Hóa học tiến hóa: giai đoạn và bản chất

Trong quá trình biến đổi hóa học thành khoa học, cái gọi là sự tiến hóa hóa học đang diễn ra, và bước ngoặt của tiến trình cách mạng này được đưa ra sau khi tạo ra năm 1777 của nhà khoa học tự nhiên Pháp Lavoisier về lý thuyết đốt cháy với mô tả về vai trò của oxy. Đồng thời, bắt đầu sửa đổi tất cả các khái niệm cơ bản và các nguyên tắc chính của hóa học, thuật ngữ và danh pháp của chất thay đổi.

Khóa học sơ cấp

Năm 1789 đánh dấu việc phát hành sách giáo khoa Lavoisier, ngay lập tức trở thành công cụ chính cho các nhà lý thuyết và các nhà thực hành của khoa học sinh ra. Trong "Khóa học sơ cấp của hóa học" đã là người đầu tiên trong danh sách thế giới - một bảng các đơn giản, liệt kê các yếu tố hoá học đã biết. Trái tim của tập thể Lavoisier này đặt ra lý thuyết đốt cháy oxy, qua đó sự tiến hóa hóa học được hướng theo một con đường hoàn toàn mới. Điều quan trọng nhất trong việc xác định yếu tố là kinh nghiệm, chính ông đã chọn khoa học là tiêu chí chính và bất cứ điều gì không được khẳng định qua kinh nghiệm, ví dụ như cấu trúc nguyên tử hay phân tử, Lavoisier đã không xem xét.

Sự tiến hóa hóa học đã đi theo các luật được xây dựng bởi nó - về sự bảo toàn khối lượng, tính chất của các tính chất của các hợp chất, sự khác biệt của chúng trong thành phần nguyên tố. Sau đó, hóa học lấy hình thức khoa học như là một độc lập, nghiên cứu thành phần của cơ thể bằng các phương tiện thử nghiệm. Sự tiến hóa hóa học không thể làm mà không có sự hợp lý hoá đối tượng, và do đó, loài người cuối cùng đã bỏ qua quá khứ hóa thân, vì những ý tưởng về bản chất của vật chất và các đặc tính của nó đã thay đổi triệt để và rất nhanh chóng. Và sự thúc đẩy cho quá trình này là nghiên cứu của Lavoisier. Bây giờ ngay cả học sinh cũng biết rằng các giai đoạn của sự tiến hóa hóa học (hoặc sự tiến hoá prebiotic) cần phải được xem xét từ thời điểm trước sự xuất hiện của cuộc sống trên trái đất. Vào thế kỷ thứ mười tám, chưa có ai có những ý tưởng về thế giới.

Cuộc sống

Sự phát triển hóa học của Trái đất bắt đầu trên một hành tinh hoàn toàn không có sự sống, khi các chất hữu cơ dần dần bắt đầu xuất hiện từ các phân tử vô cơ, bị ảnh hưởng một cách đặc biệt bởi năng lượng và các yếu tố lựa chọn. Các quá trình tự tổ chức được đặc trưng của các hệ thống thậm chí tương đối phức tạp đã được mở ra. Vì vậy, trên trái đất có một carbon. Thay vào đó, các phân tử chứa carbon xuất hiện lần đầu tiên, có tầm quan trọng cơ bản không chỉ đối với sự xuất hiện, mà còn cho sự phát triển hơn nữa của bất kỳ sinh vật sống nào.

Chúng ta vẫn không biết bản chất của sự tiến hóa hóa học ở giai đoạn đầu của sự phát triển cuộc sống. Được biết đến về tính chất hóa học của bất kỳ chất nào hạn chế quá trình tiến hóa đến ranh giới của định thức carbon-nước. Có lẽ trong vũ trụ có các biến thể của một cách khác nhau của sự tồn tại của vật chất sống, và nguồn protein của chúng tôi không phải là "lối ra" duy nhất. Ở đây, sự kết hợp độc đáo của chất lượng trùng hợp của cacbon với các tính chất khử cực của môi trường nước trong pha lỏng đã được thực hiện. Những điều kiện này đã đủ để bắt đầu sự tiến hóa hóa học của cuộc sống, và cũng cần thiết cho sự phát triển của tất cả các loại hình cuộc sống mà chúng ta biết đến.

