生化学進化の概要。生化学的進化

生化学的進化

アレクサンダー・イワノビッチ・オパーリンは、国際的に認められた生命の起源に関する理論の創始者であり、その規定は半世紀以上にわたって時の試練に見事に耐え続けています。ソ連最大の生化学者の一人で、進化生化学と比較生化学の分野における研究の基礎を築いた。

生命AIの出現オパーリンは、これを単一の自然プロセスと考え、初期の地球の条件下で起こった最初の化学進化からなり、徐々に質的に新しいレベル、つまり生化学進化に移行しました。

1. 原始地球には希薄な（つまり酸素が欠乏した）大気がありました。この大気が、雷雨や火山の噴火など、さまざまな自然エネルギー源の影響を受け始めると、有機生命体に必要な基本的な化合物が自発的に形成され始めました。

2. 時間の経過とともに、有機分子は海中に蓄積され、熱くて薄まったスープの粘稠度に達しました。しかし、一部の地域では生命の起源に必要な分子の濃度が特に高く、そこで核酸やタンパク質が形成されました。

同じ規則に従って、アミノ酸、多糖類、脂肪酸、核酸、樹脂、エッセンシャルオイルなど、あらゆる種類のポリマーが地球の水圏の「原液」で合成されました。この仮定は 1953 年にスタンレー社で実験的に検証されました。ミラーさんのインスタレーション。

初代細胞はおそらく脂肪分子（脂質）の助けを借りて誕生したと考えられています。水の分子は、脂肪分子の親水性末端のみを濡らし、疎水性末端を上にして脂肪分子をいわば「頭の上」に置きました。このようにして、秩序だった脂肪分子の複合体が形成され、そこに新しい分子が加わることで環境全体から一定の空間が徐々に区切られ、それが空間的に孤立した統合システムである一次細胞、つまりコアセルベートとなった。コアセルベートは外部環境からさまざまな有機物質を吸収できることが判明し、環境との一次代謝の可能性が得られました。

3. 最初の細胞は従属栄養細胞であり、自らの成分を複製することができず、培養液から成分を受け取りました。しかし、時間が経つにつれて、多くの化合物が培養液から消え始め、細胞はそれらを独自に再生することを余儀なくされました。したがって、細胞は独立して生殖するために独自の代謝を発達させました。

自然選択は、与えられた環境条件での生存に対する生物全体の代謝機能と適応性がより完璧であるシステムを保存しました。プロトバイオントの段階的な複雑化は、そのようなコアセルベート液滴の選択によって実行され、これには環境の物質とエネルギーをより良く利用するという利点がありました。コアセルベートが主要な生物に改良された主な理由としての選択が、オパリンの仮説の中心的な立場です。

4. これらの分子の一部は自己複製できることが判明しました。結果として生じる核酸とタンパク質の間の相互作用は、最終的に遺伝暗号の出現につながりました。

自然選択の過程で、タンパク質ポリマーの特殊な構造を持つシステムが生き残り、それが生物の第3の性質である遺伝（情報伝達の特定の形式）の出現につながりました。

AIの概念オパリナは科学の世界で非常に人気があります。その強みは、生命の起源は自然の結果であるという化学進化理論と正確に一致していることです。この概念を支持する議論は、その主要な規定を実験室条件で実験的に検証する可能性である。

生命の起源の分野のほとんどすべての専門家が長い間見て見ぬふりをしてきた1つの問題を除いて、すべてはよく考えられており、理論的には科学的に実証されていました。テンプレートを使用しないランダムな合成を通じて、コアセルベート内でタンパク質分子の単一の成功した設計が自発的に生じた場合 (たとえば、成長と再生において特定のコアセルベートに利点をもたらす効果的な触媒)、それらはどのようにして複製され、組織内で配布できるでしょうか。コアセルベート、そして子孫のコアセルベートへの伝達ではさらにそうですか？ A.I. オパーリンは 30 年代に多くの論文を提出し、生きた細胞の出現のランダム性と自発性を証明しようとしましたが、彼の研究は成功を収めることができず、次のように認めざるを得ませんでした。細胞は、進化論全体をカバーする最も漠然とした問題です。」

