Семь научных теорий о происхождении жизни. И пять ненаучных версий. Опыт миллера

Эксперимент Миллера-Юри — химический опыт, который смоделировал гипотетические условия, существовавшие на древней Земле, с целью проверки возможности химической эволюции. Эксперимент ставил перед собой цель исследовать идею Александра Опарина и Дж. Б. С. Галдейна о том, что условия на Земле в древнюю эпоху способствовали химическим реакциям, в результате которых органические соединения могли бы образоваться из неорганических исходных веществ. Эксперимент был поставлен в 1952 году Стэнли Миллером и Гарольдом Юри в Чикагском университете. Результаты были опубликованы в 1953 году.

Повторный анализ данных, результаты которого были опубликованы в октябре 2008 года показал, что в приборе синтезируются 22 аминокислоты (оригинальное публикация сообщала о пяти). Результаты эксперимента свидетельствуют в пользу того, что биологические молекулы могут образовываться из простых реагентов.

Опыт и его интерпретация

Исходными веществами для эксперимента были вода, метан, аммиак и водород. Эти химические вещества поместили в герметично запаянную стерильную систему стеклянных колб и трубок, соединенных таким образом, что они образовывали петлю. В одну из колб залили воду, а в другой поместили пару электродов. Колбу с водой подогревали, чтобы жидкость испарялась, между электродами периодически пропускалась искра, которая должна была отвечать молниям. Затем атмосфера снова охлаждалась таки образом, что вода конденсировалась и просачивалась назад в первую колбу, проходя таким образом замкнутый цикл.

После недели непрерывного действия установки Миллер и Ури обнаружили, что 10-15% всего углерода входили в состав органических веществ. Два процента карбона образовали аминокислоты, которые обычно входят в состав белков. Особенно много было глицина. Образовались также сахар, липиды и некоторые составные части нуклеиновых кислот.

Как показали последующие эксперименты в установке образовалась рацемическая смесь лево- и правообертаючих оптически активных изомеров.

Химизм эксперимента

Известно, что сначала в колбах образуется цианид водорода (HCN), формальдегид и другие активные промежуточные соединения (ацетилен, цианоацетилен и т.д.):

(атомарный кислород) (процесс BMA)

Эти соединения в дальнейшем реагируют между собой с образованием аминокислот (синтез Стрекер) и других биомолекул:

Другие эксперименты

Первый эксперимент Миллера и Ури послужил вдохновением для многих других. В 1961 году Хоан Ого обнаружил, что с цианида водорода может образовываться одна из нуклеиновых оснований — аденин. В своем эксперименте он получил большое количество аденина, молекулы которого образовывались из 5-ти молекул HCN. При соответствующих условиях с HCN и аммиака образуется много аминокислот. Дальнейшие эксперименты показали, что в условиях восстановительной атмосферы можно получить и другие нуклеиновые основания.

Одновременно с экспериментом Миллера-Юри проводились также другие связанные с проблемой происхождения жизни эксперименты с электрическими разрядами. Статья в «Нью-Йорк Таймс» от 8 марта 1953 описывала работу Воллмен М. Макневина из Университета штата Огайо. Макневин пропускал искры в 100000 В через смесь метана и водяного пара и получил смолоподобные конденсат, который оказался слишком сложным для анализа. В статье говорилось также о других эксперименты Макневина, связанные с древней Землей. Неизвестно они были опубликованы в научной литературе.

15 декабря 1952 К. А. Уайлд подал статью в журнал «Science», тогда, когда Миллер представил свою 14 февраля 1953-го. Работа Уайльда была опубликована 10 июля 1953. Уайлд использовал напряжения до 600 В, действуя на смесь углекислого газа и воды. Он получил только незначительное восстановление углекислого газа в угарного. Другие исследователи изучали фотолиз водяного пара и монооксида углерода под воздействием ультрафиолета. Было установлено, что в результате образуются спирты, альдегиды и органические кислоты.