Bắt đầu quá trình

Nhân loại không biết gì về cái nôi của nó. Đặc biệt là ở đâu và khi các giai đoạn tiến hóa hóa học trên trái đất bắt đầu. Chúng ta chỉ có thể thừa nhận điều này. Ở đây, ở nơi đầu tiên, hoàn toàn bất cứ lúc nào có thể.

Khi chu kỳ thứ hai của sự hình thành sao kết thúc, khi các sản phẩm của vụ nổ siêu tân tinh được ngưng tụ , làm cho các phần tử không gian liên sao được gọi là nặng, trong đó khối lượng vượt quá 26. Khi những ngôi sao đã có trong thế hệ thứ hai mua được hệ thống hành tinh của riêng họ, nơi mà các yếu tố cần thiết nặng đã đủ. Bản chất của sự tiến hoá hóa học có thể được thực hiện bất cứ lúc nào sau Big Bang trong khoảng từ nửa tỷ đến một năm rưỡi.

Nơi sinh đã được sinh ra

Nơi nó có thể bắt nguồn cũng là một câu hỏi mở. Với việc tạo ra nhiều điều kiện khá khả thi, sự ra mắt của sinh thái hóa học có thể xảy ra trong hầu hết mọi môi trường. Đây là độ sâu của các hành tinh, và độ sâu của các đại dương, và bề mặt, ngay cả hình thành tiền vệ là phù hợp.

Hơn nữa, các đám mây khí liên sao cũng có thể là một bàn đạp để tấn công sinh vật sống lên sự sống còn, và điều này được xác nhận bởi các chất hữu cơ được tìm thấy ở đó - rượu và đường, aldehyde, các axit amin của glycine và nhiều chất khác, có thể dùng làm vật liệu ban đầu cho sự xuất hiện của cuộc sống thông qua quá trình tiến hóa hóa học đã bắt đầu.

Lý thuyết

Trái đất cổ đại giữ bí mật của nó, và nhân loại vẫn chưa có thông tin đáng tin cậy về các điều kiện địa hoá của sự tồn tại của nó trước sự xuất hiện của cuộc sống. Nghiên cứu địa chất không thể đáp ứng được tất cả các vấn đề đang nổi lên, và do đó thiên văn học được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu. Vì vậy, lý thuyết tiến hóa hóa học được xây dựng. Các điều kiện Venusian hay Martian ngày nay được coi là tương tự với Trái đất ở các giai đoạn nhất định của tiến hóa hóa học.

Các thí nghiệm được đưa vào mô hình, và do đó tất cả các dữ liệu cơ bản được chúng tôi biết được thu được. Ví dụ, bằng cách mô phỏng các thành phần hóa học khác nhau và điều kiện khí hậu trong khí quyển, thủy quyển, thạch quyển, các phân tử hữu cơ phức tạp đã được thu được. Việc thu thập dữ liệu mới bằng các phương tiện thử nghiệm luôn làm phong phú thêm lý thuyết đang được xây dựng. Do đó, đã có nhiều giả thuyết về các cơ chế cụ thể và trực tiếp thúc đẩy các lực lượng của quá trình tiến hóa hóa đã diễn ra.

Nghiên cứu ở Nga

Cuộc sống trên trái đất được hình thành do sự hình thành sinh vật, đó là, sự ra đời của các hợp chất hữu cơ mà sự tồn tại của nó vốn có trong bản chất sống bên ngoài bất kỳ sinh vật nào và không có sự tham gia nhỏ của các enzyme. Đây là giai đoạn đầu tiên khi người sống xuất hiện từ những người vô hồn.

Theo giả thuyết của Oparin trong những năm 20 của thế kỷ XX, các giải pháp của các hợp chất phân tử cao có thể tạo thành các vùng nhất định nơi nồng độ của chúng tăng lên, và sự tách biệt khỏi môi trường bên ngoài không ngăn cản chúng trao đổi với nó. Những vùng này được gọi là coacervates hoặc giọt coacervate.

Ở nước ngoài

Việc tổng hợp abiogenic đầu tiên được thực hiện trong điều kiện của Trái đất nguyên thủy được Stanley Miller tiến hành vào năm 1953, tổng hợp các axit amin với các chất hữu cơ khác. Sau đó, lý thuyết về siêu xe xuất hiện, giải thích các biểu hiện của sự sống trong quá trình tiến hóa hóa học bởi sự có mặt của các phản ứng xúc tác phức tạp đi theo nhau, trong đó sản phẩm của chất xúc tác trước trở thành chất xúc tác cho kế tiếp.

