Kimyasal ve Biyolojik Evrim Üzerine Modern Görüşler

Kimyasal ve Biyolojik Evrim Üzerine Modern Görüşler!

Bu teoriye göre, yaşam, erken yeryüzünde, moleküller oluşturmak üzere birleşen atomların fiziko-kimyasal işlemleriyle ortaya çıkmakta ve moleküller sırayla inorganik ve organik bileşikler üretmek üzere reaksiyona girmektedir.

İlk canlı sistemi veya hücreleri oluşturmak üzere düzenlenen her tür makromolekülün üretilmesi için etkileşime giren organik bileşikler.

Bu nedenle, bu teoriye göre 'yaşam' kendiliğinden dünyamızın canlı olmayan maddeden kaynaklanmaktadır. İlk önce inorganik bileşikler ve daha sonra organik bileşikler sürekli değişen çevre koşullarına uygun olarak oluşturulmuştur. Buna dünyadaki mevcut çevresel koşullar altında oluşamayan kimyasal evrim denir. Yaşamın kökeni için uygun koşullar, yalnızca ilkel dünya üzerinde mevcuttu.

Oparin-Haldan teorisi aynı zamanda kimyasal teori veya doğal teori olarak da adlandırılır.

Yaşamın kökeni ile ilgili modern görüşler kimyasal evrim ve biyolojik evrimdir:

1. Kimyasal Evrim:

(i) Atomik Aşama:

Erken toprakta kötü protoplazma oluşumu için gerekli olan elementlerin (örneğin, hidrojen, oksijen, karbon, azot, kükürt, fosfor vb.) Sayısız serbest atomu. Atomlar, ağırlıklarına göre üç eş merkezli kütlede ayrıştırıldı, (a) Yerin merkezinde en ağır demir, nikel, bakır vs. atomları bulundu, (b) Orta ağırlıktaki sodyum, potasyum, silikon, magnezyum atomları dünyanın çekirdeğinde alüminyum, fosfor, klor, flor, kükürt vb. toplandı, (c) En hafif azot, hidrojen, oksijen, karbon vb atomları ilkel atmosferi oluşturdu.

(ii) Moleküllerin Kökeni ve Basit İnorganik Bileşikler:

Serbest atomlar, moleküller ve basit inorganik bileşikler oluşturmak için birleştirilir. Hidrojen atomları ilkel atmosferde en fazla sayıda ve en reaktif idi. İlk hidrojen atomları, tüm oksijen atomları ile birleşerek su oluşturur ve serbest oksijen bırakmaz. Bu nedenle, ilkel atmosfer, mevcut oksitleyici atmosferin aksine (serbest oksijenli) atmosferi (serbest oksijen olmadan) düşürüyordu. Hidrojen atomları ayrıca azotla birleşerek amonyağı (NH3) oluşturur. Dolayısıyla su ve amonyak muhtemelen ilkel dünyanın ilk bileşik molekülleriydi.

(iii) Basit Organik Bileşiklerin Kökeni (Monomerler):

İlkel atmosfer, CO2, CO, N, H2, vb. Gibi gazları içermiştir. Atmosferin azotu ve karbonu metalik atomlarla birleştirilerek nitritler ve karbürler oluşturur. Su buharı ve metalik karbürler ilk organik bileşik olan metan (CH4) oluşturmak üzere reaksiyona girmiştir. Daha sonra hidrojen siyanid (HCN) üzerinde oluştu.

Sağanak yağmurlar düşmüş olmalı:

Su akarken, çözünmüş ve onunla birlikte tuzlar ve mineraller taşımış ve sonuçta okyanuslar şeklinde birikmiş olmalıdır. Bu nedenle eski okyanus suyu, büyük miktarlarda çözünmüş NH3, CH4, HCN, nitridler, karbürler, çeşitli gazlar ve elementler içeriyordu.

Erken bileşikler etkileşime girmiş ve basit şekerler (örneğin, riboz, deoksiriboz, glikoz, vb.), Azotlu bazlar (örneğin, pürinler, pirimidinler), amino asitler, gliserol, yağ asitleri, vb. Gibi basit organik bileşikler üretmiştir. reaksiyonlar için karışıma etki ediyorlar. Bu dış kaynaklar (i) ultra-mor ışık, X-ışınları, vb. Gibi güneş radyasyonları, (ii) yıldırım gibi elektriksel deşarjlardan kaynaklanan enerji, (iii) yüksek enerji radyasyonları, diğer enerji kaynaklarıdır (muhtemelen dengesiz izotoplar). ilkel dünya). Atmosferde ozon tabakası yoktu.