Современные эксперименты химика Джефри Бада в Институте океанографии Скриппса были аналогичными поставленных Ури и Миллером. Однако, Бада отметил, что в современных моделях древней атмосферы Земли вугекислий газ и азот образуют нитриды, которые уничтожают аминокислоты как только те образуются. Однако, на древней Земле могла буди достаточно железа и карбонатов в составе минералов, способных нейтрализовать эффект нитридов. Когда Бада провел эксперимент типа Миллерово, добавив в систему железа и карбонатов, продукты реакции были богаты на аминокислоты. Это наводит на мысль, что аминокислоты могли образовываться в атмосфере древней Земли даже в условиях, когда она содержала вугликислий газ и азот.

Атмосфера древней Земли

Важность эксперимента Мюллера-Ури для объяснения происхождения жизни на Земле связана с вопросом о составе земной атмосферы сразу же после образования планеты. По современным представлениям начальная атмосфера Земли была полностью уничтожена в результате сильного метеоритного дождя, который падал примерно 4500000000 лет назад и оставил после себя кратеры. Новая атмосфера Земли сформировалась в результате дегазации земной коры. Первоначальный состав этой новой, вторичной, атмосферы определить трудно, поскольку современная атмосфера является в большой степени продуктом деятельности живых огранизмы. Состав ранней атмосферы экспериментально определяют анализируя древние из земных пород. Точность исследований осложняется тем, что за последние 4 млрд лет даже древние скалы подвергшихся воздействию и изменились, загрязнились вследствие поздних явлений.

Существуют доказательства того, что в состав атмосферы Земли после формирования планеты входило гораздо меньше молекул восстановителей, чем считалось во времена эксперимента Миллера-Юри. Достаточно свидетельств значительных вулканических извержений 4 миллиарда лет назад, что выбрасывали в воздух углекислый газ, азот, сероводород и диоксид серы. Эксперименты с использованием этих газов в дополнение к тем, что использовались в первом опыте Миллера-Юри, дают разнообразный набор молекул. В своих опытах Миллер и Юри получили рацемические смеси, однако в природе доминируют L-изомеры аминокислот. Некоторые позже исследования показали, что возможны непропорционально количества L- и D-энантиомеров.

Первоначально считалось, что вторичная атмосфера Земли содержала в основном аммиак и метан. Однако, вероятно, что основной составляющей атмосферы был углекислый газ, возможно, с некоторыми примесями окиси углерода и азота. Газовые смеси с CO, CO 2, N 2 и т.д., дают результаты похожи на те, в которых используются CH 4, NH 3, если только и не имеет O 2. Источником атомов водорода служит водяной пар. Собственно, для выработки ароматических аминокислот нужно викорстовуваты не особо богатые водород смеси. В вариантах экспериментов Миллера удалось получить большинство аминокислот, гидроксикислот, пиримидинив и сахаров, которые встречаются в природе.

Новые результаты ставят под сомнение эти выводы. В 2005 году университеты Ватерлоо и Колорадо провели моделирование, по которым древняя атмосфера Земли могла содержать до 40% водорода — что означало бы гораздо более благоприятные условия для формирования биологическим органических молекул. Побег водорода с атмосферы Земли могла происходить со скоростью, которая составляет лишь один процент от той, что давали предыдущие оценки. Переоценка основывается на изменении представлений о температуре верхних слоев атмосферы. Один из авторов Оуэн Тун замечает: «При таком сценарии органика могла образоваться в большом количестве в атмосфере древней Земли, снова возвращая нас к уявляння об органической суп в океане … Думаю, что это исследование вновь делает актуальным эксперименты Миллера и других.» Вычисление выделения газов из земных пород с использованием хордритовои модели ранней Земли дополняют результаты Ватерлоо / Колорадо.

Однако, если в смеси добавить кислород, то никаких ограничних молекул не образуется. Оппоненты гипотезы Миллера-Юри находят поддержку в недавних исследованиях, которые указывают на присутствие урана в осадочных породах возрастом в 3700000000 лет, и отмечают, что они попали туда потоком богатой кислородом воды. Иначе они выпали бы из раствора. Таким образом, делается вывод, что присутствие кислорода помешала бы образованию к биологической органики с абиогенетичним сценарию Миллера-Юри. Однако, авторы работы утверждают, что присутствие кислорода является свидетельством существования фотосинтеза в живых организмах 3700000000 лет назад (примерно на 200 млн лет, чем считалось ранее). Этот вывод только отодвигает во времени период, когда мог произойти абиогенезис, но не могут его совсем исключить.