Chỉ trong năm 2008, các nhà sinh vật học người Mỹ đã tạo ra "protocell" đầu tiên, thông qua màng tế bào chất béo và chất béo có thể thu được nucleotide monophosphates từ môi trường. Những gạch "imidazole kích hoạt" là hoàn toàn cần thiết cho tổng hợp DNA. Và trong năm 2011 ở Nhật, các túi được tạo ra với các thành tố của DNA dưới lớp vỏ cation, có khả năng phân chia, vì có một phản ứng dây chuyền đa chiều sao chép DNA.

Giả thuyết chính

Sự tiến hóa hóa học của sự sống trên trái đất trong các giả thiết giải thích các điểm cơ bản sau đây.

1. Sự cần thiết phải xuất hiện trên trái đất hoặc trong Cosmos các điều kiện mà sự tổng hợp phân hủy các phân tử chứa hu-trogen xảy ra, và việc tổng hợp phải có khối lượng lớn và một số lượng đáng kể đủ để bắt đầu quá trình tiến hóa hóa học.
2. Sự xuất hiện của cấu trúc tế bào pro phát sinh từ các phân tử được mô tả ở trên. Những cốt liệu khép kín ổn định này được phân lập từ môi trường, sự trao đổi chất và năng lượng trong chúng đi qua một cách có chọn lọc. Vì vậy, có cấu trúc tế bào pro.
3. Trong cốt liệu kết quả, có khả năng phát triển độc lập - tự nhân bản và tự thay đổi của tất cả các hệ thống hóa học thông tin. Vì vậy, có các đơn vị cơ bản của mã di truyền.
4. Giai đoạn tiếp theo là sự xuất hiện của sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các chức năng enzyme và các tính chất của protein với RNA và DNA như là những chất mang thông tin. Do đó, mã di truyền bản thân, đó là cần thiết cho sự tiến hóa sinh học, nảy sinh.

Khám phá

Như đã nói ở trên, Oparin đã khai trương dịch vụ vận chuyển cà phê vào những năm 20 của thế kỷ trước. Stanley Miller và Harold Urey năm 1953 đã mô tả sự xuất hiện trong bầu khí quyển cổ đại mô phỏng các phân tử sinh học đơn giản và quá trình xảy ra chúng. Tiếp theo, Sydney Fox nói với thế giới về các quả cầu nhỏ của các protenoids. Năm 1981, T. Cecu và S. Altman đã thành công trong việc quan sát phân rã tự phân ranh của RNA, vì ribozyme có thể kết hợp thông tin và xúc tác trong một phân tử, "cắt" ra khỏi chuỗi và kết nối "các đầu" còn lại.

Năm 1986, W. Gilbert của Cambridge đã phát triển ý tưởng về "Thế giới RNAs", trong khi Günter von Kidrowski từ Đức trình bày hệ thống dựa trên DNA tự tái tạo đầu tiên, đây là một đóng góp lớn cho sự hiểu biết về các hệ thống tự sao chép và các chức năng tăng trưởng của chúng. Khoa học đã nhanh chóng tiến về hướng này: Manfred Eigen phát hiện ra hypercycle, sự tiến hóa của các phân tử ARN và Julius Rebecque đã tạo ra phân tử nhân tạo đầu tiên tự tái tạo trong dạng chloroform.

Không gian và trái đất

Tại Trung tâm Không gian Vũ trụ của NASA, John Corlis đã nghiên cứu quá trình cung cấp năng lượng và hóa chất từ các suối nước nóng của biển, tạo ra sự tiến hóa hóa học độc lập với môi trường không gian và ngày nay chúng là nơi sinh sống lâu dài. Trong thế giới của sulfua sắt, một số giả thuyết của Gunther Wachtershauser xuất hiện.

Ông đã miêu tả cấu trúc tự tái tạo đầu tiên với sự trao đổi các chất xuất hiện trên bề mặt của piryr (iron sulphide) cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình trao đổi chất. Trong điều kiện lựa chọn, các tinh thể pyrit đang phát triển và phân rã có thể phát triển và nhân lên, tạo ra các quần thể khác nhau. Khoáng sản đất sét cũng được nghiên cứu tỉ mỉ cho sự xuất hiện của các phân tử hữu cơ. Tuy nhiên, mô hình hóa hóa thống nhất của sự tiến hóa hóa học vẫn chưa có, vì các nguyên tắc cơ bản của sự chuyển động của quá trình này vẫn chưa được mở ra.