Organik bileşiklerin karışımı bakımından zengin olan okyanus suyu, JBS Haldane (1920) tarafından 'organik maddelerin sıcak sulandırılmış çorbası' olarak adlandırılmıştır. 'Sıcak sulandırılmış çorba' da prebiyotik çorba olarak adlandırılır. Böylece, evre çeşitli kimyasal elementlerin kombinasyonu için ayarlandı. Oluştuktan sonra, organik moleküller suda birikir, çünkü herhangi bir yaşam veya enzim katalizörü olmadığında bozunmaları çok yavaştır.

Abiyogenik Moleküler Yaşamın Evrimi İçin Deneysel Kanıtlar:

1953'teki Stanley Miller, ultraviyole ışınımının veya elektriksel boşalmanın veya ısının veya bunların bir kombinasyonunun bir metan, amonyak, su (su akışı) ve hidrojen karışımından karmaşık organik bileşikler üretebileceğini açıkça gösterdi.

Miller hava sızdırmaz bir aparatta dört gaz-metan, amonyak, hidrojen ve su buharı sirküle etti ve 800 ° C'de elektrotlardan elektriksel deşarjları geçti. Karışımı bir yoğunlaştırıcıdan geçirdi. Gazları bir hafta boyunca sürekli olarak bu şekilde dolaştırdı ve daha sonra cihazın içindeki sıvının kimyasal bileşimini analiz etti. Alanin, glisin ve aspartik asit gibi bazı amino asitleri içeren çok sayıda basit organik bileşik buldu. Miller organik bileşiklerin yaşamın temeli olduğunu kanıtladı.

Üre, hidrojen siyanür, laktik asit ve asetik asit gibi başka maddeler de mevcuttu. Başka bir deneyde Miller, gazların karışımını aynı şekilde dolaştırdı, ancak elektrik boşalmasını geçemedi. Organik bileşiklerin önemli verimini alamadı. Daha sonra birçok araştırmacı, pürinler, pirimidinler ve basit şekerler, vs. dahil olmak üzere çok çeşitli organik bileşikler sentezledi. Canlı organizmaların nükleotitleri, amino asitleri, vb. Gibi temel 'yapı taşlarının' oluşabileceği düşünülmektedir. ilkel dünya.

(iv) Karmaşık Organik Bileşiklerin Kökeni (Polimerler):

Antik denizlerde biriken çeşitli amino asitler, yağ asitleri, hidrokarbonlar, pürinler ve pirimidin bazları, basit şekerler ve diğer organik bileşikler. İlkel atmosferde elektriksel deşarj, yıldırım, güneş enerjisi, ATP ve polifosfatlar organik sentezin polimerizasyon reaksiyonları için enerji kaynağı sağlamış olabilirler. SW Fox, neredeyse kuru bir amino asit karışımı ısıtıldığında, polipeptit moleküllerinin sentezlendiğini göstermiştir.

Benzer şekilde basit şekerler polisakaritler oluşturabilir ve yağ asitleri, yağ üretmek için bir araya gelebilir. Amino asitler, diğer faktörler söz konusu olduğunda proteinler oluşturabilir. Böylece, büyük kompleks organik moleküller oluşturmak için birleştirilmiş küçük basit organik moleküller, örneğin polipeptitler ve proteinler oluşturmak için birleştirilmiş amino asit birimleri, polisakkaritler oluşturmak için birleştirilmiş basit şeker birimleri, yağ asitleri ve yağlar, şekerler, azotlu bazlar ve fosfatlar oluşturmak üzere birleşmiş gliseroller birleştirilir. Eski okyanuslarda nükleik asitlere polimerize olan nükleotitler halinde birleştirilir.

2. Biyolojik Evrim:

Yaşamın kökeni için, en az üç şart gerekir:

(a) Kendi kendini üreten moleküller gibi bir çoğalıcı arzı yapılmış olmalı.

(b) Bu çoğalıcıların kopyalanması mutasyon yoluyla hataya uğramış olmalı.

(c) Çoğalıcılar sisteminin sürekli bir serbest enerji tedariki ve genel ortamdan kısmi izolasyon gerektirmiş olması gerekir.

