रासायनिक और जैविक विकास पर आधुनिक विचार

रासायनिक और जैविक विकास पर आधुनिक विचार!

इस सिद्धांत के अनुसार जीवन का आरंभ अणुओं के रूप में भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाओं के माध्यम से हुआ, जो अणुओं, अणुओं के संयोजन से अकार्बनिक और कार्बनिक यौगिकों के निर्माण के लिए प्रतिक्रिया करते हैं।

ऑर्गेनिक कंपाउंड्स सभी प्रकार के मैक्रोमोलेक्यूल्स का उत्पादन करने के लिए बातचीत करते हैं, जो पहले जीवित प्रणाली या कोशिकाओं को बनाने के लिए संगठित होते हैं।

इस प्रकार इस सिद्धांत के अनुसार 'जीवन' का उद्भव हमारी पृथ्वी पर निर्जीव पदार्थ से हुआ है। पहले अकार्बनिक यौगिकों और फिर जैविक यौगिकों का गठन कभी-बदलती पर्यावरणीय परिस्थितियों के अनुसार किया गया था। इसे रासायनिक विकास कहा जाता है जो पृथ्वी पर वर्तमान पर्यावरणीय परिस्थितियों में नहीं हो सकता है। जीवन की उत्पत्ति के लिए उपयुक्त परिस्थितियाँ आदिम पृथ्वी पर ही मौजूद थीं।

Oparin-Haldane सिद्धांत को रासायनिक सिद्धांत या प्राकृतिक सिद्धांत भी कहा जाता है

जीवन की उत्पत्ति के बारे में आधुनिक विचारों में रासायनिक विकास और जैविक विकास शामिल हैं:

1. रासायनिक विकास:

(i) परमाणु चरण:

प्रारंभिक पृथ्वी के खराब असंख्य मुक्त परमाणु उन तत्वों (जैसे, हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, कार्बन, नाइट्रोजन, सल्फर, फास्फोरस, आदि) को नष्ट कर देते हैं जो प्रोटोप्लाज्म के निर्माण के लिए आवश्यक हैं। परमाणुओं को उनके वजन के अनुसार तीन सांद्रिक द्रव्यमान में अलग किया गया था, (ए) पृथ्वी के केंद्र में लोहे, निकल, तांबा, आदि के सबसे भारी परमाणु पाए गए, (बी) सोडियम, पोटेशियम, सिलिकॉन, मैग्नीशियम के मध्यम वजन के परमाणु, एल्यूमीनियम, फास्फोरस, क्लोरीन, फ्लोरीन, सल्फर, आदि को पृथ्वी के कोर में एकत्र किया गया था, (c) नाइट्रोजन, हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, कार्बन आदि के सबसे हल्के परमाणुओं ने आदिम वातावरण का निर्माण किया।

(ii) अणु और सरल अकार्बनिक यौगिकों की उत्पत्ति:

अणु और सरल अकार्बनिक यौगिक बनाने के लिए संयुक्त मुक्त परमाणु। आदिम वातावरण में हाइड्रोजन परमाणु सबसे अधिक और सबसे अधिक प्रतिक्रियाशील थे। पहले हाइड्रोजन परमाणुओं ने सभी ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ मिलकर पानी बनाया और कोई मुक्त ऑक्सीजन नहीं छोड़ा। इस प्रकार आदिम वातावरण वर्तमान ऑक्सीकरण वातावरण (मुक्त ऑक्सीजन के साथ) के विपरीत वातावरण (मुक्त ऑक्सीजन के बिना) को कम कर रहा था। हाइड्रोजन के परमाणु भी नाइट्रोजन के साथ मिलकर अमोनिया (NH ₃ ) बनाते हैं। तो पानी और अमोनिया शायद आदिम पृथ्वी के पहले यौगिक अणु थे।

(iii) सरल कार्बनिक यौगिकों (मोनोमर्स) की उत्पत्ति:

आदिम वातावरण में CO ₂, CO, N, H ₂ आदि गैसें थीं। वायुमंडल के नाइट्रोजन और कार्बन ने धातु के परमाणुओं के साथ मिलकर नाइट्राइड और कार्बाइड का निर्माण किया। जल वाष्प और धातु कार्बाइड ने पहले कार्बनिक यौगिक, मीथेन (सीएच ₄ ) बनाने के लिए प्रतिक्रिया की। बाद में हाइड्रोजन साइनाइड (HCN) का गठन किया गया।

मूसलाधार बारिश होना चाहिए:

जैसे-जैसे पानी नीचे जाता है, यह विलीन हो जाता है और इसे लवण और खनिजों के साथ ले जाया जाता है, और अंततः महासागरों के रूप में जमा हो जाता है। इस प्रकार प्राचीन समुद्र के पानी में बड़ी मात्रा में भंग एनएच ₃, सीएच ₄, एचसीएन, नाइट्राइड्स, कार्बाइड, विभिन्न गैसें और तत्व थे।

प्रारंभिक यौगिकों ने साधारण कार्बनिक यौगिकों जैसे कि सरल शर्करा (जैसे, राइबोज, डीऑक्सीराइबोज, ग्लूकोज इत्यादि) का निर्माण और उत्पादन किया, नाइट्रोजनस बेस (जैसे, प्यूरीन, पाइरिमिडिन्स), अमीनो एसिड, ग्लिसरॉल, फैटी एसिड आदि। प्रतिक्रियाओं के लिए मिश्रण पर अभिनय किया गया है। ये बाहरी स्रोत हो सकते हैं (i) सौर विकिरण जैसे अल्ट्रा-वायलेट प्रकाश, एक्स-रे, आदि, (ii) बिजली के बिजली के डिस्चार्ज जैसे बिजली, (iii) उच्च ऊर्जा विकिरण ऊर्जा के अन्य स्रोत हैं (शायद अस्थिर आइसोटोप पर आदिम पृथ्वी)। वातावरण में ओजोन परत नहीं थी।

कार्बनिक यौगिकों के मिश्रण में समृद्ध समुद्री पानी को जेबीएस हल्दाने (1920) ने 'जैविक पदार्थों का गर्म पतला सूप' कहा था। The गर्म तनु सूप ’को प्रीबायोटिक सूप भी कहा जाता है। इस प्रकार विभिन्न रासायनिक तत्वों के संयोजन के लिए चरण निर्धारित किया गया था। एक बार बनने के बाद, पानी में संचित कार्बनिक अणु क्योंकि उनका क्षरण किसी भी जीवन या एंजाइम उत्प्रेरक की अनुपस्थिति में बेहद धीमा था।

जीवन के एबोजेनिक आणविक विकास के लिए प्रायोगिक साक्ष्य:

1953 में स्टेनली मिलर ने यह स्पष्ट रूप से प्रदर्शित किया कि अल्ट्रा-वायलेट विकिरण या विद्युत निर्वहन या गर्मी या इनमें से एक संयोजन मीथेन, अमोनिया, पानी (पानी की धारा) और हाइड्रोजन के मिश्रण से जटिल कार्बनिक यौगिकों का उत्पादन कर सकता है।

मिलर ने चार गैसों- मीथेन, अमोनिया, हाइड्रोजन और जल वाष्प को एक एयर टाइट उपकरण में परिचालित किया और 800 ° C पर इलेक्ट्रोड से विद्युत निर्वहन किया। उन्होंने एक कंडेनसर के माध्यम से मिश्रण को पारित किया। उन्होंने एक सप्ताह तक लगातार इस तरह से गैसों को परिचालित किया और फिर उपकरण के अंदर तरल की रासायनिक संरचना का विश्लेषण किया। उन्होंने बड़ी संख्या में सरल कार्बनिक यौगिकों को पाया, जिनमें कुछ अमीनो एसिड जैसे कि ऐलेनिन, ग्लाइसिन और एसपारटिक एसिड शामिल हैं। मिलर ने साबित किया कि कार्बनिक यौगिक जीवन का आधार थे।

