यह पहले ही कहा जा चुका है कि कंप्यूटर के उपयोग ने विभिन्न मॉडलों पर सौर मंडल और विशेष रूप से पृथ्वी के निर्माण और विकास की गणना करना संभव बना दिया है। पृथ्वी का रासायनिक विकास पृथ्वी के विकास के दौरान विभिन्न तत्वों के निश्चित अनुपात का निर्माण हुआ। पृथ्वी, आंतरिक ग्रहों में सबसे विशाल, रासायनिक विकास के सबसे कठिन रास्ते से गुज़री है। इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि पृथ्वी का भूवैज्ञानिक इतिहास...

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आधुनिक प्राकृतिक विज्ञान की अवधारणाएँ
व्याख्यान 16. पृथ्वी का रासायनिक विकास

यह पहले ही कहा जा चुका है कि कंप्यूटर के उपयोग ने विभिन्न मॉडलों पर सौर मंडल और विशेष रूप से पृथ्वी के निर्माण और विकास की गणना करना संभव बना दिया है।

सबसे ठोस मॉडल एक ही घूर्णन गैस-धूल परिसर से सूर्य और ग्रहों का निर्माण है, अर्थात। के अनुसारघुमानेवाला परिकल्पनाएँ आइए हम याद करें कि, इन परिकल्पनाओं के अनुसार, एक घूर्णनशील गैस नीहारिका के केंद्र में एक प्रोटोस्टार, सूर्य का निर्माण हुआ था। भूमध्यरेखीय क्षेत्र में केन्द्रापसारक बलों के कारण गैस और धूल के अस्थिर प्रवाह का उदय हुआ। इसके बाद, पदार्थ का यह हिस्सा सूर्य से दूर हो गया और अपने साथ अतिरिक्त कोणीय गति भी ले गया। इस प्रकार सूर्य के विषुवतीय तल में एक गैस-धूल डिस्क (छल्ला) का निर्माण हुआ।

सूर्य ने इस वलय के आंतरिक भाग को गर्म कर दिया, जिससे वाष्पीकरण हुआ और सौर हवा द्वारा हल्के तत्वों को वलय के दूर के हिस्सों में "बाहर" निकाल दिया गया। इस प्रक्रिया में लगभग 100 मिलियन वर्ष लगे। सूर्य से दूरी के आधार पर, निहारिका के विभिन्न हिस्से अलग-अलग दरों पर ठंडे हुए, जिससे रासायनिक प्रक्रियाओं की घटना में अंतर आया। ग्रहों और विशेष रूप से पृथ्वी का रासायनिक विकास भी अलग-अलग तरीके से हुआ: सबसे पहले, सबसे दुर्दम्य तत्व संघनित हुए, और फिर अस्थिर तत्व। हम पृथ्वी के विकास के संदर्भ में रासायनिक यौगिकों के विकास के आगे के इतिहास पर विचार करते हैं।

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1. पृथ्वी का रासायनिक विकास

पृथ्वी के विकास के दौरान विभिन्न तत्वों का निश्चित अनुपात में विकास हुआ। ग्रहों, धूमकेतुओं, उल्कापिंडों और सूर्य के पदार्थ में आवधिक प्रणाली के सभी तत्व शामिल हैं, जो उनकी सामान्य उत्पत्ति को साबित करते हैं, लेकिन मात्रात्मक संबंध भिन्न होते हैं। विभिन्न प्राकृतिक प्रणालियों में किसी भी रासायनिक तत्व के परमाणुओं की संख्या आमतौर पर सिलिकॉन के संबंध में व्यक्त की जाती है, क्योंकि सिलिकॉन प्रचुर मात्रा में और कठिन-से-वाष्पशील यौगिकों से संबंधित है।

जैसे-जैसे क्रमसूचक संख्या बढ़ती है, तत्वों की व्यापकता कम होती जाती है, लेकिन समान रूप से नहीं। यह उल्लेखनीय है किसम परमाणु संख्या वाले तत्व, विशेष रूप से द्रव्यमान संख्या वाले तत्व जो कि 4 का गुणक है, अधिक सामान्य हैं. इनमें विशेष रूप से, He, CO, Ne, Mg, Si, S, Ar, Ca शामिल हैं। तथ्य यह है कि ये द्रव्यमान संख्याएँ स्थिर नाभिक से मेल खाती हैं। अमेरिकी ब्रह्मांड विज्ञानी जी. उरी और जी. सूस ने इस बारे में निम्नलिखित लिखा: "...रासायनिक तत्वों और उनके समस्थानिकों की प्रचुरता परमाणु गुणों से निर्धारित होती है, और हमारे आस-पास का पदार्थ ब्रह्मांडीय परमाणु आग की राख के समान है जिसमें से यह बनाया गया था।"

रेडियोधर्मिता पृथ्वी के सबसे महत्वपूर्ण गुणों में से एक है जो इसकी उत्पत्ति और रासायनिक विकास को निर्धारित करती है। सभी आदिम ग्रह अत्यधिक रेडियोधर्मी थे। रेडियोधर्मी क्षय की ऊर्जा के कारण गर्म होने पर, उनमें रासायनिक विभेदन हुआ, जिसकी परिणति स्थलीय ग्रहों के आंतरिक धात्विक कोर के निर्माण में हुई।

लिथोफिलिक तत्व, अर्थात्। ग्रहों के ठोस आवरण बनाने वाले तत्व (Si, O, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K) ऊपर की ओर बढ़े, फ्यूज़िबल अंशों के पिघलने के दौरान मेंटल के पिघले पदार्थ से गैसों के निकलने से बेसाल्ट पिघल गया, जो ग्रहों की सतह पर भी फैल गया। उनके साथ निकलने वाले गैस घटकों ने प्राथमिक वायुमंडल को जन्म दिया जो केवल अपेक्षाकृत बड़े ग्रहों को ही धारण कर सकता था, जिसमें पृथ्वी भी शामिल थी। पृथ्वी की संरचना का निर्माण आरेख चित्र 1 में दिखाया गया है।

पृथ्वी आंतरिक ग्रहों में सबसे विशाल है, और रासायनिक विकास के सबसे कठिन रास्ते से गुज़री है। उल्कापिंड पदार्थ में पाए जाने वाले जटिल कार्बनिक यौगिकों को भी आत्मसात किया गया। ये पदार्थ प्रोटोप्लेनेटरी क्लाउड के ठंडा होने के अंतिम चरण में बने थे। इसके बाद, पृथ्वी पर जीवन का उदय हुआ।

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भू-कालक्रम। रूसी भू-रसायनज्ञ ए.ई. फ़र्समैन (1883-1945) ने पृथ्वी के परमाणुओं के अस्तित्व को तीन युगों में विभाजित किया:

अस्तित्व की तारकीय स्थितियों का युग,
- ग्रहों के निर्माण की शुरुआत का युग,
- भूवैज्ञानिक विकास का युग।

भूवैज्ञानिक विकास के युग के दौरान पृथ्वी की चट्टानों के निर्माण के समय और क्रम को निर्दिष्ट करने के लिए, यह शब्द कहा जाता हैभू-कालानुक्रम

1881 में बोलोग्ना में अंतर्राष्ट्रीय भूवैज्ञानिक कांग्रेस में युग, युग, काल, शताब्दी, समय शब्द पेश किए गए और भू-कालानुक्रमिक पैमाने को अपनाया गया।

इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि पृथ्वी का भूवैज्ञानिक इतिहास इसके जैविक विकास से अविभाज्य है; यह निकट संबंध में और विकासशील जीवन के प्रभाव में हुआ। ये संबंध भू-कालानुक्रम में भी परिलक्षित होते हैं।

पृथ्वी के भूवैज्ञानिक और जैविक इतिहास के ज्ञान की डिग्री के अनुसार, इसके अस्तित्व के पूरे समय को दो असमान भागों में विभाजित किया गया है:

1. क्रिप्टोज़ (क्रिप्टोस सीक्रेट), यह भाग समय की एक बड़ी अवधि (570 से 3800 मिलियन वर्ष पूर्व तक) को कवर करता है। यह आर्कियन और प्रोटेरोज़ोइक युग सहित जैविक जीवन के छिपे हुए विकास का काल है।

2. फ़ैनरोज़ोइक (ग्रीक फेनेरोस "प्रकट" + ज़ो "जीवन"), 570 मिलियन वर्षों का बाद का घटक और इसमें पैलियोज़ोइक, मेसोज़ोइक और सेनोज़ोइक युग शामिल हैं;

पृथ्वी के जैविक विकास के इतिहास में निर्णायक मोड़ पैलियोज़ोइक युग का कैम्ब्रियन काल था। यदि प्रीकैम्ब्रियन युग एककोशिकीय जीवों के एकमात्र प्रभुत्व का समय था, तो कैम्ब्रियन के बाद का युग बहुकोशिकीय रूपों का युग बन गया। कैंब्रियन काल के दौरान, विकास के इतिहास में पहली बार, आधुनिक प्रकार के बहुकोशिकीय जीवों का उदय हुआ, उन शारीरिक "योजनाओं" की सभी मुख्य विशेषताएं बनाई गईं जिनके अनुसार ये जीव अभी भी बने हैं, इसके लिए आवश्यक शर्तें रखी गईं भविष्य में इन जीवों का समुद्र से भूमि पर उद्भव और पृथ्वी की संपूर्ण सतह पर उनका कब्ज़ा।

यह अभी भी रहस्यमय लगता है कि नए रूपों की उपस्थिति पूरे कैंब्रियन युग या कम से कम उसके एक महत्वपूर्ण हिस्से तक नहीं फैली, बल्कि लगभग तीन से पांच मिलियन वर्षों के दौरान लगभग एक साथ हुई। भूवैज्ञानिक समय के पैमाने पर, यह एक बिल्कुल महत्वहीन अवधि है - यह विकास की कुल अवधि का केवल एक हजारवां हिस्सा है। इस विकासवादी छलांग को "कैम्ब्रियन विस्फोट" कहा गया।

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2. रसायन विज्ञान में स्व-संगठन की अवधारणा।

जैविक जीवन की उत्पत्ति का प्रश्न अभी भी आधुनिक प्राकृतिक विज्ञान में सबसे दिलचस्प और जटिल मुद्दों में से एक बना हुआ है। इस प्रश्न का उत्तर देने का अर्थ यह बताना है कि प्रकृति ने न्यूनतम रासायनिक तत्वों और यौगिकों से सबसे जटिल मैक्रोमोलेक्यूल्स और फिर जैव प्रणालियों का एक उच्च संगठित परिसर कैसे बनाया?

इस प्रश्न का उत्तर वर्तमान में एक विशेष रासायनिक विज्ञान - विकासवादी रसायन विज्ञान में खोजा जा रहा है। इसे कभी-कभी भी कहा जाता हैप्रीबायोलॉजी रासायनिक प्रणालियों के स्व-संगठन का विज्ञान।

स्व-संगठन को भौतिक गतिशील जटिलता स्तरों के क्रम में सहज वृद्धि के रूप में समझा जाता है, अर्थात। गुणात्मक रूप से बदलती प्रणालियाँ।

प्रीबायोलॉजिकल सिस्टम के स्व-संगठन की समस्या के लिए सब्सट्रेट और कार्यात्मक दृष्टिकोण।विकासवादी रसायन विज्ञान के ढांचे के भीतर, स्व-संगठन की समस्या के दो दृष्टिकोण हैं: सब्सट्रेट और कार्यात्मक। कार्यात्मक दृष्टिकोण भौतिक प्रणालियों के स्व-संगठन की प्रक्रियाओं के अध्ययन पर ध्यान केंद्रित करता है, उन कानूनों की पहचान करने पर जिनके ये प्रक्रियाएं अधीन हैं। यहां, विकासवादी प्रक्रियाओं को अक्सर साइबरनेटिक्स के दृष्टिकोण से माना जाता है। इस दृष्टिकोण में चरम दृष्टिकोण विकसित प्रणालियों की सामग्री के प्रति पूर्ण उदासीनता का बयान है।

सब्सट्रेट दृष्टिकोणजैविक प्रणालियों के भौतिक आधार का अध्ययन करना शामिल है, अर्थात। जीवित जीव में शामिल तत्वों-अंगों और रासायनिक यौगिकों की एक निश्चित संरचना। जैवजनन (अर्थात जीवन की उत्पत्ति) की समस्या के लिए सब्सट्रेट दृष्टिकोण का परिणाम रासायनिक तत्वों और संरचनाओं के चयन के बारे में जानकारी प्राप्त करना है।

दरअसल, विकसित होती प्रणालियों को बनाने के लिए रासायनिक तत्वों का एक निश्चित चयन होता है। वर्तमान में, 100 से अधिक रासायनिक तत्व ज्ञात हैं, हालाँकि, जीवित प्रणालियों का आधार केवल 6 तत्वों से बना है, जिन्हें ऑर्गेनोजेन कहा जाता है:एस, एन, ओ, एन, पी, एस , जिसका कुल वजन अंश है 97,4 % . उनके बाद 12 और तत्व आते हैं जो बायोसिस्टम के कई शारीरिक रूप से महत्वपूर्ण घटकों के निर्माण में भाग लेते हैं: Na, K, Ca, Mg, Mn, Fe, Si, Al, Cl, Cu, Zn, Co। जीवों में इनका भार अंश 1.6% होता है।

दुनिया की सामान्य रासायनिक तस्वीर भी चयन की गवाही देती है। वर्तमान में, लगभग 8 मिलियन रासायनिक यौगिक ज्ञात हैं। इनमें से अधिकांश (लगभग 96%) कार्बनिक यौगिक हैं, जिनकी मुख्य निर्माण सामग्री समान 6 + 12 तत्व हैं। यह दिलचस्प है कि शेष रासायनिक तत्वों में से, प्रकृति ने केवल लगभग 300 हजार अकार्बनिक यौगिक बनाए।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि प्रकृति द्वारा चुने गए कार्बनिक पदार्थों के ऐसे संकीर्ण दायरे से, संपूर्ण कठिन-से-देखने योग्य जीवित दुनिया का निर्माण हुआ।

रासायनिक यौगिकों के चयन के सिद्धांत क्या हैं - जटिल जैविक प्रणालियों के निर्माण के लिए एक प्रकार की "रासायनिक तैयारी"?

यह पता चला कि यहां निर्णायक भूमिका उत्प्रेरकों की है, अर्थात्। पदार्थ जो अभिकर्मक अणुओं को सक्रिय करते हैं और रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को बढ़ाते हैं। हालाँकि, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान उत्प्रेरक अपरिवर्तित नहीं रहते हैं: उनकी गतिविधि या तो कम हो जाती है या बढ़ जाती है।

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3. रासायनिक विकास और जीवजनन का सामान्य सिद्धांत

20वीं सदी के 60 के दशक में, यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया था कि रासायनिक विकास के दौरान उन रासायनिक संरचनाओं का चयन किया गया था जिन्होंने उत्प्रेरक की गतिविधि और चयनात्मकता में तेज वृद्धि में योगदान दिया था। इससे एमएसयू के प्रोफेसर ए.पी. रुडेंको ने 1964 में खुले उत्प्रेरक प्रणालियों के आत्म-विकास का सिद्धांत दिया, जिसे उचित रूप से कीमो- और जैवजनन का एक सामान्य सिद्धांत माना जा सकता है। इस सिद्धांत का सार यह है कि रासायनिक विकास उत्प्रेरक प्रणालियों का आत्म-विकास है, और इसलिए, विकसित होने वाला पदार्थ उत्प्रेरक है।

ए.पी. रुडेंको ने रासायनिक विकास का बुनियादी नियम भी तैयार किया:सबसे बड़ी गति और संभावना के साथ, उत्प्रेरक में विकासवादी परिवर्तनों के वे पथ बनते हैं जिनमें इसकी पूर्ण गतिविधि में अधिकतम वृद्धि होती है।

आत्म-विकास, प्रणालियों का आत्म-संगठन केवल ऊर्जा के निरंतर प्रवाह के कारण हो सकता है, जिसका स्रोत मुख्य है, अर्थात। बुनियादी प्रतिक्रिया.इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि आधार पर विकसित होने वाली उत्प्रेरक प्रणालियों द्वारा अधिकतम विकासवादी लाभ प्राप्त होते हैंएक्ज़ोथिर्मिकप्रतिक्रियाएं.

रासायनिक विकास की समयावधि.विश्व के रासायनिक विकास के प्रारंभिक चरण में उत्प्रेरण अनुपस्थित था। उत्प्रेरण की पहली अभिव्यक्ति तब शुरू होती है जब तापमान 5000° K और उससे नीचे चला जाता है और प्राथमिक ठोस पदार्थों का निर्माण होता है। यह भी माना जाता है कि जब रासायनिक तैयारी की अवधि, अर्थात्। गहन और विविध रासायनिक परिवर्तनों की अवधि को जैविक विकास की अवधि से बदल दिया गया; रासायनिक विकास रुक गया प्रतीत होता है।

विकासवादी रसायन विज्ञान का व्यावहारिक महत्व.विकासवादी रसायन विज्ञान न केवल जैवजनन के तंत्र को प्रकट करने में मदद करता है, बल्कि रासायनिक प्रक्रियाओं का नया नियंत्रण विकसित करना भी संभव बनाता है, जिसमें समान अणुओं के संश्लेषण के सिद्धांतों का अनुप्रयोग और जैव उत्प्रेरक और एंजाइम सहित नए शक्तिशाली उत्प्रेरक का निर्माण शामिल है। और यह, बदले में, कम-अपशिष्ट, अपशिष्ट-मुक्त और ऊर्जा-बचत वाली औद्योगिक प्रक्रियाएं बनाने की समस्याओं को हल करने की कुंजी है।

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जीवन की उत्पत्ति के सिद्धांत

पृथ्वी पर जीवन की उत्पत्ति के अब तक के सबसे प्रसिद्ध सिद्धांत निम्नलिखित हैं।

सृष्टिवाद . इस सिद्धांत के अनुसार, जीवन की रचना एक अलौकिक प्राणी ईश्वर ने एक विशिष्ट समय पर की थी। यह दृष्टिकोण लगभग सभी धार्मिक शिक्षाओं के अनुयायियों का है। हालाँकि, इस मुद्दे पर, विशेष रूप से, दुनिया के निर्माण के पारंपरिक ईसाई-यहूदी विचार (उत्पत्ति की पुस्तक) की व्याख्या पर, उनके बीच कोई एक दृष्टिकोण नहीं है। कुछ लोग बाइबल को शाब्दिक रूप से लेते हैं और मानते हैं कि दुनिया और इसमें रहने वाले सभी जीवित जीव 24 घंटे के छह दिनों में बनाए गए थे (1650 में, आर्कबिशप अशर ने बाइबिल की वंशावली में वर्णित सभी लोगों की उम्र को जोड़ते हुए गणना की कि भगवान ने अक्टूबर 4004 ईसा पूर्व में दुनिया का निर्माण शुरू किया था। और दिसंबर में 23 अक्टूबर को सुबह 9 बजे मनुष्य का निर्माण कर अपना काम पूरा किया। हालाँकि, यह पता चला है कि एडम का निर्माण ऐसे समय में हुआ था जब मध्य पूर्व में एक अच्छी तरह से विकसित शहरी सभ्यता पहले से ही मौजूद थी). अन्य लोग बाइबिल को एक वैज्ञानिक पुस्तक नहीं मानते हैं और मानते हैं कि इसमें मुख्य बात प्राचीन दुनिया के लोगों के लिए समझने योग्य रूप में सर्वशक्तिमान निर्माता द्वारा दुनिया के निर्माण के बारे में दिव्य रहस्योद्घाटन है। दूसरे शब्दों में, बाइबल "कैसे?" प्रश्नों का उत्तर नहीं देती है। और "कब?", लेकिन "क्यों?" प्रश्न का उत्तर देता है। व्यापक अर्थ में, सृजनवाद इस प्रकार दुनिया के पूर्ण रूप में निर्माण और निर्माता द्वारा निर्धारित कानूनों के अनुसार विकसित होने वाली दुनिया के निर्माण दोनों की अनुमति देता है।

