Б. м. - регулирование транспорта ионов, сахаров, аминокислот и других продуктов обмена веществ (см. Проницаемость биологических мембран). Первоначально термин "Б. м." использовали при описании всех видов пограничных структур, встречающихся в живом организме, - покровных тканей, слизистых оболочек желудка и кишечника, стенок кровеносных сосудов и почечных канальцев, миелиновых оболочек нервных волокон, оболочек эритроцитов и др. К середине 20 в. было доказано, что в большинстве пограничных структур эффективную барьерную функцию выполняют не все элементы этих сложных образований, а только мембраны клеток. С помощью электронного микроскопа и рентгеноструктурного анализа удалось показать общность строения поверхностных клеточных мембран эритроцитов, нервных и мышечных клеток, бактерий, плазмалеммы растительных клеток и др. с мембранами субклеточных структур - эндоплазматической сети, митохондрий, клеточных ядер, лизосом, хлоропластов и др. Б.м. занимают огромную площадь (например, в организме человека только поверхностные мембраны имеют площадь, равную десяткам тыс. м²)и играют универсальную регуляторную роль в обмене веществ. Поэтому изучение структуры и функций Б. м. - одна из важнейших задач цитологии и молекулярной биологии. Функции Б. м. многообразны (см. табл.).

Некоторые функции биологических мембран

Функция	Вид мембраны
Активный транспорт веществ Общая и избирательная диффузия небольших молекул и ионов Регулирование транспорта ионов и продуктов метаболизма внутри клеток	Все виды мембран
Электроизоляционные свойства	Миелин
Генерация нервного импульса	Мембраны нервных клеток
Преобразование световой энергии в химическую энергию аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ)	Мембраны хлоропластов
Преобразование энергии биологического окисления в химическую энергию макроэргических фосфатных связей в молекуле аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ)	Мембраны митохондрий
Фагоцитоз, пиноцитоз, антигенные свойства	Мембраны специализированных клеток

Покрывая клетку и отделяя её от окружающей среды, Б. м. обеспечивают морфологическую целостность клеток и субклеточных частиц, их прочность и эластичность. Поддерживая неравномерное распределение ионов калия, натрия, хлора и др. между протоплазмой и окружающей средой, они способствуют появлению разности биоэлектрических потенциалов. Свойства Б. м. в значительной степени определяют генерирование и проведение возбуждения как в нервных и мышечных клетках, так и в местах контакта между ними, т. е. в синаптических окончаниях (см. Синапсы). Б. м. митохондрий служат местом строго упорядоченного расположения ферментов, участвующих в синтезе богатых энергией соединений.

8) Коацервация (от лат. coacervatio — собирание, накапливание) — 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.

9) Гетеротрофы - организмы, использующие для питания исключительно или преимущественно органические вещества, произведенные другими видами (автотрофами), и неспособные синтезировать вещества своего тела из неорганических веществ. К гетеротрофам относятся все животные, паразитарные растения, грибы и подавляющее большинство микроорганизмов. Различают три типа гетеротрофного питания: сапрофитное, галозойное и паразитное.

греч.Heyeros - другой + Trophe - пища

 

 

10)Автотрофы - организмы, синтезирующие из неорганических соединений органическое вещество с использованием энергии Солнца или энергии, освобождающейся при химических реакциях. Автотрофы служат в биосфере Земли продуцентами органического вещества.

греч.Autos - сам + Trophe - пища

 

 

11) Анаэробы — эколого-биохимическая группа организмов, не требующих для своего развития наличия в среде молекулярного кислорода.

Эти организмы получают энергию не в процессе дыхания, а при брожении, либо при анаэробном дыхании. Если организм способен переключаться с одного метаболического пути на другой (например, с анаэробного дыхания на аэробное и обратно), то его включают в группу факультативных анаэробов (или, что то же самое, факультативных аэробов), если не способен — в группу облигатных (обязательных) анаэробов.

