जीवन की उत्पत्ति: रासायनिक विकास, आदिम जीवन का गठन और यह विकास है

जीवन की उत्पत्ति :: ए। केमोजी (रासायनिक विकास) बी। बायोजनी (आदिम जीवन का गठन) सी। कोग्नेगी (आदिम जीवन की प्रकृति और इसका विकास)।

जीवन की उत्पत्ति का आधुनिक सिद्धांत एक रूसी जैव रसायनज्ञ, अलेक्जेंडर आई। ओपरिन (1923 ई।) द्वारा प्रस्तावित किया गया था और एक ब्रिटिश वैज्ञानिक, जेबीएस हल्दाने (1928 ई।) द्वारा समर्थित था, इसलिए इसे ओपेरिन-हल्लवेन सिद्धांत भी कहा जाता है।

इसमें कहा गया है कि आदिम जीवन की उत्पत्ति लगभग 4 बिलियन वर्ष पहले (प्रीकैम्ब्रियन काल में) रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से रासायनिक विकास द्वारा गैर-जीवित कार्बनिक अणुओं (जैसे, आरएनए प्रोटीन, आदि) से आदिम पृथ्वी पर जल निकायों में हुई थी। (पृथ्वी के बनने के लगभग 500 मिलियन वर्ष बाद)। यह सबसे संतोषजनक सिद्धांत है क्योंकि इसकी वैज्ञानिक व्याख्या है और प्रयोगात्मक रूप से इसका परीक्षण किया गया है। ओपेरिन के सिद्धांत को प्राथमिक एबोजेनेसिस के रूप में भी जाना जाता है।

आधुनिक सिद्धांत के विभिन्न चरण हैं:

ए। केमोजी (रासायनिक विकास):

(ए) लगभग 4 अरब साल पहले आदिम पृथ्वी पर स्थितियां ऐसी थीं, जो रासायनिक विकास का पक्षधर थीं। जब पृथ्वी का सतही तापमान 100 ° C से कम था। इसके वायुमंडल में नाइट्रोजन के रूप में अमोरुआ (-NH ₃ ), मिथेन के रूप में कार्बन (-CH ₄ ) और पानी के वाष्प के रूप में ऑक्सीजन (H ₂ O) था, लेकिन कोई मुक्त ऑक्सीजन नहीं था इसलिए आदिम वातावरण था "कम करने"। इन यौगिकों को प्रोटोप्लाज्मिक यौगिक कहा जाता था।

(b) जैसे-जैसे पृथ्वी ठंडी होती गई, इसने एक ठोस पपड़ी विकसित की जिसने बाद में अवसाद और ऊँचाई का गठन किया। इस बीच, वायुमंडलीय जल वाष्प संघनित हो गया और अंततः बारिश के रूप में सतह पर आ गया। अवसादों में एकत्र पानी ने क्लोराइड और फॉस्फेट जैसे खनिजों को भंग कर दिया और अंत में महासागरों नामक बड़े आकार के जल निकायों का गठन किया।

(सी) सरल कार्बनिक यौगिकों का गठन:

जैसे ही पृथ्वी की सतह 50-60 डिग्री सेल्सियस तक ठंडी हुई, जल निकायों में मौजूद अणु और खनिज संयुक्त हो गए और विभिन्न तरीकों से घनीभूत हो गए, संक्षेपण, पोलीमराइजेशन और ऑक्सिडो-कमी की प्रक्रियाओं के माध्यम से अल्कोहल, एल्डीहाइड, ग्लिसरॉल, फैटी एसिड जैसे सरल कार्बनिक यौगिकों का निर्माण किया, purines, pimimidines, सरल शर्करा (जैसे राइबोज, डीऑक्सीराइबोज, ग्लूकोज, आदि) और अमीनो एसिड।