यूरिया, हाइड्रोजन साइनाइड, लैक्टिक एसिड और एसिटिक एसिड जैसे अन्य पदार्थ भी मौजूद थे। एक अन्य प्रयोग में मिलर ने गैसों के मिश्रण को उसी तरह से परिचालित किया, लेकिन उन्होंने विद्युत निर्वहन को पारित नहीं किया। वह कार्बनिक यौगिकों की महत्वपूर्ण उपज प्राप्त नहीं कर सका। बाद में कई जांचकर्ताओं ने बहुत सारे कार्बनिक यौगिकों को संश्लेषित किया है जिनमें प्यूरीन, पाइरिमिडाइन और सरल शर्करा इत्यादि शामिल हैं। यह माना जाता है कि जीवित जीवों के आवश्यक 'बिल्डिंग ब्लॉक' जैसे न्यूक्लियोटाइड, अमीनो एसिड इत्यादि इस प्रकार से बने होते हैं। आदिम धरती।

(iv) जटिल कार्बनिक यौगिकों (पॉलिमर) की उत्पत्ति:

प्राचीन समुद्रों में विभिन्न प्रकार के अमीनो एसिड, फैटी एसिड, हाइड्रोकार्बन, प्यूरीन और पाइरीमिडीन आधार, सरल शर्करा और अन्य कार्बनिक यौगिक जमा होते हैं। प्रवाल वायुमंडल में बिजली के निर्वहन, बिजली, सौर ऊर्जा, एटीपी और पॉलीफॉस्फेट ने कार्बनिक संश्लेषण के पोलीमराइजेशन प्रतिक्रियाओं के लिए ऊर्जा का स्रोत प्रदान किया हो सकता है। एसडब्ल्यू फॉक्स ने दिखाया कि यदि अमीनो एसिड के लगभग सूखे मिश्रण को गर्म किया जाता है, तो पॉलीपेप्टाइड अणुओं को संश्लेषित किया जाता है।

इसी तरह साधारण शर्करा पॉलीसैकराइड का निर्माण कर सकती है और वसा का उत्पादन करने के लिए फैटी एसिड गठबंधन कर सकती है। अमीनो एसिड प्रोटीन का निर्माण कर सकते हैं, जब अन्य कारक शामिल थे। इस प्रकार छोटे सरल कार्बनिक अणु बड़े जटिल कार्बनिक अणुओं को बनाने के लिए संयुक्त होते हैं, जैसे, अमीनो एसिड इकाइयाँ पॉलीपेप्टाइड्स और प्रोटीन बनाने के लिए जुड़ती हैं, सरल चीनी इकाइयाँ मिलकर पॉलीसैकराइड्स, फैटी एसिड और ग्लिसरॉल मिलकर वसा, शर्करा, नाइट्रोजनयुक्त आधार और फॉस्फेट बनाते हैं। न्यूक्लियोटाइड में संयुक्त जो प्राचीन महासागरों में न्यूक्लिक एसिड में पॉलीमराइज़ किया गया।

2. जैविक विकास:

जीवन की उत्पत्ति के लिए, कम से कम तीन शर्तों की आवश्यकता होती है:

(ए) प्रतिकृति, अर्थात् स्वयं-उत्पादक अणुओं की आपूर्ति रही होगी।

(b) इन प्रतिकृति की नकल उत्परिवर्तन के माध्यम से त्रुटि के अधीन रही होगी।

(c) प्रतिकृतियों की प्रणाली को सामान्य ऊर्जा से मुक्त ऊर्जा और आंशिक अलगाव की निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होगी।

प्रारंभिक पृथ्वी में उच्च तापमान ने उत्परिवर्तन की आवश्यकता को पूरा किया होगा।

प्रीबायोटिक अणु की उत्पत्ति:

तीसरी स्थिति, आंशिक अलगाव, कृत्रिम रूप से निर्मित प्रीबायोटिक अणुओं के समुच्चय के भीतर प्राप्त हुई है। इन समुच्चय को प्रोटोबियन कहा जाता है जो अणुओं के परिवेश से अलग संयोजन कर सकते हैं। वे एक आंतरिक वातावरण बनाए रखते हैं लेकिन प्रजनन करने में असमर्थ होते हैं। दो महत्वपूर्ण प्रोटोबायन्ट्स कोएक्ट्रवेट्स और माइक्रोसेफर्स हैं।

Coacervates:

ओपेरिन (1924) ने देखा कि यदि एक बड़े प्रोटीन और एक पॉलीसेकेराइड का मिश्रण हिलाया जाता है, तो coacervates का निर्माण होता है। Coacervates में मुख्य रूप से प्रोटीन, पॉलीसेकेराइड और कुछ पानी होते हैं। ओपेरिन के सहसंयोजक भी चयापचय का एक सरल रूप दिखाते हैं। के रूप में इन coacervates लिपिड बाहरी झिल्ली नहीं है इसलिए वे पुन: पेश नहीं कर सकते। इस प्रकार वे जीवन के संभावित पूर्वजों की आवश्यकता को पूरा नहीं करते हैं।

microspheres:

जब कृत्रिम रूप से उत्पादित कार्बनिक यौगिकों के मिश्रण को ठंडे पानी के साथ मिलाया जाता है तो माइक्रोसेफर्स बनते हैं। यदि मिश्रण में लिपिड होते हैं, तो माइक्रोसेफर्स की सतह में सेल झिल्ली के लिपिड बाईलेयर की याद ताजा करती है (अतीत की बातों को याद करती है)। सिडनी फॉक्स (1950) ने 130 से 180 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 18 बारूद के मिश्रण को गर्म किया। उन्होंने मैक्रोमोलेक्यूल्स की तरह स्थिर, प्रोटीन प्राप्त किया जिसे उन्होंने प्रोटेनोइड्स नाम दिया।

जब प्रोटोनायड की सामग्री को ठंडा करके माइक्रोस्कोप के नीचे जांच की गई, तो फॉक्स ने छोटी गोलाकार सेल जैसी इकाइयाँ देखीं, जो प्रोटेनोइड्स के एकत्रीकरण से उत्पन्न हुई थीं। इन आणविक समुच्चय को प्रीनॉइड सूक्ष्मदर्शी कहा जाता था। जीवन के पहले गैर-सेलुलर रूपों की उत्पत्ति 3 अरब साल पहले हो सकती थी। वे विशाल अणु (आरएनए, प्रोटीन और पॉलीसेकेराइड आदि) होते होंगे।

प्रीनॉयड माइक्रोसेफर्स के भौतिक गुण:

वे गोलाकार सूक्ष्मदर्शी थे, जो लगभग 1 से 2 (व्यास में, कोकॉइड बैक्टीरिया के आकार और आकार के समान होते हैं।

प्रोटेनॉइड माइक्रोसेफर्स के संरचनात्मक गुण:

इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत, उनके चारों ओर संकेंद्रित दोहरी स्तरित सीमाएं देखी गई हैं जिसके माध्यम से सामग्री का प्रसार होता है। उनके पास दो कणों में गतिशीलता, विकास, द्विआधारी विखंडन और नवोदित और विखंडन द्वारा प्रजनन की क्षमता है। सतही रूप से, उनका नवोदित बैक्टीरिया और कवक के समान होता है।

प्रोटिनॉइड माइक्रोसेफर्स की एंजाइम जैसी गतिविधियां:

वे ग्लूकोज के क्षरण जैसे उत्प्रेरक गतिविधि पाए गए हैं। प्रोटेनॉइड माइक्रोसेफर्स की यह एंजाइमैटिक गतिविधि हीटिंग के दौरान आंशिक रूप से खो जाती है।

