Химическая эволюция и возникновение протоклетки (озоновый экран, генетическая гипотеза Мёллера)

6 терминов · 5 заданий

Этап	Что происходило	Доказательства и гипотезы
1. Абиогенный синтез мономеров	Из газов атмосферы под действием разрядов и УФ образовались аминокислоты, нуклеотиды, сахара, липиды, накапливавшиеся в океане («первичный бульон»)	Опыт С. Миллера и Г. Юри (1953): смесь CH₄, NH₃, H₂, H₂O + электрические разряды → аминокислоты и другая органика
2. Образование полимеров	Мономеры соединялись в белки и нуклеиновые кислоты на поверхности глин, в горячих источниках, при высыхании луж	Гипотеза первичного бульона Дж. Холдейна (1929)
3. Коацерваты и протобионты (пробионты)	Полимеры собирались в коацерваты — капли с обособленной средой, способные поглощать вещества, расти и делиться; окружение мембраной из липидов → протоклетка	Коацерватная гипотеза А. И. Опарина (1924) — «сначала обмен веществ»; генетическая гипотеза Г. Мёллера — «сначала ген» (первичны самовоспроизводящиеся молекулы)
4. Мир РНК	Первыми носителями информации и катализаторами были молекулы РНК: они хранят информацию и способны катализировать реакции (рибозимы, открыл Т. Чек); позже ДНК взяла на себя хранение, белки — катализ	Гипотеза «мира РНК» У. Гилберта (1986); рРНК до сих пор катализирует образование пептидной связи
5. Формирование мембран, протоклетки, первые организмы	Липидные мембраны отделили внутреннюю среду; матричный синтез, обмен веществ и деление → первые клетки — анаэробные гетеротрофы (~3,8–3,5 млрд лет назад)	Древнейшие ископаемые — строматолиты цианобактерий (3,5 млрд лет)

Гипотеза (автор, год)	Что возникло первым	На что опирается
Коацерватная (А. И. Опарин, 1924)	Обособленные капли-коацерваты с обменом веществ; наследственность появилась позже — «сначала обмен веществ»	Коацерваты из белков и полисахаридов в растворе избирательно поглощают вещества и растут
Первичного бульона (Дж. Холдейн, 1929)	Органика накапливалась в океане до консистенции «горячего разбавленного бульона» за счёт энергии ультрафиолета; первыми «полуживыми» системами были крупные молекулы, способные к самовоспроизведению	Абиогенный синтез органики в опыте Миллера — Юри
Генетическая (Г. Мёллер, 1926)	Случайно возникшая молекула-«ген», способная к самовоспроизведению и мутациям, — «сначала ген»; обмен веществ сложился вокруг неё	Роль нуклеиновых кислот как матриц для собственного копирования
Микросфер (С. Фокс, 1950–1960-е)	Протеиноиды — белковоподобные полимеры, образующиеся при нагревании сухой смеси аминокислот; в воде они собираются в микросферы	Микросферы имеют двуслойную оболочку, растут и отпочковываются
«Мир РНК» (У. Гилберт, 1986)	РНК — одновременно носитель информации и катализатор; позже хранение информации перешло к ДНК, катализ — к белкам	Рибозимы (Т. Чек, 1982), каталитическая рРНК рибосомы

Дальнейшее развитие: хемосинтез и фотосинтез (цианобактерии) → накопление O₂ в атмосфере (~2,4 млрд лет назад) → аэробное дыхание и озоновый экран → эукариоты (симбиогенез: митохондрии и пластиды — потомки бактерий, ~1,5–2 млрд лет) → половой процесс → многоклеточность (~1 млрд лет) → выход на сушу (~450 млн лет).