ये कार्बनिक यौगिक जल निकायों में संचित होते हैं क्योंकि किसी भी उपभोक्ता या एंजाइम उत्प्रेरक या ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में उनकी गिरावट बहुत धीमी थी। वर्तमान ऑक्सीकरण वातावरण में ऐसा परिवर्तन संभव नहीं है, क्योंकि ऑक्सीजन या सूक्ष्म उपभोक्ता जीवित कणों को विघटित या नष्ट कर देंगे जो केवल अवसर द्वारा उत्पन्न हो सकते हैं।

इन रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए ऊर्जा निम्नलिखित कारकों में से एक द्वारा प्रदान की गई थी:

(i) ज्वालामुखी विस्फोट (पृथ्वी की तीव्र शुष्क गर्मी),

(ii) सौर विकिरण (UV-rays),

(iii) बिजली की ऊर्जा बिजली के उत्पादन के दौरान, और

(iv) रेडियोधर्मी तत्वों का क्षय।

हल्दाने ने प्रस्ताव दिया कि ये साधारण कार्बनिक यौगिक धीरे-धीरे इन जल निकायों में जमा हो जाते हैं और अंत में एक "गर्म पतला सूप" या "प्री-बायोटिक सूप" या शोरबा बनता है। यह विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए चरण निर्धारित करता है।

(डी) जटिल कार्बनिक यौगिकों का गठन:

सरल कार्बनिक यौगिकों ने रासायनिक प्रतिक्रियाओं और पोलीमराइज़ेशन को अंततः जटिल कार्बनिक यौगिकों जैसे कि पॉलीसेकेराइड, वसा, न्यूक्लियोटाइड, न्यूक्लिक एसिड, पॉलीपेप्टाइड्स आदि का निर्माण करने का मौका दिया।

रासायनिक प्रतिक्रियाओं और पॉलिमर के गठन के लिए मुख्य ऊर्जा स्रोत थे: विद्युत निर्वहन, बिजली, सौर ऊर्जा, एटीपी और पायरोफॉस्फेट। पानी के वाष्पीकरण ने मोनोमर्स और इष्ट पोलीमराइजेशन की एकाग्रता को बढ़ावा दिया।

ये पॉलिमर अधिक स्थिर थे इसलिए ये जल निकायों में हावी थे। पॉलिमर की उच्च सांद्रता ने अस्थिर मोनोमीटर से स्थिर पॉलिमर के गठन की दिशा में रासायनिक संतुलन को स्थानांतरित कर दिया।

(e) प्रोटोबियन का गठन:

जीवन की उत्पत्ति के लिए, निम्नलिखित तीन शर्तों को पूरा करना होगा:

(i) स्व-निर्माण करने वाले अणुओं की निरंतर आपूर्ति होनी चाहिए, जिन्हें प्रतिकृति कहा जाता है।

(ii) इन प्रतिकृतियों की नकल उत्परिवर्तन (परिवर्तन) के अधीन रही होगी।

(iii) प्रतिकृति की प्रणाली में सामान्य ऊर्जा से मुक्त ऊर्जा और उनके आंशिक अलगाव की निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होगी।

प्रतिकृति (प्रीबायोटिक अणुओं) में उत्परिवर्तन के लिए जिम्मेदार मुख्य कारक संभवतः उच्च तापमान से प्रेरित थर्मल गति थे, जबकि उनके समुच्चय के भीतर आंशिक अलगाव प्राप्त हुआ है। ओपरिन और सिडनी फॉक्स ने प्रस्तावित किया कि आदिम पृथ्वी पर जटिल कार्बनिक यौगिकों ने संश्लेषित किया है जो बाद में प्रोटोबायन्ट्स नामक बड़े कोलाइडल सेल-जैसे समुच्चय को संचित करने और बनाने के लिए प्रवृत्त हुए।

जीवन के ऐसे पहले गैर-सेलुलर रूपों की उत्पत्ति संभवत: 3 बिलियन वर्ष पहले हुई थी। इनमें आरएनए, प्रोटीन, पॉलीसेकेराइड आदि विशाल अणु होंगे। ये समुच्चय अणुओं के परिवेश से अलग संयोजन कर सकते हैं और एक आंतरिक वातावरण बनाए रख सकते हैं।