दुनिया की दिव्य रचना की प्रक्रिया की कल्पना केवल एक बार की गई है और इसलिए अवलोकन के लिए दुर्गम है। हालाँकि, एक आस्तिक के लिए, धार्मिक (दिव्य) सत्य पूर्ण है और उसे प्रमाण की आवश्यकता नहीं है। साथ ही, एक वास्तविक वैज्ञानिक के लिए, वैज्ञानिक सत्य पूर्ण नहीं है; इसमें हमेशा परिकल्पना का एक तत्व होता है। इस प्रकार, सृजनवाद की अवधारणा स्वचालित रूप से वैज्ञानिक अनुसंधान के दायरे से बाहर है, क्योंकि विज्ञान केवल उन घटनाओं से संबंधित है जो देखने योग्य हैं और अनुसंधान के दौरान पुष्टि या अस्वीकार की जा सकती हैं (वैज्ञानिक सिद्धांतों की मिथ्याकरण का सिद्धांत)। दूसरे शब्दों में, विज्ञान कभी भी सृजनवाद को सिद्ध या अस्वीकृत करने में सक्षम नहीं होगा।

सहज पीढ़ी. इस सिद्धांत के अनुसार, जीवन निर्जीव पदार्थ से उत्पन्न हुआ और बार-बार उत्पन्न होता है। यह सिद्धांत प्राचीन चीन, बेबीलोन और मिस्र में व्यापक था। अरस्तू, जिन्हें अक्सर जीव विज्ञान का संस्थापक कहा जाता है, जीवित चीजों के विकास के बारे में एम्पेडोकल्स के पहले के बयानों को विकसित करते हुए, जीवन की सहज उत्पत्ति के सिद्धांत का पालन करते थे। उनका मानना ​​था कि "...जीवित चीज़ें न केवल जानवरों के संभोग से, बल्कि मिट्टी के अपघटन से भी उत्पन्न हो सकती हैं।" ईसाई धर्म के प्रसार के साथ, यह सिद्धांत चर्च द्वारा भोगवाद, जादू और ज्योतिष के साथ शापित उसी "फ्रेम" में पाया गया, हालांकि यह तब तक पृष्ठभूमि में कहीं मौजूद रहा जब तक कि 1688 में इतालवी जीवविज्ञानी और चिकित्सक द्वारा प्रयोगात्मक रूप से इसका खंडन नहीं किया गया। फ्रांसेस्को रेडी. "जीने से ही जीवन का उदय होता है" सिद्धांत को विज्ञान में रेडी सिद्धांत कहा जाता है। इस प्रकार जैवजनन की अवधारणा उभरी, जिसके अनुसार जीवन केवल पिछले जीवन से ही उत्पन्न हो सकता है। 19वीं शताब्दी के मध्य में, एल. पाश्चर ने अंततः सहज पीढ़ी के सिद्धांत का खंडन किया और जैवजनन के सिद्धांत की वैधता को साबित किया।

पैंस्पर्मिया सिद्धांत. इस सिद्धांत के अनुसार, जीवन बाहर से पृथ्वी पर लाया गया था, इसलिए, संक्षेप में, इसे जीवन की उत्पत्ति का सिद्धांत नहीं माना जा सकता है। यह जीवन की प्राथमिक उत्पत्ति को समझाने के लिए कोई तंत्र प्रदान नहीं करता है, बल्कि सरलता से करता हैजीवन की उत्पत्ति की समस्या उत्पन्न करता हैब्रह्माण्ड में किसी अन्य स्थान पर।

जैव रासायनिक विकास का सिद्धांत. भौतिक और रासायनिक नियमों का पालन करने वाली प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप प्राचीन पृथ्वी की विशिष्ट परिस्थितियों में जीवन उत्पन्न हुआ।

बाद वाला सिद्धांत आधुनिक प्राकृतिक वैज्ञानिक विचारों को दर्शाता है और इसलिए इस पर अधिक विस्तार से चर्चा की जाएगी।

आधुनिक विज्ञान के अनुसार पृथ्वी की आयु लगभग साढ़े चार अरब वर्ष है। सुदूर अतीत में, पृथ्वी पर स्थितियाँ आधुनिक परिस्थितियों से मौलिक रूप से भिन्न थीं, जिसने रासायनिक विकास का एक निश्चित पाठ्यक्रम निर्धारित किया, जो जीवन के उद्भव के लिए एक शर्त थी। दूसरे शब्दों में, जैविक विकास उचित रूप से पहले हुआ थाप्रीबायोटिकअकार्बनिक पदार्थ से कार्बनिक पदार्थ और फिर जीवन के प्रारंभिक रूपों में संक्रमण से जुड़ा विकास। यह उस समय पृथ्वी पर मौजूद कुछ शर्तों के तहत संभव था, अर्थात्:

· उच्च तापमान, लगभग 4000के बारे में साथ,
जलवाष्प, CO से युक्त वातावरण 2, सीएच 3, एनएच 3 ,
सल्फर यौगिकों की उपस्थिति (ज्वालामुखीय गतिविधि),
वायुमंडल की उच्च विद्युत गतिविधि,
· सूर्य से पराबैंगनी विकिरण, जो आसानी से वायुमंडल की निचली परतों और पृथ्वी की सतह तक पहुंच गया, क्योंकि ओजोन परत अभी तक नहीं बनी थी।

जैव रासायनिक विकास के सिद्धांत और सहज पीढ़ी के सिद्धांत के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतरों में से एक पर जोर दिया जाना चाहिए, अर्थात्: इस सिद्धांत के अनुसारजीवन का उद्भव उन परिस्थितियों में हुआ जो आधुनिक बायोटा के लिए अनुपयुक्त हैं!

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ओपरिन-हाल्डेन अनुमान. 1923 में, ओपरिन की प्रसिद्ध परिकल्पना सामने आई, जो निम्नलिखित तक सीमित हो गई: पहला जटिल हाइड्रोकार्बन सरल यौगिकों से समुद्र में उत्पन्न हो सकता है, धीरे-धीरे जमा हो सकता है और "प्राथमिक शोरबा" के उद्भव की ओर ले जा सकता है। इस परिकल्पना ने शीघ्र ही एक सिद्धांत का महत्व प्राप्त कर लिया। यह कहा जाना चाहिए कि बाद के प्रायोगिक अध्ययनों ने ऐसी धारणाओं की वैधता का संकेत दिया। इसलिए 1953 में, एस. मिलर ने, प्राचीन पृथ्वी की अनुमानित स्थितियों (उच्च तापमान, पराबैंगनी विकिरण, विद्युत निर्वहन) का अनुकरण करते हुए, प्रयोगशाला स्थितियों में 15 अमीनो एसिड को संश्लेषित किया जो जीवित चीजों का हिस्सा हैं, कुछ सरल शर्करा (राइबोज)। बाद में, सरल न्यूक्लिक एसिड (ऑर्गेल) को संश्लेषित किया गया। वर्तमान में, जीवन का आधार बनने वाले सभी 20 अमीनो एसिड को संश्लेषित किया गया है।

ओपेरिन ने ऐसा मान लियाप्रोटीन निर्जीव चीजों को जीवित चीजों में बदलने में निर्णायक भूमिका निभाते हैं।. प्रोटीन हाइड्रोफिलिक कॉम्प्लेक्स बनाने में सक्षम हैं: पानी के अणु उनके चारों ओर एक खोल बनाते हैं। ये कॉम्प्लेक्स जलीय चरण से अलग हो सकते हैं और तथाकथित कोएसर्वेट्स बना सकते हैं (<лат. сгусток, куча) с липидной оболочкой, из которой затем могли образоваться примитивные клетки. Существенный недостаток этой гипотезы – она не опирается на современную молекулярную биологию. Это вполне объяснимо, поскольку механизм передачи наследственных признаков и роль ДНК стали известны сравнительно недавно.

(अंग्रेजी वैज्ञानिक हाल्डेन (कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय) ने 1929 में अपनी परिकल्पना प्रकाशित की, जिसके अनुसार कार्बन डाइऑक्साइड से समृद्ध पृथ्वी के वायुमंडल में रासायनिक प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप जीवित चीजें भी पृथ्वी पर दिखाई दीं, और पहले जीवित प्राणी शायद "विशाल अणु" थे। "उन्होंने न तो हाइड्रोफिलिक कॉम्प्लेक्स और न ही कोएसर्वेट्स का उल्लेख किया, लेकिन उनका नाम अक्सर ओपरिन के नाम के आगे उल्लेख किया गया है, और परिकल्पना को ओपरिन-हाल्डेन परिकल्पना कहा गया था।)

जीवन के उद्भव में निर्णायक भूमिका बाद में डीएनए अणु की प्रतिकृति के लिए एक तंत्र के उद्भव को सौंपी गई। दरअसल, अमीनो एसिड और अन्य जटिल कार्बनिक यौगिकों का संयोजन कितना भी जटिल क्यों न हो, जीवन नहीं है। आख़िरकार, जीवन की सबसे महत्वपूर्ण संपत्ति उसकी स्वयं को पुन: उत्पन्न करने की क्षमता है। यहां समस्या यह है कि डीएनए स्वयं "असहाय" है, यह कार्य कर सकता हैकेवल एंजाइम प्रोटीन की उपस्थिति में(उदाहरण के लिए, एक डीएनए पोलीमरेज़ अणु जो डीएनए अणु को "खोलता है", इसे प्रतिकृति के लिए तैयार करता है)। यह प्रश्न खुला रहता है कि प्रोटो-डीएनए जैसी जटिल "मशीनें" और इसके कामकाज के लिए आवश्यक प्रोटीन-एंजाइमों का जटिल परिसर अनायास कैसे उत्पन्न हो सकता है।

हाल ही में एक विचार विकसित किया गया हैआरएनए पर आधारित जीवन की उत्पत्ति, अर्थात। पहला जीव आरएनए हो सकता था, जो, जैसा कि प्रयोगों से पता चलता है, एक टेस्ट ट्यूब में भी विकसित हो सकता है। ऐसे जीवों के विकास की स्थितियाँ देखी जाती हैंमिट्टी के क्रिस्टलीकरण के दौरान. ये धारणाएँ, विशेष रूप से, इस तथ्य पर आधारित हैं कि मिट्टी के क्रिस्टलीकरण के दौरान, क्रिस्टल की प्रत्येक नई परत को पिछले एक की विशेषताओं के अनुसार व्यवस्थित किया जाता है, जैसे कि इससे संरचना के बारे में जानकारी प्राप्त हो रही हो। यह आरएनए और डीएनए प्रतिकृति के तंत्र जैसा दिखता है। इस प्रकार, यह पता चलता है कि रासायनिक विकास अकार्बनिक यौगिकों से शुरू हुआ, और पहला बायोपॉलिमर ऑटोकैटलिटिक प्रतिक्रियाओं का परिणाम हो सकता हैछोटे अणु मिट्टी एल्युमिनोसिलिकेट्स।

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हाइपरसाइकल और जीवन की उत्पत्ति. स्व-संगठन की अवधारणा, पहले चर्चा की गई रुडेंको के रासायनिक विकास के सिद्धांत और जर्मन भौतिक रसायनज्ञ एम. ईगेन की परिकल्पना के आधार पर, जीवन की उत्पत्ति और विकास की प्रक्रियाओं की बेहतर समझ में योगदान कर सकती है। उत्तरार्द्ध के अनुसार, जीवित कोशिकाओं के उद्भव की प्रक्रिया का अंतःक्रिया से गहरा संबंध हैन्यूक्लियोटाइड्स ( न्यूक्लियोटाइड्स - न्यूक्लिक एसिड साइटोसिन, गुआनिन, थाइमिन, एडेनिन के तत्व), जो सूचना के भौतिक वाहक हैं, और प्रोटीन (पॉलीपेप्टाइड्स)[ 1] ), उत्प्रेरक के रूप में सेवारतरासायनिक प्रतिक्रिएं। परस्पर क्रिया की प्रक्रिया में, न्यूक्लियोटाइड, प्रोटीन के प्रभाव में, स्वयं को पुन: उत्पन्न करते हैं और अपने पीछे आने वाले प्रोटीन को जानकारी संचारित करते हैं, ताकि एबंद ऑटोकैटलिटिक सर्किट, जिसे एम. ईगेन ने बुलायाहाइपरसाइकल . आगे के विकास के क्रम में, पहली जीवित कोशिकाएँ उनसे उत्पन्न होती हैं, पहले बिना नाभिक (प्रोकैरियोट्स) के, और फिर नाभिक के साथ - यूकेरियोट्स।

यहां, जैसा कि हम देखते हैं, उत्प्रेरक के विकास के सिद्धांत और एक बंद ऑटोकैटलिटिक श्रृंखला की अवधारणा के बीच एक तार्किक संबंध है। विकास के क्रम में, ऑटोकैटलिसिस के सिद्धांत को एम. ईगेन द्वारा प्रस्तावित हाइपरसाइकिल में संपूर्ण चक्रीय रूप से संगठित प्रक्रिया के स्व-प्रजनन के सिद्धांत द्वारा पूरक किया जाता है। हाइपरसाइकल के घटकों का पुनरुत्पादन, साथ ही नए हाइपरसाइकल में उनका संयोजन, उच्च-ऊर्जा अणुओं के संश्लेषण और "अपशिष्ट" के रूप में ऊर्जा-गरीब अणुओं के उन्मूलन से जुड़े चयापचय में वृद्धि के साथ होता है। (यहां जीवन और गैर-जीवन के बीच मध्यवर्ती रूप के रूप में वायरस की विशेषताओं पर ध्यान देना दिलचस्प है:वे चयापचय करने की क्षमता से वंचित हो जाते हैं और कोशिकाओं में घुसकर अपने चयापचय तंत्र का उपयोग करना शुरू कर देते हैं). तो, ईजेन के अनुसार, हाइपरसाइकिल, या रासायनिक प्रतिक्रियाओं के चक्रों के बीच प्रतिस्पर्धा होती है, जिससे प्रोटीन अणुओं का निर्माण होता है। जो साइकिलें दूसरों की तुलना में तेजी से और अधिक कुशलता से काम करती हैं वे प्रतिस्पर्धा में "जीतती" हैं।

इस प्रकार, स्व-संगठन की अवधारणा हमें विकास के क्रम में जीवित और निर्जीव चीजों के बीच संबंध स्थापित करने की अनुमति देती है, ताकि जीवन का उद्भव इसके उद्भव के लिए स्थितियों और पूर्वापेक्षाओं का एक विशुद्ध रूप से यादृच्छिक और बेहद असंभावित संयोजन न लगे। .इसके अलावा, जीवन स्वयं अपने आगे के विकास के लिए परिस्थितियाँ तैयार करता है।

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प्रश्नों पर नियंत्रण रखें

1. घूर्णी मॉडल के अनुसार ग्रह निर्माण के मुख्य चरणों की सूची बनाएं।
2. सौर मंडल के ग्रहों की कौन सी सामान्य विशेषताएं ग्रहों की एक समान उत्पत्ति का संकेत देती हैं?
3. सौर मंडल में रासायनिक तत्वों की प्रचुरता को समझाइये।
4. पृथ्वी के पदार्थ का विभेदीकरण कैसे हुआ? पृथ्वी की संरचना समझाइये।
5. भू-कालानुक्रम क्या है?

6. पृथ्वी के इतिहास को (ज्ञान की मात्रा के अनुसार) किन भागों में बाँटा गया है?
7. किन तत्वों को ऑर्गेनोजेन कहा जाता है और क्यों?
8. कौन से तत्व जीवित प्रणालियों की रासायनिक संरचना बनाते हैं?
9. स्व-संगठन क्या है?
10. रासायनिक प्रणालियों के स्व-संगठन की समस्या के लिए सब्सट्रेट और कार्यात्मक दृष्टिकोण का सार क्या है?

11. विकासवादी रसायन विज्ञान क्या है?
12. रासायनिक विकास के दौरान रासायनिक तत्वों और उनके यौगिकों के प्राकृतिक चयन के बारे में क्या कहा जा सकता है?
13. उत्प्रेरक प्रणालियों के स्व-विकास का क्या अर्थ है?
14. विकासवादी रसायन विज्ञान का व्यावहारिक महत्व क्या है?
15. जीवन की उत्पत्ति के मुख्य सिद्धांतों की सूची बनाइये।

16. सृजनवाद क्या है? क्या सृजनवाद का खंडन संभव है? अपना जवाब समझाएं।
17. पैनस्पर्मिया सिद्धांत का कमजोर बिंदु क्या है?
18. जैवरासायनिक विकास का सिद्धांत जीवन की सहज उत्पत्ति के सिद्धांत से किस प्रकार भिन्न है?
19. जैव रासायनिक विकास के परिणामस्वरूप जीवन के उद्भव के लिए कौन सी परिस्थितियाँ आवश्यक मानी जाती हैं?
20. प्रीबायोटिक विकास क्या है?

21. ओपरिन-हाल्डेन परिकल्पना क्या है?
22. "निर्जीव" से "जीवित" में परिवर्तन को समझाने में मुख्य समस्या क्या है?
23. हाइपरसाइकल क्या है?

साहित्य

1. डबनिसचेवा टी.वाई.ए. आधुनिक प्राकृतिक विज्ञान की अवधारणाएँ। - नोवोसिबिर्स्क: यूकेईए, 1997।
2. कुज़नेत्सोव वी.एन., इडलिस जी.एम., गुटिना वी.एन. प्राकृतिक विज्ञान। - एम.: आगर, 1996.
3. ग्रायडोवॉय डी.एन. आधुनिक प्राकृतिक विज्ञान की अवधारणाएँ। प्राकृतिक विज्ञान के मूल सिद्धांतों पर संरचनात्मक पाठ्यक्रम। - एम.: उचपेड़, 1999।
4. आधुनिक प्राकृतिक विज्ञान की अवधारणाएँ / एड। एस.आई. सम्यगिना। - रोस्तोव एन/डी: फीनिक्स, 1997।
5. याब्लोकोव ए.वी., युसुफोव ए.जी. विकासवादी सिद्धांत. एम.: हायर स्कूल, 1998।
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8. न्यूडेलमैन आर. कैम्ब्रियन विरोधाभास। - "ज्ञान ही शक्ति है", अगस्त, सितंबर-अक्टूबर 1988।

[ 1] पॉलीपेप्टाइड्स अमीनो एसिड की लंबी श्रृंखला

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पाठ्यक्रम के वितरण एवं उपयोग के अधिकार किसके हैं
ऊफ़ा राज्य विमानन तकनीकी विश्वविद्यालय

अद्यतन 02/19/2002।
वेबमास्टर ओ.वी. ट्रुशिन

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रासायनिक विकास का सिद्धांत (प्रीबायोटिक विकास, जैवजनन सिद्धांत) - जीवन के विकास में पहला चरण, जिसके दौरान बाहरी ऊर्जावान और चयन कारकों के प्रभाव में और सभी अपेक्षाकृत जटिल प्रणालियों की विशेषता स्व-संगठन प्रक्रियाओं की तैनाती के कारण अकार्बनिक अणुओं से कार्बनिक, प्रीबायोटिक पदार्थ उत्पन्न हुए, जो निस्संदेह हैं सभी कार्बन युक्त अणु। ये शब्द उन अणुओं के उद्भव और विकास के सिद्धांत को भी दर्शाते हैं जो जीवित पदार्थ के उद्भव और विकास के लिए मौलिक महत्व के हैं।
हमारे ब्रह्मांड में जीवन को एकमात्र संभावित संस्करण में प्रस्तुत किया गया है: "प्रोटीन निकायों के अस्तित्व के तरीके" के रूप में, कार्बन के पोलीमराइज़ेशन गुणों और तरल-चरण जलीय वातावरण के विध्रुवण गुणों के अनूठे संयोजन के लिए धन्यवाद, जैसा कि संयुक्त रूप से आवश्यक है। और हमें ज्ञात जीवन के सभी रूपों के उद्भव और विकास के लिए पर्याप्त परिस्थितियाँ। इसका तात्पर्य यह है कि, कम से कम एक गठित जीवमंडल के भीतर, किसी दिए गए बायोटा के सभी जीवित प्राणियों के लिए केवल एक ही आनुवंशिकता कोड सामान्य हो सकता है, लेकिन यह सवाल खुला रहता है कि क्या पृथ्वी के बाहर अन्य जीवमंडल मौजूद हैं और क्या आनुवंशिक तंत्र के अन्य प्रकार संभव हैं .

