Что такое абиогенез и биогенез
Что такое биогенез? Сущность теории, ее сторонники и эксперименты
В этой статье вы узнаете о биогенезе, важной теории в биологии. Мы рассмотрим саму теорию и краткую историю о том, как она возникла.
Определение биогенеза
Откуда берутся котята? А что насчет птенцов? Нет, это не философские вопросы. Котят рожают кошки, а птенцы вылупляются из птичьих яиц. Точно так же микроорганизмы происходят от других микроорганизмов. Это кажется довольно очевидным, правда? Что ж, так было не всегда.
Фактически, происхождение микроорганизмов стало предметом серьезных споров после их открытия в 1670-х годах Антони ван Левенгуком. Только в 1850–1860-х годах, почти 200 лет спустя, ученые пришли к выводу, что все живые организмы произошли от других живых организмов. Эта теория называется биогенезом (био означает «жизнь», а генезис – «начало»).
Биогенез — теория, согласно которой живой организм должен происходить от родительского организма, подобного самому себе. Понятие биогенез может также относиться к биохимическим процессам, протекающим в живых организмах.
Термин биогенез был введен Генри Чарльтоном Бастианом для обозначения возникновения жизни из неживой материи, однако Томас Генри Хаксли выбрал термин абиогенез и переопределил биогенез для жизни, возникающей из уже существовавшей жизни. Возникновение жизни из неживого материала называется абиогенезом, и предполагается, что это процесс произошел по крайней мере один раз в истории Земли, когда впервые возникла жизнь.
Немного предыстории
Вернемся немного назад. Во что верили люди в течение 200 лет после открытия Левенгука? Ответ: в так называемое самозарождение, когда живые существа просто появляются, обычно из-за пищи. На самом деле, люди раньше полагали, что это касается не только микроорганизмов. Например, если оставить в углу дома еду, то появятся мыши. Их появление объяснили как спонтанное зарождение, то есть буквально они там появились.
К тому времени, когда были открыты микроорганизмы, мало кто верил, что животные более высокого порядка, такие как мыши, произошли от спонтанного зарождения. Однако почти 200 лет существовало поверье, что микробы образуются таким образом.
Теория биогенеза
Некоторые ученые скептически относились к гипотезе спонтанного зарождения, особенно в более поздний период. В 1858 году ученый по имени Рудольф Вирхов выдвинул контргипотезу, утверждая, что жизнь может возникнуть только из жизни. Однако у него не было никаких экспериментов, подтверждающих это. В 1861 году Луи Пастер решил эту проблему, поставив свои собственные эксперименты для проверки гипотезы биогенеза. Его эксперименты были успешными, поэтому биогенез сейчас является твердой теорией, а не просто гипотезой.
Эксперименты Пастера были разработаны, чтобы доказать, что микроорганизмы живут в воздухе и могут загрязнять пищу и жидкости, но сам воздух не является первоначальным источником этих микробов. Они не просто появляются. Сначала он сварил говяжий бульон в нескольких разных емкостях. В то время люди уже знали, что жар убивает микроскопические организмы, и эксперименты Пастера подтвердили это.
После того, как бульон закипел, Пастер немедленно запечатал некоторые емкости, но оставил другие открытыми для охлаждения. В закрытых контейнерах микробы не развивались, но в открытых они появлялись. На другом этапе этого эксперимента Пастер разработал специальную колбу с S-образным отверстием, которое предотвращало попадание микробов, даже если оно было открыто для воздуха. Горлышко колбы было резко изогнутым, очень похоже на шею лебедя. Эта извилистая конструкция улавливала микробы в изгибе, так что они не могли добраться до говяжьего бульона, хотя воздух мог проникнуть внутрь.
Вместе эти эксперименты опровергли спонтанное зарождение и подтвердили теорию биогенеза. Работа Луи Пастера стала значительным вкладом в научное сообщество, а биогенез — выдающейся теорией в области микробиологии.
Подведение итогов
Давайте рассмотрим то, что мы узнали. Биогенез — это теория, согласно которой живые существа могут происходить только из других себе подобных живых существ. Она была разработана в 1858 году Рудольфом Вирховым в качестве контргипотезы против спонтанного зарождения. До Вирхова было широко распространено мнение, что микроорганизмы просто появляются в результате спонтанного зарождения. Помните, что микроорганизмы — это живые существа, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. Фактически, спонтанное зарождение было доминирующей гипотезой в течение 200 лет между открытием Антонио ван Левенгука и экспериментами, проведенными Луи Пастером. В 1861 году Пастер провел эксперименты в поддержку теории биогенеза.