लेकिन उनकी मुख्य खामी यह थी कि वे प्रजनन करने में असमर्थ थे। इन सूक्ष्म, गोलाकार, स्थिर और अभिप्रेरित समुच्चय को सिडनी फॉक्स द्वारा ओपरिन और माइक्रोसर्फ़ेस द्वारा coacervates (L. acervus =ile - Fig। 7.4) कहा जाता था।

जैसा कि इन coacervates में लिपिड बाहरी झिल्ली नहीं है और वे पुन: पेश नहीं कर सकते हैं, वे जीवन के संभावित पूर्वजों के उम्मीदवार के रूप में आवश्यकताओं को पूरा करने में विफल रहते हैं। माइक्रोसेफर्स सफल और गुणा हो गए क्योंकि इनमें वृद्धि और विभाजन की शक्ति थी (नवोदित, विखंडन और बाइनरी विखंडन-छवि। 7.5)।

बी। बायोजनी (आदिम जीवन का गठन):

चूंकि कोशिकीय शरीर क्रिया विज्ञान एंजाइमेटिक गतिविधि का परिणाम है, इसलिए कोशिकाओं से पहले एंजाइम विकसित होना चाहिए। धीरे-धीरे जीन समुच्चय एंजाइमों की एक जटिल प्रणाली से घिरा हुआ, जिसने साइटोप्लाज्म का गठन किया। इन एंजाइमों ने न्यूक्लियोटाइड्स में नाइट्रोजन आधारों, सरल शर्करा और फॉस्फेट को जोड़ा जा सकता है।

न्यूक्लिओटाइड्स ने न्यूक्लिक एसिड बनाने के लिए संयुक्त किया हो सकता है जो जीवन के मूल में प्रतिकृतियों की आपूर्ति की स्थिति को पूरा करने वाला बायोमोलेक्यूलस प्रतीत होता है।

वर्तमान में आणविक जीवविज्ञान केंद्रीय हठधर्मिता के सिद्धांत पर चल रहा है, जिसमें कहा गया है कि आनुवंशिक संकेत का प्रवाह अप्रत्यक्ष है और इसे नीचे दिखाया गया है:

डीएनए (ट्रांसक्रिप्शन) → आरएनए (अनुवाद) → प्रोटीन

(आनुवंशिक जानकारी के साथ) (आनुवंशिक संदेश के साथ)

यह तंत्र संभवतः बहुत सरल तंत्र से विकसित हुआ है।

न्यूक्लिक एसिड और प्रोटीन (एंजाइम) दो अन्योन्याश्रित बायोमोलेक्यूल्स हैं। प्रोटीन को एक प्रक्रिया द्वारा संश्लेषित किया जाता है जो डीएनए से एमआरएनए के लिए प्रतिलेखन के साथ शुरू होता है इसके बाद राइबोसोम पर अनुवाद किया जाता है जबकि न्यूक्लिक एसिड उनके प्रतिकृति के लिए प्रोटीन एंजाइम पर निर्भर होते हैं।

इस प्रकार, प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड जीवन के दो प्रमुख रासायनिक यौगिक बनाते हैं। प्रोटीन सिद्धांत कहता है कि प्रोटीन के अणु पहले विकसित हुए, जबकि नग्न-जीन परिकल्पना में कहा गया है कि न्यूक्लिक एसिड पहले उत्पन्न हुआ और प्रोटीन के निर्माण को नियंत्रित किया।

HG खोराना (1970) द्वारा 77 राइबोन्यूक्लियोटाइड्स के आरएनए अणु के इन विट्रो संश्लेषण में, अटकलों को जन्म दिया कि शायद आरएनए, और डीएनए नहीं, प्राइमर्डियल आनुवंशिक सामग्री थी। इस दृश्य को आगे कुछ राइबोज़ीम्स (आरएनए अणुओं में एंजाइमेटिक गुण वाले) की खोज का समर्थन किया गया था।

