Элементы первичной жизни на заре эволюции - Эволюция состава организмов
К органогенам традиционно причисляют, учитывая их общее содержание в живом веществе (98,72 ат%), четыре элемента: Кислород, углерод, водород и азот, - именно в данной последовательности исходя из их весовых отношений (т. е. г/т). Более правильным будет, однако, их расположение в такой последовательности: водород, кислород, углерод, азот, - поскольку биология оперирует Соотношениями атомов в живом веществе.
В таблице 2, основанной на данных Боун и Фортескью, показано содержание некоторых химических элементов в растительных и животных организмах, но это содержание приведено в перерасчете на количество молей на тонну сухого органического вещества.
Таблица 2
Содержание некоторых химических элементов в растительных и животных организмах, моль/т
Элемент |
Наземные растения |
Наземные животные |
Водород |
55000 |
70000 |
Углерод |
37833 |
38750 |
Кислород> |
25625 |
11625 |
Азот |
2143 |
7143 |
Кальций |
450 |
5-212,5 |
Калий |
360 |
190 |
Магний |
132 |
41 |
Сера |
106 |
156 |
Фосфор |
74 |
548-1420 |
Хлор |
57 |
79 |
Натрий |
52 |
174 |
Кремний |
7-179 |
4-214 |
Алюминий |
19 |
0,15-3,70 |
Марганец |
11,45 |
0,004 |
Бор |
4,63 |
0,046 |
Железо |
2,5 |
2,9 |
Цинк |
1,53 |
2,45 |
Стронций |
0,3 |
0,16 |
Рубидий |
0,23 |
0,20 |
Медь |
0,22 |
0,04 |
Барий |
0,1 |
0,005 |
Никель |
0,051 |
0,014 |
Ванадий |
0,03 |
0,003 |
Фтор |
0,026-2,105 |
7,9-26,3 |
Титан |
0,02 |
0,004 |
Литий |
0,014 |
0,003 |
Свинец |
0,013 |
0,01 |
Кобальт |
0,008 |
0,0005 |
Цирконий |
0,007 |
0,003 |
Хром |
0,0044 |
0,0014 |
Галлий |
0,0008 |
0,00008 |
Действительно, из первых четырех элементов можно построить целый ряд органических молекул, таких как простые углеводороды, альдегиды, спирты, и некоторые аминокислоты. Академик А. И. Опарин показал это в модельных экспериментах, воспроизводящих природные условия, предположительно существовавшие около 3 млрд. лет назад. Эти же элементы являются каркасом Любой органической молекулы.
Причина того, что эти четыре элемента так идеально подходят к выполнению биологических функций, заключается в том, что Все они легко образуют ковалентные связи посредством спаривания электронов. Для того чтобы полностью укомплектовать свои внешние электронные оболочки и образовать таким образом стабильные ковалентные связи, водороду требуется один электрон, кислороду - два, азоту - три, и углероду - четыре электрона. Эти четыре элемента могут легко реагировать друг с другом, заполняя свои внешние электронные оболочки. Помимо этого, три из них - углерод, азот и кислород - образуют и одинарные и двойные связи, благодаря чему Могут образовывать самые разнообразные химические соединения. Наконец, среди элементов, способных образовывать ковалентные связи, ониСамые легкие, и, так как прочность ковалентной связи обратно пропорциональна атомным весам связанных с ее помощью атомов, возможно, что живые организмы "выбрали" именно эти элементы из-за их способности формировать прочные ковалентные связи.
Очень важна способность атомов углерода взаимодействовать друг с другом, образуя стабильные углерод-углеродные связи, что и обеспечивает углеводородные каркасы разнообразных молекул. Соединениям углерода свойственна еще одна отличительная особенность, которая состоит в способности спаренных электронов образовывать вокруг каждого атома углерода тетраэдрическую конфигурацию, благодаря чему различные типы органических молекул обладают различной трехмерной структурой. Никакой другой химический элемент, кроме углерода, не может создавать стабильные молекулы со столь разнообразными конфигурациями и размерами и с таким многообразием функциональных групп. Из других элементов только атомы кремния могут соединяться друг с другом ковалентными связями. Но, несмотря на то, что кремний значительно более распространен в литосфере, чем углерод, он оказался менее пригоден для живых организмов, - по всей видимости, потому, что, во-первых, соединения кремния труднорастворимы и, во-вторых, в присутствии кислорода связи кремний - кремний нестабильны. Впрочем, о роли кремния, этого интереснейшего "элемента-изгоя" речь пойдет ниже.
Мне представляется, и я постараюсь это обосновать, что к четырем указанным выше элементам, описанные свойства которых и их несомненное преобладание в атмосфере и гидросфере древней Земли явились гарантией включения еще в доклеточные формы жизни, необходимо добавить в качестве первичных элементов жизни еще два - Фосфор и серу.