Абиогенез
Смотреть что такое «Абиогенез» в других словарях:
абиогенез — абиогенез … Орфографический словарь-справочник
Абиогенез — Абиогенез образование органических соединений, распространённых в живой природе, вне организма без участия ферментов. Александр Опарин (справа) в лаборатории … Википедия
абиогенез — 1) теория происхождения жизни путем постепенного усложнения веществ неорганической природы и возникновения биополимеров, которым присущи свойства живого и, прежде всего, способность к обмену веществ как непременному условию их существования; 2)… … Словарь микробиологии
абиогенез — сущ., кол во синонимов: 1 • теория (21) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
АБИОГЕНЕЗ — (от а. и биогенез), термин относится к теории происхождения жизни на Земле: процесс образования органических соединений в условиях первичной бескислородной атмосферы в результате неорганических (абиологич.) реакций, т. е. без участия живых… … Экологический словарь
АБИОГЕНЕЗ — (от греч. а отриц. част., bios жизнь и genesis происхождение),син. архигония, первичное зарождение, гипотеза Геккеля о появлении живых организмов без родителей непосредственно из не органич. материи (аутогония) или же из организованной живой… … Большая медицинская энциклопедия
абиогенез — Самозарождение живых организмов [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN abiogenesis … Справочник технического переводчика
абиогенез — abiogenesis абиогенез. Oбразование вне организма свойственных живой природе органических веществ: в широком понимании А. возникновение жизни из неживого материала. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А.,… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.
Что такое абиогенез? Сущность гипотезы, сторонники концепции и эксперименты
В этой статье дается определение термина “абиогенез” и рассматриваются доказательства, подтверждающие эту теорию. Мы также обсудим раннюю Землю и возможности для зарождения первой жизни на планете с чисто научной точки зрения.
Определение
Как возникла жизнь на Земле? Когда все началось? Эти вопросы оставались загадкой на протяжении тысячелетий человеческой истории. Мы знаем, что возраст Земли составляет около 4,5 миллиардов лет, и что первые бактерии уже обитали на нашей планет более 3,5 миллиард лет назад. Теория эволюции дает нам объяснение того, как жизнь началась с одноклеточных бактерий и распространилась на миллионы видов животных, растений, грибов и бактерий. Но откуда взялась первая живая клетка?
Абиогенез — это научная теория, утверждающая, что жизнь на Земле появилась спонтанным естественным путем благодаря существующим в то время условиям. Другими словами, живая материя возникла из неживой.
Абиогенез предполагает, что первые созданные формы жизни были очень примитивными и постепенно становились все более сложными. Биогенезу, в котором жизнь возникает в результате воспроизводства другой жизни, предположительно предшествовал абиогенез, который стал невозможным, когда атмосфера Земли приняла свой нынешний состав.
Ранняя Земля
Представьте себе безжизненную Землю: постоянные извержения вулканов, мощные грозы, кипящие океаны, частые землетрясения и атмосфера с высоким уровнем токсичных газов.
Так как же и почему возникла жизнь в этих условиях? Эта тема интересовала многих ученых, которые хотели найти достоверный ответ на столь важный вопрос.
Теория Опарина — Холдейна
Оба также подозревали, что первые формы жизни появились в теплом примитивном океане и были гетеротрофными (получая предварительно сформированные питательные вещества из соединений, существовавших на ранней Земле), а не автотрофными (синтезирующими питательные вещества из солнечного света или неорганических веществ).
Опарин считал, что жизнь возникла из коацерватов, микроскопических спонтанно сформированных сферических агрегатов липидных молекул, которые удерживаются вместе за счет электростатических сил и, возможно, были предшественниками клеток. Работа Опарина с коацерватами подтвердила, что ферменты, лежащие в основе биохимических реакций метаболизма, функционируют более эффективно, когда они содержатся в мембраносвязанных сферах, чем когда они свободны в водных растворах.
Холдейн, незнакомый с коацерватами Опарина, полагал, что сначала образуются простые органические молекулы, а в присутствии ультрафиолетового света они становятся все более сложными, в конечном итоге формируя клетки. Идеи Холдейна и Опарина легли в основу многих исследований абиогенеза, проводившихся в последующие десятилетия.
Эксперимент Миллера — Юри
В 1953 году американские химики Гарольд Клейтон Юри и Стэнли Миллер проверили теорию Опарина — Холдейна. В своем эксперименте они использовали аппарат с колбой, наполненной водой и химическими веществами, которые, как считалось, существовали на ранней Земле. Ученые обнаружили, что эти химические вещества при определенных условиях спонтанно образуют органические молекулы. Эксперимент предполагает, что органические молекулы могли самопроизвольно образоваться на молодой Земле, став фундаментом для появления первых живых существ.