生化学進化理論の創始者はロシアの学者A.I. オパーリン（1894年 - 1980年）。この理論は、現代の地球の自然条件と古代の地球の条件との大きな違いに基づいています。

生化学進化理論によれば、私たちの惑星の遠い過去に、有機化合物の非生物的合成とそのさらなる進化が起こりました。

地球の年齢を推定する現代の方法では、地球が約 45 ～ 50 億年前に誕生したと考えることができます。 1923 年、A.I. オパーリンは、地球の一次大気には遊離酸素が含まれていないという仮定を提唱しました (比較のために、現代の大気には 21% が含まれています)。このような雰囲気には、アンモニア、二酸化炭素、メタン、水蒸気が含まれる可能性があります。一次大気の無酸素の性質は 2 つの重要な結果をもたらします。

まず、酸素が存在しない場合、オゾン層は形成されません。オゾン層は現代の大気中では高度10〜50 kmに位置し、太陽からの紫外線の99％を吸収します。それは生体組織に悪影響を与えるため、最初の生物は水や岩の層の下にそれから「隠れ」なければなりませんでした。

第二に、得られた有機分子は酸化を受けず、さらなる反応に参加することができました（酸化雰囲気の条件下では、細胞膜で保護されていない有機起源の物体は、酸素の影響下で分解します。これは、たとえば、生物の死と細胞壁の破壊）。

地球の一次大気をシミュレートする最初の実験は、1953 年にアメリカの科学者スタンレーミラー (1930 年生まれ) によって実行されました。彼のインスタレーションはフラスコで、その中で放電が発生しました。フラスコには水と、おそらく一次雰囲気に含まれていると考えられるさまざまなガス (水素、メタン、アンモニアなど) が入っていました。システム内には遊離酸素は存在しませんでした。加熱すると、施設内では水蒸気とガスが絶えず循環します。数日間の実験の後、フラスコ内で最も単純な有機化合物、すなわちアミノ酸 (タンパク質の構築材料)、窒素含有塩基 (核酸の成分)、およびその他の物質が形成されました。初期成分が減少するにつれて、それらの濃度は増加しました。ミラーの実験に続いて、同様の実験が行われました。

さまざまな実験は、有機化合物の無機合成が地球の過去においてかなり一般的な現象であった可能性を示唆しています。学者のA.I. オパーリンは、そのような反応が海や海洋で起こり、その結果生じる有機物質の濃度の増加を伴い、水生環境はさらなる進化が可能な「原始培養液」になると考えました。

しかし、個々のタンパク質はまだ生物全体に固有の特定の特性を備えていないため、有機分子の形成とその重合は、最初の生きた細胞の出現につながった進化の長い連鎖の始まりにすぎません。したがって、生物学的進化が化学進化に取って代わる必要がありました。

生命システムの出現と進化のプロセスは生物発生と呼ばれます。

A.I.の仮説によると、実際の細胞の祖先であるオパリンは、環境と簡単に交換できる原細胞構造でした。

それらはコアセルベートと呼ばれます（ラテン語のcoacervus-血餅から）。いくつかの有機分子の相互作用により、それらの極性末端が収束し、「コアセルベートドロップ」が形成されます。

新しいコアセルベートは、環境から他の物質を吸収できるため、個々の分子よりもはるかに優れた能力を持っていました。原始的な膜が出現し、保護機能を発揮するだけでなく、コアセルベートを環境からさらに隔離することにも貢献しました。

コアセルベート内部の分子の特性には差異が見られました。タンパク質は、新しい有機物質の出現につながる化学反応の過程を制御できることが判明し、ヌクレオチド鎖は付加の原理に従って徐々に倍増する能力を獲得しました。これらの重要な特性のさらなる進化により、タンパク質分子の構造に関する情報を伝える遺伝的遺伝暗号が出現しました。したがって、コアセルベートの発達により、核のない最初の原始細胞が出現しました。これは40億年以上前に起こりました。