Условия, аналогичные тем, что использовались в эксперименте Миллера-Юри, существуют на других небесных телах Солнечной системы. Часто роль молний можно приписать ультрафиолетовому излучению. Мерчисонський меторит, упавшего в 1969 году вблизи города Мерчисон в Австралии, имел в своем составе более 90 различных аминокислот, девятнадцать из которых встречаются в живых организмах. Считается, что кометы и другие ледяные внеземные тела содержат немало сложных соединений углерода, таких как Толине. Поскольку на ранних стадиях своей истории Земли пришлось пережить падение большого числа метеоритов, то на ее поверхность могло попасть немало органики вместе с водой и другими составляющими атмосферы. Такие рассуждения приводят сторонники гипотезы панспермии, которая считает, что жизнь зародилась за пределами Земли.

Видео по теме

Изображения по теме

Эксперимент Миллера - Юри считается одним из важнейших опытов в исследовании происхождения жизни на Земле. Первичный анализ показал наличие в конечной смеси 5 аминокислот . Однако более точный повторный анализ, опубликованный в 2008 году , показал, что эксперимент привёл к образованию 22 аминокислот.

Энциклопедичный YouTube

1 / 2

5 Фактов о Земле, Которые Наука не Может Выяснить

Jack Szostak (Harvard/HHMI) Part 1: The Origin of Cellular Life on Earth

Субтитры

Здравствуйте друзья. Планета Земля была и остается нашим домом за всю историю существования человечества. До сих пор существуют фундаментальные вещи, которые мы не можем понять об нашей планете. Сейчас вы увидите 5 фактов о земле, которые наука не может объяснить. 5. Как работает планета? Учение тектонических плит является принятой теорией, при которой земная кора и верхняя мантия скользит по основной части мантии. Эта оболочка формирует защитный слой, который оберегает все живое от раскаленной магмы, толщиной около 3000 км ниже земной коры. Однако все, что касается более низких слоев, до сих пор находится в стадии дискуссии. Сейсмические исследования полагают, что внешнее ядро земли является жидким, а внутреннее - твердым. Однако до сих пор неизвестен химический состав мантии нашей планеты. Также, до конца не понятен принцип, из-за которого движутся тектонические плиты и почему у Земли присутствует магнитное поле. Да, есть достаточно достоверные идеи, которые дают ответы на эти вопросы. Однако они базируются только на данных, полученных со спутников, а также на результатах математического моделирования. Помимо этого, на данный момент невозможно, в буквальном смысле, докопаться на нужную глубину, чтобы взять образцы и увидеть все глазами. Самой глубокой в мире скважиной является Кольская сверхглубокая скважина, работы над которой велись в 70-80х годах в Советском Союзе. Ее глубина составила 12262 метра, чего явно недостаточно для достижения мантии. Любопытен тот факт, что многое из того, что человек уже знает об сейсмической активности, стало возможным благодаря разработке ядерного оружия. Во время холодной войны происходило серьезное финансирование сейсмологических исследований для обнаружения взрывов атомных бомб. Поэтому, как бы странно это не звучало, не будь холодной войны, человечество возможно до сих пор бы и не знало, что обитает на тонкой коре, ниже которой есть раскаленная мантия, а также внешнее и внутреннее ядро планеты. 4. Осадочные породы Благодаря анализу осадочных слоев и вулканической породы можно отследить изменения в магнитном поле Земли за ее длительную историю существования. Во время таких исследований был обнаружен ряд странных аномалий, одна из которых начинает происходить прямо сейчас. Несколько раз магнитное поле меняло свое направление, а потом возвращалось назад. По мнению некоторых ученых, во время инверсии полюсов Земли, магнитное поле ослабевало настолько, что космическое и солнечное излучение усиливалось и могло наносить серьезный вред живым организмам. Также, в этом году Европейским космическим агентством были обнародованы любопытные данные исследований. В них показано, что магнитные полюсы нашей планеты ослабевают гораздо быстрее, чем предполагалось ранее. Это может привести к смене магнитных полей