Некоторые ученые считают, что условия эксперимента Миллера — Юри не соответствовали реальным, но последующие эксперименты с измененной атмосферой показали аналогичные результаты спонтанного образования аминокислот, липидов и нуклеотидов.
РНК пришла первой
В течение многих лет ученые спорили о том, что важнее — ДНК или РНК. ДНК служит основным средством хранения генетической информации. РНК — это рибонуклеиновая кислота, которая может выступать в качестве генетической библиотеки и катализировать реакции. Эта способность делает РНК идеальным кандидатом для зарождения первой жизни на Земле.
Так откуда же взялась РНК? Может ли РНК самопроизвольно образовываться? Сначала рассмотрим структуру РНК, состоящую из четырех нуклеотидных оснований:
Эти четыре нуклеотида являются строительными блоками РНК. Если они могут быть синтезированы самопроизвольно в условиях ранней Земли, тогда можно будет решить большую часть головоломки о том, как зародилась жизнь. И вот, недавно было обнаружено, что некоторые молекулы действительно могут образовывать все четыре нуклеотида в присутствии ультрафиолетового излучения или солнечного света.
Первые клетки
Итак, если органические молекулы и РНК могут спонтанно образовываться, то как насчет клеток? Как создаются клеточные мембраны?
Липиды – это молекулы, которые составляют слой клеточной мембраны. Как стало ясно из эксперимента Миллера — Юри, липиды могут спонтанно образовываться при определенных атмосферных условиях. Они имеют гидрофильную и гидрофобную стороны. В то время как гидрофильная сторона может взаимодействовать с водой, гидрофобная сторона – нет, и поэтому они образуют кластеры в воде. Гидрофильная сторона, обращена наружу, а гидрофобная – внутрь. Это похоже на то, как масло в лавовой лампе никогда не смешивается с жидкостью.
В липидном бислое молекулы ориентированы таким образом, что их полярные части направлены в сторону водной фазы и формируют две гидрофильные стороны, а неполярные «хвосты» формируют гидрофобную внутри бислоя. Это препятствует прохождению воды между ними и образует мембрану клетки. Вода из клетки не выходит наружу, и вода снаружи клетки не проникает внутрь. Из-за структуры липида он может спонтанно собираться в бислой в присутствии воды. Зная все это, можно предположить, что некоторые из первых структур РНК были заключены в примитивную клетку, состоящую из липидного бислоя, заполненного водой, неорганическими и органическими молекулами. Эти примитивные клетки затем дали начало первым живым клеткам.
Другие гипотезы
Хотя научные доказательства абиогенеза являются авторитетной научной теорией, некоторые ученые сформулировали другие гипотезы для объяснения происхождения жизни на Земле. Одной из таких гипотез является панспермия, которая утверждает, что жизнь прибыла на Землю из космоса и, следовательно, возникла в других частях галактики. Это интересная гипотеза, но ее трудно проверить.
Подведение итогов
Теория абиогенеза говорит, что жизнь возникла спонтанно при определенных условиях из неживой материи. Как ученые пришли к этой гипотезе? Эксперименты показывают, что органические молекулы, нуклеотиды РНК и клеточные мембраны могут самопроизвольно образовываться в условиях, схожих на раннюю Землю. РНК – это нуклеиновая кислота, которая может действовать как генетическая библиотека и катализировать реакции, поэтому, вероятно, первая жизнь на Земле была способна функционировать исключительно с РНК. За миллионы лет эти молекулы РНК развили новые каталитические способности и в конечном итоге превратились в сложные клетки, которые мы знаем сегодня.
Разница между абиогенезом и биогенезом
Содержание:
Ключевые области покрыты
1. Что такое абиогенез
— Определение, Феномен, Примеры
2. Что такое биогенез
— Определение, Феномен, Примеры
3. Каковы сходства между абиогенезом и биогенезом
— Краткое описание общих черт
4. В чем разница между абиогенезом и биогенезом
— Сравнение основных различий
Ключевые слова: абиогенез, биогенез, эксперимент Миллера-Юри., Происхождение Жизни, Эксперимент Пастера, Изначальный Суп, Гипотеза Спонтанного Поколения
Что такое абиогенез
Абиогенез относится к теории происхождения жизни, которая утверждает, что жизнь возникла из неорганических или неодушевленных веществ. Даже после того, как Дарвин сосредоточился на происхождении видов, некоторые ученые пытались описать эволюцию посредством абиогенеза.
