Параграф 13 ГДЗ Беляев 11 класс (Биология)

Задача

§ 13. Современные представления о возникновении жизни
Напишите формулу простейшей аминокислоты – аминоуксусной (глицина) и реакцию образования дипептида из двух её молекул.
Простейшая аминокислота — глицин (аминоуксусная кислота) имеет формулу NH2-CH2-COOH. При образовании дипептида две молекулы глицина соединяются через пептидную связь с выделением воды:
NH2-CH2-COOH + NH2-CH2-COOH > NH2-CH2-CO-NH-CH2-COOH + H2O
Существует предположение, что первой светоулавливающей молекулой была молекула АТФ. Молекулы АДФ поглощают свет не в видимой, а в ультрафиолетовой части спектра. Как вы думаете, почему фотосинтетикам пришлось сменить АДФ на поглощающей видимый свет хлорофилл?
Первоначально АТФ/АДФ могли выполнять роль примитивных фоторецепторов, поглощая УФ-свет, но их эффективность была ограничена. УФ-излучение опаснее для клеток (повреждает ДНК) и менее доступно в воде (поглощается слоем жидкости). Видимый свет (400–700 нм) проникает глубже в воду и атмосферу, а хлорофилл, благодаря сложной структуре с порфириновым кольцом, эффективно улавливает именно эту часть спектра, обеспечивая больше энергии для фотосинтеза.
1. Назовите основные этапы, из которых мог бы слагаться процесс возникновения жизни на Земле.
В 1924 г. известный биохимик Александр Иванович Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 44,5 млрд лет назад состояла из аммиака NH, метана CH, углекислого газа и паров воды, могли образоваться простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Предположение Опарина подтвердилось. В 1955 г. американские исследователи Стэнли Миллер и Гарольд Юри, пропуская электрические разряды напряжением до 60 000 В через смесь CH, NH, H, и паров Н под давлением в несколько паскалей при температуре 80°С, получили простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и разные аминокислоты. Как мы уже знаем, аминокислоты – это те «кирпичики», из которых построены молекулы белков. При высокой температуре аминокислоты способны к реакции конденсации — образованию пептидных связей с отщеплением воды и образованием пептидов.
В концентрированных растворах молекулы белков могут образовывать сгустки, подобные сгусткам желатина в водных растворах. Такие сгустки способны к простейшему обмену веществ: из раствора они адсорбируют различные соединения, которые преобразуются в результате реакций внутри сгустка и выделяются в окружающую среду.
Подобные сгустки белков (коацерваты), которые могли образовываться в тёплых мелководных водоёмах, Опарин считал предшественниками клеток – пробионтами.
2. В чём заключаются недостатки гипотезы А. И. Опарина?
Гипотеза А. И. Опарина обладает принципиальным недостатком. Дело в том, что возникновение хотя бы нескольких молекул белка с одной и той же последовательностью аминокислот в результате их случайного соединения – событие практически невероятное. Ведь белки неспособны к самовоспроизведению, для синтеза одинаковых молекул нерегулярного полимера, каковым является белок, необходима матрица. Одновременное возникновение матрицы для синтеза белка, способа кодирования последовательности аминокислот в нём и самого белка – событие абсолютно невероятное.
3. Как вы думаете, почему человек пытается ответить на вопрос о возникновении жизни на Земле?
Человек пытается ответить на этот вопрос из-за врождённого стремления к познанию мира, желания понять своё место во Вселенной и найти рациональное объяснение фундаментальным процессам.
4. Почему повторное возникновение жизни на Земле невозможно?
Возникновение живых организмов из простых органических соединений был крайне длительным. Чтобы на Земле зародилась жизнь, понадобился длившийся много миллионов лет эволюционный процесс, в течение которого сложные молекулярные структуры, прежде всего нуклеиновые кислоты и белки, прошли отбор на устойчивость и способность к воспроизведению себе подобных.
В некоторых местах Земли, несомненно, до настоящего времени сохранились условия, в которых возможен абиогенный синтез простейших органических веществ (аминокислот, сахаров). Но на Земле не существует таких пригодных для обитания мест, которые не были бы уже заняты. Так что если сейчас на Земле и возникнут молекулы достаточно сложных органических соединений, то существовать сколько-нибудь продолжительное время они не смогут. Они немедленно будут использованы гетеротрофными организмами. У них не будет ни малейшего шанса сохраниться и эволюционировать.
В настоящее время живое может происходить только от живого. Возможность повторного возникновения новой жизни на Земле исключена.
5. Дайте определение понятия «жизнь».
Жизнь — это форма существования материи, характеризующаяся способностью к самовоспроизведению, обмену веществ (метаболизму), регуляции внутренней среды (гомеостазу), адаптации к изменениям и передаче наследственной информации (например, через ДНК).
6. Рассмотрите первый форзац учебника. Какие процессы, изображённые на нём, могли играть роль источников энергии для первых живых систем?
• Космическое излучение
• Электрические разряды
• Горячие источники
• Вулканизм
• Метеоритные падения
Какие из изображённых органических молекул были наиболее важны для возникновения первых живых организмов?
• Аминокислоты
• Нуклеотиды
• Полисахариды
• Липиды
Какие вещества могли быть заключены внутри мембраны пробионтов?
Вещества внутри мембраны пробионтов могли включать нуклеиновые кислоты, белки, энергоносители и минеральные ионы, которые обеспечивали базовые биохимические процессы.
Какие палеонтологические свидетельства эволюции вам известны? (§ 4.)
• Ископаемые переходные формы (например, Археоптерикс — связующее звено между динозаврами и птицами, Тиктаалик — переход от рыб к земноводным)
• Филогенетические ряды (последовательности ископаемых, демонстрирующие постепенное изменение признаков, как у лошадей от Эогиппуса к современным видам)
• Рудименты и атавизмы (ископаемые свидетельства редукции органов, например, задние конечности у древних китов Базилозавров)
Что такое геохронологическая шкала? (География, 7-8 кл.)
Геохронологическая шкала — это система деления истории Земли на интервалы (эры, периоды, эпохи), основанная на изучении слоёв горных пород и ископаемых организмов.
Как происходит фотосинтез? (Словарь.)
Фотосинтез – синтез органических веществ за счёт энергии солнечного света, осуществляемый зелёными растениями, водорослями, цианобактериями и некоторыми простейшими.