в недалеком будущем. Последний раз это происходило во время каменного века и мы достоверно не знаем, было ли это вызвано событиями, происходящими в ядре Земли или же движением тектонических плит. 3. Где и как зародилась жизнь? Самая распространенная и принятая теория заключается в том, что около 250 тысяч лет назад анатомически современные люди произошли из Африки, а затем распространились по всему миру. А что же было до этого? Где произошел первый расцвет более ранних форм жизни на нашей планете? Теория так называемого "первичного бульона", которую в начале 20 века выдвинул советский биолог Александр Опарин, говорит, что в ходе постепенной химической эволюции, молекулы, содержащие углерод, начали превращаться в "первичный бульон". Образованию органических молекул в этом "бульоне" помогали электрические разряды и высокая температура. В 1953 году был проведен эксперимент Миллера-Юри, который показал, что электрические разряды могут производить аминокислоты и сахар из атмосферы, подобной ранней атмосферы нашей планеты. В альтернативных вариантах, жизнь могла зародиться в глине, в океанском льде, на дне океанов вокруг гидротермальных источников. Также существует теория, что жизнь на земле могла быть принесена метеоритом или астероидом из другой планеты. Несмотря на многочисленные гипотезы, окончательно до сих пор так никто и не может сказать, как и где зародилась наша жизнь. 2. Когда наступит всемирная катастрофа? За последний век человечество серьезно продвинулось в прогнозировании активности землетрясений и вулканических извержений. Однако, еще существует много вещей, которые мы не знаем об этих разрушительных природных катастрофах. Возможно, если более четко понимать поведение мантии вокруг ядра Земли, можно иметь бОльшее представление об возникновении землетрясений. Понятно, что сам принцип образования землетрясений в целом известен. Однако, отсутствует четкое понимание фундаментальных процессов, предшествующих землетрясению. Также, достоверно неизвестно, что приводит накоплению магмы в определенных местах, после чего начинают происходить извержения вулканов. Зная все эти вещи, человечество могло бы достаточно точно прогнозировать время и место возникновения таких природных катаклизмов, благодаря чему удалось бы избегать таких устрашающих разрушений и жертв. 1. Насколько сильно может разогреться Земля? Мы стоим на пороге серьезных климатических изменений, и это подтверждают более 90% ученых по исследованию климата. Практически все они согласны с тем, что причиной ускорения изменений климата является человеческая деятельность. Часто те, кто опровергают глобальные изменения климата, являются сторонниками большого бизнеса и транснациональных корпораций. Да, по последним докладам НАСА, вокруг Антарктиды начал понемногу накапливаться морской лед. Однако, на самой поверхности суши Антарктиды из-за глобального потепления, лед продолжает таять и уменьшаться. Этот факт противники глобального потепления молчаливо игнорируют. Мы знаем, что интенсификация аграрной промышленности, вырубка лесов и сжигание органического топлива, являются тремя основными причинами потепления нашей атмосферы. Однако, насколько сильно она может разогреться в будущем, человечество не может предсказать. Различные математические модели предполагают увеличение температуры от 1,5 до 10 градусов по Цельсию в течении последующих 100 лет. Это всего лишь предположение, реальных значений узнать практически невозможно. Спасибо за просмотр, друзья. Подписывайтесь на канал Вуз и до скорых встреч в новых видео.

Описание эксперимента

Собранный аппарат представлял собой две колбы , соединённые стеклянными трубками в цикл. Заполнявший систему газ представлял собой смесь из метана (CH 4), аммиака (NH 3), водорода (H 2) и монооксида углерода (CO). Одна колба была наполовину заполнена водой, которая при нагревании испарялась и водные пары попадали в верхнюю колбу, куда с помощью электродов подавались электрические разряды, имитирующие разряды молний на ранней Земле. По охлаждаемой трубке конденсировавшийся пар возвращался в нижнюю колбу, обеспечивая постоянную циркуляцию.