Среди облигатных анаэробов существует широкий спектр степени устойчивости к токсическому воздействию молекулярного кислорода. Строгие анаэробы (рода бактерий и архей Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium и др.) в присутствии кислорода гибнут, молочнокислые и многие маслянокислые бактерии относятся к группе аэротолерантных анаэробов

12) Аэро́бы (от греч. αηρ — воздух и βιοζ — жизнь) — организмы, нуждающиеся, в отличие от анаэробов, для своей жизнедеятельности в свободном молекулярном кислороде. К аэробам относятся: подавляющее большинство животных, все растения, а также значительная часть микроорганизмов.

Прокариотные организмы различаются в своем отношении к молекулярному кислороду. Некоторые облигатно аэробные (требующие для роста наличия О₂ в среде) бактерии гибнут на воздухе, но могут развиваться при концентрации кислорода около 2% (в 10 раз ниже чем в атмосфере); они получили название микроаэрофилов. Обычно такие требования к внешним условиям связны с их метаболической активностью: кислород ингибирует нитрогеназу, гидрогеназу и другие ферменты, из-за чего при его концентрации более 2% делается невозможной азотфиксация, окисление водорода и некоторые другие процессы. Если в среде есть связанный азот и органические соединения, то и азотфиксаторы и водородокисляющие бактерии хорошо растут и при 21% содержании кислорода.

Поскольку многие бактерии способны переключаться с одного метаболического пути на другой, среди них выделяется группа факультативных аэробов (или, что то же самое, факультативных анаэробов), способных получать энергию как за счёт дыхания, так и за счёт брожения или анаэробного дыхания. Факультативные аэробы могут быть одновременно и микроаэрофилами.

Рост большинства аэробных бактерий прекращается при концентрации кислорода в 40-50%. В атмосфере чистого кислорода не способны развиваться никакие прокариоты.

13) Прокариоты (от др.-греч. pro — «перед», «до» + karyon — «ядро») или безъядерные — одноклеточные живые организмы, не обладающие (в отличие от эукариот) оформленным клеточным ядром.

Для клеток прокариот характерно отсутствие ядерной оболочки, ДНК упакована без участия гистонов.

К прокариотам относятся царства бактерии и археи. Генетический материал прокариот представлен одной молекулой ДНК, замкнутой в кольцо, имеется только один репликон. В клетках отсутствуют органоиды, имеющие мембранное строение.

14) Эукариоты или ядерные (лат. Eukaryota от греч. εὐ- — хорошо и κάρυον — ядро) — надцарство живых организмов, клетки которых содержат ядра. Все организмы, кроме бактерий и архебактерий, являются ядерными.

Животные, растения, грибы, а также группы организмов под общим названием протисты — все являются эукариотическими организмами. Они могут быть одноклеточными и многоклеточными, но все имеют общий план строения клеток. Считается, что все эти столь несхожие организмы имеют общее происхождение, поэтому группа ядерных рассматривается как монофилетический таксон наивысшего ранга. Согласно наиболее распространённым гипотезам, эукариоты появились 1,5—2 млрд лет назад. Важную роль в эволюции эукариот сыграл симбиогенез - симбиоз между эукариотической клеткой, видимо, уже имевшей ядро и способной к фагоцитозу, и проглоченными этой клеткой бактериями - предшественниками митохондрий и хлоропластов.

15) Голобиоз - методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности структур, наделенных способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма.

16) Генобиоз - методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода.

17)Исторические концепции происхождения жизни:

а) Креационизм (от англ. creation — создание) — религиозно-философская концепция, в рамках которой всё многообразие органического мира, человечества, планеты Земля, а также мир в целом, рассматриваются как намеренно созданные неким сверхсуществом или божеством. Теория креационизма, отсылая ответ на вопрос о возникновении жизни к религия (сотворение жизни Богом), по критерию Поппера находится вне поля научных изысканий (так как она неопровержима: научными методами невозможно доказать, что Бог не сотворял жизни).