प्रीनॉइड माइक्रोसेफर्स में मुख्य दोष यह है कि उनके पास सीमित विविधता है। इस प्रकार प्रोटोबियन की उत्पत्ति के लिए अग्रणी आंशिक अलगाव का तंत्र अभी भी अनसुलझा है।

चूंकि प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड (अन्य सरल पदार्थों के साथ) को आज जीवित रहने वाले जीवों को विकसित करने और पुन: पेश करने के लिए आवश्यक है, इसलिए एक स्पष्ट सवाल यह है कि इनमें से कौन सा पदार्थ पहले उत्पन्न हुआ था? इसका कोई स्पष्ट उत्तर उपलब्ध नहीं है।

आरएनए पहला मॉडल:

हाल के वर्षों में, सबूत आरएनए के पक्ष में हैं जो पहले गठित जीन (वॉयस, 1967, क्रिक 1968, ऑर्गेल 1973, 1986 वॉटसन एट अल 1986, डारनेल एट अल 1986) की सामग्री है। इस प्रकार आरएनए पहला बहुलक हो सकता है और रिवर्स प्रतिलेखन के कुछ रूप ने डीएनए को जन्म दिया हो सकता है और आरबीए और डीएनए ने प्रोटीन संश्लेषण को नियंत्रित करना शुरू कर दिया है।

आरएनए और डीएनए क्यों नहीं पहला जीवित अणु था?

आरएनए अणुओं की एंजाइमैटिक गतिविधियों की लगातार खोज की जा रही है, लेकिन डीएनए के लिए कभी भी कोई एंजाइमैटिक गतिविधि नहीं की गई है। इसके अलावा, राइबोज को बहुत अधिक आसानी से संश्लेषित प्रीबायोटिक शर्तों के तहत डीऑक्सीराइबोज से संश्लेषित किया जाता है। एक चयनात्मक लाभप्रद आरएनए अणु वह होगा जो प्रोटीन के संश्लेषण को निर्देशित करता है जो विशेष रूप से आरएनए (यानी, आरएनए पोलीमरेज़) की प्रतिकृति को तेज करता है।

आरएनए, अणुओं की तरह लिपिड के गठन को उत्प्रेरित कर सकते थे जो बदले में, प्लाज्मा झिल्ली और प्रोटीन का गठन कर सकते थे। प्रोटीन ने अधिकांश एंजाइमेटिक कार्यों को लिया हो सकता है क्योंकि वे आरएनए से बेहतर उत्प्रेरक हैं। यदि पहली कोशिकाओं ने आरएनए का उपयोग अपने वंशानुगत अणु के रूप में किया तो डीएनए एक आरएनए टेम्पलेट से विकसित हुआ। एक बार जब कोशिकाएं विकसित हुईं, डीएनए ने संभवतः अधिकांश जीवों में आरएनए को बदल दिया।

प्रारंभिक प्रकोष्ठों का गठन:

(i) पहले जीवित जीवों की उत्पत्ति कार्बनिक अणुओं और ऑक्सीजन मुक्त वातावरण (वायुमंडल को कम करने) के बीच हुई। इनमें से कुछ कार्बनिक अणुओं के किण्वन द्वारा उन्होंने संभवतः ऊर्जा प्राप्त की। वे एनारोबेस थे, ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में श्वसन में सक्षम थे। वे अपने पोषण के लिए मौजूदा कार्बनिक अणुओं पर निर्भर थे और इस प्रकार वे हेट्रोट्रोफ़ थे।

(ii) जब मौजूदा कार्बनिक अणुओं की आपूर्ति समाप्त हो गई थी, तो कुछ हेटरोट्रॉफ़ ऑटोट्रोफ़ में विकसित हो सकते हैं। ये जीव रसायन विज्ञान या प्रकाश संश्लेषण द्वारा अपने स्वयं के कार्बनिक अणुओं का उत्पादन करने में सक्षम थे।