После одной недели непрерывного цикла Миллер и Юри обнаружили, что 10-15 % углерода перешло в органическую форму. Около 2 % углерода оказались в виде аминокислот, причём глицин оказался наиболее распространённой из них. Были также обнаружены сахара , липиды и предшественники нуклеиновых кислот . Эксперимент повторялся несколько раз в 1953-1954 годах. Миллер использовал два варианта аппарата, один из которых, т. н. «вулканический», имел определённое сужение в трубке, что приводило к ускоренному потоку водных паров через разрядную колбу, что, по его мнению, лучше имитировало вулканическую активность. Интересно, что повторный анализ проб Миллера, проведённый через 50 лет профессором и его бывшим сотрудником Джеффри Бейдом (англ. Jeffrey L. Bada ) с использованием современных методов исследования, обнаружил в пробах из «вулканического» аппарата 22 аминокислоты, то есть гораздо больше, чем считалось ранее.

Миллер и Юри основывались в своих экспериментах на представлениях 1950-х годов о возможном составе земной атмосферы. После их экспериментов многие исследователи проводили подобные опыты в различных модификациях. Было показано, что даже небольшие изменения условий процесса и состава газовой смеси (например, добавления азота или кислорода) могли привести к очень существенным изменениям как образующихся органических молекул, так и эффективности самого процесса их синтеза. В настоящее время вопрос о возможном составе первичной земной атмосферы остаётся открытым. Однако, считается, что высокая вулканическая активность того времени способствовала выбросу также таких компонентов как диоксид углерода (CO 2), азот, сероводород (H 2 S), двуокись серы (SO 2).

Химия эксперимента

После первых реакций в смеси могли получиться синильная кислота (HCN), формальдегид (CH 2 O), и другие активные соединения (ацетилен , цианоацетилен, и т.п.):

CO 2 → CO + [O] (атомарный кислород) CH 4 + 2[O] → CH 2 O + H 2 O CO + NH 3 → HCN + H 2 O CH 4 + NH 3 → HCN + 3H 2 (en:BMA process)

Формальдегид, аммиак и синильная кислота реагируют по процессу Штрекера в аминокислоты и прочие биомолекулы:

CH 2 O + HCN + NH 3 → NH 2 -CH 2 -CN + H 2 O NH 2 -CH 2 -CN + 2H 2 O → NH 3 + NH 2 -CH 2 -COOH (глицин)

Далее, вода и формальдегид могут реагировать, по реакции Бутлерова , давая на выходе сахара , например рибозу .

Эксперимент показал, что аминокислоты, составляющие белок, могут быть получены из простых химических веществ, с подводом дополнительной энергии.

Критика выводов эксперимента

Выводы о возможности химической эволюции, сделанные на основании данного эксперимента, подвергаются критике.

Как становится понятным, одним из основных аргументов критиков является отсутствие единой хиральности у синтезированных аминокислот. Действительно, полученные аминокислоты представляли собой практически равную смесь стереоизомеров , в то время как для аминокислот биологического происхождения, в том числе входящих в состав белков, весьма характерно преобладание одного из стереоизомеров. По этой причине дальнейший синтез сложных органических веществ, лежащих в основе жизни, непосредственно из полученной смеси затруднён.

ВНИМАНИЕ!!! ДАННЫЙ МАТЕРИАЛ ПЕРЕРАБОТАН, ДОПОЛНЕН И ВКЛЮЧЕН В КНИГУ «Творение или эволюция? Сколько лет Земле?». ДЛЯ ЧТЕНИЯ ПЕРЕЙДИТЕ НА СТРАНИЦУ -->