Erken dünyadaki yüksek sıcaklık mutasyon gereksinimini karşılardı.

Prebiyotik Moleküllerin Kökeni:

Üçüncü koşul, kısmi izolasyon, yapay olarak oluşturulmuş prebiyotik moleküllerin agregaları içerisinde gerçekleştirilmiştir. Bu agregalara, moleküllerin kombinasyonlarını çevreden ayırabilen protobionts denir. İç ortamı korurlar, ancak çoğalmazlar. İki önemli protobiont, koakervatlar ve mikro kürelerdir.

Koaservatların:

Oparin (1924), eğer büyük bir protein ve bir polisakarit karışımı sallanırsa, koakervatların oluştuğunu gözlemledi. Koacervatlar esas olarak proteinler, polisakaritler ve bir miktar su içerir. Oparin'in koapervatları ayrıca basit bir metabolizma şekli gösterir. Bu koaservatların lipid dış membranları olmadığı için çoğalamazlar. Böylece yaşamın olası öncüleri için şartı yerine getirmiyorlar.

Mikro çevreler:

Yapay olarak üretilen organik bileşiklerin karışımları soğuk su ile karıştırıldığında mikroküreler oluşur. Karışım lipitler içeriyorsa, mikro kürelerin yüzeyi, hücre zarlarının lipit çift katmanını anımsatan (geçmiş şeyleri hatırlatan) bir lipit çift katmanından oluşur. Sydney Fox (1950), 18 ila 8 asit arasında bir karışımı 130 ila 180 ° C'ye ısıtmıştır. Protenoid olarak adlandırdığı stabil, protein benzeri makromoleküller elde etti.

Protenoid malzeme soğutulduğunda ve mikroskop altında incelendiğinde, Fox protenoidlerin topaklarından kaynaklanan küçük küresel hücre benzeri birimler gözlemledi. Bu moleküler agrega protenoid mikrosferleri olarak adlandırılmıştır. İlk hücresel olmayan yaşam formları, 3 milyar yıl öncesine dayanabilirdi. Dev moleküller olabilirlerdi (RNA, Proteinler ve Polisakkaritler vs.).

Protenoid mikrokürelerin fiziksel özellikleri:

Bunlar, yaklaşık 1 ila 2 (küresel boyutta, kokoid bakterilerin boyutuna ve şekline benzer bir çapta am) olan mikroskobikti.

Protenoid mikrokürelerin yapısal özellikleri:

Elektron mikroskobu altında, malzemelerin difüzyonunun gerçekleştiği etraflarında konsantrik çift katmanlı sınırlar gözlenmiştir. Hareketlilik, büyüme, iki parçacık halinde ikili bölünme ve tomurcuklanma ve parçalanma ile üreme yeteneğine sahiptirler. Yüzeysel olarak, tomurcuklanması bakteri ve mantarlarınkilere benzer.

Protenoid mikrokürelerin enzim benzeri aktiviteleri:

Glikozun parçalanması gibi katalitik aktiviteye sahip oldukları bulunmuştur. Protenoid mikrokürelerin bu enzimatik aktivitesi ısıtma sırasında kısmen kaybolur.

Protenoid mikro-kürelerdeki ana dezavantajı, çeşitliliklerinin sınırlı olmasıdır. Bu nedenle, protobiyotiklerin kökenine yol açan kısmi izolasyon mekanizması hala çözülememiştir.

Günümüzde yaşayan organizmaları geliştirmek ve çoğaltmak için hem protein hem de nükleik asitlerin (diğer basit maddelerle birlikte) gerekli olması nedeniyle, bu maddelerin hangisinin ilk önce ortaya çıktığı açık bir soru? Net bir cevap yok.

RNA ilk modeli:

Son yıllarda, kanıtlar ilk oluşturulmuş genin materyali olması bakımından RNA'nın lehinedir (Woese, 1967, Crick 1968, Orgel 1973, 1986 Watson ve arkadaşları 1986, Darnell ve arkadaşları 1986). Böylece RNA ilk polimer olabilir ve bazı ters transkripsiyon formları, DNA ve RBA'ya neden olmuş olabilir ve DNA, protein sentezini kontrol etmeye başladı.

Neden RNA değil, DNA değil ilk yaşayan moleküldü?