अनुसंधान

रासायनिक विकास का अध्ययन इस तथ्य से जटिल है कि वर्तमान में प्राचीन पृथ्वी की भू-रासायनिक स्थितियों के बारे में ज्ञान पर्याप्त रूप से पूर्ण नहीं है। इसलिए, भूवैज्ञानिक डेटा के अलावा, खगोलीय डेटा का भी उपयोग किया जाता है। इस प्रकार, शुक्र और मंगल पर स्थितियां उन स्थितियों के करीब मानी जाती हैं जो पृथ्वी पर इसके विकास के विभिन्न चरणों में थीं। रासायनिक विकास पर मुख्य डेटा मॉडल प्रयोगों से प्राप्त किया जाता है जिसमें वायुमंडल, जलमंडल और स्थलमंडल और जलवायु परिस्थितियों की विभिन्न रासायनिक संरचनाओं का अनुकरण करके जटिल कार्बनिक अणु प्राप्त किए गए थे। उपलब्ध आंकड़ों के आधार पर, रासायनिक विकास के विशिष्ट तंत्रों और प्रत्यक्ष प्रेरक शक्तियों के बारे में कई परिकल्पनाएँ सामने रखी गई हैं।

जीवोत्पत्ति

व्यापक अर्थों में जीवोत्पत्ति- निर्जीव वस्तुओं से जीवित वस्तुओं का उद्भव, अर्थात् जीवन की उत्पत्ति के आधुनिक सिद्धांत की प्रारंभिक परिकल्पना। 20वीं सदी के 20 के दशक में, शिक्षाविद् अलेक्जेंडर ओपरिन ने सुझाव दिया कि उच्च-आणविक यौगिकों के समाधान में, बढ़ी हुई एकाग्रता के क्षेत्र अनायास बन सकते हैं, जो बाहरी वातावरण से अपेक्षाकृत अलग होते हैं और इसके साथ आदान-प्रदान बनाए रख सकते हैं। उन्होंने उन्हें कोएसर्वेट ड्रॉप्स, या बस कोएसर्वेट कहा।

1953 में, स्टेनली मिलर ने प्रयोगात्मक रूप से आदिम पृथ्वी की स्थितियों को पुन: उत्पन्न करने वाली स्थितियों के तहत अमीनो एसिड और अन्य कार्बनिक पदार्थों के एबोजेनिक संश्लेषण को अंजाम दिया। हाइपरसाइकल्स का एक सिद्धांत भी है, जिसके अनुसार जीवन की पहली अभिव्यक्तियाँ क्रमशः हाइपरसाइक्ल्स के रूप में थीं - जटिल उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं का एक समूह, जिसके उत्पाद बाद की प्रतिक्रियाओं के लिए उत्प्रेरक होते हैं।
2008 में अमेरिकी जीवविज्ञानियों ने जीवन की उत्पत्ति के प्रारंभिक चरण को समझने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया। वे सरल लिपिड और फैटी एसिड के एक खोल के साथ एक "प्रोटोसेल" बनाने में कामयाब रहे, जो पर्यावरण से सक्रिय न्यूक्लियोटाइड खींचने में सक्षम है - डीएनए संश्लेषण के लिए आवश्यक "बिल्डिंग ब्लॉक"।

पहलू

रासायनिक विकास की परिकल्पनाओं को विभिन्न पहलुओं की व्याख्या करनी चाहिए:
1. बायोमोलेक्युलस की गैर-जैविक शुरुआत, यानी, निर्जीव से उनका विकास और तदनुसार, अकार्बनिक अग्रदूत।
2. आत्म-प्रतिकृति और आत्म-परिवर्तन में सक्षम रासायनिक सूचना प्रणालियों का उद्भव, यानी एक कोशिका का उद्भव।
3. कार्य (एंजाइम) और सूचना (आरएनए, डीएनए) की पारस्परिक निर्भरता का उद्भव।
4. 4.5 से 3.5 अरब वर्ष पूर्व की अवधि में पृथ्वी की पर्यावरणीय स्थितियाँ।

रासायनिक विकास का एक एकीकृत मॉडल अभी तक विकसित नहीं किया गया है, शायद इसलिए कि बुनियादी सिद्धांतों की अभी तक खोज नहीं की गई है।

तर्क

जैविक अणुओं
जटिल आणविक यौगिकों के प्रीबायोटिक संश्लेषण को तीन क्रमिक चरणों में विभाजित किया जा सकता है:
1. अकार्बनिक पदार्थों से सरल कार्बनिक यौगिकों (अल्कोहल, एसिड, हेट्रोसाइक्लिक यौगिक: प्यूरीन, पाइरीमिडीन और पाइरोल्स) का उद्भव।
2. अधिक जटिल कार्बनिक यौगिकों का संश्लेषण - "बायोमोलेक्युलस" - मोनोमर्स सहित मेटाबोलाइट्स के सबसे सामान्य वर्गों के प्रतिनिधि - सरल कार्बनिक यौगिकों से बायोपॉलिमर (मोनोसेकेराइड, अमीनो एसिड, फैटी एसिड, न्यूक्लियोटाइड) की संरचनात्मक इकाइयाँ।
3. बुनियादी संरचनात्मक इकाइयों - मोनोमर्स से जटिल बायोपॉलिमर (पॉलीसेकेराइड, प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड) का उद्भव।

प्राचीन वातावरण का विकास
पृथ्वी के वायुमंडल का विकास रासायनिक विकास का हिस्सा है और जलवायु के इतिहास में एक महत्वपूर्ण तत्व भी है। आज इसे विकास के चार महत्वपूर्ण चरणों में विभाजित किया गया है।

प्रारंभ में, रासायनिक तत्वों का निर्माण अंतरिक्ष में हुआ और पृथ्वी उनसे निकली - लगभग 4.56 अरब वर्ष पहले। संभवतः, हमारे ग्रह पर पहले से ही हाइड्रोजन और हीलियम का वातावरण था, जो, हालांकि, धीरे-धीरे बाहरी अंतरिक्ष में लीक हो गया। खगोलविदों का यह भी मानना ​​है कि अपेक्षाकृत उच्च तापमान और सौर हवा के प्रभाव के कारण, पृथ्वी और सूर्य के करीब अन्य ग्रहों पर हल्की रासायनिक तत्वों (कार्बन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन सहित) की थोड़ी मात्रा रह सकती है। ये सभी तत्व, जो आज जीवमंडल का बड़ा हिस्सा बनाते हैं, लंबी अवधि के बाद ही बाहरी सौर मंडल से धूमकेतु के प्रभाव द्वारा लाए गए थे, जब प्रोटोप्लैनेट थोड़ा ठंडा हो गए थे। सौर मंडल के उद्भव के बाद पहले कुछ मिलियन वर्षों के दौरान, आकाशीय पिंडों के साथ टकराव लगातार दोहराया गया, और उनके कारण हुए टकराव ने उस समय बनी जीवित प्रणालियों को नष्ट कर दिया। इसलिए, जीवन का उद्भव लंबे समय तक पानी के संचय के बाद ही शुरू हो सका, कम से कम सबसे गहरे अवसादों में।
पृथ्वी के धीमी गति से ठंडा होने, ज्वालामुखी गतिविधि (पृथ्वी के आंतरिक भाग से गैसों का निकलना) और गिरे हुए धूमकेतुओं से सामग्री के वैश्विक वितरण के साथ, पृथ्वी का दूसरा वातावरण उत्पन्न हुआ। सबसे अधिक संभावना है कि इसमें जल वाष्प (80% तक H2O), कार्बन डाइऑक्साइड (20% तक CO2), हाइड्रोजन सल्फाइड (7% तक), अमोनिया और मीथेन शामिल थे। जलवाष्प के उच्च प्रतिशत को इस तथ्य से समझाया जाता है कि उस समय पृथ्वी की सतह समुद्रों के निर्माण के लिए अभी भी बहुत गर्म थी। सबसे पहले, युवा पृथ्वी की स्थितियों में पानी, मीथेन और अमोनिया से छोटे कार्बनिक अणु (एसिड, अल्कोहल, अमीनो एसिड) बन सकते थे, और बाद में - कार्बनिक पॉलिमर (पॉलीसेकेराइड, वसा, पॉलीपेप्टाइड), जो एक में अस्थिर थे। अम्लीय वातावरण.
वातावरण के पानी के क्वथनांक से नीचे के तापमान तक ठंडा होने के बाद, बहुत लंबी बारिश हुई, जिससे महासागरों का निर्माण हुआ। जलवाष्प के सापेक्ष अन्य वायुमंडलीय गैसों की संतृप्ति में वृद्धि हुई है। उच्च पराबैंगनी विकिरण के कारण पानी, मीथेन और अमोनिया का फोटोकैमिकल विघटन हुआ, जिसके परिणामस्वरूप कार्बन डाइऑक्साइड और नाइट्रोजन का संचय हुआ। हल्की गैसें - हाइड्रोजन और हीलियम - को अंतरिक्ष में ले जाया गया, कार्बन डाइऑक्साइड समुद्र में बड़ी मात्रा में घुल गया, जिससे पानी का ऑक्सीकरण हुआ। पीएच मान घटकर 4 हो गया। अक्रिय और कम घुलनशील नाइट्रोजन एन2 समय के साथ जमा हुआ और लगभग 3.4 अरब साल पहले वायुमंडल का मुख्य घटक बना।
धातु आयनों के साथ प्रतिक्रिया करने वाले विघटित कार्बन डाइऑक्साइड (कार्बोनेट) की वर्षा और कार्बन डाइऑक्साइड को आत्मसात करने वाले जीवित प्राणियों के आगे विकास के कारण CO2 एकाग्रता में कमी आई और जल निकायों में पीएच में वृद्धि हुई।
ऑक्सीजन O2 ने वायुमंडल के आगे के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। इसका गठन प्रकाश संश्लेषण में सक्षम जीवित प्राणियों, संभवतः साइनोबैक्टीरिया (नीला-हरा शैवाल) या इसी तरह के प्रोकैरियोट्स के आगमन के साथ हुआ था। कार्बन डाइऑक्साइड के उनके अवशोषण से अम्लता में और कमी आई, लेकिन ऑक्सीजन के साथ वातावरण की संतृप्ति काफी कम रही। इसका कारण द्विसंयोजक लौह आयनों और अन्य ऑक्सीकरण योग्य यौगिकों को ऑक्सीकरण करने के लिए समुद्र में घुली ऑक्सीजन का तत्काल उपयोग है। लगभग दो अरब साल पहले यह प्रक्रिया पूरी हुई और वायुमंडल में ऑक्सीजन धीरे-धीरे जमा होने लगी।
अत्यधिक प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन अतिसंवेदनशील कार्बनिक जैव अणुओं को आसानी से ऑक्सीकरण करता है और इस प्रकार प्रारंभिक जीवों के लिए एक पर्यावरणीय चयन कारक बन जाता है। केवल कुछ अवायवीय जीव ऑक्सीजन मुक्त रहने वाले स्थानों में जाने में सक्षम थे; दूसरे भाग में ऐसे एंजाइम विकसित हुए जो ऑक्सीजन को गैर-खतरनाक बनाते हैं।
एक अरब साल पहले, वायुमंडल में ऑक्सीजन की मात्रा एक प्रतिशत के स्तर को पार कर गई और कुछ मिलियन साल बाद ओजोन परत का निर्माण हुआ। आज की 21% ऑक्सीजन सामग्री केवल 350 मिलियन वर्ष पहले पहुँची थी और तब से स्थिर बनी हुई है।

जीवन की उत्पत्ति के लिए जल का महत्व
H2O एक रासायनिक यौगिक है जो एकत्रीकरण की तीनों अवस्थाओं में सामान्य परिस्थितियों में मौजूद होता है।
जैसा कि हम जानते हैं (या परिभाषित करते हैं) जीवन के लिए एक सार्वभौमिक विलायक के रूप में पानी की आवश्यकता होती है। जल में अनेक गुण हैं जो जीवन को संभव बनाते हैं। इस बात का कोई सबूत नहीं है कि जीवन पानी से स्वतंत्र रूप से उत्पन्न और अस्तित्व में हो सकता है, और यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि केवल तरल चरण (एक निश्चित क्षेत्र में या एक निश्चित ग्रह पर) में पानी की उपस्थिति ही वहां जीवन के उद्भव की संभावना बनाती है।

रेखांकन

चावल। 1-2. स्थलीय और गहरे समुद्र के ज्वालामुखी - पृथ्वी पर जीवन के उद्भव के लिए संभावित पूर्व शर्त

अधिकांश वैज्ञानिकों (मुख्य रूप से खगोलविदों और भूवैज्ञानिकों) के अनुसार, पृथ्वी लगभग 5 अरब वर्ष पहले एक खगोलीय पिंड के रूप में बनी थी। सूर्य के चारों ओर घूमने वाले गैस और धूल के बादलों के कणों के संघनन से।

संपीड़न बलों के प्रभाव में, जिन कणों से पृथ्वी का निर्माण हुआ है, वे भारी मात्रा में गर्मी छोड़ते हैं। थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं पृथ्वी की गहराई में शुरू होती हैं। परिणामस्वरूप, पृथ्वी अत्यधिक गर्म हो रही है। इस प्रकार, 5 अरब वर्ष तथाकथित। पृथ्वी बाहरी अंतरिक्ष में दौड़ती हुई एक गर्म गेंद थी, जिसकी सतह का तापमान 4000-8000°C तक पहुँच गया था (चित्र 2.4.1.1)।

धीरे-धीरे, बाहरी अंतरिक्ष में तापीय ऊर्जा के विकिरण के कारण पृथ्वी ठंडी होने लगती है। लगभग 4 अरब वर्ष तथाकथित। पृथ्वी इतनी अधिक ठंडी हो जाती है कि उसकी सतह पर एक ठोस परत बन जाती है; उसी समय, प्रकाश, गैसीय पदार्थ इसकी गहराई से फूटते हैं, ऊपर की ओर बढ़ते हैं और प्राथमिक वातावरण बनाते हैं। प्राथमिक वातावरण की संरचना आधुनिक से काफी भिन्न थी। प्राचीन पृथ्वी के वायुमंडल में स्पष्ट रूप से कोई मुक्त ऑक्सीजन नहीं थी, और इसकी संरचना में हाइड्रोजन (एच 2), मीथेन (सीएच 4), अमोनिया (एनएच 3), जल वाष्प (एच 2 ओ) जैसे कम अवस्था में पदार्थ शामिल थे। ), और संभवतः नाइट्रोजन (एन 2), कार्बन मोनोऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ और सीओ 2) भी।

पृथ्वी के प्राथमिक वायुमंडल की घटती प्रकृति जीवन की उत्पत्ति के लिए बेहद महत्वपूर्ण है, क्योंकि कम अवस्था में पदार्थ अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं और, कुछ शर्तों के तहत, एक दूसरे के साथ बातचीत करने में सक्षम होते हैं, जिससे कार्बनिक अणु बनते हैं। प्राथमिक पृथ्वी के वायुमंडल में मुक्त ऑक्सीजन की अनुपस्थिति (पृथ्वी की लगभग सभी ऑक्सीजन ऑक्साइड के रूप में बंधी हुई थी) भी जीवन के उद्भव के लिए एक महत्वपूर्ण शर्त है, क्योंकि ऑक्सीजन आसानी से ऑक्सीकरण करती है और इस तरह कार्बनिक यौगिकों को नष्ट कर देती है। इसलिए, वायुमंडल में मुक्त ऑक्सीजन की उपस्थिति में, प्राचीन पृथ्वी पर महत्वपूर्ण मात्रा में कार्बनिक पदार्थों का संचय असंभव होता।

लगभग 5 अरब वर्ष आदि।- एक खगोलीय पिंड के रूप में पृथ्वी का उद्भव; सतह का तापमान - 4000-8000°C

लगभग 4 अरब वर्ष तथाकथित। -पृथ्वी की पपड़ी और प्राथमिक वायुमंडल का निर्माण

1000°C के तापमान पर- सरल कार्बनिक अणुओं का संश्लेषण प्राथमिक वायुमंडल में शुरू होता है

संश्लेषण के लिए ऊर्जा प्रदान की जाती है:

प्राथमिक वायुमंडल का तापमान 100°C से नीचे होना - प्राथमिक महासागर का निर्माण -

जटिल कार्बनिक अणुओं का संश्लेषण - सरल कार्बनिक अणुओं से बायोपॉलिमर:

सरल कार्बनिक अणु - मोनोमर्स

जटिल कार्बनिक अणु - बायोपॉलिमर

चावल। 2.1. रासायनिक विकास के मुख्य चरण

जब प्राथमिक वायुमंडल का तापमान 1000°C तक पहुँच जाता है, तो इसमें सरल कार्बनिक अणुओं का संश्लेषण शुरू हो जाता है, जैसे अमीनो एसिड, न्यूक्लियोटाइड, फैटी एसिड, सरल शर्करा, पॉलीहाइड्रिक अल्कोहल, कार्बनिक अम्ल, आदि। संश्लेषण के लिए ऊर्जा की आपूर्ति किसके द्वारा की जाती है? बिजली का निर्वहन, ज्वालामुखीय गतिविधि, कठोर अंतरिक्ष विकिरण और अंत में, सूर्य से पराबैंगनी विकिरण, जिससे पृथ्वी अभी तक ओजोन स्क्रीन द्वारा संरक्षित नहीं है, और यह पराबैंगनी विकिरण है जिसे वैज्ञानिक एबोजेनिक (यानी,) के लिए ऊर्जा का मुख्य स्रोत मानते हैं। जीवित जीवों की भागीदारी के बिना होना) कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण।

ए.आई. के सिद्धांत की मान्यता और व्यापक प्रसार। ओपेरिन को बड़े पैमाने पर इस तथ्य से बढ़ावा दिया गया था कि मॉडल प्रयोगों में कार्बनिक अणुओं के एबोजेनिक संश्लेषण की प्रक्रियाओं को आसानी से पुन: पेश किया जाता है।

अकार्बनिक पदार्थों से कार्बनिक पदार्थों को संश्लेषित करने की संभावना 19वीं शताब्दी की शुरुआत से ही ज्ञात है। पहले से ही 1828 में, उत्कृष्ट जर्मन रसायनज्ञ एफ. वोहलर ने एक कार्बनिक पदार्थ - यूरिया को अकार्बनिक - अमोनियम साइनेट से संश्लेषित किया। हालाँकि, प्राचीन पृथ्वी की परिस्थितियों के करीब की स्थितियों में कार्बनिक पदार्थों के एबोजेनिक संश्लेषण की संभावना पहली बार एस. मिलर के प्रयोग में दिखाई गई थी।

1953 में, एक युवा अमेरिकी शोधकर्ता, शिकागो विश्वविद्यालय के स्नातक छात्र, स्टेनली मिलर, ने एक ग्लास फ्लास्क में इलेक्ट्रोड के साथ पृथ्वी के प्राथमिक वातावरण को सील कर दिया, जो उस समय के वैज्ञानिकों के अनुसार, हाइड्रोजन मीथेन से बना था। सीएच 4, अमोनिया एनएच, और जल वाष्प एच 2 0 (चित्र 2.4.1.2)। एस. मिलर ने तूफान का अनुकरण करते हुए एक सप्ताह तक इस गैस मिश्रण के माध्यम से विद्युत निर्वहन पारित किया। प्रयोग के अंत में, फ्लास्क में α-अमीनो एसिड (ग्लाइसीन, एलेनिन, शतावरी, ग्लूटामाइन), कार्बनिक अम्ल (स्यूसिनिक, लैक्टिक, एसिटिक, ग्लाइकोलिक), वाई-हाइड्रॉक्सीब्यूट्रिक एसिड और यूरिया पाए गए। प्रयोग को दोहराकर, एस मिलर पांच से छह इकाइयों की व्यक्तिगत न्यूक्लियोटाइड और छोटी पॉली न्यूक्लियोटाइड श्रृंखला प्राप्त करने में सक्षम थे।

