Evolução química: estágios e essência

No processo de transformação da química na ciência, ocorreu a chamada evolução química, e o ponto de viragem desse processo revolucionário veio após a criação, em 1777, do cientista natural francês Lavoisier, da teoria da combustão com uma descrição do papel do oxigênio. Ao mesmo tempo, a revisão de todos os conceitos básicos e princípios fundamentais da química começou, a terminologia e a nomenclatura das substâncias mudaram.

Curso elementar

O ano de 1789 marcou o lançamento do livro de texto Lavoisier, tornou-se imediatamente a principal ferramenta para os teóricos e praticantes da ciência nascida. No "Curso elementar de química" já era a primeira lista do mundo – uma tabela de corpos simples, que enumerava os elementos químicos conhecidos. No coração deste volume de Lavoisier, a teoria da combustão do oxigênio, através da qual a evolução química foi direcionada ao longo de um caminho completamente novo. A coisa mais importante na determinação do elemento é a experiência, foi ele quem selecionou o cientista como critério principal, e qualquer coisa que não seja confirmada pela experiência, por exemplo, uma estrutura atômica ou molecular, Lavoisier não considerou.

A evolução química passou pelas leis formuladas por ela – sobre a preservação da massa, a natureza das propriedades dos compostos, suas diferenças na composição elementar. Foi então que a química assumiu a forma da ciência como independente, estudando a composição dos corpos por meios experimentais. A evolução química não pode ser feita sem a racionalização do objeto e, portanto, a humanidade finalmente abandonou o passado alquímico, porque as idéias sobre a natureza da matéria e suas propriedades mudaram radical e muito rapidamente. E o impulso para este processo foi a pesquisa de Lavoisier. Agora, mesmo os alunos sabem que os estágios da evolução química (ou evolução prebiótica) devem ser considerados a partir do momento que precedeu o surgimento da vida na Terra. No século XVIII, ninguém ainda tinha idéias sobre o mundo.

Vida

A evolução química da Terra começou em um planeta absolutamente sem vida, quando as substâncias orgânicas gradualmente começaram a emergir de moléculas inorgânicas, que foram influenciadas de maneira especial por fatores de energia e seleção. Os processos de auto-organização que são característicos de sistemas relativamente complexos se desenvolveram. Então, na Terra havia um carbono. Em vez disso, surgiram as moléculas contendo carbono, que são de fundamental importância não só para o surgimento, mas também para o desenvolvimento de qualquer matéria viva.

Ainda não sabemos qual é a essência da evolução química nos estágios iniciais do desenvolvimento da vida. Conhecido sobre a química de qualquer substância limita o processo evolutivo aos limites do postulado água-carbono. Talvez no universo existam variantes de uma maneira diferente de existência de matéria viva, e nossa origem protéica não é a única "saída". Aqui, realizou-se uma combinação única de qualidades de polimerização do carbono com as propriedades despolarizantes do meio aquoso na fase líquida. Essas condições foram suficientes para iniciar a evolução química da vida e também necessárias para o desenvolvimento de toda a variedade de formas de vida que conhecemos.

Inicie o processo

A humanidade não sabe nem tudo sobre seu próprio berço. Especialmente sobre onde e quando os estágios da evolução química na Terra começaram. Só podemos assumir isso. Aqui, em primeiro lugar, absolutamente qualquer momento é possível.

Quando o segundo ciclo de formação de estrelas terminou, quando os produtos da explosão de supernovas foram condensados , o que deu aos elementos do espaço interestelar chamados pesados, em que a massa excede os vinte e seis. Quando as estrelas já na segunda geração adquiriram seus próprios sistemas planetários, onde os elementos pesados necessários já eram suficientes. A essência da evolução química poderia ser realizada em qualquer momento após o Big Bang no intervalo de meio bilhão a um bilhão e meio de anos.

Onde a vida nasceu

Onde poderia originar também é uma questão aberta. Com a criação de muitas condições bastante prováveis, o lançamento da ecologia química pode ocorrer em quase todos os ambientes. Esta é a profundidade dos planetas, e as profundezas dos oceanos e a superfície, mesmo as formações protoplanetárias, são adequadas.

Além disso, as nuvens de gás interestelar também podem servir de trampolim para atacar a matéria viva sobre a falta de vida, e isso é confirmado pelas substâncias orgânicas encontradas – álcoois e açúcares, aldeídos, aminoácidos da glicina e muitos outros que podem servir de material de partida para o surgimento da vida através da evolução química que começou.

Teoria

A Terra antiga mantém seus segredos e a humanidade ainda não possui informações confiáveis sobre as condições geoquímicas de sua existência antes do aparecimento da vida. Os estudos geológicos não podem satisfazer todas as questões emergentes e, portanto, a astronomia é amplamente utilizada para estudo. Então, a teoria da evolução química é construída. As condições venosas ou marcianas de hoje são consideradas análogas à Terra em determinados estágios da evolução química.