徐々に、栄養に必要な有機物質の埋蔵量が枯渇し、一部の細胞は太陽エネルギーを利用して無機炭素化合物から有機物質を合成する能力を発達させた。こうして光合成を行う生物が誕生したのです。

光合成 -太陽エネルギーを有機物質の化学結合のエネルギーに変換するプロセス。

最初、光合成は分子状酸素の生成なしに起こりました。さらなる進化の過程で、生物は酸素を放出し始めました。これは約40億年前に起こりました。

大気中に遊離酸素が豊富になると、時間の経過とともにオゾンが形成され、生物にとって危険な短波紫外線を吸収します。さらに、酸素の参加によって有機物質の分解が起こる代謝方法である呼吸が発生しました。

その後、細胞の構造はより複雑になり、約 20 億年前に核と細胞内構造を備えた最初の細胞が出現しました。

生物の発達における次の進化のステップは、約 13 億年前の多細胞生命体の出現でした。

生命の起源と発達に関する生化学理論のいくつかの規定の裏付けは、古代の岩石で見つかった生物の化石の残骸で見つけることができます。

最古の生命の痕跡は、西オーストラリアで発見された石灰岩であると考えられています。これらは 35 億年前に藍藻と細菌によって形成され、光合成が可能な生命体の存在を示しています。 11億年前の藻類が北米で発見された。

他の発表のまとめ

「生命の起源と本質の問題」ウイルスは非常に複雑な内部構造を持っています。顕微鏡観察。体重70kgの人の体には45.5kgの酸素が含まれています。キラリティーの性質。メッセンジャーRNA。生物は細胞構造において無生物とは異なります。理論的アプローチ。自然史的アプローチ。生命の自然発生説に対する批判。生体高分子。相補的な DNA 鎖の合成。創造論。生命の自然発生の概念。

「生命の出現の理論」 - オパーリンの生化学進化理論。ヴァン・ヘルモント。定常状態仮説。生命の起源の理論。バイオポイエーシス仮説。タンパク質の性質。パンスペルミア仮説。人生ってなに。フランスの微生物学者ルイ・パスツール。地球上の生命の自然発生の仮説。コアセルベート。バイオジェニックメソッド。地球上の生命の起源。生化学進化の仮説。アバイオジェニックメソッド。創造論。

「地球生命起源説」――生物は無生物から生じる。多元。ビデオの断片。判断の正しさを判断します。考えてみてください。すべては生き物から生まれています。生物の基本的な性質。 S・フォックスの経験。生命の起源に関する仮説。定常状態仮説。化学仮説。 M. ウォルケンシュタインの生涯の定義。ルイ・パスツールの体験。スパラッツァニ。 F.エンゲルスの生涯の定義。コアセルベートの形成。パンスペルミア仮説。創造説仮説。

「地球上で最も古い生物」 - 私たちが生きている時代はいつですか? 神起源説。二枚貝のクラス。現代の代表者。三葉虫の体の構造。サンゴ。腕足類門。自然発生理論。類似点。地球上の生命の起源に関する理論。櫛城。ヤン・バプティスト・ヴァン・ヘルモント。地質年代表の概念。独自の理論を作り上げた。一時的なユニットのリスト。二枚貝のクラスの代表。

「地球上の生命の起源に関する仮説」 - 水は生命の根源です。パンスペルミア仮説。宇宙の生命の起源。フランチェスコ・レディ。生き物は無生物から生まれることがあります。生物発生の本質。生命の自然発生。創造論仮説は科学研究の範囲外です。生命の自然発生に関する仮説。地球上の生命の起源にはいくつかの仮説があります。ルイ・パスツール。相互に排他的な 2 つの視点。ルイ・パスツールの実験。

「地球上で生命がどのように誕生したか」 - S. ミラーの経験。定常状態理論。生命の自然発生。微生物。 L.パスツール。生化学進化理論。パンスペルミア。バイタリズム。地球上での生命の出現。創造論。生物発生の概念。 AI理論オパリナ。 F.レディ。地球の大気。生命の自然の起源。生命の起源に関する理論。地球の大気の変化。地球の生命。 L.スパランツァーニ。ヴァン・ヘルモント。