В самом деле, жизнь невозможно представить без двух вещей - передачи наследственной информации и энергии. Фосфор входит в состав основы молекул наследственности - ДНК и РНК, а также молекулы, поставляющей энергию, - АТФ. Считающееся классическим определение Ф. Энгельса: "Жизнь есть способ существования белковых тел..." - по сути своей неверно, поскольку некоторые несомненно "живые" вирусы обходятся без белка, представляя собой лишь цепочку ДНК или РНК, способную к автономному существованию.
Что касается серы, то этот элемент Входит в состав двух из 20 основных аминокислот - метионина и цистеина, единиц, образующих белки всех высших организмов, причем в их составе сера, образуя дисульфидные мостики, формирует третичную, глобулярную структуру белка.
И фосфор, и сера - продукты вулканических выбросов. Среди элементов такого происхождения они одни из самых легких и реакционноспособных. Концентрация их в древнем океане, по всей видимости, довольно рано (в эволюционном смысле) достигла уровня, необходимого для создания первичных форм жизни.
Для всех рассмотренных выше химических элементов общим является то, что они благодаря отмеченным свойствам Распространены во всех клетках, органах и тканях как растительных, так и животных организмов, т. е. они эволюционно "сквозные", хотя последние два и занимают в весовом отношении, по сравнению с четырьмя первыми, сравнительно скромное место.
С усложнением живых организмов функции их расширились и специализировались. Так, с появлением опорно-двигательного аппарата два последних элемента вошли в состав скелетных структур, а с появлением кровеносной системы - в состав сульфатного и фосфатного буферов крови.
Эти шесть элементов, с точки зрения биогенной классификации, следует отнести к элементам первой группы, или к первоэлементам.
Похожие статьи
-
Клеточный уровень жизни и макроэлементы - Эволюция состава организмов
Сочетание шести элементов, рассмотренных в предыдущем разделе, могло поддерживать доклеточный уровень жизни. Одноклеточные организмы, судя по всему,...
-
Предпосылки к естественной классификации - Эволюция состава организмов
Человечество вообще любит систематизировать полученные знания. Вернее, это диктуется необходимостью, поскольку лишь классификация тех или иных фактов и...
-
Роль живых организмов в эволюции земли - От физики существующего к физике возникающего
Живое вещество биосферы - это активное начало, преобразующее остальные сферы Земли. Эта роль жизни была впервые обоснована В. И.Вернадским. Современная...
-
Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части. Абиотическая часть...
-
Микроэлементы: эволюционный аспект - Эволюция состава организмов
Микроэлементы как таковые - наиболее сложный и гетерогенный класс химических элементов. Само их количество, как следует из представленных выше...
-
Концепция биохимической эволюции (гипотеза А. И. Опарина) - Развитие понятия "жизнь"
Александр Иванович Опарин был не просто автором концепции физико-химической реконструкции зарождения жизни на Земле, а основоположником целого...
-
Химическая эволюция - Зарождение жизни в горячей воде
Химическая эволюция или пребиотическая эволюция - этап, предшествовавший появлению жизни, в ходе которого органические, пребиотические вещества возникли...
-
Единое древо жизни - Механизмы эволюции
Вся совокупность данных биологии развития, палеонтологии, биогеографии, сравнительной анатомии, эмбриологии, молекулярной генетики убедительно...
-
Брэйн-элементы - Эволюция состава организмов
Имеется целая группа элементов с неизведанными функциями. С достаточно большой степенью осторожности можно говорить об их взаимосвязи с интеллектуальными...
-
Итак, материальная, физико-химическая сущность жизни проявляется, прежде всего, в непрерывном обмене веществ и энергии, который происходит между живой...
-
Биохимическая эволюция - Теории возникновения жизни
Среди астрономов, геологов и биологов принято считать, что возраст Земли составляет примерно 4,5 - 5 млрд. лет. По мнению многих биологов, в прошлом...
-
Звуки преследуют нас всегда, и спастись от них невозможно, потому что матушка-природа об этом, увы, не позаботилась. Кстати, приятные звуки человеческому...
-
В конце Х1Х в. великий русский естествоиспытатель В. В. Докучаев своими исследованиями чернозема и других почв Русской долины и Кавказа установил, что...
-
На примитивной Земле протекали различные химические процессы, но особую роль играли те из них, в основе которых лежит фосфор. В конечном счете именно с...
-
Важную роль играет и закаливание. Закаливание - это научно обоснованное систематическое использование естественных факторов природы для повышения...
-
Особое значение имеет режим дня. При правильном и строгом его соблюдении вырабатывается четкий ритм функционирования организма. А это в свою очередь...