As experiências são colocadas em modelos e, assim, todos os dados básicos que nos são conhecidos são obtidos. Por exemplo, simulando várias composições químicas e condições climáticas na atmosfera, hidrosfera, litosfera, moléculas orgânicas complexas foram obtidas. A aquisição de novos dados por meios experimentais sempre enriquece a teoria em construção. Assim, houve muitas hipóteses sobre mecanismos específicos e forças diretas da evolução química que ocorreu.

Pesquisa na Rússia

A vida na Terra foi formada devido à abiogênese, ou seja, o nascimento de compostos orgânicos cuja existência é inerente à natureza viva fora de qualquer organismo e sem o menor envolvimento de enzimas. Este é o primeiro estágio quando o vivo aparece dos sem vida.

De acordo com o pressuposto do Academician Oparin nos anos vinte do século XX, as soluções de compostos de alto teor molecular podem formar certas zonas onde a sua concentração é aumentada e a separação do ambiente externo não os impede de trocar. Essas zonas são chamadas de coacervados ou coacerva as gotas.

No exterior

A primeira síntese abiogênica, realizada sob as condições da Terra primitiva, foi realizada em 1953 por Stanley Miller, sintetizando aminoácidos com outras substâncias orgânicas. Posteriormente, apareceu a teoria dos hiperciclos, que explica as manifestações da vida no processo de evolução química pela presença de complexos de reações catalíticas que se seguem, onde o produto do anterior se torna o catalisador para o próximo.

Somente em 2008, os biólogos americanos criaram a primeira "protocélula", que através da membrana de ácidos graxos e lipídios conseguiu obter monofosfatos nucleotídicos do meio ambiente. Esses "tijolos" ativados com imidazol são absolutamente necessários para a síntese de DNA. E em 2011 no Japão, as vesículas foram criadas com elementos de DNA sob a casca catiônica, que eram capazes de se dividir, uma vez que havia uma reação em cadeia multidimensional replicando o DNA.

Principais hipóteses

A evolução química da vida na Terra em hipóteses explica os seguintes pontos fundamentais.

1. A necessidade da aparência na Terra ou no Cosmos das condições sob as quais ocorre a síntese autocatalítica de moléculas contendo azoto e a síntese deve ter grandes volumes e uma variedade considerável suficiente para o início do processo de evolução química.
2. O surgimento de estruturas pró-celulares emergentes das moléculas descritas acima. Estes agregados fechados estáveis são isolados do ambiente, o metabolismo e as energias neles passam seletivamente. Portanto, existem estruturas pró-celulares.
3. Nos agregados resultantes, existe a capacidade de desenvolvimento independente – auto-replicação e auto-mudança de todos os sistemas químicos de informação. Portanto, existem unidades elementares do código hereditário.
4. O próximo estágio é o aparecimento da interdependência entre as funções enzimáticas e as propriedades das proteínas com RNA e DNA como portadores de informação. Assim, surge o próprio código de hereditariedade, que é necessário para a evolução biológica.

Descobertas

Como foi dito acima, Oparin abriu coacervados nos anos vinte do século passado. Mais Stanley Miller e Harold Urey, em 1953, descreveram a ocorrência na simulação de atmosfera antiga de biomoléculas simples e o processo de ocorrência. Em seguida, Sydney Fox contou ao mundo sobre as microesferas dos protenóides. Em 1981, T. Cecu e S. Altman conseguiram observar a divisão autocatalítica do ARN, uma vez que as ribozimas são capazes de combinar informação e catálise em uma molécula, "cortando-se" da cadeia e conectando as "extremidades" restantes.

Em 1986, W. Gilbert, de Cambridge, desenvolveu a idéia do "World of RNAs", enquanto Günter von Kidrowski, da Alemanha, apresentou o primeiro sistema auto-replicante baseado em DNA, que foi um grande contributo para a compreensão dos sistemas auto-replicantes e das funções de seu crescimento. A ciência rapidamente avançou nessa direção: Manfred Eigen descobriu a hiperciclo, a evolução de conjuntos de moléculas de RNA e Julius Rebecque criou a primeira molécula artificial que se auto-replica em clorofórmio.

Espaço e Terra

No Centro de Vôo Espacial da NASA, John Corlis estudou o processo de fornecimento de energia e produtos químicos das fontes termais dos mares, o que torna a evolução química independente do ambiente espacial e hoje são para as archeobactérias originais um habitat permanente. No mundo dos sulfetos de ferro, surgiram várias hipóteses de Gunther Wachtershauser.

Ele descreveu as primeiras estruturas auto-replicantes com a troca de substâncias que apareceram na superfície da pirita (sulfato de ferro), que deu a energia necessária para o metabolismo. Sob condições de seleção, os cristais de pirita em crescimento e em decomposição podem crescer e se multiplicar, criando diferentes populações. Os minerais de argila também foram densamente estudados para o aparecimento de moléculas orgânicas. No entanto, o modelo unificado de evolução química ainda não existe, já que os princípios básicos do movimento deste processo ainda não estão abertos.