चावल। 2.2. एस. मिलर की स्थापना

विभिन्न शोधकर्ताओं द्वारा किए गए एबोजेनिक संश्लेषण पर आगे के प्रयोगों में, न केवल विद्युत निर्वहन का उपयोग किया गया, बल्कि प्राचीन पृथ्वी की अन्य प्रकार की ऊर्जा विशेषता का भी उपयोग किया गया - ब्रह्मांडीय, पराबैंगनी और रेडियोधर्मी विकिरण, ज्वालामुखीय गतिविधि में निहित उच्च तापमान, साथ ही विभिन्न प्रकार गैस मिश्रण का, प्राथमिक वातावरण का अनुकरण। परिणामस्वरूप, जीवित चीजों की विशेषता वाले कार्बनिक अणुओं का लगभग पूरा स्पेक्ट्रम प्राप्त हुआ: अमीनो एसिड, न्यूक्लियोटाइड, वसा जैसे पदार्थ, सरल शर्करा, कार्बनिक अम्ल।

इसके अलावा, वर्तमान समय में पृथ्वी पर कार्बनिक अणुओं का एबोजेनिक संश्लेषण हो सकता है (उदाहरण के लिए, ज्वालामुखीय गतिविधि की प्रक्रिया में)। साथ ही, ज्वालामुखीय उत्सर्जन में न केवल हाइड्रोसायनिक एसिड एचसीएन पाया जा सकता है, जो अमीनो एसिड और न्यूक्लियोटाइड का अग्रदूत है, बल्कि व्यक्तिगत अमीनो एसिड, न्यूक्लियोटाइड और यहां तक ​​​​कि पोर्फिरिन जैसे जटिल कार्बनिक पदार्थ भी पा सकते हैं। कार्बनिक पदार्थों का एबोजेनिक संश्लेषण न केवल पृथ्वी पर, बल्कि बाह्य अंतरिक्ष में भी संभव है। सबसे सरल अमीनो एसिड उल्कापिंडों और धूमकेतुओं में पाए जाते हैं।

जब प्राथमिक वायुमंडल का तापमान 100 डिग्री सेल्सियस से नीचे चला गया, तो पृथ्वी पर गर्म बारिश हुई और प्राथमिक महासागर प्रकट हुआ। बारिश के प्रवाह के साथ, एबोजेनिक रूप से संश्लेषित कार्बनिक पदार्थ प्राथमिक महासागर में प्रवेश कर गए, जिसने इसे, अंग्रेजी बायोकेमिस्ट जॉन हाल्डेन की आलंकारिक अभिव्यक्ति में, एक पतला "प्राथमिक शोरबा" में बदल दिया। जाहिरा तौर पर, यह प्राथमिक महासागर में है कि सरल कार्बनिक अणुओं - मोनोमर्स - से जटिल कार्बनिक अणुओं - बायोपॉलिमर के निर्माण की प्रक्रिया शुरू होती है (चित्र 2.4.1.1 देखें)।

हालाँकि, व्यक्तिगत न्यूक्लियोटाइड्स, अमीनो एसिड और शर्करा के पोलीमराइजेशन की प्रक्रियाएं संक्षेपण प्रतिक्रियाएं हैं, वे पानी के उन्मूलन के साथ होती हैं, इसलिए, जलीय वातावरण पोलीमराइजेशन में योगदान नहीं देता है, बल्कि, इसके विपरीत, बायोपॉलिमर के हाइड्रोलिसिस में योगदान देता है (यानी)। , पानी मिलाने से उनका विनाश)।

बायोपॉलिमर (विशेष रूप से, अमीनो एसिड से प्रोटीन) का निर्माण वायुमंडल में लगभग 180 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर हो सकता है, जहां से उन्हें वर्षा के साथ प्राथमिक महासागर में धोया जाता था। इसके अलावा, यह संभव है कि प्राचीन पृथ्वी पर, अमीनो एसिड जलाशयों को सुखाने में केंद्रित थे और पराबैंगनी प्रकाश और लावा प्रवाह की गर्मी के प्रभाव में सूखे रूप में पॉलिमराइज़ किए गए थे।

इस तथ्य के बावजूद कि पानी बायोपॉलिमर के हाइड्रोलिसिस को बढ़ावा देता है, एक जीवित कोशिका में बायोपॉलिमर का संश्लेषण जलीय वातावरण में ही होता है। यह प्रक्रिया विशेष उत्प्रेरक प्रोटीन - एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है, और संश्लेषण के लिए आवश्यक ऊर्जा एडेनोसिन ट्राइफॉस्फोरिक एसिड - एटीपी के टूटने के दौरान जारी होती है। यह संभव है कि आदिकालीन महासागर के जलीय वातावरण में बायोपॉलिमर का संश्लेषण कुछ खनिजों की सतह से उत्प्रेरित हुआ हो। यह प्रयोगात्मक रूप से दिखाया गया है कि अमीनो एसिड एलेनिन का एक घोल एक विशेष प्रकार के एल्यूमिना की उपस्थिति में जलीय माध्यम में पोलीमराइज़ कर सकता है। यह पेप्टाइड पॉलीएलानिन का उत्पादन करता है। एलेनिन की पोलीमराइजेशन प्रतिक्रिया एटीपी के टूटने के साथ होती है।

न्यूक्लियोटाइड्स का पोलीमराइजेशन अमीनो एसिड के पोलीमराइजेशन की तुलना में आसान है। यह दिखाया गया है कि उच्च नमक सांद्रता वाले समाधानों में, व्यक्तिगत न्यूक्लियोटाइड अनायास पोलीमराइज़ हो जाते हैं, न्यूक्लिक एसिड में बदल जाते हैं।

सभी आधुनिक जीवित प्राणियों का जीवन एक जीवित कोशिका के सबसे महत्वपूर्ण बायोपॉलिमर - प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड की निरंतर बातचीत की एक प्रक्रिया है।

प्रोटीन एक जीवित कोशिका के "कार्यकर्ता अणु", "इंजीनियर अणु" हैं। चयापचय में अपनी भूमिका का वर्णन करते समय, जैव रसायनज्ञ अक्सर "प्रोटीन काम करता है," "एंजाइम प्रतिक्रिया करता है" जैसी आलंकारिक अभिव्यक्तियों का उपयोग करते हैं। प्रोटीन का सबसे महत्वपूर्ण कार्य उत्प्रेरक है. जैसा कि आप जानते हैं, उत्प्रेरक ऐसे पदार्थ होते हैं जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज करते हैं, लेकिन स्वयं अंतिम प्रतिक्रिया उत्पादों में शामिल नहीं होते हैं। उत्प्रेरक टैंक को एंजाइम कहा जाता है।एंजाइम हजारों बार झुकते हैं और चयापचय प्रतिक्रियाओं को तेज़ करते हैं। उनके बिना चयापचय और इसलिए जीवन असंभव है।

न्यूक्लिक एसिड- ये "कंप्यूटर अणु" हैं, अणु वंशानुगत जानकारी के रखवाले हैं। न्यूक्लिक एसिड जीवित कोशिका के सभी पदार्थों के बारे में नहीं, बल्कि केवल प्रोटीन के बारे में जानकारी संग्रहीत करते हैं। यह बेटी कोशिका में मातृ कोशिका की विशेषता वाले प्रोटीन को पुन: उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त है ताकि वे मातृ कोशिका की सभी रासायनिक और संरचनात्मक विशेषताओं के साथ-साथ इसकी चयापचय की प्रकृति और दर को सटीक रूप से पुन: निर्मित कर सकें। प्रोटीन की उत्प्रेरक गतिविधि के कारण न्यूक्लिक एसिड स्वयं भी पुन: उत्पन्न होते हैं।

इस प्रकार, जीवन की उत्पत्ति का रहस्य प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के बीच परस्पर क्रिया के तंत्र की उत्पत्ति का रहस्य है। आधुनिक विज्ञान के पास इस प्रक्रिया के बारे में क्या जानकारी है? कौन से अणु जीवन का प्राथमिक आधार थे - प्रोटीन या न्यूक्लिक एसिड?

वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि आधुनिक जीवित जीवों के चयापचय में प्रोटीन की महत्वपूर्ण भूमिका के बावजूद, पहले "जीवित" अणु प्रोटीन नहीं थे, बल्कि न्यूक्लिक एसिड, अर्थात् राइबोन्यूक्लिक एसिड (आरएनए) थे।

1982 में, अमेरिकी बायोकेमिस्ट थॉमस चेक ने आरएनए के ऑटोकैटलिटिक गुणों की खोज की। उन्होंने प्रयोगात्मक रूप से दिखाया कि खनिज लवणों की उच्च सांद्रता वाले माध्यम में, राइबोन्यूक्लियोटाइड्स अनायास पोलीमराइज़ हो जाते हैं, जिससे पॉलीन्यूक्लियोटाइड्स - आरएनए अणु बनते हैं। आरएनए की मूल पॉलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखलाओं पर, एक टेम्पलेट की तरह, आरएनए प्रतियां पूरक नाइट्रोजनस आधारों की जोड़ी द्वारा बनाई जाती हैं। आरएनए टेम्पलेट प्रतिलिपि प्रतिक्रिया मूल आरएनए अणु द्वारा उत्प्रेरित होती है और इसमें एंजाइम या अन्य प्रोटीन की भागीदारी की आवश्यकता नहीं होती है।

निम्नलिखित को एक प्रक्रिया द्वारा काफी अच्छी तरह से समझाया गया है जिसे आणविक स्तर पर "प्राकृतिक चयन" कहा जा सकता है। जब आरएनए अणुओं की स्व-प्रतिलिपि (स्व-संयोजन) होती है, तो अशुद्धियाँ और त्रुटियाँ अनिवार्य रूप से उत्पन्न होती हैं। त्रुटियों वाली आरएनए प्रतियों को दोबारा कॉपी किया जाता है। दोबारा कॉपी करते समय त्रुटियाँ दोबारा हो सकती हैं। परिणामस्वरूप, प्राथमिक महासागर के एक निश्चित क्षेत्र में आरएनए अणुओं की आबादी विषम होगी।

चूंकि आरएनए क्षय प्रक्रियाएं संश्लेषण प्रक्रियाओं के समानांतर होती हैं, ऐसे अणु जिनमें या तो अधिक स्थिरता होती है या बेहतर ऑटोकैटलिटिक गुण होते हैं, वे प्रतिक्रिया माध्यम में जमा हो जाएंगे (यानी, अणु जो खुद को तेजी से "गुणा" करते हैं)।

कुछ आरएनए अणुओं पर, मैट्रिक्स की तरह, छोटे प्रोटीन टुकड़ों - पेप्टाइड्स - का स्व-संयोजन हो सकता है। आरएनए अणु के चारों ओर एक प्रोटीन "कवर" बनता है।

ऑटोकैटलिटिक कार्यों के साथ, थॉमस चेक ने आरएनए अणुओं में स्व-स्प्लिसिंग की घटना की खोज की। स्व-स्प्लिसिंग के परिणामस्वरूप, आरएनए के वे भाग जो पेप्टाइड्स द्वारा संरक्षित नहीं हैं, उन्हें आरएनए से स्वचालित रूप से हटा दिया जाता है (वे, जैसे कि, "काट दिए गए" और "बाहर फेंक दिए गए"), और आरएनए एन्कोडिंग प्रोटीन के शेष भाग टुकड़े "फ्यूज्ड" हैं, यानी स्वतः ही एक अणु में संयोजित हो जाते हैं। यह नया आरएनए अणु पहले से ही एक बड़े जटिल प्रोटीन को एनकोड करेगा (चित्र 2.4.1.3)।

जाहिरा तौर पर, शुरू में प्रोटीन कवर ने मुख्य रूप से एक सुरक्षात्मक कार्य किया, आरएनए को विनाश से बचाया और इस तरह समाधान में इसकी स्थिरता को बढ़ाया (यह सबसे सरल आधुनिक वायरस में प्रोटीन कवर का कार्य है)।

यह स्पष्ट है कि जैव रासायनिक विकास के एक निश्चित चरण में, आरएनए अणु न केवल सुरक्षात्मक प्रोटीन, बल्कि उत्प्रेरक प्रोटीन (एंजाइम) को एन्कोडिंग करते हैं, जो आरएनए प्रतिलिपि की गति को तेजी से तेज करते हैं। जाहिर है, ठीक इसी तरह प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के बीच परस्पर क्रिया की प्रक्रिया, जिसे हम वर्तमान में जीवन कहते हैं, उत्पन्न हुई।

आगे के विकास की प्रक्रिया में, एक एंजाइम के कार्यों के साथ एक प्रोटीन की उपस्थिति के लिए धन्यवाद - रिवर्स ट्रांसक्रिपटेस, दो श्रृंखलाओं से युक्त डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए) अणुओं को एकल-फंसे आरएनए अणुओं पर संश्लेषित किया जाने लगा। डीऑक्सीराइबोज की 2" स्थिति में ओएच समूह की अनुपस्थिति डीएनए अणुओं को कमजोर क्षारीय समाधानों में हाइड्रोलाइटिक दरार के संबंध में अधिक स्थिर बनाती है, अर्थात्, प्राथमिक जलाशयों में पर्यावरण की प्रतिक्रिया कमजोर क्षारीय थी (पर्यावरण की इस प्रतिक्रिया को संरक्षित किया गया है) आधुनिक कोशिकाओं के कोशिकाद्रव्य में)।

प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के बीच परस्पर क्रिया की जटिल प्रक्रिया कहाँ विकसित हुई? ए.आई. के सिद्धांत के अनुसार। ओपेरिन, तथाकथित कोएसर्वेट बूंदें जीवन का जन्मस्थान बन गईं।

चावल। 2.3. प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के बीच परस्पर क्रिया की घटना की परिकल्पना:

ए) आरएनए की स्व-प्रतिलिपि बनाने की प्रक्रिया के दौरान, त्रुटियां जमा हो जाती हैं (1 - मूल आरएनए के अनुरूप न्यूक्लियोटाइड; 2 - मूल आरएनए के अनुरूप नहीं न्यूक्लियोटाइड - नकल में त्रुटियां); बी) अपने भौतिक रासायनिक गुणों के कारण, अमीनो एसिड आरएनए अणु (3 - आरएनए अणु; 4 - अमीनो एसिड) के हिस्से से "चिपके" रहते हैं, जो एक दूसरे के साथ बातचीत करते हुए, छोटे प्रोटीन अणुओं - पेप्टाइड्स में बदल जाते हैं।

आरएनए अणुओं की स्व-स्प्लिसिंग विशेषता के परिणामस्वरूप, पेप्टाइड्स द्वारा असुरक्षित आरएनए अणु के खंड नष्ट हो जाते हैं, और शेष एक बड़े प्रोटीन को कूटने वाले एकल अणु में "एक साथ बढ़ते हैं"।

परिणामस्वरूप, एक आरएनए अणु प्रकट होता है, जो प्रोटीन आवरण से ढका होता है (सबसे आदिम आधुनिक वायरस, उदाहरण के लिए, तंबाकू मोज़ेक वायरस, की संरचना समान होती है)

कोएसर्वेशन की घटना यह है कि कुछ शर्तों के तहत (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोलाइट्स की उपस्थिति में), उच्च आणविक भार वाले पदार्थ समाधान से अलग हो जाते हैं, लेकिन अवक्षेप के रूप में नहीं, बल्कि अधिक केंद्रित समाधान के रूप में - कोएसर्वेट . हिलाने पर, कोएसर्वेट अलग-अलग छोटी बूंदों में टूट जाता है। पानी में, ऐसी बूंदें एक हाइड्रेशन शेल (पानी के अणुओं का एक खोल) से ढकी होती हैं जो उन्हें स्थिर करती है - चित्र। 2.4.1.4.

कोसेर्वेट बूंदों में चयापचय की कुछ झलक होती है: आयोडीन, विशुद्ध रूप से भौतिक और रासायनिक बलों के प्रभाव में, वे एक समाधान से कुछ पदार्थों को चुनिंदा रूप से अवशोषित कर सकते हैं और अपने क्षय उत्पादों को पर्यावरण में छोड़ सकते हैं। पर्यावरण से पदार्थों की चयनात्मक सांद्रता के कारण, वे बढ़ सकते हैं, और जब वे एक निश्चित आकार तक पहुंचते हैं तो वे "गुणा" करना शुरू कर देते हैं, छोटी बूंदें उभरती हैं, जो बदले में बढ़ सकती हैं और "कली" हो सकती हैं।

लहरों और हवा के प्रभाव में मिश्रण के दौरान प्रोटीन समाधानों को केंद्रित करने के परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाली कोसेरवेट बूंदें लिपिड के एक खोल से ढकी हो सकती हैं: एक एकल खोल, साबुन मिसेल की याद दिलाता है (जब एक बूंद को पानी की सतह से ऊपर उठाया जाता है) एक बार एक लिपिड परत), या एक दोहरा खोल, एक कोशिका झिल्ली की याद दिलाता है (जब एकल-परत लिपिड झिल्ली से ढकी एक बूंद बार-बार एक जलाशय की सतह को कवर करने वाली लिपिड फिल्म पर गिरती है - चित्र 2.4.1.4)।

कोएसर्वेट बूंदों के उद्भव, उनकी वृद्धि और "उभरने" की प्रक्रियाओं के साथ-साथ लिपिड बाईलेयर की झिल्ली के साथ उनकी "ड्रेसिंग" को प्रयोगशाला स्थितियों में आसानी से अनुकरण किया जाता है।

कोएसर्वेट बूंदों के लिए, "प्राकृतिक चयन" की एक प्रक्रिया भी होती है जिसमें सबसे स्थिर बूंदों को समाधान में बरकरार रखा जाता है।

जीवित कोशिकाओं के साथ कोएसर्वेट बूंदों की बाहरी समानता के बावजूद, कोएसर्वेट बूंदों में जीवन के मुख्य लक्षण का अभाव है - खुद को सटीक रूप से पुन: पेश करने की क्षमता, स्व-प्रतिलिपि। जाहिर है, जीवित कोशिकाओं के अग्रदूत ऐसे कोसेर्वेट बूंदें थे, जिनमें प्रतिकृति अणुओं (आरएनए या डीएनए) के परिसर और उनके द्वारा एन्कोड किए गए प्रोटीन शामिल थे। यह संभव है कि आरएनए-प्रोटीन कॉम्प्लेक्स तथाकथित "मुक्त-जीवित जीन" के रूप में कोसेर्वेट बूंदों के बाहर लंबे समय तक मौजूद थे, या शायद उनका गठन सीधे कुछ कोसेर्वेट बूंदों के अंदर हुआ था।

चित्र 2.4. कोएसर्वेट बूंदों से आदिम फ्लेयर्स में संक्रमण का संभावित मार्ग:

ए) कौयगुलांट का गठन; 6) जलीय घोल में कोएसर्वेट बूंदों का स्थिरीकरण; ग) - कोशिका झिल्ली के समान एक दोहरी लिपिड परत की बूंद के चारों ओर गठन: 1 - कोसेर्वेट बूंद; 2 - जलाशय की सतह पर मोनोमोलेक्यूलर लिपिड परत; 3 - बूंद के चारों ओर एक एकल लिपिड परत का गठन; 4 - कोशिका झिल्ली के समान, बूंद के चारों ओर एक दोहरी लिपिड परत का निर्माण; डी) - इसकी संरचना में शामिल प्रोटीन-न्यूक्लियोटाइड कॉम्प्लेक्स के साथ एक डबल लिपिड परत से घिरी एक कोसेरवेट बूंद - पहली जीवित कोशिका का प्रोटोटाइप

पृथ्वी पर जीवन की उत्पत्ति की बेहद जटिल प्रक्रिया, जिसे आधुनिक विज्ञान पूरी तरह से समझ नहीं पाया है, ऐतिहासिक दृष्टिकोण से बहुत तेजी से आगे बढ़ी। पहले से ही 3.5 अरब वर्ष तथाकथित। रासायनिक विकास पहली जीवित कोशिकाओं की उपस्थिति के साथ समाप्त हुआ और शुरू हुआ जैविक विकास.

