Evolution chimique: étapes et essence

Dans le processus de transformation de la chimie en science, la soi-disant évolution chimique a eu lieu et le tournant de ce processus révolutionnaire est venu après la création en 1777 du scientifique naturel français Lavoisier de la théorie de la combustion avec une description du rôle de l'oxygène. Parallèlement, la révision de tous les concepts fondamentaux et principes fondamentaux de la chimie a commencé, la terminologie et la nomenclature des substances ont changé.

Cours élémentaire

L'année 1789 a marqué la publication du manuel Lavoisier, est devenu immédiatement l'outil principal pour les théoriciens et praticiens de la science né. Dans le «cours élémentaire de la chimie» était déjà la première dans la liste du monde – une table de corps simples, qui répertoriait les éléments chimiques connus. Au cœur de ce volume de Lavoisier, la théorie de la combustion de l'oxygène, à travers laquelle l'évolution chimique était dirigée sur un chemin complètement nouveau. La chose la plus importante dans la détermination de l'élément est l'expérience, c'est lui qui a choisi le scientifique comme critère principal, et tout ce qui n'est pas confirmé par l'expérience, par exemple, une structure atomique ou moléculaire, Lavoisier n'a pas considéré.

L'évolution chimique est passée par les lois formulées par elle – sur la préservation de la masse, la nature des propriétés des composés, leurs différences dans la composition élémentaire. C'est alors que la chimie a pris la forme de la science comme indépendante, étudiant la composition des corps par des moyens expérimentaux. L'évolution chimique ne peut se passer de la rationalisation de l'objet, et donc, l'humanité a finalement abandonné le passé alchimique, car les idées sur la nature de la matière et ses propriétés ont changé radicalement et très rapidement. Et l'impulsion de ce processus a été la recherche de Lavoisier. Maintenant, même les écoliers savent que les étapes de l'évolution chimique (ou l'évolution prébiotique) doivent être considérées à partir du moment qui a précédé l' émergence de la vie sur Terre. Au dix-huitième siècle, personne n'a encore eu de telles idées sur le monde.

La vie

L'évolution chimique de la Terre a commencé dans une planète absolument sans vie, lorsque les substances organiques ont progressivement commencé à émerger des molécules inorganiques, qui ont été influencées de manière spéciale par l'énergie et les facteurs de sélection. Les processus d'auto-organisation caractérisés par des systèmes même relativement complexes se sont déroulés. Donc, sur la Terre il y avait un carbone. Plutôt, des molécules contenant du carbone apparurent d'abord, qui revêtent une importance fondamentale non seulement pour l'émergence, mais aussi pour le développement de toute matière vivante.

Nous ne savons toujours pas quelles sont les essences de l'évolution chimique au début du développement de la vie. Connu sur la chimie de toute substance limite le processus évolutif aux limites du postulat eau-carbone. Peut-être que dans l'univers, il existe des variantes d'une autre manière d'existence de la matière vivante, et notre origine protéique n'est pas la seule «sortie». Ici, une combinaison unique de qualités de polymérisation du carbone avec les propriétés dépolarisantes du milieu aqueux en phase liquide a été réalisée. Ces conditions étaient suffisantes pour commencer l'évolution chimique de la vie et aussi nécessaires au développement de toute la variété des formes de vie qui nous sont connues.

Démarrer le processus

L'humanité ne sait même pas tout sur son propre berceau. Surtout où et quand les étapes de l'évolution chimique sur Terre ont commencé. Nous ne pouvons que supposer cela. Ici, en premier lieu, tout le temps est possible.

Lorsque le deuxième cycle de formation d'étoiles s'est terminé, lorsque les produits de l'explosion des supernovae ont été condensés , ce qui a donné aux éléments de l'espace interstellaire appelés lourds, dans lesquels la masse dépasse vingt-six. Lorsque les étoiles déjà en deuxième génération ont acquis leurs propres systèmes planétaires, où les éléments lourds nécessaires étaient déjà suffisants. L'essence de l'évolution chimique pourrait être réalisée à tout moment après le Big Bang dans l'intervalle d'un demi milliard à un milliard et demi d'années.

Où la vie est née

Dans ce cas, il pourrait s'agir d'une question ouverte. En créant de nombreuses conditions assez probables, le lancement d'une écologie chimique pourrait se produire dans pratiquement n'importe quel environnement. C'est la profondeur des planètes, les profondeurs des océans et la surface, même les formations protoplanétaires.

En outre, les nuages de gaz interstellaire peuvent également servir de tremplin pour attaquer la matière vivante sur l'absence de vie, ce qui est confirmé par les substances organiques qui y sont trouvées – les alcools et les sucres, les aldéhydes, les acides aminés de la glycine et bien d'autres, qui peuvent servir de matériau de départ pour l'émergence de la vie grâce à l'évolution chimique qui a commencé.

Théorie

La Terre ancienne garde ses secrets, et l'humanité n'a pas encore d'informations fiables sur les conditions géochimiques de son existence avant l'apparition de la vie. Les études géologiques ne peuvent pas satisfaire toutes les questions émergentes et, par conséquent, l'astronomie est largement utilisée pour l'étude. La théorie de l'évolution chimique est donc construite. Les conditions venusiennes ou martiennes d'aujourd'hui sont considérées comme analogues à la Terre à certains stades de l'évolution chimique.