RNA moleküllerinin enzimatik aktiviteleri sürekli olarak keşfedilmektedir, ancak DNA'ya hiçbir enzimatik aktivite atfedilmemiştir. Ayrıca riboz, uyarılmış prebiyotik koşullar altında deoksiribozdan çok daha kolayca sentezlenir. Seçici avantajlı bir RNA molekülü, belirli RNA'nın (yani, RNA polimerazının) replikasyonunu hızlandıran protein sentezini yönlendiren moleküldür.

RNA'lar, sırayla plazma zarı ve proteinleri oluşturabilen lipit benzeri moleküllerin oluşumunu katalize etmiş olabilir. Proteinler çoğu enzimatik işlevi üstlenmiş olabilir, çünkü RNA'lardan daha iyi katalizörlerdir. Eğer ilk hücreler RNA'yı kalıtsal molekülü olarak kullandıysa, DNA bir RNA şablonundan evrimleşmiştir. Hücreler bir kez geliştikten sonra, DNA muhtemelen çoğu organizmada RNA'nın yerini aldı.

İlk Hücrelerin Oluşumu:

(i) İlk canlı organizmalar organik moleküller arasında ve oksijensiz atmosferde ortaya çıkmıştır (atmosferi azaltır). Muhtemelen bu organik moleküllerin bazılarının fermantasyonu ile enerji elde etmişlerdir. Oksijensiz ortamda solunum yapabilen anaeroblardı. Besinleri için mevcut organik moleküllere bağımlıydılar ve bu nedenle heterotroflardı.

(ii) Mevcut organik moleküllerin temini tükendiğinde, heterotrofların bazıları ototroflara dönüşmüş olabilir. Bu organizmalar kemosentez veya fotosentez yoluyla kendi organik moleküllerini üretme yeteneğine sahiplerdi.

(a) Kemosentez:

Kemosentezi yapan organizmalara kemoautotrophlar denir. Anaerobikti. Chemoautotrophs organik molekülleri inorganik hammaddelerden sentezleme kabiliyetini geliştirdi. Bu tür bir beslenme şekli, şimdi bile bazı bakterilerde, örneğin kükürt bakterilerinde, demir bakterilerde, nitrifikasyon bakterilerinde mevcuttur.

(b) Fotosentez:

Fotosentetik organizmalar, fotoototroflar, basit kimyasalların kombinasyonu ile pigment klorofilini geliştirdi. Klorofil yardımı ile yakalanan güneş enerjisini kullanarak organik yiyecekler hazırladılar. Oksijen üretmek için biyokimyasal yollardan yoksundu. Hala anaerobikti ve su dışındaki kaynaklardan hidrojen kullandılar.

Daha sonraki aşamada oksijen açığa çıkaran fotosentetik organizmalar gelişti. Bunlar, mevcut mavi yeşil alglere (siyanobakteriler) benzerdi. Hidrojeni elde etmek için su kullandılar ve oksijen verdiler. Atmosfere O ₂ ilavesi, kaybolmaya başlayan metan ve amonyağı oksitlemeye başladı.

CH4 + 2O2 → C02 + 2H20

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O

Dünyada yaklaşık 3, 9 milyar yıl önce yaşam vardı. Bununla birlikte, bugüne kadar keşfedilen en eski mikro fosiller, 3, 3 ila 3, 5 milyar yıl önce ortaya çıkan fotosentetik siyanobakterilerdir.

Ozon Tabakasının Oluşumu:

Atmosferde oksijen biriktiğinde, ultraviyole ışık bir miktar tifoksiyi ozon haline getirdi.

2O ₂ + O ₂ → 2O ₃

Ozon, atmosferde, morötesi ışığı engelleyen ve ana enerji kaynağı olarak görünen ışığı bırakan bir katman oluşturdu.

Ökaryotik Hücrelerin Kökeni (Gerçek nükleer hücreler):

Aerobik solunum ilkel atmosferde yeterli oksijen gelişti. Prokaryotlar, kendilerini yeni koşullara göre adapte etmek için kademeli olarak değiştirildi. Gerçek bir çekirdek ve diğer özel hücre organelleri geliştirdiler. Bu nedenle, serbest yaşayan ökaryotik hücre benzeri organizmalar, muhtemelen yaklaşık 1.5 milyar yıl önce, Eski Okyanus’ta doğdu. İlkel ökaryotlar protistlerin, bitkilerin, mantarların ve hayvanların evrimine yol açtı.

Modern yaşam orijini teorisine göre yaşamın kökeni ana adımlarının özeti.