Подробный ответ

Выполнение

1. Основные этапы возникновения жизни на Земле могли быть такими:

абиогенный синтез простых органических веществ;
образование более сложных органических молекул, в том числе аминокислот и пептидов;
объединение молекул в коацерваты (пробионты);
возникновение простейшего обмена веществ и самовоспроизведения;
появление первых клеток.

2. Недостаток гипотезы А. И. Опарина состоит в том, что случайное образование молекул белка с одинаковой последовательностью аминокислот практически невероятно. Для синтеза белка нужна матрица и система кодирования, а их одновременное возникновение объяснить трудно.

3. Человек пытается ответить на вопрос о возникновении жизни, потому что стремится познать мир, понять своё происхождение и своё место во Вселенной.

4. Повторное возникновение жизни на Земле невозможно, потому что сейчас живые организмы уже занимают все подходящие экологические ниши и быстро используют любые вновь образовавшиеся органические вещества. Кроме того, современная жизнь возникает только от живого.

5. Жизнь — это форма существования материи, характеризующаяся обменом веществ, самовоспроизведением, поддержанием гомеостаза, адаптацией и передачей наследственной информации.

6. Возможные источники энергии для первых живых систем:

космическое излучение;
электрические разряды;
горячие источники;
вулканизм;
метеоритные падения.

Наиболее важные органические молекулы для возникновения первых живых организмов:

аминокислоты;
нуклеотиды;
липиды.

Внутри мембраны пробионтов могли находиться нуклеиновые кислоты, белки, простые органические вещества, минеральные ионы и другие соединения, необходимые для обмена веществ.

Палеонтологические свидетельства эволюции:

ископаемые переходные формы;
филогенетические ряды;
рудименты и атавизмы.

Геохронологическая шкала — это система деления истории Земли на эры, периоды и эпохи по данным о слоях горных пород и ископаемых организмах.

Фотосинтез — это процесс синтеза органических веществ за счёт энергии солнечного света, осуществляемый зелёными растениями, водорослями, цианобактериями и некоторыми простейшими.