20 世紀初頭に立ちはだかった主な障害の 1 つ。生命の起源の問題を解決する過程で、科学と日常の経験に基づいて、有機化合物と無機化合物の間には関係がないという一般的な信念がありました。 20世紀半ばまで。多くの科学者は、有機化合物は生物体内でのみ生物発生的に生成できると信じていました。それが、無機化合物と呼ばれる無生物である鉱物とは対照的に、それらが有機化合物と呼ばれた理由です。無機物質の性質は全く異なるため、無機物質から最も単純な生物さえも出現することは根本的に不可能であると考えられていました。しかし、最初の有機化合物が通常の化学元素から合成された後、有機物質と無機物質の2つの異なる本質という考えは支持できないことが判明しました。この発見の結果として、生物の化学プロセスを研究する有機化学と生化学が誕生しました。

さらに、この科学的発見により、地球上の生命が物理的および化学的プロセスの結果として生じたという生化学的進化の理論を作成することが可能になりました。この仮説の最初の根拠は、植物と動物を構成する物質の類似性と、実験室条件でタンパク質を構成する有機物質を合成する可能性に関するデータでした。

これらの発見は、A.I. 理論の基礎を形成しました。オパーリンは、1924 年に出版された『生命の起源』という本で、生命の起源に関する根本的に新しい仮説を提示しました。彼は、有機物質の生物合成の独占を導入するレディ原則は、地球が存在する現代にのみ有効であると述べた。地球が誕生した当初、地球には生物が存在しなかったとき、炭素化合物の非生物的合成とその後の生物前進化が地球上で起こりました。

彼は、生命の出現を単一の自然プロセスとみなしました。それは、初期の地球の条件下で起こった最初の化学進化からなり、徐々に質的に新しいレベル、つまり生化学進化に移行しました。この仮説の本質は次のとおりです。地球上の生命の起源は、無生物の深部で生物が形成されるという長い進化の過程です。そしてこれは化学進化によって起こり、その結果、強い物理化学的要因の影響下で、最も単純な有機物質が無機物質から形成されました。

生化学進化による生命の出現の問題を考慮して、オパリンは無生物から生物への移行の 3 つの段階を特定します。進化生化学的自然科学

1. 初期地球の一次大気の条件下で、無機物質から初期有機化合物を合成する段階。
2. 地球の一次貯留層に蓄積された有機化合物から生体高分子、脂質、炭化水素が形成される段階。
3.複雑な有機化合物の自己組織化の段階、それらに基づいて出現し、有機構造の代謝と再生のプロセスが進化的に改善され、最も単純な細胞の形成で終わります。

第 1 段階、約 40 億年前、地球に生命が存在しなかったとき、炭素化合物の非生物的合成とその後の生物前進化が地球上で起こりました。地球の進化のこの時期は、大量の熱い溶岩の放出を伴う多数の火山噴火によって特徴づけられました。惑星が冷えるにつれて、大気中の水蒸気が凝縮して地球に降り注ぎ、巨大な水の広がりを形成しました。地球の表面は熱いままだったので、水は蒸発し、大気の上層で冷えて地球の表面に戻りました。これらのプロセスは何百万年も続きました。このようにして、さまざまな塩が主要な海洋の水に溶解しました。さらに、紫外線、高温、活発な火山活動の影響で大気中で継続的に生成された糖、アミノ酸、窒素塩基、有機酸などの有機化合物も含まれていました。

原始の海洋には、おそらく地球の大気や表層から侵入したさまざまな有機および無機分子が溶解した形で含まれています。有機化合物の濃度は絶えず増加し、最終的に海水はタンパク質様物質、つまりペプチドの「スープ」になりました。

第 2 段階では、地球上の条件が緩和されるにつれて、一次海洋の化学混合物に対する放電、熱エネルギー、紫外線の影響を受けて、複雑な有機化合物、つまり生体高分子やヌクレオチドを形成することが可能になりました。より複雑になり、プロトバイオントに変わりました。複雑な有機物質の進化の結果、コアセルベートまたはコアセルベートドロップが出現しました。