В середине прошлого века ученый Чикагского университета Стэнли Миллер в лаборатории попробовал воссоздать бульон, который, по его мнению, был на Земле до зарождения на ней жизни. Он в колбе смешал водный пар, аммиак, метан и пропускал через эту среду электричество. В итоге были получены 3 вида аминокислот из 20, являющихся составными элементами белка (протеина) живого организма. Так, экспериментальным путем, якобы, был доказан факт случайного возникновения жизни. Однако у этого эксперимента есть несколько существенных недостатков, которые хоть и не афишируют, но признают сами сторонники эволюции: 1. аммиак не мог быть на Земле в таком количестве, так как этот газ разрушается под воздействием ультрафиолета солнечных лучей; 2. метана не нашли в древнем осадочном глиноземе; 3. получаемые во время опыта аминокислоты ученый тут же подвергал изоляции от дальнейшего воздействия разрядов электричества, так как знал, что ток вновь разорвет полученные связи. Но в природе грозы, которые якобы способствовали созданию аминокислот, не прекращались, а значит, они всегда немедленно разрушали бы то, что создавали; 4. полученные аминокислоты даже теоретически не смогли образовать никакой жизни, так как в результате опыта получились аминокислоты с левой и с правой спиралью. Но протеин состоит из сложной цепочки левозакрученных аминокислот, которые с трудом соединяются в одно целое, но легко разрываются. Присутствие хоть одной аминокислоты с правой спиралью разрушает все созданное ранее; 5. не был учтен кислород, хотя сегодня на большой глубине ученые геологи находят оксидированные камни, что доказывает постоянное присутствие кислорода в атмосфере земли. Присутствующий в той атмосфере кислород разрушил бы элементы вещества, которое получил ученый. Таким образом, первичная атмосфера в опыте Миллера была фиктивной. После долгих лет молчания Миллер сам признал, что среда, которую он использовал в своем опыте, была не настоящей. Почему же Миллер в свое время настаивал на этой газовой смеси? Ответ прост: без аммиака синтез аминокислоты невозможен.

Радиоуглеродный метод ошибается

Магнитное поле Земли ослабевает

«Проткнутые» слои

Эрозия почв на начальном уровне

Возраст Луны меньше 10000 лет

Прирост населения соответствует Библейскому возрасту земли

Луна недалеко от Земли

Ледовые кольца показывают не годы

Коралловый риф рос меньше 5000 лет

Динозавры надежные свидетели

Все люди произошли от одной пары

Цивилизациям и письменности менее 5000 лет

Слои Земли не имеют собственной датировки. Геологические слои. Геохронологическая шкала

Отсутствие научных доказательств. Кент Ховинд

Современные теории возникновения кариеса указывают на многофакторность данного заболевания. При этом основной причиной считается патогенное действие бактерий.

Кариес - патологический процесс твердых тканей зуба, который развивается в результате комплексного воздействия различных внешних и внутренних факторов. На сегодняшний день известно более 400 теорий возникновения кариеса. Некоторые из них уже опровергнуты и не рассматриваются современной медициной.

В данной статье мы ознакомим вас с самыми распространенными теориями возникновения кариеса, которые сегодня являются предметом дискуссии и обсуждений.

Эта теория была выдвинута еще в далеком 1882 году стоматологом В. Миллером. Согласно этой теории, патологический процесс запускается под действием некоторых органических кислот. В норме в ротовой полости под действием микрофлоры происходит частичное брожение углеводов с образованием молочной кислоты. Однако если распад углеводов происходит не до конца, то образуются другие кислоты, главным образом, пировиноградная, яблочная и уксусная. Именно под действием этих органических кислот и происходит постепенное разрушение эмали. При этом кариес дентина Миллер объясняет по-другому. В данном случае патологический процесс вызывается бактериями, которые проникают в слои дентина через дефекты в эмали. Под действием кислотообразующих стрептококков происходит растворение неорганической части дентина, а протеолитические бактерии разрушают органические компоненты.

Физико-химическая теория Энтина

Согласно этой теории, основная причина кариеса кроется в нарушении осмотического тока через ткани зуба, которые являются полупроницаемой мембраной. В норме осмотические токи имеют центробежное направление, благодаря чему обеспечивается нормальное питание дентина и эмали. При неблагоприятных условиях направление осмотических токов становится центростремительным. При этом нарушаются процессы питания эмали, что делает ее более уязвимой к действию внешних агентов, вызывающих кариес.

Биологическая теория возникновения кариеса по Лукомскому

Данная теория была выдвинута в 1948 году. По мнению автора, кариозное поражение зубов начинается вследствие недостатка витаминов, главным образом, витамина D, а также дефицита и неправильного соотношения солей кальция, фосфора и фтора в пище. Также одной из причин может быть недостаток ультрафиолетовых лучей, что и приводит к дефициту витамина Dи последующему нарушению минерального состава в эмали и дентине.