(ए) रसायन विज्ञान:

रसायन विज्ञान प्रदर्शन करने वाले जीवों को केमोआटोट्रॉफ़्स कहा जाता है। वे अवायवीय थे। चेमोआटोट्रोफ़्स ने अकार्बनिक कच्चे माल से कार्बनिक अणुओं को संश्लेषित करने की क्षमता विकसित की। पोषण का ऐसा मोड अभी भी कुछ बैक्टीरिया, जैसे, सल्फर बैक्टीरिया, लौह बैक्टीरिया, नाइट्राइजिंग बैक्टीरिया में मौजूद है।

(बी) प्रकाश संश्लेषण:

प्रकाश संश्लेषक जीव, फोटोटोट्रॉफ़्स ने सरल रसायनों के संयोजन से वर्णक क्लोरोफिल विकसित किया। उन्होंने क्लोरोफिल की मदद से कैप्चर की गई सौर ऊर्जा का उपयोग करके जैविक भोजन तैयार किया। उनके पास ऑक्सीजन का उत्पादन करने के लिए जैव रासायनिक मार्गों की कमी थी। वे अभी भी अवायवीय थे और पानी के अलावा अन्य स्रोतों से हाइड्रोजन का उपयोग करते थे।

बाद के चरण में, ऑक्सीजन रिलीज़ करने वाले प्रकाश संश्लेषक जीव विकसित हुए। ये मौजूदा नीले हरे शैवाल (साइनोबैक्टीरिया) के समान थे। उन्होंने हाइड्रोजन प्राप्त करने के लिए पानी का इस्तेमाल किया और ऑक्सीजन मुक्त किया। वातावरण में ओ _{2 के} जोड़ ने मीथेन और अमोनिया का ऑक्सीकरण करना शुरू कर दिया, जो गायब होने लगा।

सीएच ₄ + ₂ ओ ₂ → सीओ ₂ + 2 एच ₂ ओ

4NH ₃ + 3O ₂ → 2N ₂ + 6H ₂ O

लगभग 3.9 बिलियन साल पहले पृथ्वी पर जीवन मौजूद था। हालांकि, अब तक खोजे गए सबसे पुराने माइक्रोफॉसिल्स प्रकाश संश्लेषक साइनोबैक्टीरिया हैं जो 3.3 से 3.5 बिलियन साल पहले दिखाई दिए थे।

ओजोन परत का गठन:

जैसे ही वायुमंडल में ऑक्सीजन का संचय हुआ, पराबैंगनी प्रकाश ने कुछ टिफ़ॉक्स ऑक्सीजन को ओज़ोन में बदल दिया।

2O ₂ + O ₂ → 2O ₃

ओजोन ने वातावरण में एक परत का गठन किया, जो पराबैंगनी प्रकाश को अवरुद्ध करता है और दृश्य प्रकाश को ऊर्जा के मुख्य स्रोत के रूप में छोड़ देता है।

यूकेरियोटिक कोशिकाओं की उत्पत्ति (सच्चे परमाणु कोशिकाएं):

एरोबिक श्वसन ने आदिम वातावरण में पर्याप्त ऑक्सीजन विकसित की। प्रोकैरियोट्स ने धीरे-धीरे नई परिस्थितियों के अनुसार खुद को अनुकूलित करने के लिए संशोधित किया। उन्होंने एक सच्चे नाभिक और अन्य विशेष सेल जीव विकसित किए। इस प्रकार मुक्त रहने वाले यूकेरियोटिक कोशिका जैसे जीवों की उत्पत्ति लगभग 1.5 बिलियन वर्ष पूर्व एंसियरीट महासागर में हुई थी। आदिम यूकेरियोट्स ने प्रोटिस्ट, पौधों, कवक और जानवरों के विकास का नेतृत्व किया।

जीवन की उत्पत्ति के आधुनिक सिद्धांत के अनुसार जीवन की उत्पत्ति में मुख्य चरणों का सारांश।