इसलिए नवीनतम विचार यह है कि पहले कोशिकाओं ने आरएनए का उपयोग अपने वंशानुगत सामग्री के रूप में किया था और बाद में डीएनए एक आरएनए टेम्पलेट से विकसित हुआ, जब आरएनए-आधारित जीवन झिल्ली में संलग्न हो गया। अंत में डीएनए ने आरएनए को अधिकांश जीवों के लिए आनुवंशिक सामग्री के रूप में बदल दिया। प्रोटीन, प्यूरीन, पाइरिमिडाइन और अन्य कार्बनिक यौगिकों के कुछ संयोग संघों ने एक प्रणाली को जन्म दिया हो सकता है जो पुन: उत्पन्न कर सकता है।

कोशिका-झिल्ली बनाने के लिए फॉस्फोलिपिड के मोनोलर के तह द्वारा साइटोप्लाज्म के चारों ओर एक पतली सीमित झिल्ली विकसित की गई थी। इस प्रकार यह संभव है कि पहले कोशिकाएं उसी तरह उठीं जिस तरह से आदिम जल निकायों में कोकवर्ट का गठन किया गया था। विभाजन शक्ति के साथ पहले "सेल जैसी" संरचनाओं को "एबियोनेट्स" या "प्री-सेल" कहा जाता था। जीवन के ऐसे पहले सेलुलर रूपों की उत्पत्ति लगभग 2, 000 मिलियन वर्ष पहले हुई थी।

ये शायद माइकोप्लाज्मा के समान थे जिसने मोनरन्स (एक अच्छी तरह से परिभाषित नाभिक के बिना कोशिका) और प्रोटिस्टन (विशिष्ट नाभिक वाली कोशिकाएं) को जन्म दिया। मोनेरा में बैक्टीरिया और सायनोबैक्टीरिया जैसे प्रोकैरियोट्स शामिल थे। प्रोटिस्टा ने यूकार्योट्स को जन्म दिया, जो प्रोटोजोआ, मेटाज़ोआ और मेटाफैटा में विकसित हुआ। आर्कबैक्टीरिया, यूबैक्टेरिया और यूकेरियोट्स के इस शुरुआती एक-कोशिका वाले सामान्य पूर्वज को पूर्वज कहा जाता था।

जीवन के एबोजेनिक आणविक विकास के प्रायोगिक प्रमाण:

1953 ई। में, स्टेनली एल मिलर (चित्र। 7.8) (एक जैव रसायनशास्त्री) और हेरोल्ड सी। उरे (एक खगोलविद) ने प्रायोगिक तौर पर कम करने वाली परिस्थितियों (चित्र। 7.9) के तहत सरल यौगिकों से सरल कार्बनिक यौगिकों के निर्माण को प्रमाणित किया।

इसे सिमुलेशन प्रयोग कहा जाता है। इसका उद्देश्य प्रवाल पृथ्वी की स्थिति में कार्बनिक अणुओं की उत्पत्ति के लिए ओपरिन और हल्दाने के दावे की वैधता का आकलन करना था। उन्होंने मीथेन-अमोनिया- हाइड्रोजन-पानी के मिश्रण (प्राइमरी वायुमंडल का अनुकरण) को लगभग एक सप्ताह तक एक बिजली की चिंगारी (लगभग 75, 000 वोल्ट) में विभाजित किया, जिसने आदिम पृथ्वी के प्रकाश को सिम्युलेटेड किया और दो टंगस्टन इलेक्ट्रोड के बीच लगभग 800 ° C का तापमान प्रदान किया। एक गैस चैंबर (स्पार्क डिस्चार्ज उपकरण कहा जाता है) जो स्थितियों को कम करने में रखा जाता है।

मीथेन, अमोनिया और हाइड्रोजन को 2: 2: 1 के अनुपात में लिया गया था। उन्होंने एक कंडेनसर (जलीय अंत उत्पाद के संघनन और संग्रह के लिए) के माध्यम से गर्म उत्पादों को पारित किया,