Вопросы читателей

Здравствуйте!У меня к Вам 2 вопроса 18 October 2013, 17:25 Здравствуйте!У меня к Вам 2 вопроса. Первый: каким способом лучше убрать зубной налет и нет ли минусов этой процедуры. Второй: полгода назад вверху выросли зубы мудрости, мне их стоматолог порекомендовал удалить,так как я их не достану никакой зубной щеткой и пользы от них нет.Я не считаю,что он прав. А Вы?

Современная теория возникновения кариеса

На сегодняшний день врачи склоняются к теории, согласно которой кариес развивается вследствие комплексного воздействия негативных факторов. В механизме развития кариеса заложен процесс прогрессирующей деминерализации твердых тканей зуба, которая вызывается кислотами, образующимися в результате жизнедеятельности микрофлоры ротовой полости. При этом огромную роль в развитии патологического процесса играют кариесогенные факторы, среди которых выделяют местные и общие.

К местным факторам относятся:

• с большим количеством патогенных микроорганизмов;
• наличие липких углеводных остатков в полости рта;
• изменения в составе слюны;
• нарушение химического состава твердых тканей зуба, а также неполноценная структура тканей;
• наличие нарушений в зубном ряде.

Общие факторы:

• несбалансированное питание и несоблюдение питьевого режима;
• наличие соматических и наследственных заболеваний;
• экстремальные воздействия на организм;
• наследственная предрасположенность.

Стоит отметить, что факторы развития кариеса могут быть различной интенсивности и характера, при этом ведущим остается микрофлора ротовой полости.

Первые эксперименты, моделирующие первичную атмосферу Земли, были поставлены в 1953 г. американским ученым Стэнли Миллером (род. в 1930 г.). Его установка представляла собой колбу, внутри которой создавались электрические разряды. В колбе находилась вода и различные газы, предположительно входящие в состав первичной атмосферы (водород, метан, аммиак и др.). Свободный кислород в системе отсутствовал. При нагревании в установке происходила постоянная циркуляция водяного пара и газов. После нескольких дней эксперимента в колбе образовывались простейшие органические соединения: аминокислоты (строительный материал для белков), азотистые основания (компоненты нуклеиновых кислот) и некоторые другие вещества. Их концентрация возрастала по мере убывания исходных компонентов.

Вслед за опытами Миллера последовали другие эксперименты. Варьировался состав исходной смеси, источники энергии, длительность опытов, вводились различные катализаторы. Было показано, что подобные реакции происходят даже при обычном нагревании, при этом среда может быть как водной, так и безводной.

Биогенез

Разнообразие экспериментов позволяет предположить, что неорганический синтез органических соединений мог быть достаточно распространенным явлением в прошлом нашей планеты. При этом в качестве исходной среды для подобных процессов рассматривались различные природные системы. Так, академик А. И. Опарин считал, что такие реакции происходили в морях и океанах и сопровождались увеличением концентрации образующихся органических веществ, при этом водная среда становилась «первичным бульоном», способным к дальнейшей эволюции.

Однако образование органических молекул и их полимеризация являются только началом в длинной цепочке эволюции, которая привела к появлению первых живых клеток, поскольку отдельно взятый белок еще не обладает специфическими свойствами, присущими организму в целом. Поэтому на смену химической эволюции должна была прийти биологическая.

Процесс возникновения и эволюции живых систем называется биогенезом.

Рассмотренный выше неорганический синтез органических соединений является начальной стадией биогенеза.

Последующие этапы эволюции

Согласно гипотезе А. И. Опарина, предками настоящих клеток были протоклеточные структуры, способные к простейшему обмену с окружающей средой. Они образовывались по мере накопления в исходной среде органических молекул. Этот процесс называется коацервацией, т.е. объединением в небольшие комплексы, называемые коацерватами (от латинского coacervus – сгусток). Механизм коацервации связан с поляризованностью молекул многих органических веществ. Взаимодействие нескольких таких молекул приводит к сближению их полярных концов и образованию «коацерватной капли».