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, पदार्थ के रासायनिक रूप के विश्लेषण के आधुनिक स्तर की मुख्य विशेषता तीसरी सैद्धांतिक प्रणाली - रासायनिक प्रक्रियाओं का सिद्धांत - से चौथे, जिसे विकासवादी रसायन विज्ञान कहा जाता है, में संक्रमण है। विकासवादी रसायन विज्ञान का उद्भव इस विज्ञान द्वारा तय किए गए विकास के पिछले पथ का परिणाम था। यह तेजी से जटिल पदार्थों के अध्ययन और निर्माण और उनकी संरचना और परिवर्तन के तंत्र के नियमों में गहरी पैठ के द्वारा तैयार किया गया है।

“रसायन विज्ञान में विकास, विकास का विचार तुरंत उत्पन्न और क्रिस्टलीकृत नहीं हुआ। प्रारंभ में, यह पदार्थों के परिवर्तनों और परिवर्तनों के बारे में सामान्य विचारों को धुंधला और विघटित कर देता था। अब तक, रसायन विज्ञान को अक्सर रासायनिक यौगिकों की संरचना, संरचना और गुणों का विज्ञान माना जाता है। एल. पोलिंग और पी. पोलिंग कहते हैं, "रसायन विज्ञान को पदार्थों के विज्ञान के रूप में परिभाषित किया जा सकता है - उनकी संरचना, गुणों और प्रतिक्रियाओं के बारे में, जिसके परिणामस्वरूप कुछ पदार्थ दूसरों में बदल जाते हैं।" यू.ए. के अनुसार। ज़ेडानोव के अनुसार, वर्तमान में इसे प्राकृतिक और कृत्रिम निकायों के परमाणु-आणविक इतिहास का विज्ञान कहा जा सकता है। इस कहानी में पृथ्वी पर और उसके गोले में, अन्य ग्रहों पर, अंतरतारकीय माध्यम में पदार्थों का ब्रह्मांडीय परिसंचरण शामिल है, जहां स्थितियां आणविक संरचनाओं के अस्तित्व की अनुमति देती हैं। लेकिन अंतहीन चक्रों और परिसंचरणों में हम एक बहुत ही निश्चित दिशा तय करते हैं, जिसमें गति के रासायनिक रूप का प्रगतिशील विकास शामिल होता है।

अपने सबसे अमूर्त पहलू में रासायनिक ज्ञान को विकासवादी प्रतिमान में बदलने का विचार विकास की सामान्य दार्शनिक अवधारणा के साथ सबसे निचले से उच्चतम तक एक अंतहीन चढ़ाई, वस्तुओं की सामग्री की समृद्धि में वृद्धि के साथ जुड़ा हुआ है। घटना. विकास के सिद्धांत की यह व्याख्या वैज्ञानिक ज्ञान के सभी क्षेत्रों - भौतिकी, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान, सामाजिक विज्ञान - के तथ्यों के एक बड़े समूह पर आधारित है। उदाहरण के लिए, तथ्यों से पता चलता है कि ब्रह्मांड के जिस हिस्से को हम जानते हैं, उसमें भौतिक वस्तुओं के और अधिक जटिल बनने की स्पष्ट प्रवृत्ति है, जो गिरावट और क्षय की प्रवृत्ति पर हावी है। जी. कास्टलर और एल. ब्लुमेनफेल्ड की गणना के अनुसार, यदि पदार्थ के सरलीकरण और जटिलता की प्रक्रियाओं की संभावना बराबर है, तो अमीनो एसिड, पाइरीमिडीन, प्यूरीन, पॉलीफॉस्फेट, शर्करा आदि से जीवन के उद्भव की संभावना है। पृथ्वी के विकास के वर्षों की 2 गुना 10 से 9वीं शक्ति में, यह 10 से शून्य से 255वीं शक्ति के बराबर या यहां तक ​​कि 10 से शून्य से 800वीं शक्ति के बराबर होगा, जो इस घटना को अनिवार्य रूप से असंभव बनाता है। क्वांटम यांत्रिक प्रक्रियाओं के स्तर के दृष्टिकोण से, जीवन के उद्भव की संभावना व्यावहारिक रूप से शून्य के बराबर हो जाती है। इस प्रकार, समग्र रूप से निम्न से उच्चतर, सरल से जटिल तक पदार्थ के विकास की प्रक्रिया की दिशा को एक वस्तुनिष्ठ पैटर्न के रूप में पहचाना जाना चाहिए, जिसका अध्ययन पर्याप्त रूप से उच्च स्तर पर वैज्ञानिक ज्ञान के मुख्य कार्यों में से एक बन जाता है। इसका विकास. यह बिल्कुल वही चरण है जहां रासायनिक विज्ञान अब पहुंच गया है।

किसी रासायनिक पदार्थ के विकास के तंत्र को उजागर करने के लिए कई दृष्टिकोण हैं। तो, एन.ए. बुड्रेइको विचार व्यक्त करते हैं जिसके अनुसार कार्बनिक यौगिकों (संतृप्त हाइड्रोकार्बन, अल्कोहल, एसिड, आदि) की सजातीय श्रृंखला में गुणात्मक और मात्रात्मक परिवर्तनों का क्रम पहले से ही इन वर्गों के पदार्थों के विकास की प्रक्रिया को व्यक्त करता है। हालाँकि, इन प्रक्रियाओं की प्रकृति की अधिक विस्तृत जांच से पता चलता है कि होमोलॉजी घटना को रासायनिक विकास के सटीक और प्रतिनिधि मॉडल के रूप में नहीं लिया जा सकता है। कार्बनिक अणुओं में परमाणुओं का मात्रात्मक जोड़, वास्तव में, वास्तविक विकास नहीं है, क्योंकि किसी पदार्थ का प्रगतिशील विकास नहीं होता है, उदाहरण के लिए, फॉर्मिक एसिड से मेलिसिक एसिड तक। “इस वर्ग के होमोलॉग के व्यक्तिगत पदार्थ (उदाहरण के लिए, फॉर्मिक, एसिटिक, प्रोपियोनिक, आदि एसिड) निस्संदेह एक आंतरिक एकता का प्रतिनिधित्व करते हैं, लेकिन उनके बीच कोई आनुवंशिक संबंध या उत्पत्ति नहीं है। बेशक, यह संभव है, मान लीजिए, एक एसिड से दूसरा प्राप्त करना, लेकिन ये संक्रमण एकाधिक, मनमाने होते हैं और इनमें विकास की कोई आंतरिक रेखा नहीं होती है। डी.आई. के आवधिक नियम में महत्वपूर्ण विकासवादी सामग्री है। मेंडेलीव। हालाँकि, यह विकासवादी सामग्री इसमें छिपे, अंतर्निहित रूप में मौजूद है, क्योंकि तत्वों के गुणों की पुनरावृत्ति में आवधिकता अभी तक प्रगतिशील विकास की प्रत्यक्ष अभिव्यक्ति नहीं है (जो कि किसी भी तरह से आदिम तरीके से निर्देशित नहीं है) हाइड्रोजन से ट्रांसयूरेनियम तत्व)। आधुनिक रसायन विज्ञान में, अन्य कानून भी तैयार किए जाने लगे हैं जो विकास प्रक्रिया का अधिक सीधे और सीधे वर्णन करते हैं - उदाहरण के लिए, ए.पी. द्वारा खुले उत्प्रेरक प्रणालियों के आत्म-विकास के सिद्धांत में पूर्ण उत्प्रेरक गतिविधि को बढ़ाने का कानून। रुडेंको, जिस पर नीचे चर्चा की जाएगी।

रासायनिक विकास की प्रक्रियाओं का अध्ययन करने का एक आशाजनक तरीका किसी रासायनिक वस्तु की प्रकृति की सबसे महत्वपूर्ण अभिव्यक्ति के रूप में रासायनिक पदार्थों की प्रतिक्रियाशीलता के विश्लेषण पर आधारित है।

रासायनिक तत्वों की प्रतिक्रियाशीलता (अर्थात, अन्य पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करने की उनकी क्षमता) में दो पहलू शामिल हैं: मात्रात्मक और गुणात्मक। प्रतिक्रियाशीलता का मात्रात्मक पक्ष बंधन निर्माण की आसानी और गति के साथ-साथ किसी दिए गए तत्व को एकीकृत करने वाले परमाणुओं की संख्या है। गुणात्मक पक्ष विभिन्न रासायनिक तत्वों की विविधता में व्यक्त किया जाता है जिनके साथ कोई दिया गया तत्व प्रतिक्रिया कर सकता है, और उनके द्वारा बनाए गए यौगिकों की विविधता में व्यक्त किया जाता है। एक ही तत्व की प्रतिक्रियाशीलता का आकलन अलग-अलग तरीके से किया जा सकता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि हम इसे किस दृष्टिकोण से देखते हैं - गुणात्मक या मात्रात्मक। इस प्रकार, मात्रात्मक दृष्टिकोण से, फ्लोरीन में सबसे बड़ी प्रतिक्रियाशीलता होती है: यह आसानी से और जल्दी से कई पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करता है; उदाहरण के लिए, यह एकमात्र तत्व है जो ऑक्सीजन को ऑक्सीकरण करता है। अन्य हैलोजन में लगभग समान गतिविधि होती है; वे सभी ऑर्गेनोजेनिक तत्वों की तुलना में मात्रात्मक रूप से बहुत अधिक सक्रिय होते हैं। हालाँकि, हैलोजन बनाने वाले यौगिक अधिकतर कम आणविक भार वाले होते हैं और कमजोर प्रतिक्रियाशीलता वाले होते हैं, जो आगे के परिवर्तनों की संभावना को सीमित करता है। इसके विपरीत, ऑर्गेनोजेनिक तत्व बड़ी संख्या में उच्च आणविक भार और बहुत सक्रिय यौगिक बनाते हैं। यह मुख्य रूप से कार्बन परमाणुओं की प्रकृति, जटिल शाखा श्रृंखला बनाने की उनकी अद्वितीय क्षमता और एक ही अणु के भीतर विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाओं द्वारा समझाया गया है। इसके लिए धन्यवाद, वे अत्यंत जटिल कार्बनिक पदार्थ बना सकते हैं। परिणामस्वरूप, गुणात्मक दृष्टि से कार्बन अन्य सभी रासायनिक तत्वों की तुलना में प्रतिक्रियाशीलता में श्रेष्ठ है।

प्रतिक्रियाशीलता का गुणात्मक पक्ष न केवल सीधे प्राप्त उत्पादों में व्यक्त किया जाता है, बल्कि प्रतिक्रिया के दूरस्थ, अंतिम परिणामों के पूरे सेट में भी व्यक्त किया जाता है। रासायनिक पदार्थों की प्रतिक्रियाशीलता का आकलन करते समय, उनमें आगे के परिवर्तनों के लिए संभावनाओं की पूरी श्रृंखला को ध्यान में रखना आवश्यक है। इस पहलू में विचार की गई प्रतिक्रियाशीलता किसी विशेष रासायनिक तत्व (यौगिक) से जुड़ी आगे के विकास की संभावनाओं के संकेतक के रूप में कार्य करती है, इसकी विकास क्षमता या विकास क्षमता के रूप में। उनकी विकासवादी क्षमता के संदर्भ में, ऑर्गेनोजेनिक तत्वों की प्रतिक्रियाशीलता अन्य सभी तत्वों की प्रतिक्रियाशीलता से कहीं अधिक है। केवल सर्वाधिक विकासवादी क्षमता वाले कार्बन यौगिक ही पदार्थ के रासायनिक रूप को उसकी अपनी सीमा से परे ले जाने और जीवन के उद्भव का आधार बनने में सक्षम हैं। कार्बन का मुख्य "प्रतिद्वंद्वी", सिलिकॉन, जिसे कभी-कभी ब्रह्मांड में "सिलिकॉन जीवन" के लिए रासायनिक संरचना बनाने की काल्पनिक क्षमता का श्रेय दिया जाता है, सबसे सरल एसिटिक एसिड का भी एक स्थिर एनालॉग नहीं बना सकता है। प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड की जटिलता में तुलनीय सिलिकॉन-आधारित पदार्थों के उद्भव की संभावना आधुनिक रसायन विज्ञान में वास्तविक से अधिक शानदार लगती है।

विकासवादी क्षमता की अवधारणा विकास सिद्धांत के दृष्टिकोण से प्रतिक्रियाशीलता की अवधारणा को ठोस बनाने और और गहरा करने का काम करती है। किसी रासायनिक तत्व या यौगिक की विकासवादी क्षमता उसकी प्रतिक्रियाशीलता का आंतरिक, गहरा पक्ष है, जो आगे के परिवर्तन और विकास के लिए संभावनाओं के कोष की विशेषता है। यह अवधारणा भौतिक, जैविक और सामाजिक विज्ञान में विकासवादी क्षमता की अवधारणाओं के अनुरूप है। पदार्थ के किसी भी रूप में परिवर्तन की प्रक्रियाओं में, विकासवादी क्षमता में कमी इंगित करती है कि विकास की यह दिशा मुख्य, मुख्य नहीं, बल्कि एक मृत अंत है। इस प्रकार, रसायन विज्ञान में, विकासवादी क्षमता का क्षीणन सजातीय समूहों में देखा जाता है, जिनमें से उच्च सदस्य (स्टीयरिन, मोम, पैराफिन) रासायनिक जड़ता में एक दूसरे के समान हो जाते हैं। जैसा कि यू.ए. अपनी सख्त आवधिकता के साथ होमोलॉजिकल श्रृंखला का नेतृत्व करते हैं। ज़्दानोव, एक "रासायनिक मृत अंत" में। सबसे अधिक विकासवादी आशाजनक विशाल मोनोटोनिक श्रृंखलाएं नहीं हैं, बल्कि एक अलग प्रकार की प्रतिक्रियाएं हैं जो कोलाइडल समाधान और उत्प्रेरक प्रणालियों में होती हैं, जिन पर हम नीचे लौटेंगे।

रसायन विज्ञान में, भौतिक दुनिया के सामान्य पैटर्न में से एक स्पष्ट रूप से प्रकट होता है - अंतरिक्ष और समय में विकास प्रक्रिया की तीव्रता का असमान वितरण। जीवित प्रकृति में विकास की प्रगतिशील दिशा की प्रबलता का मतलब यह नहीं है कि सभी युगों में सभी जैविक प्रजातियाँ समान तीव्रता से विकसित होती हैं। सामाजिक प्रगति के विचार का अर्थ यह भी नहीं है कि सभी मानव व्यक्ति और सभी सामाजिक संरचनाएँ निरंतर प्रगतिशील विकास की स्थिति में हैं। इसी प्रकार, आधुनिक रसायन विज्ञान प्रकृति में दो अनिवार्य रूप से भिन्न प्रकार की प्रतिक्रियाओं को प्रकट करता है। उनमें से पहला सीधे तौर पर पदार्थों के विकास की प्रक्रियाओं को शामिल नहीं करता है, दूसरा, इसके विपरीत, विकासवादी परिवर्तनों की नींव रखता है।

प्रतिक्रियाओं के पहले समूह की विशेषता प्रतिक्रियाशील अणु की प्रकृति में आमूल-चूल परिवर्तन, उसका पूरी तरह से नई अवस्था में परिवर्तन है। हेगेल ने ऐसी प्रक्रियाओं को "एक" से "दूसरे" की ओर गति कहा - पुरानी गुणवत्ता बस यहां खो जाती है, और जमा नहीं होती, "हटाई नहीं जाती"। ऐसी प्रतिक्रियाएं अकार्बनिक पदार्थों (अम्ल और क्षार नमक, ऑक्सीजन और हाइड्रोजन में पानी में बदल जाती हैं) के लिए विशिष्ट होती हैं, लेकिन वे कार्बनिक रसायन विज्ञान में भी होती हैं। साथ ही, ऐसी प्रक्रियाएं जिनमें अणु पूरी तरह से गायब नहीं होता है, बल्कि केवल संशोधित होता है, मूल प्रकार की कुछ विशेषताओं को बरकरार रखते हुए, कार्बनिक यौगिकों के बीच अधिक आम हो रहा है। यह एक अणु में एक परमाणु के दूसरे के साथ प्रतिस्थापन की प्रतिक्रियाओं के दौरान होता है, टॉटोमेरिक पुनर्व्यवस्था के दौरान, वैकल्पिक रूप से सक्रिय यौगिकों के रेसमाइजेशन के दौरान (रेसमाइजेशन एक वैकल्पिक रूप से सक्रिय पदार्थ के आइसोमर्स के मिश्रण की उपस्थिति है जो ऑप्टिकल गतिविधि खो देता है)। वास्तव में, इन मामलों में, एक लक्षण बनना शुरू हो जाता है जो बाद में पदार्थ के जैविक रूप में पूरी तरह से विकसित होगा - एक स्थिर व्यक्तित्व उत्पन्न होता है, जो रासायनिक परिवर्तनों के दौरान खुद को संरक्षित करने में सक्षम होता है। यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है कि बाहरी प्रभाव के तहत कार्बनिक अणु रासायनिक रूप से बिल्कुल भी नहीं बदल सकते हैं, लेकिन केवल ऊर्जा पुनर्वितरण, उत्तेजना, व्यक्तिगत समूहों के घूर्णन, कुछ परमाणुओं के प्रतिवर्ती प्रवास, अस्थायी अंतर-परमाणु बांड के गठन के परिणामस्वरूप किसी अन्य राज्य में संक्रमण करते हैं। वगैरह।

इस प्रकार, रासायनिक व्यक्ति स्वयं को संरक्षित करते हुए अपनी प्रकृति को बदलने की क्षमता प्राप्त कर लेता है। पदार्थ के विकास की इस अवस्था में निषेध के निषेध की द्वंद्वात्मक प्रक्रिया स्पष्ट रूप से दिखाई देने लगती है। कमजोर और अल्पकालिक भौतिक शक्तियां, जो कणों की परस्पर क्रिया के दौरान खुद को प्रकट करती हैं और अपनी रासायनिक संरचना को बनाए रखते हुए अणु को केवल थोड़ा संशोधित करती हैं, मैक्रोमोलेक्यूल्स और उनके परिसरों में जमा होती हैं। ये ताकतें जीवित चीजों की विशिष्ट संरचना बनाती हैं, जिनमें एंजाइम-सब्सट्रेट समुच्चय, न्यूक्लियोप्रोटीन की अंतर-आणविक संरचनाएं, ग्लाइकोलेपिड्स, डीएनए डबल हेलिक्स में पूरक पत्राचार, डीएनए, आरएनए और प्रोटीन की बातचीत शामिल हैं। ये सभी कमजोर भौतिक अंतःक्रियाएं हाइड्रोजन बांड, ध्रुवीय, द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय और वैन डेर वाल्स बलों द्वारा निर्धारित की जाती हैं, जो रासायनिक प्रक्रिया से पहले होती हैं, इसे तैयार करती हैं, लेकिन अभी तक इसे समाप्त नहीं करती हैं।

रसायन विज्ञान प्राकृतिक विज्ञान विकासवादी पदार्थ

महत्वहीन शून्यता ही सभी आरंभों की शुरुआत है।

(थियोडोर रोएथके, "वासना")

रासायनिक विकास का सिद्धांत - जीवन की उत्पत्ति का आधुनिक सिद्धांत - भी सहज पीढ़ी के विचार पर निर्भर करता है। हालाँकि, यह पृथ्वी पर जीवित प्राणियों के अचानक (डे नोवो) उद्भव पर आधारित नहीं है, बल्कि रासायनिक यौगिकों और प्रणालियों के गठन पर आधारित है जो जीवित पदार्थ बनाते हैं। यह प्राचीन पृथ्वी के रसायन शास्त्र की जांच करता है, मुख्य रूप से आदिम वायुमंडल और पानी की सतह परत में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं की जांच करता है, जहां, सभी संभावनाओं में, जीवित पदार्थ का आधार बनाने वाले प्रकाश तत्व केंद्रित थे और भारी मात्रा में सौर ऊर्जा अवशोषित हो गई. यह सिद्धांत इस प्रश्न का उत्तर देने का प्रयास करता है: उस सुदूर युग में कार्बनिक यौगिक कैसे अनायास उत्पन्न हो सकते थे और एक जीवित प्रणाली का निर्माण कर सकते थे?