हैल्डेन सूप के बराबर)।

नियंत्रण प्रयोग में ऊर्जा स्रोत को छोड़कर सभी आवश्यकताएँ शामिल थीं। अठारह दिनों के बाद, उन्होंने रासायनिक यौगिकों का विश्लेषण क्रोमैटोग्राफिक और वर्णमिति विधियों द्वारा किया। उन्होंने कई अमीनो एसिड (ग्लाइसिन, एलेनिन, एसपारटिक एसिड, ग्लूटामिक एसिड आदि), पेप्टाइड्स, प्यूरीन, पाइरिडाइन्स और कार्बनिक अम्ल पाए।

इन प्यूरीन और पाइरिमिडाइन ने न्यूक्लिक एसिड के अग्रदूत के रूप में काम किया। ये अमीनो एसिड प्रोटीन के निर्माण के लिए आवश्यक हैं। मध्यवर्ती उत्पादों को एल्डिहाइड और एचसीएन पाया गया। नियंत्रण प्रयोग में, कार्बनिक अणुओं की तुच्छ मात्रा देखी गई थी।

उल्कापिंड सामग्री के विश्लेषण से भी पता चला है कि इसी तरह के यौगिकों से संकेत मिलता है कि अंतरिक्ष में इसी तरह की प्रक्रियाएं कहीं और हो रही हैं।

जटिल कार्बनिक यौगिकों के निर्माण का प्रायोगिक प्रमाण:

सिडनी डब्ल्यू। फॉक्स (1957 ई।) ने बताया कि जब 18-20 अमीनो एसिड का मिश्रण उबलते बिंदु (160 से 210 डिग्री सेल्सियस तक कई घंटों तक) गर्म होता है और फिर पानी में ठंडा हो जाता है, तो कई अमीनो एसिड पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं का पॉलिमराइज्ड और गठन किया जाता है प्रोटिनोइड्स कहा जाता है।

फॉक्स ने कहा कि पानी के साथ इन प्रोटीनोयॉइड्स ने कोक्लेरवेट्स या माइक्रोसेफर्स (चित्र। 7.10) नामक कोलाइडल समुच्चय का गठन किया। ये आकार और आकार में कोकेडोइड बैक्टीरिया के समान लगभग 1-2 माइक्रोन व्यास के थे।

ये बैक्टीरिया और कवक (खमीर) में नवोदित नवोदित के रूप में विकसित करने के लिए प्रेरित हो सकते हैं। उन्होंने अकार्बनिक यौगिकों और एचसीएन से पोर्फिरिन, न्यूक्लियोटाइड और एटीपी के गठन की भी सूचना दी।

कॉम्प्लेक्स एग्रीगेट्स का गठन:

ओपेरिन ने बताया कि यदि एक बड़े प्रोटीन और एक पॉलीसैकराइड का मिश्रण हिल जाता है, तो कोएकार्वेट्स बनते हैं। इन coacervates का मूल मुख्य रूप से प्रोटीन, पॉलीसेकेराइड और कुछ पानी से बना था और प्रोटीन और पॉलीसेकेराइड की कम मात्रा वाले आस-पास के जलीय घोल से आंशिक रूप से अलग था। लेकिन इन coacervates में लिपिड की बाहरी झिल्ली नहीं होती है और ये प्रजनन करने में असमर्थ होते हैं।

सी। कॉग्नोजिनी (आदिम जीवन की प्रकृति और इसके विकास):

प्राकृतिक धारा जीवन की उत्पत्ति के समय भी संचालित होती है। झिल्ली प्रणाली की पूर्णता के साथ अधिक सफल eobionts का निरंतर चयन संभवतः पहले सेल के गठन का कारण बना।

प्रारंभिक कोशिकाएं अवायवीय थीं (कुछ कार्बनिक अणुओं के किण्वन द्वारा ऊर्जा प्राप्त की, क्योंकि कोई ऑक्सीजन उपलब्ध नहीं थी), प्रोकैरियोटिक (बैक्टीरिया में न्यूक्लियॉइड के साथ) और केमोइथेरोट्रॉफ़िक (मौजूदा कार्बनिक अणुओं से रेडीमेड भोजन प्राप्त)।