Гипотеза «Изначальный суп» (1924)
Российский биохимик по имени Александр Опарин предположил, что жизнь на Земле постепенно возникла из неживых веществ в результате последовательности химических реакций. Атмосферные газы первобытной земли индуцировались молнией и другими источниками энергии для взаимодействия друг с другом, образуя простые органические соединения (мономеры). Эти соединения накапливались в «первичном супе» с высокими концентрациями в некоторых точках, таких как океанические жерла и береговые линии. Последующая самосборка этих простых органических соединений образовала сложные органические соединения (полимеры), такие как углеводы и белки. Это, в свою очередь, может само по себе стать живыми клетками.
Рисунок 1: Александр Опарин (справа) в своей лаборатории
Эксперимент Миллера-Юри (1953)
Стэнли Миллер и Гарольд Юри провели эксперимент, пытаясь смоделировать условия первичной земной атмосферы. На дне колбы вода кипела в пар, а затем пар пропускался через аппарат, объединяющийся с водородом, аммиаком и метановыми газами. Полученная смесь была подвергнута искре на 50000 Вольт. Затем смесь охлаждали и полученное смолоподобное вещество собирали. Они нашли строительные блоки жизни, такие как аминокислоты в смолоподобном веществе.
Рисунок 2: Эксперимент Миллера-Юри
Этот эксперимент продемонстрировал, как органические соединения образовались спонтанно; тем самым он решительно поддерживает гипотезу об изначальном супе Опарина. Но газообразный кислород, присутствующий в исконной земле, может предотвратить образование органических соединений. Но в 1950-х годах ученые полагали, что в исконной земле было очень мало кислорода. Тем не менее, геологические данные свидетельствуют о том, что в ранней атмосфере присутствовало значительное количество кислорода. Таким образом, если бы газы использовались в правильных пропорциях в качестве ранней атмосферы, аминокислоты могли не образовываться в колбе.
Что такое биогенез
Эксперимент Пастера (1864)
Луи Пастер выполнил эксперимент, подобный Нидхэму и Спалланцани, продемонстрировав появление бактерий в питательном бульоне. Отвары хранили в сосудах с протоками шейки лебедя и кипятили для стерилизации. Рост бактерий можно было наблюдать только в сосудах со сломанной шеей. Таким образом, рост бактерий может быть вызван загрязнением.
Рисунок 3: Эксперимент Пастера
Поскольку это научно доказано, биогенез является широко распространенным явлением происхождения жизни на земле за последние 150 лет.
Сходства между абиогенезом и биогенезом
Разница между абиогенезом и биогенезом
Определение
Абиогенез: Абиогенез относится к теории происхождения жизни, описывающей, что жизнь возникла из неорганических или неодушевленных веществ.
Биогенез: Биогенез относится к теории происхождения жизни, описывающей, что жизнь возникла из существовавшей ранее живой материи.
Предложено
Абиогенез: Абиогенез был предложен Александром Опариным, Стэнли Миллером и Гарольдом Юри.
Биогенез: Биогенез был предложен теорией клеток Теодора Шванна, Матиаса Шлейдена и Рудольфа Вирхова.
Значимость
Абиогенез: Абиогенез утверждает, что жизнь на Земле происходит из неживых соединений.
Биогенез: Биогенез утверждает, что жизнь на Земле происходит из ранее существовавших живых форм.
Научное доказательство
Абиогенез: Абиогенез научно не доказан.
Биогенез: Биогенез доказан научными экспериментами.
На основе
Абиогенез: Абиогенез основан на наблюдениях и национальных мыслях.
Биогенез: Биогенез основан на практических экспериментах и вещественных доказательствах.
Заключение
Биология в лицее
Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation
Возникновение жизни на Земле
Проблемы происхождения живого вещества, его возникновения и многообразия на Земле с давних пор являются важнейшими в естествознании, предметом острой борьбы материализма и идеализма.
Идеалисты, исходя из теологических (греч. theos — «бог»; logos — «учение») убеждений, считают возникновение живого актом божественного творения.
Все многообразие точек зрения ученых-материалистов о происхождении живого на Земле без участия божественной силы сводится к двум противоположным позициям: биогенезу и абиогенезу . Сторонники биогенеза (греч. bios — «жизнь»; genesis — «происхождение») считают, что все живое происходит от живого, тогда как сторонники абиогенеза (греч. a — частица отрицания) считают возможным происхождение живого из неживой материи, в том числе путем самопроизвольного зарождения жизни из неживых тел природы — песка, глины (Демокрит, Аристотель и др.).