Les expériences sont mises sur des modèles, et donc toutes les données de base qui nous sont connues sont obtenues. Par exemple, en simulant diverses compositions chimiques et conditions climatiques dans l'atmosphère, on a obtenu de l'hydrosphère, de la lithosphère, des molécules organiques complexes. L'acquisition de nouvelles données par des moyens expérimentaux enrichit toujours la théorie en cours de construction. Ainsi, il y a eu de nombreuses hypothèses sur les mécanismes spécifiques et les forces directes de l'évolution chimique qui a eu lieu.

Recherche en Russie

La vie sur la Terre a été formée en raison de l'abiogenèse, c'est-à-dire la naissance de composés organiques dont l'existence est inhérente à la nature vivante en dehors de tout organisme et sans la moindre implication des enzymes. C'est la toute première étape où le vivant apparaît de la mort.

Selon l'hypothèse de l'académicien Oparin dans les années vingt du vingtième siècle, les solutions de composés à haut poids moléculaire peuvent former certaines zones où leur concentration augmente, et la séparation de l'environnement externe ne les empêche pas d'échanger avec elle. Ces zones sont appelées coacervates ou gouttes de coacervation.

À l'étranger

La première synthèse abiogénique, réalisée dans les conditions de la Terre primitive, a été réalisée en 1953 par Stanley Miller, synthétisant des acides aminés avec d'autres substances organiques. Par la suite, la théorie des hypercycles est apparue, ce qui explique les manifestations de la vie dans le processus de l'évolution chimique par la présence de complexes de réactions catalytiques qui se succèdent, où le produit du précédent devient le catalyseur pour le prochain.

Seulement en 2008, les biologistes américains ont créé la première "protocell", qui à travers la membrane des acides gras et des lipides a pu obtenir des nucléotides monophosphates de l'environnement. Ces «briques» activées par l'imidazole sont absolument nécessaires pour la synthèse de l'ADN. Et en 2011 au Japon, des vésicules ont été créées avec des éléments d'ADN sous la coque cationique, qui étaient capables de se diviser, puisqu'il y avait une réaction en chaîne poly-dimensionnelle répliquant l'ADN.

Principales hypothèses

L'évolution chimique de la vie sur terre dans les hypothèses explique les points fondamentaux suivants.

1. La nécessité de l'apparition sur Terre ou dans le Cosmos des conditions dans lesquelles se produit la synthèse autocatalytique des molécules contenant de l'azote et la synthèse doit avoir de gros volumes et une variété considérable suffisante pour le début du processus d'évolution chimique.
2. L'émergence de structures pro-cellulaires émergeant des molécules décrites ci-dessus. Ces agrégats fermés stables sont isolés de l'environnement, le métabolisme et les énergies en eux passent sélectivement. Il y a donc des structures pro-cellulaires.
3. Dans les agrégats résultants, il existe une capacité de développement indépendant – auto-réplication et auto-changement de tous les systèmes chimiques d'information. Il y a donc des unités élémentaires du code héréditaire.
4. La prochaine étape est l'apparition de l'interdépendance entre les fonctions enzymatiques et les propriétés des protéines avec l'ARN et l'ADN en tant que supports d'information. Ainsi, le code d'héritage lui-même, qui est nécessaire à l'évolution biologique, se pose.

Découvertes

Comme on l'a dit plus haut, Oparin a ouvert des coacervates dans les années vingt du siècle dernier. En 1953, Stanley Miller et Harold Urey ont décrit l'occurrence dans l'atmosphère antique simulée de biomolécules simples et le processus de leur apparition. Ensuite, Sydney Fox a raconté au monde les microsphères des protenoïdes. En 1981, T. Cecu et S. Altman ont réussi à observer la division autocatalytique de l'ARN, car les ribozymes sont capables de combiner l'information et la catalyse dans une molécule, "se coupant" hors de la chaîne et reliant les "extrémités" restantes.

En 1986, W. Gilbert de Cambridge a développé l'idée du «Monde des ARN», tandis que Günter von Kidrowski d'Allemagne a présenté le premier système auto-réplicant basé sur l'ADN, qui a été une contribution majeure à la compréhension des systèmes auto-réplicants et des fonctions de leur croissance. Science a rapidement avancé dans cette direction: Manfred Eigen a découvert l'hypercycle, l'évolution des ensembles de molécules d'ARN et Julius Rebecque a créé la première molécule artificielle qui se réplique dans le chloroforme.

Espace et Terre

Au centre de vol spatial de la NASA, John Corlis a étudié le processus de fourniture d'énergie et de produits chimiques à partir des sources thermales des mers, ce qui rend l'évolution chimique indépendante de l'environnement spatial et, aujourd'hui, sont pour les archeobactéries originales un habitat permanent. Dans le monde des sulfures de fer, plusieurs hypothèses de Gunther Wachtershauser sont apparues.

Il a décrit les premières structures auto-répliquées avec l'échange de substances apparues à la surface de la pyrite (sulfate de fer), ce qui a donné l'énergie nécessaire au métabolisme. Dans des conditions de sélection, les cristaux de pyrite en croissance et en décomposition peuvent croître et se multiplier, créant différentes populations. Les minéraux argileux ont également été fortement étudiés pour l'apparition de molécules organiques. Néanmoins, le modèle unifié d'évolution chimique n'existe pas encore, puisque les principes fondamentaux du mouvement de ce processus ne sont pas encore ouverts.