-
1) рыбы, 2) земноводные, 3) пресмыкающиеся, 4) птицы, 5) в связи с водным образом жизни, 6) в связи с наземным образом жизни, 7) как приспособление к...
-
Эволюция химического состава атмосферы планеты Земля - Химия атмосферы
Образование Земли было связано с аккумуляцией вещества солнечного газа. Относительно способа аккумуляции единого мнения не существует. Принято считать,...
-
Молекулярный состав клетки, Неорганические вещества. - Химический состав клетки
Химический элементы входят в состав клеток в виде ионов или компонентов молекул неорганических и органических веществ. Неорганические вещества. Вода -...
-
Земля - уникальная планета, она находится на единственно возможном расстоянии от Солнца, которое определяет такую температуру поверхности Земли, при...
-
Гипотеза А. И. Опарина. - Гипотеза Опарина, развитие жизни на земле
Среди современных теорий происхождения жизни на Земле, наиболее обоснованной является теория академика А. И. Опарина. Наиболее существенная черта...
-
Крепкий сон - залог гармоничного развития. Сон - один из важнейших элементов человека, а особенно ребенка. Именно во сне происходит сложнейшая работа, в...
-
Закаливание двигательный работоспособность В народе говорят: "Здоровому все здорово!" Об этой простой и мудрой истине следует помнить всегда, а не только...
-
Различные заболевания у человека вызывают химические и биологические загрязнения среды. Реакции организма на химические загрязнения зависят от...
-
Гипотезы химической эволюции - Зарождение жизни в горячей воде
Появление в Космосе или на Земле условий для автокаталитического синтеза больших объемов и значительного разнообразия углеродсодержащих молекул, то есть...
-
Человек всегда должен стремиться к развитию таких физических качеств, как сила, ловкость, быстрота, выносливость. У каждого из нас множество дел, которые...
-
Возникновение и эволюция жизни. Концепция происхождения жизни - Биология как естественная наука
Эволюция жизни предполагает ее истоки, начало. Проблема происхождения жизни является одной из важнейших не только в биологии, но и во всем естествознании...
-
Относительно проблемы происхождения и эволюции человека существует множество теорий появления человека на Земле. В настоящее время большинство ученых...
-
Органические вещества. - Химический состав клетки
Клетки содержат множество разнообразных органических соединений: углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты и др. В зависимости от молекулярной массы и...
-
Строение, свойства и функции - Роль белков в организме
"Во всех растениях и животных присутствует некое вещество, которое, без сомнения, является наиболее важным из всех известных веществ живой природы, и без...
-
Химический состав клетки, Атомный состав клетки - Химический состав клетки
Атомный состав клетки Из 110 элементов Периодической системы Менделеева в состав организмов входит более половины, причем 24 из них являются...
-
Химический элемент - Этические принципы научных исследований
Теоретические представления о химических явлениях рассматривались в курсе философии в свете общих представлений о возникновении и исчезновении веществ....
-
Сценарий происхождения жизни Ю. А. Колясникова На сегодня очевидно, что рождение Жизни могло произойти только в жидкой воде. Однако ни один исследователь...
-
Введение, Белки - Анализ пищевых веществ, необходимых для организма человека
Организм человека состоит из белков (19,6 %), жиров (14,7 %), углеводов (1 %), минеральных веществ (4,9 %), воды (58,8 %), Он постоянно расходует эти...
-
Понятие "воздух" и его состав - Химия атмосферы
Термин "воздух" в наиболее общем виде может быть определен как смесь газов, а также твердых и жидких взвешенных частиц. С химической точки зрения воздух...
-
Циклы биогенных элементов - Структура Земли и ее циклы
Другой пример глобального цикла, также хорошо известный каждому со школьной скамьи, - цикл углерода, приведенный на рис. 11. Главный резервный фонд...
-
Связь жизни на Земле с физическими условиями. Происхождение жизни - Космос и биосфера Земли
Жизнь на Земле однотипна в том смысле, что генетический код любого организма, любого биологического вида состоит из сходных органических соединений....
-
Человеческий организм представляет собой единое целое, в котором все отдельные системы и органы развиваются и функционируют во взаимной зависимости и...
-
Понятие биосферы Сегодня во весь рост поднимается перед людьми одна из сложнейших проблем, касающаяся каждого из нас. Это - проблема сохранения жизни на...
-
Сущность живого, его основные признаки - Развитие понятия "жизнь"
Понятие жизнь совпадает с предметом биологии как целостной научной системы (био-логия - наука о живом). Многие ученые склоняются к мысли о том, что...
Элементы первичной жизни на заре эволюции - Эволюция состава организмов