Концепция абиогенеза
До середины XIX века под абиогенезом понималось самопроизвольное зарождение, т. е. внезапное возникновение из неживых материалов сложноорганизованных живых существ. Так, ещё в XVII веке верили в самозарождение червей, рыб, лягушек и даже мышей из росы, ила, грязи.
Однако итальянский учёный Ф. Реди в 1668 году показал, что личинки мух в гниющем мясе появляются только из отложенных мухами яиц.
Опыты Ф. Реди
«Убеждённость была бы тщетной, если бы её нельзя было подтвердить экспериментом. Поэтому в середине июля я взял четыре больших сосуда с широким горлом, поместил в один из них змею, в другой — немного рыбы, в третий — угрей из Арно, в четвёртый — кусок молочной телятины, плотно закрыл их и запечатал. Затем я поместил то же самое в четыре других сосуда, оставив их открытыми. Вскоре мясо и рыба в незапечатанных сосудах зачервивели; можно было видеть, как мухи свободно залетают в сосуды и вылетают из них. Но в запечатанных сосудах я не видел ни одного червяка, хотя прошло много дней, после того как в них была положена дохлая рыба». Франческо Реди, 1688 год.
Сто лет спустя, в 1770 г., Мартын Матвеевич Тереховский (1740—1796), русский/украинский врач, натуралист, предложивший метод стерилизации пищевых продуктов, изучая микроорганизмы («анималькули»), экспериментально опроверг возможность самозарождения организмов.
В XVIII веке итальянский учёный Л. Спалланцани установил, что в прокипяченных бульонах микроорганизмы не развиваются.
Окончательно это доказал в 1861 году французский учёный Л. Пастер, опыты которого не отрицают, однако, возможности абиогенного зарождения жизни в прежние геологические эпохи.
Опыт Пастера
В 1860 году проблемой происхождения жизни занялся Луи Пастер. К этому времени он уже многое сделал в области микробиологии и сумел разрешить проблемы, угрожавшие шелководству и виноделию. Он показал также, что бактерии вездесущи и что неживые материалы легко могут быть заражены живыми существами, если их не стерилизовать должным образом.
В результате ряда экспериментов, в основе которых лежали методы Спалланцани, Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг гипотезы спонтанного зарождения.
Пастер заполнял баллон питательной средой, а шейке колбы придавал S-образную форму. Кипячением из баллона выгонялся воздух, который при остывании жидкости возвращался обратно. Микроорганизмы из воздуха при этом оседали на изгибе шейки, и жидкость в баллоне оставалась стерильной неопределённо долго. Стоило только отрезать шейку колбы, как через несколько дней в жидкости появлялись бактерии. Появления их можно было также добиться, наклоняя баллон и смывая микроорганизмы, осевшие в изгибе трубки.
Работы Пастера явились переломным моментом в истории учения о происхождении жизни. Вопрос о самозарождении в том виде, в каком он был поставлен, разрешился в отрицательном смысле, и принцип «всё живое — из живого» для всех известных существ мог по праву считаться справедливым и не знающим ни одного исключения.
Вопрос о происхождении жизни, однако, не был разрешён опытами Пастера — он был только заново поставлен. Коль скоро для возникновения живого организма необходим другой живой организм, то откуда же взялся самый первый живой организм? Только теория стационарного состояния не требует ответа на этот вопрос, а во всех других теориях подразумевается, что на какой-то стадии истории жизни произошёл переход от неживого к живому. Было ли это первичным самозарождением?
Одна из распространённых теорий абиогенеза — теория биохимической эволюции — принадлежит российскому учёному А. И. Опарину. В настоящее время большинство учёных считают, что возникновение жизни — длительный процесс, происходивший на Земле в отдалённые геологические эпохи, когда условия (температура, химический состав газовой, жидкой и твёрдой оболочек Земли, режим излучения и др.) сильно отличались от современных.
Концепция биогенеза
В основе некоторых представлений о биогенезе лежат противопоставление живого неживому и идея вечности жизни.
Другие сторонники биогенеза предполагали, что зародыши живых существ были занесены на Землю с других, более древних небесных тел, — теория панспермии. Её поддерживали немецкий химик Ю. Либих, физик и физиолог Г. Гельмгольц, шведский химик С. Аррениус и др., противопоставлявшие теорию панспермии существовавшему в середине XIX века представлению о самозарождении (основанному на концепции абиогенеза) сложноорганизованных животных (червей, мух и др.) из гниющего мяса, грязи и т. п.