Evolución química: etapas e esencia

No proceso da transformación da química na ciencia, a chamada evolución química estaba a suceder eo punto de inflexión deste proceso revolucionario veu despois da creación, en 1777, do científico natural francés Lavoisier, a teoría da combustión cunha descrición do papel do osíxeno. Ao mesmo tempo, a revisión de todos os conceptos básicos e principios fundamentais da química comezou, a terminoloxía ea nomenclatura das sustancias cambiaron.

Curso elemental

O ano 1789 marcou o lanzamento do libro de texto Lavoisier, que se converteu inmediatamente no instrumento principal para teóricos e practicantes da ciencia nacida. No "Curso elemental de química" xa era o primeiro da lista mundial: unha mesa de corpos simples, que listaba os elementos químicos coñecidos. No corazón deste volume de Lavoisier situábase a teoría da combustión de osíxeno, a través do cal a evolución química foi dirixida nun camiño totalmente novo. O máis importante na determinación do elemento é a experiencia, foi el quen seleccionou o científico como criterio principal, e todo o que non está confirmado pola experiencia, por exemplo, unha estrutura atómica ou molecular, Lavoisier non considerou.

A evolución química pasou polas leis que formulou: sobre a preservación da masa, a natureza das propiedades dos compostos, as súas diferenzas na composición elemental. Foi entón que a química tomou a forma da ciencia como independente, estudando a composición dos corpos por medios experimentais. A evolución química non podía prescindir da racionalización do obxecto e, polo tanto, a humanidade finalmente abandonou o pasado alquímico, porque as ideas sobre a natureza da materia e as súas propiedades cambiaron radical e moi rapidamente. E o impulso para este proceso foi a investigación de Lavoisier. Agora mesmo os escolares saben que as etapas da evolución química (ou a evolución prebiótica) deben considerarse desde o tempo que precedeu a aparición da vida na Terra. No século XVIII, ninguén tiña ideas sobre o mundo aínda.

Vida

A evolución química da Terra comezou nun planeta absolutamente sen vida, cando as sustancias orgánicas comezaron a emerxer gradualmente a partir de moléculas inorgánicas, que foron influenciadas de forma especial pola enerxía e os factores de selección. Os procesos de autoorganización que son característicos de sistemas relativamente complexos aínda se desenvolveron. Así, na Terra había un carbono. Polo contrario, apareceron moléculas que contiñan carbono, que son de importancia fundamental non só para a aparición, senón tamén para o desenvolvemento posterior de calquera materia viva.

Aínda non sabemos cal é a esencia da evolución química nas primeiras etapas do desenvolvemento da vida. Coñecido sobre a química de calquera sustancia limita o proceso evolutivo aos límites do postulado de auga-carbono. Quizais no universo hai variantes dunha forma diferente de existencia de materia viva, ea nosa orixe proteica non é a única "saída". Aquí realizouse unha combinación única de calidades de polimerización de carbono coas propiedades depolarizantes do medio acuoso na fase líquida. Estas condicións foron suficientes para iniciar a evolución química da vida, e tamén necesaria para o desenvolvemento de toda a variedade de formas de vida coñecidas.

Comezar o proceso

A humanidade non sabe nin sequera sobre o seu propio berce. Especialmente sobre onde e cando comezaron as etapas da evolución química na Terra. Só podemos asumir isto. Aquí, en primeiro lugar, absolutamente en calquera momento é posible.

Cando terminou o segundo ciclo de formación de estrelas, cando se condensaron os produtos da explosión de supernovas, o cal deu aos elementos espaciais interestelares chamados pesados, onde a masa excede os vinte e seis. Cando as estrelas xa na segunda xeración adquiriron os seus propios sistemas planetarios, onde os elementos pesados necesarios xa eran suficientes. A esencia da evolución química podería realizarse en calquera momento despois do Big Bang no intervalo de entre 500 mil millóns e medio mil millóns de anos.

Onde a vida naceu

Onde pode orixinarse tamén é unha pregunta aberta. Ao crear moitas condicións bastante probables, o lanzamento dunha ecoloxía química podería ocorrer en prácticamente calquera ambiente. Son as profundidades dos planetas e as profundidades dos océanos e da superficie, ata as formacións protoplanetais son adecuadas.

Ademais, as nubes de gas interestelar tamén poden servir como trampolín para atacar a materia viva sen vida, e iso está confirmado polas sustancias orgánicas atopadas alí: alcohois e azucres, aldehídos, aminoácidos de glicina e moitos outros que poden servir como material de partida para a aparición da vida a través da evolución química que comezou.

Teoría

A terra antiga mantén os seus segredos e a humanidade aínda non ten información fiable sobre as condicións xeoquímicas da súa existencia antes da aparición da vida. Os estudos xeolóxicos non poden satisfacer todos os problemas emerxentes e, polo tanto, a astronomía é amplamente utilizada para estudar. Así, a teoría da evolución química está construída. As condicións Venusianas ou Martianas de hoxe son consideradas análogas á Terra en certas etapas da evolución química.