ओपरिन - यूरी सिद्धांत

रासायनिक विकास के लिए सामान्य दृष्टिकोण सबसे पहले सोवियत जैव रसायनज्ञ ए. आई. ओपरिन (1894-1980) द्वारा तैयार किया गया था। 1924 में, इस मुद्दे को समर्पित उनकी छोटी पुस्तक यूएसएसआर में प्रकाशित हुई थी: 1936 में, इसका नया, विस्तारित संस्करण प्रकाशित हुआ था (1938 में इसका अंग्रेजी में अनुवाद किया गया था)। ओपरिन ने इस तथ्य की ओर ध्यान आकर्षित किया कि पृथ्वी की सतह पर आधुनिक परिस्थितियाँ बड़ी संख्या में कार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण को रोकती हैं, क्योंकि वायुमंडल में अधिक मात्रा में उपलब्ध मुक्त ऑक्सीजन, कार्बन यौगिकों को कार्बन डाइऑक्साइड (कार्बन डाइऑक्साइड, सीओ 2) में ऑक्सीकरण करती है। इसके अलावा, उन्होंने कहा कि हमारे समय में, पृथ्वी पर "छोड़ दिए गए" किसी भी कार्बनिक पदार्थ का उपयोग जीवित जीवों द्वारा किया जाता है (एक समान विचार चार्ल्स डार्विन द्वारा व्यक्त किया गया था)। हालाँकि, ओपरिन ने तर्क दिया, प्राथमिक पृथ्वी पर अन्य स्थितियाँ प्रबल थीं। यह माना जा सकता है कि उस समय पृथ्वी के वायुमंडल में ऑक्सीजन नहीं थी, लेकिन हाइड्रोजन और हाइड्रोजन युक्त गैसें, जैसे मीथेन (सीएच 4) और अमोनिया (एनएच 3) प्रचुर मात्रा में थीं। (ऐसे वातावरण को, जो हाइड्रोजन से समृद्ध और ऑक्सीजन से रहित है, अपचायक कहा जाता है, इसके विपरीत, आधुनिक, ऑक्सीकरण वातावरण, ऑक्सीजन से समृद्ध और हाइड्रोजन से रहित।) ओपरिन के अनुसार, ऐसी स्थितियों ने कार्बनिक पदार्थों के सहज संश्लेषण के लिए उत्कृष्ट अवसर पैदा किए। यौगिक.

पृथ्वी के आदिम वातावरण की पुनर्स्थापनात्मक प्रकृति के बारे में अपने विचार को प्रमाणित करते हुए, ओपरिन ने निम्नलिखित तर्क सामने रखे।

1. तारों में हाइड्रोजन प्रचुर मात्रा में मौजूद होता है (चित्र 6 और फोटो 1)।

चावल। 6. चमकीले तारे सीरियस के स्पेक्ट्रम में हाइड्रोजन रेखाएँ। तारे के इस स्पेक्ट्रम (गहरे रंग की पृष्ठभूमि पर सफेद रेखाएं) की तुलना प्रयोगशाला में प्राप्त दो स्पेक्ट्रा (प्रकाश पृष्ठभूमि पर गहरी रेखाएं) से की जाती है। स्पेक्ट्रम की सभी सबसे चमकीली और चौड़ी रेखाएँ हाइड्रोजन रेखाएँ हैं। (तस्वीरें माउंट पालोमर वेधशाला में ली गईं।)

2. कार्बन सीएच और सीएन रेडिकल के हिस्से के रूप में धूमकेतु और ठंडे सितारों के स्पेक्ट्रा में पाया जाता है, और ऑक्सीकृत कार्बन शायद ही कभी दिखाई देता है।

3. उल्कापिंडों में हाइड्रोकार्बन यानी कार्बन और हाइड्रोजन के यौगिक पाए जाते हैं।

4. बृहस्पति और शनि का वातावरण मीथेन और अमोनिया से अत्यधिक समृद्ध है।

जैसा कि ओपेरिन ने बताया, ये चार बिंदु दर्शाते हैं कि समग्र रूप से ब्रह्मांड पुनर्प्राप्ति स्थिति में है। परिणामस्वरूप, आदिम पृथ्वी पर कार्बन और नाइट्रोजन एक ही अवस्था में रहे होंगे।

5. ज्वालामुखीय गैसों में अमोनिया होता है। ओपेरिन का मानना ​​था कि इससे पता चलता है कि नाइट्रोजन प्राथमिक वातावरण में अमोनिया के रूप में मौजूद थी।

6. आधुनिक वायुमंडल में मौजूद ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान हरे पौधों द्वारा निर्मित होती है, और इसलिए मूल रूप से एक जैविक उत्पाद है।

इन विचारों के आधार पर, ओपेरिन इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि आदिम पृथ्वी पर कार्बन सबसे पहले हाइड्रोकार्बन के रूप में और नाइट्रोजन अमोनिया के रूप में प्रकट हुआ। उन्होंने आगे सुझाव दिया कि अब ज्ञात रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान, निर्जीव पृथ्वी की सतह पर जटिल कार्बनिक यौगिक उत्पन्न हुए, जिन्होंने काफी लंबे समय के बाद, जाहिर तौर पर पहले जीवित प्राणियों को जन्म दिया। पहले जीव शायद बहुत ही सरल प्रणालियाँ थे, जो केवल उस जैविक वातावरण के कारण प्रतिकृति (विभाजन) करने में सक्षम थे जिससे वे बने थे। आधुनिक भाषा में, वे "हेटरोट्रॉफ़्स" थे, यानी, वे पर्यावरण पर निर्भर थे, जो उन्हें जैविक पोषण प्रदान करता था। इस पैमाने के विपरीत छोर पर "ऑटोट्रॉफ़्स" हैं - उदाहरण के लिए, हरे पौधे जैसे जीव, जो स्वयं कार्बन डाइऑक्साइड, अकार्बनिक नाइट्रोजन और पानी से सभी आवश्यक कार्बनिक पदार्थों को संश्लेषित करते हैं। ओपेरिन के सिद्धांत के अनुसार, ऑटोट्रॉफ़ तभी प्रकट हुए जब हेटरोट्रॉफ़ ने आदिम महासागर में कार्बनिक यौगिकों की आपूर्ति समाप्त कर दी।

जे.बी.एस. हाल्डेन (1892-1964) ने कुछ मामलों में ओपेरिन के समान एक विचार सामने रखा, जिसे 1929 में प्रकाशित एक लोकप्रिय निबंध में रेखांकित किया गया था। उन्होंने प्रस्तावित किया कि प्रीबायोलॉजिकल पृथ्वी पर होने वाली प्राकृतिक रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा संश्लेषित कार्बनिक पदार्थ समुद्र में जमा हो जाते हैं, जो अंततः पहुंच जाते हैं। "गर्म, पतला शोरबा" की स्थिरता। हाल्डेन का मानना ​​था कि पृथ्वी का आदिम वातावरण अवायवीय (ऑक्सीजन से मुक्त) था, लेकिन उन्होंने यह तर्क नहीं दिया कि कार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण के लिए परिस्थितियों को कम करने की आवश्यकता थी। इस प्रकार, उन्होंने मान लिया कि कार्बन वायुमंडल में पूरी तरह से ऑक्सीकृत रूप में, यानी डाइऑक्साइड के रूप में मौजूद हो सकता है, न कि मीथेन या अन्य हाइड्रोकार्बन के हिस्से के रूप में। उसी समय, हाल्डेन ने प्रयोगों के परिणामों (अपने स्वयं के नहीं) का उल्लेख किया, जो पराबैंगनी विकिरण के प्रभाव में कार्बन डाइऑक्साइड, अमोनिया और पानी के मिश्रण से जटिल कार्बनिक यौगिकों के निर्माण की संभावना को साबित करता है। हालाँकि, इन प्रयोगों को दोहराने के बाद के प्रयास असफल रहे।

1952 में, हेरोल्ड उरे (1893-1981), जीवन की उत्पत्ति पर नहीं, बल्कि सौर मंडल के विकास पर काम करते हुए, स्वतंत्र रूप से इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि युवा पृथ्वी के वातावरण में एक बहाल चरित्र था। ओपरिन का दृष्टिकोण गुणात्मक था। उरे जिस समस्या की जांच कर रहे थे वह प्रकृति में भौतिक-रासायनिक थी: प्रारंभिक बिंदु के रूप में प्रारंभिक ब्रह्मांडीय धूल के बादल की संरचना और चंद्रमा और ग्रहों के ज्ञात भौतिक और रासायनिक गुणों द्वारा निर्धारित सीमा स्थितियों पर डेटा का उपयोग करते हुए, उन्होंने थर्मोडायनामिक रूप से विकसित करने का लक्ष्य रखा था। संपूर्ण सौर मंडल का आम तौर पर स्वीकार्य इतिहास। यूरे ने, विशेष रूप से, दिखाया कि निर्माण प्रक्रिया के अंत तक पृथ्वी का वायुमंडल अत्यधिक कम हो गया था, क्योंकि इसके मुख्य घटक हाइड्रोजन थे और कार्बन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के रूप पूरी तरह से कम हो गए थे: मीथेन, अमोनिया और जल वाष्प। पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र प्रकाश हाइड्रोजन को धारण नहीं कर सका - और यह धीरे-धीरे बाहरी अंतरिक्ष में चला गया। मुक्त हाइड्रोजन के नुकसान का एक माध्यमिक परिणाम मीथेन का कार्बन डाइऑक्साइड और अमोनिया का नाइट्रोजन गैस में क्रमिक ऑक्सीकरण था, जिसने एक निश्चित समय के बाद वातावरण को कम करने से ऑक्सीकरण में बदल दिया। उरे ने माना कि हाइड्रोजन वाष्पीकरण की अवधि के दौरान, जब वायुमंडल मध्यवर्ती रेडॉक्स अवस्था में था, पृथ्वी पर जटिल कार्बनिक पदार्थ बड़ी मात्रा में बन सकते थे। उनके अनुमान के अनुसार, जाहिरा तौर पर, महासागर तब कार्बनिक यौगिकों का एक प्रतिशत समाधान था। इसका परिणाम यह हुआ कि जीवन अपने सबसे आदिम रूप में था।

उरे के सिद्धांत का एक महत्वपूर्ण परिणाम था: इसने सफल प्रायोगिक अनुसंधान को जन्म दिया। हालाँकि, हाइड्रोजन से समृद्ध आदिम वातावरण की परिकल्पना पर आधारित प्रयोगों के बारे में बात करने से पहले, यह पता लगाना आवश्यक है कि यह परिकल्पना भूवैज्ञानिक डेटा से कैसे मेल खाती है। हाल के वर्षों में इस मुद्दे पर सक्रिय रूप से चर्चा की गई है। चूंकि कई भूवैज्ञानिकों को अब संदेह है कि पृथ्वी पर कभी बहुत तेजी से घटने वाला वातावरण था। ये सभी तर्क, केवल थोड़ा संशोधित होकर, मंगल ग्रह पर लागू होते हैं; इसलिए यहां उनकी संक्षिप्त समीक्षा करना उचित है।

आदिम पृथ्वी

ऐसा माना जाता है कि सौर मंडल का निर्माण प्रोटोसोलर नेबुला - गैस और धूल के एक विशाल बादल - से हुआ था। कई स्वतंत्र अनुमानों के आधार पर स्थापित पृथ्वी की आयु 4.5 अरब वर्ष के करीब है। आदिम निहारिका की संरचना का पता लगाने के लिए, आधुनिक सौर मंडल में विभिन्न रासायनिक तत्वों की सापेक्ष प्रचुरता का अध्ययन करना सबसे उचित है। तालिका में 3 सूर्य के स्पेक्ट्रोस्कोपिक अध्ययन का उपयोग करके प्राप्त नौ सबसे आम तत्वों (सौर मंडल के कुल द्रव्यमान का 99.9% के लिए लेखांकन) पर डेटा प्रस्तुत करता है; कुछ अन्य तत्वों की सापेक्ष प्रचुरता उल्कापिंड सामग्री के रासायनिक विश्लेषण द्वारा निर्धारित की गई थी। जैसा कि तालिका से देखा जा सकता है, मुख्य तत्व - हाइड्रोजन और हीलियम - मिलकर सूर्य के द्रव्यमान का 98% (इसकी परमाणु संरचना का 99.9%) और वास्तव में, संपूर्ण सौर मंडल बनाते हैं। चूँकि सूर्य एक साधारण तारा है और अन्य आकाशगंगाओं में कई तारे इस प्रकार के हैं, इसकी संरचना आम तौर पर बाहरी अंतरिक्ष में तत्वों की प्रचुरता को दर्शाती है। तारों के विकास के बारे में आधुनिक विचारों से पता चलता है कि "युवा" सूर्य में हाइड्रोजन और हीलियम की प्रधानता थी, जो कि 4.5 अरब साल पहले थी।

तालिका में तालिका 3 पृथ्वी की मौलिक संरचना पर डेटा भी दिखाती है। यद्यपि पृथ्वी के चार मुख्य तत्व सूर्य में नौ सबसे प्रचुर तत्वों में से हैं, हमारे ग्रह की संरचना समग्र रूप से बाहरी अंतरिक्ष से काफी भिन्न है। (बुध, शुक्र और मंगल के लिए भी यही कहा जा सकता है; हालाँकि, बृहस्पति, शनि, यूरेनस और नेपच्यून इस सूची में नहीं हैं।) पृथ्वी मुख्य रूप से लोहा, ऑक्सीजन, सिलिकॉन और मैग्नीशियम से बनी है। सभी जैविक रूप से महत्वपूर्ण प्रकाश तत्वों (ऑक्सीजन के अपवाद के साथ) की स्पष्ट कमी है और तथाकथित दुर्लभ या उत्कृष्ट गैसों की "कमी" है। हीलियम और नियॉन के समान। सामान्य तौर पर, हमारा ग्रह किसी भी जीवन के उद्भव के लिए बहुत ही निराशाजनक दिखता है।

सौर मंडल और पृथ्वी की मौलिक संरचना (द्रव्यमान द्वारा प्रतिशत)।

सामग्री के घटते क्रम में	सौर परिवार		धरती
	तत्व	%	तत्व	%
1	हाइड्रोजन	77	लोहा	34.6
2	हीलियम	21	ऑक्सीजन	29,5
3	ऑक्सीजन	0,83	सिलिकॉन	15,2
4	कार्बन	0,34	मैगनीशियम	12,7
5	नियोन	0,17	निकल	2,4
6	नाइट्रोजन	0,12	गंधक	1,9
7	लोहा	0,11	कैल्शियम	1,1
8	सिलिकॉन	0,07	अल्युमीनियम	1,1
9	मैगनीशियम	0,06	सोडियम	0,57
	कुल	99,70	हाइड्रोजन+कार्बन+नाइट्रोजन	0,05
			नियोन	1-10^-3
			कुल	99,12

ओपेरिन-यूरी सिद्धांत का मुख्य बिंदु यह है कि युवा पृथ्वी का वातावरण, जो अपनी रासायनिक संरचना में प्रोटोसोलर नेबुला के अनुरूप था, में एक स्पष्ट कम करने वाला चरित्र था। हालाँकि, चाहे कुछ भी हो, पृथ्वी का वायुमंडल अब ऑक्सीकरण कर रहा है। इसमें 77% नाइट्रोजन, 21% ऑक्सीजन, औसतन 1% जलवाष्प, लगभग 1% आर्गन और अन्य गैसों की नगण्य मात्रा (निशान) होती है। पुनर्स्थापनात्मक वातावरण कैसे उत्पन्न हो सकता है? संभवतः, यहां मुख्य भूमिका प्रोटोसोलर नेबुला की गैसों द्वारा निभाई गई थी: इसकी उत्पत्ति के क्षण से, पृथ्वी को हाइड्रोजन और अन्य प्रकाश तत्व प्रदान किए गए थे, जो ओपरिन-यूरे सिद्धांत के अनुसार, शुरुआत के लिए आवश्यक हैं। रासायनिक विकास. प्रकाश तत्वों और विशेष रूप से उत्कृष्ट गैसों की कमी को देखते हुए, यह मान लेना उचित है कि पृथ्वी मूल रूप से बिना वायुमंडल के बनी है। हीलियम के अपवाद के साथ, सभी उत्कृष्ट गैसों - नियॉन, आर्गन, क्रिप्टन और क्सीनन - में पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण द्वारा बनाए रखने के लिए पर्याप्त विशिष्ट गुरुत्व होता है। उदाहरण के लिए, क्रिप्टन और क्सीनन लोहे से भारी होते हैं। क्योंकि ये तत्व बहुत कम यौगिक बनाते हैं, वे संभवतः गैसों के रूप में पृथ्वी के आदिम वातावरण में मौजूद थे और जब ग्रह अंततः अपने वर्तमान आकार तक पहुंच गया तो वे बच नहीं सके। लेकिन चूंकि पृथ्वी में सूर्य की तुलना में इनकी संख्या लाखों गुना कम है, इसलिए यह मान लेना स्वाभाविक है कि हमारे ग्रह पर कभी भी सूर्य के समान संरचना वाला वातावरण नहीं रहा है। पृथ्वी का निर्माण ठोस पदार्थों से हुआ था जिसमें केवल थोड़ी मात्रा में अवशोषित या अधिशोषित गैस थी, इसलिए पहले कोई वायुमंडल नहीं था। आधुनिक वायुमंडल को बनाने वाले तत्व स्पष्ट रूप से आदिम पृथ्वी पर ठोस रासायनिक यौगिकों के रूप में प्रकट हुए; इसके बाद, रेडियोधर्मी क्षय से उत्पन्न होने वाली गर्मी या पृथ्वी के संचय के साथ गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा की रिहाई के प्रभाव में, ये यौगिक गैस बनाने के लिए विघटित हो गए। ज्वालामुखीय गतिविधि की प्रक्रिया के दौरान, ये गैसें पृथ्वी के आंत्र से बाहर निकल गईं, जिससे एक आदिम वातावरण का निर्माण हुआ।

आधुनिक वायुमंडल में आर्गन की उच्च सामग्री (लगभग 1%) इस धारणा का खंडन नहीं करती है कि प्रारंभ में उत्कृष्ट गैसें वायुमंडल से अनुपस्थित थीं। बाहरी अंतरिक्ष में आम आर्गन के आइसोटोप का परमाणु द्रव्यमान 36 है, जबकि पोटेशियम के रेडियोधर्मी क्षय के दौरान पृथ्वी की पपड़ी में बनने वाले आर्गन का परमाणु द्रव्यमान 40 है। पृथ्वी पर ऑक्सीजन की असामान्य रूप से उच्च सामग्री (की तुलना में) अन्य प्रकाश तत्व) को इस तथ्य से समझाया गया है कि यह तत्व कई अन्य तत्वों के साथ मिलकर सिलिकेट और कार्बोनेट जैसे बहुत स्थिर ठोस यौगिक बनाने में सक्षम है, जो चट्टानों का हिस्सा हैं।

आदिम वातावरण की घटती प्रकृति के बारे में उरे की धारणाएँ पृथ्वी पर उच्च लौह सामग्री (कुल द्रव्यमान का 35%) पर आधारित थीं। उनका मानना ​​था कि जो लोहा अब पृथ्वी की कोर बनाता है, वह मूल रूप से इसके पूरे आयतन में कमोबेश समान रूप से वितरित था। जैसे-जैसे पृथ्वी गर्म होती गई, लोहा पिघलकर उसके केंद्र में एकत्रित हो गया। हालाँकि, ऐसा होने से पहले, जिसे अब पृथ्वी का ऊपरी आवरण कहा जाता है उसमें मौजूद लोहा पानी के साथ परस्पर क्रिया करता था (जो कुछ उल्कापिंडों में पाए जाने वाले हाइड्रेटेड खनिजों के समान आदिम पृथ्वी पर मौजूद था); परिणामस्वरूप, आदिम वातावरण में भारी मात्रा में हाइड्रोजन छोड़ा गया।