Этап	Что происходит	Экспериментальное подтверждение
Абиогенный синтез мономеров	Из метана, аммиака, водорода и паров воды под действием разрядов и ультрафиолета образуются аминокислоты, сахара, азотистые основания	Опыт С. Миллера и Г. Юри (1953): в колбе с газовой смесью и электрическими разрядами получены аминокислоты
Накопление в первичном океане	Органические вещества растворяются и концентрируются в мелких водоёмах, у вулканических источников	Органика найдена в метеоритах и в межзвёздных облаках — синтез возможен и вне Земли
Образование полимеров	При высыхании и нагревании на поверхности глин мономеры соединяются в полипептиды и полинуклеотиды	Лабораторные опыты по полимеризации на минеральных поверхностях
Обособление протоклетки	Коацерваты и липидные пузырьки отделяют внутреннюю среду от внешней, избирательно поглощают вещества, растут и делятся	Опыты Опарина с коацерватами; самосборка липидных мембран в воде
Появление самовоспроизведения	Молекулы РНК способны и хранить информацию, и катализировать реакции — гипотеза «мира РНК»; позже функции разделились между ДНК и белками	Открытие рибозимов — каталитически активных РНК

Первые организмы были анаэробными гетеротрофами — питались готовой органикой «бульона» и получали энергию брожением. Эволюция метаболизма. Истощение органики сделало выгодным автотрофное питание: появились хемосинтез и фотосинтез без выделения кислорода (у пурпурных и зелёных бактерий донор водорода — сероводород), а затем у цианобактерий — кислородный фотосинтез, использующий воду. Появление кислородного фотосинтеза изменило планету: около 2,4 млрд лет назад кислород начал накапливаться в атмосфере («кислородная катастрофа» — для многих анаэробов он был ядом), образовался озоновый экран, стало возможным аэробное дыхание, энергетически гораздо более выгодное, чем брожение.

Маркеры ЕГЭ. «Разряды в смеси газов дали аминокислоты» → опыт Миллера — Юри; «коацерватные капли» → гипотеза Опарина; «РНК может быть и матрицей, и ферментом» → мир РНК; «первые организмы» → анаэробные гетеротрофы; «озоновый экран» → следствие кислородного фотосинтеза; «сначала ген» → Мёллер; «горячий разбавленный бульон» → Холдейн; «протеиноидные микросферы» → Фокс; «дегазация недр, образование океана» → планетарная эволюция; «слоистые известковые постройки бактериальных матов» → строматолиты; «две мембраны, кольцевая ДНК, мелкие рибосомы митохондрий и пластид» → симбиогенез; «гастрея, фагоцителла» → происхождение многоклеточных.

Нюансы. Коацерват — не живая система: у него нет наследственной информации и самовоспроизведения. Опыт Миллера показал возможность абиогенного синтеза мономеров, но не «создание жизни в пробирке» — это разные утверждения. Гипотезы Опарина и Холдейна часто объединяют, но они различаются: у Опарина первичны коацерваты с обменом веществ, у Холдейна — самовоспроизводящиеся молекулы. Представление о первых организмах как об анаэробных гетеротрофах — классическое (его и ждут в ответах ЕГЭ); часть учёных допускает, что первыми были хемоавтотрофы подводных горячих источников. По современным данным первичная атмосфера была, вероятно, лишь слабо восстановительной (больше CO₂ и N₂, меньше метана и аммиака), но и в таких условиях возможен синтез органических веществ (например, у вулканов и подводных горячих источников), а часть органики могла поступать с метеоритами.

Этап	Что происходило	Доказательства и гипотезы
3. Коацерваты и протобионты (пробионты)	Полимеры собирались в коацерваты — капли с обособленной средой, способные поглощать вещества, расти и делиться; окружение мембраной из липидов → протоклетка	Коацерватная гипотеза А. И. Опарина (1924) — «сначала обмен веществ»; генетическая гипотеза Г. Мёллера — «сначала ген» (первичны самовоспроизводящиеся молекулы)

Закрепите теорию: 6 терминов и 5 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Пройти урок arrow_forward