ये अपने निर्माण खंड और ऊर्जा स्रोतों के रूप में आदिम समुद्रों से पोषक कार्बनिक यौगिक प्राप्त करने लगे। इसलिए ये कोशिकाएँ बढ़ कर आकार में आ गईं। उनके आकार को प्रतिबंधित करने के लिए, कीमोथेरोट्रॉफ़्स ने सेल-माइटोसिस शुरू किया और इसलिए उनकी संख्या में वृद्धि हुई।

कार्बनिक यौगिकों की घटती आपूर्ति का सामना करने के लिए, इनमें से कुछ कीमोएथेरोट्रॉफ़्स एनारोबिक, प्रोकैरियोटिक और केमोआटोट्रॉफ़ में विकसित हुए। ये रासायनिक ऊर्जा (भी अकार्बनिक यौगिकों के क्षरण से) और एंजाइम जैसे, सल्फेट को कम करने वाले बैक्टीरिया, नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया, लौह-बैक्टीरिया आदि की उपस्थिति में अकार्बनिक यौगिकों से अपने स्वयं के कार्बनिक भोजन को संश्लेषित करना शुरू कर देते हैं। इस तरह के विकास के लिए मुख्य बल प्रस्तावित किया गया था। म्यूटेशन का होना।

अकार्बनिक यौगिकों की बढ़ती कमी की समस्या का सामना करते हुए, कुछ केमोआटोट्रॉफ़्स ने पोर्फिरिन और बैक्टीरियोक्लोरोफिल (हरे प्रकाश संश्लेषक वर्णक) विकसित किए और प्रकाश संश्लेषण (कार्बोहाइड्रेट का संश्लेषण) शुरू किया। इससे एनारोबिक, प्रोकैरियोटिक और फोटोटोट्रॉफ़ का विकास हुआ। ये लगभग 3500-3800 मिलियन वर्ष पहले विकसित हुए थे।

पहले फोटोऑटोट्रॉफ़्स एनोक्सीजेनिक थे क्योंकि ये प्रकाश संश्लेषण में कच्चे माल के रूप में पानी का उपयोग नहीं करते थे। बाद में, ये सच क्लोरोफिल विकसित हुए और पानी को एक अभिकर्मक के रूप में उपयोग करना शुरू कर दिया ताकि O ₂ प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में विकसित हुआ। पहले ऑक्सीजोनिक और एरोबिक फोटोटोट्रॉफ़्स सायनोबैक्टीरिया थे जो माना जाता है कि लगभग 3, 300 - 3, 500 मिलियन साल पहले विकसित हुए थे।

इसी तरह, JW Schopf (1967) ने 3000 मिलियन पुरानी चट्टान में 22 अमीनो एसिड की उपस्थिति की सूचना दी जबकि सबसे पुराने सूक्ष्म जीवाश्म नीले हरे शैवाल से संबंधित हैं, अर्थात् लगभग 3.3 से 3.5 बिलियन साल पहले Archaespheroids barbertonensis।

लंबी अवधि के लिए, पृथ्वी पर जीवन के प्रमुख और शायद एकमात्र रूप बैक्टीरिया, मोल्ड और साइनोबैक्टीरिया थे। धीरे-धीरे, नीले-हरे शैवाल शैवाल के अन्य रूपों में विकसित हुए। यह अनुमान है कि यूकेरियोट्स लगभग 1600 मिलियन वर्ष पहले विकसित हुए थे।

पहले यूकेरियोट्स प्रोकैरियोट्स (रफ एंड महलर, 1972) में उत्परिवर्तन के माध्यम से विकसित हुए या विभिन्न प्रोकैरियोट्स के सहजीवी संघ (मार्गुइलिस, 1970)। बाद में कई प्रकार के शैवाल, कवक, प्रोटोजोअन और अन्य जीवित जीव विकसित हुए।