1950 के दशक की शुरुआत से किए गए शोध ने वर्णित परिदृश्य के कई प्रावधानों पर सवाल उठाया है। कुछ ग्रह वैज्ञानिकों ने संदेह व्यक्त किया है कि अब पृथ्वी की पपड़ी में केंद्रित लोहा कभी भी ग्रह की संपूर्ण मात्रा में समान रूप से वितरित किया जा सकता है। उनका मानना ​​है कि अभिवृद्धि असमान रूप से हुई और अन्य तत्वों से पहले नेब्यूला से लोहा संघनित हुआ जो अब पृथ्वी के मेंटल और क्रस्ट का निर्माण करते हैं। असमान अभिवृद्धि के साथ, आदिम वातावरण में मुक्त हाइड्रोजन की सामग्री एक समान प्रक्रिया की तुलना में कम होनी चाहिए थी। अन्य वैज्ञानिक अभिवृद्धि को प्राथमिकता देते हैं, लेकिन इस तरह से आगे बढ़ना जिससे कम करने वाले वातावरण का निर्माण न हो। संक्षेप में, हाल के वर्षों में पृथ्वी के गठन के विभिन्न मॉडलों का विश्लेषण किया गया है, जिनमें से कुछ अधिक हैं, अन्य कम, प्रारंभिक वायुमंडल की पुनर्योजी प्रकृति के बारे में विचारों के अनुरूप हैं।

सौर मंडल के निर्माण के समय हुई घटनाओं के पुनर्निर्माण के प्रयास अनिवार्य रूप से कई अनिश्चितताओं से जुड़े हैं। पृथ्वी के उद्भव और सबसे प्राचीन चट्टानों के निर्माण के बीच का समय अंतराल, जिसे भूवैज्ञानिक रूप से दिनांकित किया जा सकता है, जिसके दौरान रासायनिक प्रतिक्रियाएं हुईं, जिसके कारण जीवन का उद्भव हुआ, 700 मिलियन वर्ष है। प्रयोगशाला प्रयोगों से पता चला है कि आनुवंशिक प्रणाली के घटकों के संश्लेषण के लिए एक पुनर्स्थापनात्मक वातावरण की आवश्यकता होती है; इसलिए, हम कह सकते हैं कि चूँकि पृथ्वी पर जीवन उत्पन्न हुआ, इसका अर्थ निम्नलिखित हो सकता है: या तो आदिम वातावरण कम करने वाली प्रकृति का था, या जीवन की उत्पत्ति के लिए आवश्यक कार्बनिक यौगिक कहीं से पृथ्वी पर लाए गए थे। चूँकि आज भी उल्कापिंड विभिन्न प्रकार के कार्बनिक पदार्थ पृथ्वी पर लाते हैं, इसलिए बाद की संभावना बिल्कुल शानदार नहीं लगती। हालाँकि, उल्कापिंडों में, जाहिरा तौर पर, आनुवंशिक प्रणाली के निर्माण के लिए आवश्यक सभी पदार्थ शामिल नहीं होते हैं। यद्यपि उल्कापिंडीय उत्पत्ति की सामग्रियों ने संभवतः आदिम पृथ्वी पर कार्बनिक यौगिकों के कुल पूल में महत्वपूर्ण योगदान दिया था, अब यह सबसे प्रशंसनीय लगता है कि पृथ्वी पर परिस्थितियाँ इस हद तक कम करने वाली प्रकृति की थीं कि कार्बनिक पदार्थों का निर्माण हुआ। जीवन का उद्भव संभव हो गया।

पूर्व-जैविक रसायन विज्ञान के क्षेत्र में प्रयोग: मोनोमर्स का संश्लेषण

जाहिरा तौर पर ओपेरिन ने अपने सिद्धांत को प्रयोगात्मक रूप से परखने की कोशिश नहीं की। उन्होंने महसूस किया होगा कि मौजूदा विश्लेषणात्मक तरीके कार्बनिक पदार्थों के जटिल मिश्रण को चिह्नित करने के लिए उपयुक्त नहीं थे जो हाइड्रोकार्बन, अमोनिया और पानी के बीच विभिन्न प्रतिक्रियाओं से बन सकते हैं। या शायद वह अनेक विवरणों में जाने की आवश्यकता न समझकर, सामान्य सिद्धांतों के तार्किक विकास से संतुष्ट थे। जो भी हो, ओपेरिन के सिद्धांत का परीक्षण तब तक नहीं किया गया जब तक यूरी ने इसका सामना नहीं किया। और 1957 में, उनके स्नातक छात्र स्टेनली मिलर ने अपना प्रसिद्ध प्रयोग किया, जिसकी बदौलत जीवन की उत्पत्ति की समस्या विशुद्ध रूप से अटकलबाजी से वैज्ञानिक, प्रायोगिक रसायन विज्ञान की एक स्वतंत्र शाखा में बदल गई।

आदिम पृथ्वी पर स्थितियों का अनुकरण करते हुए, मिलर ने फ्लास्क के तल में कुछ पानी डाला और इसे गैसों के मिश्रण से भर दिया, जो यूरे के अनुसार, आदिम वातावरण बनाना चाहिए था: हाइड्रोजन, मीथेन, अमोनिया। फिर गैस मिश्रण के माध्यम से एक विद्युत निर्वहन पारित किया गया। सप्ताह के अंत तक, पानी में घुले उत्पादों का रासायनिक विश्लेषण करते हुए, वैज्ञानिक ने उनमें ग्लाइसिन, ऐलेनिन, एसपारटिक और ग्लूटामिक एसिड - चार अमीनो एसिड जो प्रोटीन का हिस्सा हैं, सहित जैविक रूप से महत्वपूर्ण यौगिकों की एक महत्वपूर्ण मात्रा की खोज की। इसके बाद, प्रयोग को अधिक उन्नत विश्लेषणात्मक तरीकों और गैस मिश्रण का उपयोग करके दोहराया गया जो कि आदिम वातावरण के वर्तमान में स्वीकृत मॉडल के साथ अधिक सुसंगत था। इस मामले में, अमोनिया (जो संभवतः आदिम महासागर में घुल गया था) को बड़े पैमाने पर नाइट्रोजन द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था, और हाइड्रोजन को पूरी तरह से समाप्त कर दिया गया था, क्योंकि अब यह माना जाता है कि, सबसे अच्छे रूप में, आदिम वातावरण में इसकी सामग्री नगण्य थी। इस प्रयोग में, 12 अमीनो एसिड बने, जो प्रोटीन का हिस्सा हैं, साथ ही कई अन्य गैर-प्रोटीन यौगिक भी थे, जो उन कारणों से कम दिलचस्प नहीं थे जिनके बारे में हम बाद में चर्चा करेंगे।

इन असामान्य संलयन प्रतिक्रियाओं के अध्ययन से पता चला है कि विद्युत निर्वहन कुछ प्राथमिक उत्पादों के निर्माण का कारण बनता है, जो बाद की प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं जब तक कि वे पानी में पूरी तरह से भंग नहीं हो जाते, जिससे अंतिम उत्पाद बनते हैं। संश्लेषण प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाले सबसे महत्वपूर्ण प्राथमिक उत्पादों में हाइड्रोजन साइनाइड (एचसीएन), फॉर्मेल्डिहाइड (एचसीएचओ), अन्य एल्डिहाइड और सायनोएसिटिलीन (एचसीसीसीएन) शामिल हैं। अमीनो एसिड कम से कम दो तरीकों से हाइड्रोजन साइनाइड से बनते हैं: घोल में साइनाइड, एल्डिहाइड और अमोनिया की प्रतिक्रिया से, और एचसीएन के अमीनो एसिड में रूपांतरण द्वारा - जलीय घोल में होने वाली प्रतिक्रियाओं के एक जटिल अनुक्रम के माध्यम से।

सभी संभावनाओं में, आदिम पृथ्वी पर ऊर्जा का मुख्य स्रोत, जैसा कि वर्तमान समय में है, सूर्य से विकिरण था, न कि विद्युत निर्वहन। इसलिए, विभिन्न शोधकर्ताओं ने अमीनो एसिड के संश्लेषण के लिए आवश्यक ऊर्जा के स्रोत के रूप में पराबैंगनी (यूवी) विकिरण का उपयोग करने का प्रयास किया है। प्रयोग के सकारात्मक परिणाम आये. अमीनो एसिड की अधिकतम उपज तब प्राप्त हुई जब यूरे द्वारा प्रस्तावित गैस मिश्रण में हाइड्रोजन सल्फाइड (एच 2 एस) शामिल था, जो पृथ्वी की सतह पर प्रबल होने वाली लंबी तरंग दैर्ध्य यूवी विकिरण को अवशोषित करता है। अमीनो एसिड तब भी बनते थे जब ऊर्जा का स्रोत शॉक तरंगें थीं, जो उच्च तापमान और दबाव के छोटे "विस्फोट" उत्पन्न करती थीं। इस प्रकार के ऊर्जा स्रोत संभवतः तरंगों की क्रिया के तहत आदिम महासागर में उत्पन्न हुए थे, और वायुमंडल में गड़गड़ाहट, विद्युत निर्वहन और गिरते उल्कापिंडों द्वारा निर्मित हुए थे।

मिलर के प्रयोगों में एक महत्वपूर्ण योगदान जुआन ओरो, लेस्ली ऑर्गेल और उनके सहयोगियों के प्रयोग थे। उन्होंने दिखाया कि चार आरएनए आधार (जिनमें से तीन डीएनए में भी पाए जाते हैं) स्पार्क डिस्चार्ज के कारण होने वाली प्रतिक्रियाओं के प्राथमिक उत्पादों को शामिल करने वाली बाद की प्रतिक्रियाओं में बनते हैं। विशिष्ट रूप से, जलीय घोल में होने वाली प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला में, हाइड्रोजन साइनाइड स्व-संघनित होकर प्यूरीन बेस एडेनिन बनाता है; इस प्रकार की एक अन्य प्रकार की प्रतिक्रिया से एक और प्यूरीन-गुआनिन उत्पन्न होता है। पिरिमिडीन बेस साइटोसिन और यूरैसिल उन प्रतिक्रियाओं में सायनोएसिटिलीन से सराहनीय मात्रा में उत्पन्न होते हैं जो आदिम पृथ्वी पर भी हो सकते हैं। हालाँकि, अब तक थाइमिन के उत्पादन की कोई रिपोर्ट नहीं आई है, जो यूरैसिल के बजाय डीएनए अणु में ऐसे "प्रीबायोलॉजिकल संश्लेषण" में शामिल है।

यह लंबे समय से ज्ञात है कि कुछ शर्तों के तहत, फॉर्मेल्डिहाइड घोल में संघनित होता है, जिससे विभिन्न शर्कराएं बनती हैं। इस प्रतिक्रिया के उत्पादों में से एक राइबोज़ है, जो आरएनए का एक कार्बोहाइड्रेट घटक है। इस प्रकार, जैसा कि हम देखते हैं, आनुवंशिक प्रणाली बनाने वाले अधिकांश आणविक घटक कई प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप उत्पन्न हो सकते हैं जो आदिम पृथ्वी की स्थितियों के तहत काफी संभावित हैं।

उल्कापिंड और अंतरतारकीय धूल के बादल

उल्कापिंडों और अंतरतारकीय गैस और धूल के बादलों की रासायनिक संरचना से संबंधित हाल की खोजों से संकेत मिलता है कि हमारी आकाशगंगा में जैविक रूप से महत्वपूर्ण अणुओं को पहले और अब बड़े पैमाने पर संश्लेषित किया जा रहा है। जिन उल्कापिंडों पर चर्चा की जाएगी, वे कार्बोनेसियस चोंड्रेइट्स के वर्ग से संबंधित हैं और हर साल पृथ्वी की सतह पर गिरने वाले उल्कापिंडों की कुल संख्या का लगभग 5% बनाते हैं। ये दिलचस्प वस्तुएं प्रोटोसोलर नेबुला के "मलबे" का प्रतिनिधित्व करती हैं जिनमें महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं हुए हैं। उन्हें प्राथमिक माना जाता है, क्योंकि वे सौर मंडल के साथ-साथ, यानी 4.5 अरब साल पहले बने थे। उल्कापिंड अपने स्वयं के वातावरण के लिए बहुत छोटे होते हैं, लेकिन गैर-वाष्पशील तत्वों की सापेक्ष सामग्री के संदर्भ में, कार्बोनेसियस चोंड्रेइट्स सूर्य के समान होते हैं। उनकी खनिज संरचना से पता चलता है कि वे कम तापमान पर बने थे और कभी भी उच्च तापमान के संपर्क में नहीं आए थे। इनमें 20% तक पानी (खनिज हाइड्रेट के रूप में बंधा हुआ) और 10% तक कार्बनिक पदार्थ होते हैं। पिछली शताब्दी से, कार्बोनेसियस चोंड्रेइट्स ने अपने संभावित जैविक महत्व के कारण ध्यान आकर्षित किया है। स्वीडिश रसायनज्ञ जैकब बर्ज़ेलियस ने अलाय उल्कापिंड (जो 1806 में फ्रांस में गिरा था) में कार्बनिक पदार्थों की खोज करते हुए सवाल उठाया: क्या उल्कापिंड में उनकी उपस्थिति अलौकिक जीवन के अस्तित्व का संकेत देती है? उसने खुद नहीं सोचा था. ऐसा कहा जाता है कि पाश्चर के पास ऑरगुइल उल्कापिंड के आंतरिक भाग से असंदूषित नमूने प्राप्त करने के लिए एक विशेष रूप से डिजाइन की गई जांच थी, एक अन्य प्रसिद्ध चोंड्रेइट जो 1864 में फ्रांस में भी गिरा था। सूक्ष्मजीवों की सामग्री के लिए नमूनों का विश्लेषण करने के बाद, पाश्चर को नकारात्मक परिणाम प्राप्त हुए।

हाल तक, कार्बोनेसियस चोंड्रेइट्स में कार्बनिक यौगिकों की पहचान को अधिक महत्व नहीं दिया गया था, क्योंकि उन यौगिकों के बीच अंतर करना काफी मुश्किल है जो उल्कापिंड बनाते हैं और पृथ्वी के वायुमंडल में प्रवेश करते समय, इसकी सतह को प्रभावित करते हुए, या बाद में लाए गए प्रदूषकों के बीच अंतर करना काफी मुश्किल है। नमूने एकत्र करते समय मनुष्यों द्वारा। आजकल, अति-संवेदनशील विश्लेषणात्मक तरीकों के विकास और नमूना संग्रह के दौरान सावधानीपूर्वक सावधानियों के कारण, इस मुद्दे पर दृष्टिकोण मौलिक रूप से बदल गया है। हाल ही में अध्ययन किए गए दो चोंड्रेइट्स - उल्कापिंड जो 1969 में मर्चिसन क्षेत्र (ऑस्ट्रेलिया) में और 1950 में मरे (यूएसए) में गिरे थे - उनमें कई अंतर्जात अमीनो एसिड थे।

इस बात के पुख्ता प्रमाण हैं कि पाए गए अधिकांश अमीनो एसिड संदूषक नहीं हैं। इस प्रकार, उनमें से कई असामान्य प्रकार के अमीनो एसिड से संबंधित हैं जो स्थलीय जीवों में नहीं पाए जाते हैं। अन्य साक्ष्य: कुछ सामान्य अमीनो एसिड जो आमतौर पर प्रदूषण के कारण होते हैं, उल्कापिंडों में नहीं पाए जाते हैं। अंत में, कार्बोनेसियस चोंड्रेइट्स में अमीनो एसिड दो ऑप्टिकल आइसोमर्स के रूप में होते हैं, यानी, अलग-अलग स्थानिक रूपों में जो एक दूसरे की दर्पण छवियां हैं - यह केवल गैर-जैविक रूप से संश्लेषित अमीनो एसिड के लिए विशिष्ट है, लेकिन जीवित जीवों में पाए जाने वाले अमीनो एसिड के लिए नहीं। (अध्याय 1 देखें)। उल्कापिंडों में पाए जाने वाले अमीनो एसिड का सेट अमीनो एसिड की याद दिलाता है जो स्पार्क डिस्चार्ज के प्रयोगों में प्राप्त किए गए थे। ये सेट समान नहीं हैं, लेकिन समानता इतनी ध्यान देने योग्य है कि इससे पता चलता है कि दोनों मामलों में संश्लेषण तंत्र समान हैं। उल्कापिंडों में अमीनो एसिड के संश्लेषण के लिए एक अन्य संभावित तंत्र फिशर-ट्रॉप्स प्रतिक्रिया है, जिसका नाम दो जर्मन रसायनज्ञों के नाम पर रखा गया है जिन्होंने कार्बन मोनोऑक्साइड (सीओ) और हाइड्रोजन से गैसोलीन और अन्य हाइड्रोकार्बन के उत्पादन के लिए एक उत्प्रेरक प्रक्रिया विकसित की थी। ये दोनों गैसें ब्रह्मांड में व्यापक हैं, जैसे कि प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक उत्प्रेरक, जैसे लोहा या सिलिकेट। इस प्रतिक्रिया के आधार पर बाहरी अंतरिक्ष में कार्बनिक पदार्थों की सापेक्ष सामग्री को समझाने की कोशिश करते हुए, शिकागो विश्वविद्यालय में एडवर्ड एंडर्स और उनके सहयोगियों ने पाया कि जब अमोनिया को प्रतिक्रिया मिश्रण में पेश किया जाता है, तो अमीनो एसिड, प्यूरीन और पाइरीमिडीन बनते हैं। इस प्रतिक्रिया में, वही मध्यवर्ती उत्पाद दिखाई देते हैं - हाइड्रोजन, साइनाइड, एल्डिहाइड, सायनोएसिटिलीन - जो विद्युत निर्वहन के प्रभाव में होने वाली प्रतिक्रियाओं में प्राप्त होते हैं। जाहिरा तौर पर, उल्कापिंडों में हाइड्रोकार्बन, साथ ही प्यूरीन और पाइरीमिडीन की उपस्थिति को विद्युत निर्वहन के प्रभाव के तहत प्रतिक्रिया की तुलना में फिशर-ट्रॉप्स संश्लेषण प्रतिक्रिया द्वारा समझाना आसान है। हालाँकि, अब तक कोई भी प्रयोगशाला प्रयोग उल्कापिंडों में पाए जाने वाले पदार्थों के सेट को सटीक रूप से पुन: पेश करने में सक्षम नहीं हुआ है।

उल्कापिंडों में प्यूरीन और पाइरीमिडीन बेस की सामग्री का अध्ययन अमीनो एसिड की उपस्थिति की तुलना में कुछ हद तक किया गया है। हालाँकि, मर्चिसन उल्कापिंड में एडेनिन, गुआनिन और यूरैसिल की पहचान की गई थी। एडेनिन और गुआनिन लगभग 1-10 पीपीएम की सांद्रता में पाए जाते हैं, जो अमीनो एसिड की सापेक्ष प्रचुरता के करीब है। यूरैसिल की सांद्रता बहुत कम है।

रेडियो खगोलविदों ने हाल ही में अंतरतारकीय अंतरिक्ष में कार्बनिक अणुओं की खोज की है, जो निश्चित रूप से ब्रह्मांड के कार्बनिक रसायन विज्ञान के बारे में हमारे ज्ञान में इजाफा कर रहा है। गैस और धूल के विशाल बादलों में कार्बनिक अणुओं की खोज की गई है जो अंतरिक्ष के उन क्षेत्रों में पाए जाते हैं जहां माना जाता है कि नए तारे और ग्रह प्रणालियाँ बनती हैं। लेखन के समय, वहां मौजूद हाइड्रोजन अणुओं के अलावा, जैसा कि अपेक्षित था, लगभग 60 यौगिकों की खोज की गई है। सबसे आम कार्बन मोनोऑक्साइड है। अमोनिया, हाइड्रोजन साइनाइड, फॉर्मेल्डिहाइड, एसीटैल्डिहाइड (सीएच 3 सीएचओ), साइनोएसिटिलीन और पानी जैसे समान रूप से दिलचस्प यौगिक बहुत कम आम हैं, यानी अणु जिन्हें रासायनिक विकास पर प्रयोगशाला प्रयोगों में अमीनो एसिड, प्यूरीन, पाइरीमिडीन और कार्बोहाइड्रेट के अग्रदूत माना जाता है।