Os experimentos póñense en modelos e, polo tanto, obtéñense todos os datos básicos coñecidos. Por exemplo, simulando varias composicións químicas e condicións climáticas na atmosfera, obtíñense hidrosfera, litosfera e moléculas orgánicas complexas. A adquisición de novos datos por medio experimental sempre enriquece a teoría en construción. Así, houbo moitas hipóteses sobre mecanismos específicos e forzas direccionais directamente da evolución química que se produciu.

Investigación en Rusia

A vida na Terra foi formada debido á abioxénese, é dicir, o nacemento de compostos orgánicos cuxa existencia é inherente á natureza viva fóra de calquera organismo e sen a menor participación das enzimas. Esta é a primeira etapa cando a persoa viva aparece dos sen vida.

Segundo a suposición do académico Oparin nos anos vinte do século XX, as solucións de compostos moleculares altos son capaces de formar certas zonas onde a súa concentración aumenta e a separación do ambiente externo non impide que intercambien con el. Estas zonas chámanse coacervados ou gotas de coacervo.

No exterior

A primeira síntese abioxénica, realizada baixo as condicións da Terra primitiva, foi realizada en 1953 por Stanley Miller, sintetizando aminoácidos con outras sustancias orgánicas. Posteriormente, apareceu a teoría dos hiperciclos, o que explica as manifestacións da vida no proceso de evolución química pola presenza de complexos de reaccións catalíticas que se suceden, onde o produto do anterior convértese no catalizador para o próximo.

Só en 2008, os biólogos estadounidenses crearon o primeiro protocello, que a través da membrana de ácidos graxos e lípidos conseguiu obter monofosfatos nucleótidos do medio. Estes "ladrillos" activados con imidazol son absolutamente necesarios para a síntese de ADN. E en 2011 en Xapón, as vesículas foron creadas con elementos de ADN baixo a cuncha catiónica, que eran capaces de dividirse, xa que había unha reacción en cadea polidimensional que replicaba o ADN.

Hipóteses principais

A evolución química da vida na Terra nas hipóteses explica os seguintes puntos fundamentais.

1. A necesidade de ter a aparencia na Terra ou no Cosmos das condicións en que se produce a síntese autocatalítica das moléculas que conteñen húmido e que a síntese debe ter grandes volumes e unha variedade considerable suficiente para o inicio do proceso de evolución química.
2. O xurdimento das estruturas prol-móbiles que emerxen das moléculas descritas anteriormente. Estes agregados cerrados están illados do medio ambiente, o metabolismo e as enerxías neles pasan selectivamente. Polo tanto, hai estruturas prol-móbiles.
3. Nos agregados resultantes, existe a capacidade de desenvolvemento independente: auto-replicación e auto-cambio de todos os sistemas químicos da información. Polo tanto, hai unidades elementais do código hereditario.
4. A seguinte etapa é a aparición da interdependencia entre as funcións enzimáticas e as propiedades das proteínas con ARN e ADN como portadores de información. Así, xorde o propio código de herdanza, que é necesario para a evolución biolóxica.

Descubrimentos

Como se dixo arriba, Oparin abriu coacervos nos anos vinte do século pasado. Ademais, Stanley Miller e Harold Urey, en 1953, describiron a aparición na atmosfera antiga e simuladora de biomoléculas simples e no proceso da súa aparición. A continuación, Sydney Fox contou ao mundo sobre as microesferas dos protenoides. En 1981, T. Cecu e S. Altman lograron observar a división autocatalítica do ARN, xa que os ribozimas son capaces de combinar información e catálise nunha molécula, "cortando" a cadea e conectando os "extremos" restantes.

En 1986, W. Gilbert de Cambridge desenvolveu a idea do "Mundo dos RNAs", mentres que Günter von Kidrowski de Alemania presentou o primeiro sistema autoperplicante baseado en ADN, que foi unha importante contribución para comprender os sistemas de auto-replicación e as funcións do seu crecemento. A ciencia avanzou rapidamente nesa dirección: Manfred Eigen descubriu o hiperciclo, a evolución dos conxuntos das moléculas de ARN e Julius Rebecque creou a primeira molécula artificial que se autoperifica no cloroformo.

Espazo e Terra

No Centro de Voo Espacial da NASA, John Corlis estudou o proceso de subministración de enerxía e produtos químicos a partir das fontes termais dos mares, que fan que a evolución química sexa independente do medio ambiente e que hoxe son para o arqueobacterismo un hábitat permanente. No mundo dos sulfuros de ferro apareceron varias hipóteses de Gunther Wachtershauser.

Describiu as primeiras estruturas auto-replicadoras co intercambio de substancias que aparecían na superficie da pirita (sulfuro de ferro), o cal proporcionaba a enerxía necesaria para o metabolismo. En condicións de selección, o cultivo e decadencia de cristais de pirita pode crecer e multiplicarse, creando diferentes poboacións. Os minerais de arcilla tamén foron densamente estudados para a aparición de moléculas orgánicas. Non obstante, o modelo unificado de evolución química aínda non existe, xa que os principios básicos do movemento deste proceso aínda non están abertos.