Возникающие коацерваты обладали значительно бóльшими возможностями, чем отдельные молекулы, поскольку могли поглощать из окружающей среды другие вещества. Если вещество оказывалось вредным, коацерват распадался, а если оно усваивалось, коацерват увеличивался в размерах и изменял свою структуру. Этому способствовало появление примитивных мембран, роль которых играли липидоподобные соединения. К ним относятся поверхностно-активные вещества, которые в силу полярности своих молекул стремятся образовывать мономолекулярные пленки на поверхности раздела двух сред. Мембраны не только выполняли защитные функции, но и способствовали дальнейшему обособлению коацерватов от окружающей среды и сохранению постоянства своего внутреннего состава.

В ходе химической эволюции коацерваты при увеличении своих размеров приобрели способность распадаться на дочерние капли, сохраняющие особенности и химический состав материнского комплекса. Параллельно шла дифференциация свойств молекул внутри коацерватов: белки оказались способными регулировать ход химических реакций, приводящих к появлению новых органических веществ, а нуклеотидные цепи постепенно приобрели возможность удваиваться по принципу дополнения. Дальнейшая эволюция этих важнейших свойств привела к появлению наследственного генетического кода, несущего информацию о строении белковых молекул. Таким образом, развитие коацерватов привело к появлению первых примитивных прокариотических клеток. Это произошло более 4 млрд. лет назад.

Прокариотические клетки – примитивно устроенные клетки, не имеющие клеточного ядра, генетический материал (ДНК) которых находится прямо в цитоплазме.

Эти клетки типичны для организмов – прокариотов, к которым в настоящее время относятся некоторые бактерии и сине-зеленые водоросли.

Прокариоты были гетеротрофами, т.е. в качестве источника энергии использовали органическое вещество первичного бульона. Они существовали в условиях бескислородной атмосферы, поэтому их метаболизм был анаэробным.

Анаэробный метаболизм – обмен веществ и энергии, протекающий в отсутствие атмосферного кислорода.

Постепенно запасы органических веществ, необходимых для питания, истощались, и у некоторых клеток возникла способность использовать солнечную энергию для синтеза органических веществ из неорганических соединений углерода. Так появились автотрофы – организмы, способные к фотосинтезу.

Фотосинтез – процесс преобразования солнечной энергии в энергию химических связей органических веществ.

Источником углерода, входящего в состав органических молекул, служит углекислый газ. В качестве источника водорода зеленые растения используют воду, при разложении которой в атмосферу выделяется кислород.

Сначала фотосинтез шел без образования молекулярного кислорода. В ходе дальнейшей эволюции организмы стали выделять кислород. Это произошло около 4 млрд. лет назад.

Обогащение атмосферы свободным кислородом привело со временем к образованию озона, поглощающего коротковолновое ультрафиолетовое излучение, опасное для живых организмов. Кроме того, возник аэробный способ метаболизма – дыхание, при котором расщепление органических веществ происходит с участием кислорода. Он характерен для большинства современных растений, животных и микроорганизмов. Энергетический выход таких реакций в несколько раз больше, чем в реакциях брожения (например, расщепление глюкозы при брожении дает энергию 50 кал/моль, а при дыхании – 686 кал/моль).

В дальнейшем происходило усложнение клеточного строения и около 2 млрд. лет назад появились первые эукариотические клетки.

Эукариотические клетки – сложные клетки, имеющие ядро и большое число внутриклеточных структур (митохондрии, хлоропласты и пр.).

Эукариотические клетки характерны для организмов – эукариотов, к которым относится большинство современных форм жизни.

Был предложен механизм возникновения эукариотов на основе симбиоза гетеротрофной анаэробной клетки и клетки, способной к дыханию. Затем, к поверхности клетки присоединилась жгутикоподобная бактерия, что привело к увеличению подвижности организма, предка современных жгутиковых простейших. Это были первые животные клетки.

Следующим эволюционным шагом в развитии организмов стало появление многоклеточных форм жизни примерно 1,3 млрд. лет назад. По мнению известного русского биолога И. И. Мечникова (1845 – 1916), первые многоклеточные произошли от колониальных простейших – жгутиковых. В некоторых таких колониях реализуется примитивное функциональное разделение клеток (клетки, поглощающие добычу и клетки, отвечающие за размножение), но при этом каждая клетка является отдельной особью. В процессе своего развития отдельные виды колоний одноклеточных простейших превратились в примитивные, но целостные организмы.