इन खोजों से संकेत मिलता है कि पूरे ब्रह्मांड में कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण बड़े पैमाने पर होता है और इसके अंतिम उत्पादों में कई जैविक रूप से महत्वपूर्ण यौगिक होते हैं, जिनमें आनुवंशिक प्रणाली के मुख्य मोनोमर्स और उनके अग्रदूत शामिल हैं। यह भी संभव है (जैसा कि एक बार माना गया था) कि कार्बनिक यौगिक - या, किसी भी मामले में, उनका हिस्सा - जिसने पहले जीवित जीवों का आधार बनाया, वे अलौकिक मूल के थे। इन खोजों ने इस महत्वपूर्ण तथ्य को समझना संभव बना दिया कि जैविक यौगिकों का संश्लेषण कोई विशिष्ट रासायनिक प्रक्रिया नहीं है, जो केवल हमारे ग्रह की विशेष अनुकूल परिस्थितियों में ही संभव है, बल्कि एक ब्रह्मांडीय पैमाने पर एक घटना है। इससे तुरंत पता चलता है कि ब्रह्मांड के किसी भी क्षेत्र में, जीवन पृथ्वी पर देखे गए कार्बन रसायन विज्ञान के समान, हालांकि जरूरी नहीं कि समान हो, पर आधारित होना चाहिए।

प्रीबायोलॉजिकल परिस्थितियों में पॉलिमर का संश्लेषण

प्रोटोसोलर नेबुला की गैसों से प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के बुनियादी मोनोमर्स का निर्माण आनुवंशिक प्रणाली बनाने में पहला कदम है। आवश्यक पॉलिमर बनाने के लिए, मोनोमर्स को फिर श्रृंखलाओं में एक साथ जुड़ना होगा। यह एक कठिन समस्या है, और यद्यपि इस पर काफी ध्यान दिया गया है, फिर भी मोनोमर्स से आनुवंशिक जानकारी लेने वाले पॉलिमर के निर्माण के लिए कोई विश्वसनीय तरीका अभी तक प्रस्तावित नहीं किया गया है जो संभवतः आदिम पृथ्वी पर मौजूद थे।

जीवित प्रणालियों और प्रयोगशाला दोनों में पॉलिमर के संश्लेषण में बढ़ती श्रृंखला के अंत में अगले मोनोमर को जोड़ने का चरण शामिल है। ऐसे प्रत्येक चरण में, ऊर्जा की खपत होती है और एक पानी का अणु निकलता है। जब प्रोटीन को अमीनो एसिड से संश्लेषित किया जाता है, तो बहुलक की मोनोमर इकाइयों के बीच बनने वाले बंधन को पेप्टाइड बॉन्ड कहा जाता है। यह चित्र दो अमीनो एसिड अणुओं के बीच पेप्टाइड बंधन के गठन का एक आरेख दिखाता है।

अक्षर R प्रोटीन की 20 विभिन्न अमीनो एसिड साइड चेन में से किसी एक का प्रतिनिधित्व करता है। जब एक तीसरा अमीनो एसिड अणु डाइपेप्टाइड के अंत से जुड़ा होता है, तो एक ट्रिपेप्टाइड बनता है, और इसी तरह, जब तक कि एक पॉलीपेप्टाइड नहीं बन जाता। ऐसी प्रतिक्रियाएं प्रतिवर्ती होती हैं: उदाहरण के लिए, ऊपर दिखाया गया डाइपेप्टाइड, पानी के अणु को जोड़कर, वापस अमीनो एसिड में बदल सकता है: यह प्रक्रिया ऊर्जा की रिहाई के साथ होती है। एक प्रोटीन अणु अमीनो एसिड के एक विशिष्ट अनुक्रम के साथ एक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला है, जो इसे विशेष गुण देता है और लंबे विकास का उत्पाद है। प्रत्येक श्रृंखला में एक अनुक्रम में जुड़े सैकड़ों अमीनो एसिड होते हैं, और कुछ प्रोटीन अणुओं में दो या अधिक समान श्रृंखलाएं शामिल होती हैं। उनके घटक अमीनो एसिड के बीच बातचीत के परिणामस्वरूप, पॉलीपेप्टाइड्स एक त्रि-आयामी संरचना बनाते हैं, जो प्रोटीन अणु का सक्रिय रूप है।

न्यूक्लियोटाइड्स के पॉलिमराइजेशन, न्यूक्लिक एसिड की दोहराई जाने वाली मोनोमेरिक इकाइयों से पॉलीन्यूक्लियोटाइड्स या न्यूक्लिक एसिड का निर्माण होता है। दो न्यूक्लियोटाइड से डाइन्यूक्लियोटाइड का निर्माण इस प्रकार है:

यहां अक्षर बी डीएनए या आरएनए के चार आधारों में से किसी एक का प्रतिनिधित्व करता है; कार्बन परमाणुओं (C) की श्रृंखलाएँ पाँच-कार्बन शर्करा से मेल खाती हैं, जिसमें -OH समूह तीसरे कार्बन परमाणु से जुड़ा होता है। (कार्बोहाइड्रेट के लिए वास्तविक चक्रीय संरचना संकेत चित्र 1 में पहले दिखाए गए हैं।) फॉस्फोरिक एसिड पहले पांचवें कार्बन परमाणु से और फिर कार्बन परमाणु 5 और 3 से जुड़ा होता है।

पॉलिमर को संश्लेषित करने के लिए - प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड दोनों - जीवित कोशिकाएं ऊर्जा से भरपूर अणुओं का उत्पादन करती हैं, जो विशिष्ट एंजाइम प्रोटीन की मदद से, मोनोमर जोड़ के प्रत्येक चरण के लिए ऊर्जा प्रदान करते हैं। उचित प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करने के अलावा, एंजाइम अन्य सभी हस्तक्षेप करने वाले अणुओं को समाप्त करके इसकी सामान्य घटना के लिए आवश्यक स्थितियां बनाते हैं। यह उस स्थिति में आवश्यक है जब प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक अणु प्रतिक्रिया माध्यम में मौजूद सभी अणुओं का केवल एक छोटा सा हिस्सा होते हैं। उदाहरण के लिए, पानी के अणु हटा दिए जाते हैं, जो हमेशा निर्जलीकरण प्रतिक्रिया में हस्तक्षेप करते हैं।

जैविक पॉलिमर को प्रयोगशाला स्थितियों में और एंजाइमों की भागीदारी के बिना संश्लेषित किया जा सकता है। पॉलीपेप्टाइड्स और पॉलीन्यूक्लियोटाइड्स का संश्लेषण अब आम हो गया है। कोशिका द्वारा संश्लेषित प्रोटीन के समान प्रोटीन प्रयोगशाला में उत्पादित किये जा सकते हैं। इस मामले में, निर्जल सॉल्वैंट्स, उच्च सांद्रता के शुद्ध मोनोमर्स का उपयोग किया जाता है, प्रतिक्रिया समूहों की रक्षा के लिए विभिन्न युक्तियों का सहारा लिया जाता है, और अभिकर्मकों का उपयोग ऊर्जा के साथ प्रतिक्रियाएं प्रदान करने के लिए किया जाता है, जो अनिवार्य रूप से एंजाइमों द्वारा किए जाने वाले कार्यों से मेल खाती है।

आइए बायोपॉलिमर को संश्लेषित करने के इन दो अत्यधिक उन्नत तरीकों - कोशिका और प्रयोगशाला में लागू - की तुलना उन स्थितियों से करने का प्रयास करें जो स्पष्ट रूप से आदिम पृथ्वी पर मौजूद थीं। तब एकमात्र विलायक पानी था, संश्लेषण के लिए आवश्यक मोनोमर्स कुल विघटित कार्बनिक और अकार्बनिक पदार्थों का केवल एक अंश था, पर्याप्त मात्रा में उपलब्ध अभिकर्मक शायद काफी सरल थे, और, ज़ाहिर है, कोई एंजाइम नहीं थे। यह अभी भी स्पष्ट नहीं है कि ऐसी प्रतिकूल परिस्थितियों में भी छोटे पॉलिमर कैसे बन सकते हैं। जाहिर है, आदिम शोरबा में विभिन्न प्रकार के कार्बनिक यौगिक शामिल थे। पॉलीपेप्टाइड या पॉलीन्यूक्लियोटाइड के संश्लेषण के लिए, शोरबा में यौगिकों का एक विशेष समूह उत्पन्न होना था, जो एक दूसरे के साथ केंद्रित और संयोजित होगा। इस पहले चरण की कल्पना करना संभवतः विशेष रूप से कठिन है। प्राथमिक शोरबा की सरल सांद्रता यहाँ स्पष्ट रूप से पर्याप्त नहीं है। सबसे अधिक संभावना है, यह शोरबा कई यौगिकों का एक जटिल मिश्रण था जो पॉलिमर के निर्माण में बाधा डालते थे, उदाहरण के लिए, एक बढ़ती श्रृंखला के अंत तक जुड़ते थे और इस तरह इसके विकास को रोकते थे।

फोटो 1. नक्षत्र ओरायन में निहारिका। ओरियन की "तलवार" बनाने वाले समूह में केंद्रीय तारे को घेरने वाली गैस और धूल का विशाल द्रव्यमान ब्रह्मांड में हाइड्रोजन की व्यापकता का एक और उदाहरण है। इस निहारिका में कई "गर्म" तारों से निकलने वाले विकिरण के कारण उनके चारों ओर की गैसें उनकी विशिष्ट आवृत्तियों पर चमकने लगती हैं। तस्वीर में लाल रंग हाइड्रोजन की चमक, नीला - ऑक्सीजन और नाइट्रोजन, सफेद - गैसों के मिश्रण से मेल खाता है। (© कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी 1959)

फोटो 3. ग्रेट रेड स्पॉट बृहस्पति के वायुमंडल में एक लंबे समय तक रहने वाली संरचना है, जो अशांत बादलों से घिरी हुई है। (फोटो वोयाजर स्पेस स्टेशन, नासा और जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी के सौजन्य से।)

फोटो 4. शनि के उत्तरी गोलार्ध का लिया गया फोटो

फोटो 8. अंटार्कटिका में डॉन जुआन झील। (रॉय कैमरून द्वारा फोटो।)

इस समस्या के संभावित समाधान में मिट्टी के खनिजों की सतह पर आवश्यक अणुओं का सोखना शामिल है। इस तंत्र को प्रसिद्ध अंग्रेजी क्रिस्टलोग्राफर स्वर्गीय जे. डी. बर्नाल (1901-1971) द्वारा विशेष महत्व दिया गया था। कार्बनिक यौगिकों की तुलना में, मिट्टी के खनिजों में उच्च सोखने की क्षमता होती है। इसके अलावा, वे विभिन्न प्रकार के यौगिकों के साथ अलग-अलग तरह से बातचीत करते हैं जिन्हें वे सोखते हैं। बरनाल स्वयं अपनी धारणा की सत्यता के प्रति आश्वस्त नहीं थे; यह इस तथ्य से समझाया गया था कि मिट्टी का मुख्य घटक सिलिकॉन, आधुनिक जैव रसायन में लगभग कोई भूमिका नहीं निभाता है। फिर भी, पृथक्करण और एकाग्रता की पूर्वजैविक प्रक्रियाओं के लिए सोखना को सबसे संभावित तंत्र माना जाता है (हालांकि यह साबित नहीं हुआ है)।

बर्नाल के संदेह के बावजूद, अन्य वैज्ञानिकों ने मिट्टी के खनिजों को जीवन की उत्पत्ति में एक प्रमुख भूमिका बताने में संकोच नहीं किया। दरअसल, ग्लासगो विश्वविद्यालय के रसायनज्ञ ए.जी. किर्न्स-स्मिथ ने प्रस्तावित किया कि जीवन की शुरुआत क्रिस्टल से खनिज बनाने से हुई। अपनी तरह के पुनरुत्पादन की क्षमता रखने वाले, अकार्बनिक क्रिस्टल अल्पविकसित आनुवंशिक गुणों का प्रदर्शन करते प्रतीत होते हैं। वे उत्परिवर्तन करने की एक सीमित क्षमता भी प्रदर्शित करते हैं, जो इस तथ्य में प्रकट होता है कि क्रिस्टल में परमाणुओं की नियमित व्यवस्था में दोष उत्पन्न हो सकते हैं। परतदार संरचना वाले खनिज, जैसे मिट्टी, एक परत के दोषों को अगली परत की संरचना में कॉपी कर लेते हैं, जिसे एक प्रकार की आनुवंशिक स्मृति माना जा सकता है। यह देखा गया है कि क्रिस्टलीय सतहों की संरचना में दोष अक्सर उत्प्रेरण सहित रासायनिक गतिविधि के स्थल बन जाते हैं। किर्न्स-स्मिथ ने सुझाव दिया कि फॉर्मेल्डिहाइड जैसा एक सरल कार्बनिक यौगिक, जिसके संश्लेषण को समान दोष वाले खनिज द्वारा उत्प्रेरित किया जा सकता है, एक दोषपूर्ण क्रिस्टल को पुन: उत्पन्न करने की प्रक्रिया को तेज करने और नकल की सटीकता को बढ़ाने की क्षमता रखता है, जैसे कि जिसके परिणामस्वरूप ऐसे क्रिस्टलों की संख्या अन्य प्रकारों की तुलना में तेजी से बढ़ी। इससे प्रोटीन-न्यूक्लिक एसिड आनुवंशिक प्रणाली का विकास शुरू हुआ, जो बाद में अपने खनिज पूर्वज से अलग हो गया। हालाँकि, यह एक बहुत ही काल्पनिक धारणा है जिसका लगभग कोई प्रायोगिक प्रमाण नहीं है।

पहले जैविक रूप से महत्वपूर्ण पॉलिमर के उद्भव के लिए शर्तों को समझने से जुड़ी सभी महत्वपूर्ण कठिनाइयों के बावजूद, कुछ "कम करने वाली परिस्थितियों" को ध्यान में रखा जाना चाहिए। यह बहुत संभव है कि पहले आनुवंशिक प्रणाली के निर्माण के लिए शुरू में बड़े, जटिल अणुओं की आवश्यकता नहीं थी जो हम आधुनिक जीवों में पाते हैं, बल्कि केवल छोटे पॉलिमर की आवश्यकता थी। पहले जीव को अत्यधिक कुशल होने की आवश्यकता नहीं थी। चूँकि उनका जीवन शत्रुओं की अनुपस्थिति और भोजन प्राप्त करने से जुड़ी समस्याओं के कारण "स्वर्ग के बूथों" में बीता था, इसलिए उनके लिए अपने स्वयं के रासायनिक क्षरण से आगे रहने के लिए खुद को जल्दी से पुन: उत्पन्न करने में सक्षम होना ही पर्याप्त था। इसके अलावा, जीवन के उद्भव से पहले होने वाली रासायनिक प्रक्रियाएं अंतरिक्ष और समय दोनों में व्यापक रूप से हुईं। सैकड़ों लाखों वर्षों तक, आदिम पृथ्वी एक भव्य प्रयोगशाला थी, जहां जो कुछ भी हो रहा था उसके विशाल पैमाने के कारण, यहां तक ​​कि ऐसी प्रक्रियाएं भी महसूस की जा सकती थीं जो हमें असंभव लगती थीं।

निस्संदेह, इस तरह के विचार हमें यह दावा करने का अधिकार नहीं देते हैं कि हम समझते हैं कि पहले बायोपॉलिमर कैसे बने थे। हालाँकि, उनका सुझाव है कि समस्या उतनी कठिन नहीं हो सकती जितनी समझी जा रही है। ऑर्गेल की प्रयोगशाला में प्राप्त हाल के परिणामों ने प्राकृतिक जीन दोहराव के समान तरीके से मूल पॉलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखला पर पॉलीन्यूक्लियोटाइड के उत्पादन की संभावना दिखाई है, लेकिन एक एंजाइम की भागीदारी के बिना। यह उल्लेखनीय परिणाम इस तथ्य के कारण प्राप्त हुआ कि प्रतिक्रिया में ऊर्जा पेश करने के लिए एक विधि पाई गई: एंजाइमों की अनुपस्थिति के बावजूद, यह विधि प्राकृतिक तंत्र के समान है जिसके द्वारा कोशिका पॉलीन्यूक्लियोटाइड के संश्लेषण के लिए ऊर्जा प्रदान करती है। ये डेटा इसे और अधिक प्रशंसनीय बनाते हैं कि एक समान प्रक्रिया आनुवंशिक प्रणाली के विकास के शुरुआती चरणों में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकती थी। इसके अलावा, हाल ही में कुछ प्रकार के आरएनए में उत्प्रेरक गुण पाए गए हैं जिनका श्रेय आमतौर पर केवल प्रोटीन को दिया जाता है। इन सभी परिणामों से पता चलता है कि आदिम आनुवंशिक प्रणाली का निर्माण प्रोटीन के बिना - केवल आरएनए से ही किया जा सकता है। यदि वास्तव में ऐसा था, तो जीवन की उत्पत्ति से जुड़े रहस्य बहुत सरल हो गए हैं।

पहले न्यूक्लिक एसिड अणु की उपस्थिति, आनुवंशिक कोड और न्यूक्लिक एसिड से प्रोटीन तक सूचना हस्तांतरण के पूरे तंत्र से संबंधित समस्याएं अभी भी अनसुलझी हैं, हालांकि, जहां तक ​​ज्ञान का वर्तमान स्तर अनुमति देता है, यहां कुछ प्रगति ध्यान देने योग्य है। इसलिए, हमारे ग्रह पर जीवन की प्रकृति और उत्पत्ति के बारे में आधुनिक विचारों की हमारी संक्षिप्त समीक्षा को समाप्त करते हुए, हम "प्राथमिक प्रोटोप्लाज्मिक प्राइमवल परमाणु ग्लोब्यूल" के उद्भव के बारे में दिखावटी चर्चाओं से दूर रहते हैं। इसमें कोई संदेह नहीं कि जीवन की उत्पत्ति की समस्या के समाधान की दिशा में प्रगति जारी रहेगी। इस बीच, हमने जो सिद्धांत बताए हैं वे इतने सामान्य हैं कि वे ब्रह्मांड के किसी भी क्षेत्र में जीवन के उद्भव की समस्याओं पर काफी लागू होते हैं। अब हम सौर मंडल के अन्य ग्रहों पर जीवन के बारे में प्रश्नों की चर्चा की ओर मुड़ते हैं - यह विषय हमारी पुस्तक के शेष अध्यायों की सामग्री है।

टिप्पणियाँ:

पुस्तक में प्रयुक्त विशेष अवधारणाओं का अर्थ शब्दों की शब्दावली में समझाया गया है।

कैमरून (1970) के अनुसार।

मेसन (1966) के अनुसार।

ये अमीनो एसिड थे ग्लाइसिन, एलेनिन, वेलिन, ल्यूसीन, आइसोल्यूसीन, प्रोलाइन, एसपारटिक एसिड, ग्लूटामिक एसिड, सेरीन, थ्रेओनीन, एस्पेरेगिन और ग्लूटामाइन।

उनमें से लगभग 50 की पहचान मर्चिसन उल्कापिंड में की गई थी, और उनमें से आठ प्रोटीन का हिस्सा हैं: ग्लाइसिन, एलानिन, वेलिन, ल्यूसीन, आइसोल्यूसीन। प्रोलाइन, एसपारटिक एसिड, ग्लूटामिक एसिड। सेरीन और थ्रेओनीन भी पाए गए, लेकिन यह संभव है कि उनकी उपस्थिति संदूषण के कारण हो।