コアセルベートはコロイド粒子の複合体であり、その溶液は 2 つの層に分かれています。コロイド粒子が豊富な層と、コロイド粒子をほとんど含まない液体です。コアセルベートは、一次海洋の水に溶解しているさまざまな物質を吸収する能力を持っていました。その結果、コアセルベートの内部構造が変化し、コアセルベートの崩壊または物質の蓄積が引き起こされました。化学組成の成長と変化に影響を与え、絶えず変化する条件下での安定性を高めます。生化学進化理論では、コアセルベートを水の殻に囲まれた分子のグループである前生物学的システムとみなします。コアセルベートは外部環境からさまざまな有機物質を吸収できることが判明し、環境との一次代謝の可能性が得られました。

オパーリンが想定したように、第 3 段階では自然選択が働き始めました。コアセルベート液滴の塊の中で、特定の環境条件に対して最も耐性のある選択されたコアセルベートが発生しました。選択プロセスは何百万年にもわたって行われ、その結果、コアセルベートのほんの一部だけが保存されました。しかし、保存されたコアセルベート液滴は一次代謝を受ける能力を持っていました。そして代謝は生命の主要な性質です。同時に、あるサイズに達すると、母液滴は母液滴に分裂し、母液滴は母構造の特徴を保持します。したがって、生命の最も重要な兆候の1つである自己複製の特性のコアセルベートによる獲得について話すことができます。実際、この段階で、コアセルベートは最も単純な生命体に変わりました。

これらの前生物学的構造のさらなる進化は、コアセルベート内の代謝およびエネルギープロセスの複雑化によってのみ可能でした。外部の影響から内部環境をより強力に隔離できるのは膜だけです。有機化合物が豊富なコアセルベートの周囲に脂質の層が現れ、コアセルベートを周囲の水性環境から分離しました。進化の過程で、脂質は外膜に変換され、生物の生存率と安定性が大幅に向上しました。膜の出現は、最初の細胞が出現するまでの、ますます完全な自己制御の経路に沿ったさらなる化学進化の方向性をあらかじめ決定しました。

科学界におけるオパーリンの理論の人気は非常に高いです。しかし、科学者のアイデアを発展させた実験のほとんどは 1950 年代と 1960 年代にのみ実行されました。そこで、1953 年に、S. ミラーは一連の実験で、地球の進化の初期段階に存在した条件をシミュレートしました。彼が作ったインスタレーションでは、多くのアミノ酸、アデニン、単糖、その他生物学的に重要な物質が合成されました。その後、L. Orgel も同様の実験で単純な核酸を合成しました。しかし、その実験的妥当性と理論的説得力にもかかわらず、オパーリンの理論には長所と短所の両方があります。

この理論の強みは、化学進化をかなり正確に実験的に実証したことであり、それによると、生命の起源は物質の前生物学的進化の自然な結果であるという。この理論を支持する説得力のある議論は、その主な規定の実験的検証の可能性でもあります。これは、原始地球の想定される物理化学的状態を実験室で再現することだけでなく、細胞以前の祖先とその機能的特徴を模倣するコアセルベートにも関係します。

この理論の弱点は、どの実験でも生命を得ることができなかったために、複雑な有機化合物から生命体への飛躍の瞬間を説明することが不可能であることです。さらに、オパリンは、遺伝暗号機能を持つ分子システムが存在しない場合でも、コアセルベートの自己複製の可能性を仮定しました。つまり、遺伝機構の進化を再構築しなければ、無生物から生物への飛躍の過程を説明することは不可能である。したがって、今日では、オープン触媒システム、分子生物学、サイバネティクスの概念を利用せずに、この生物学の最も複雑な問題を解決することは不可能であると考えられています。

すでに述べたように、地球の一次大気には水蒸気といくつかのガス (CO 2、CO、H 2 S、NH 3、CH 4) が含まれています。同時に、酸素はほとんどなく、雰囲気は還元性でした。

地球上とその生物圏における生命の出現は、現代の自然科学の主要な問題の 1 つです。 A.I. オパリンによる生化学進化の仮説によれば、地球上の生命の起源は、物理化学的要因の影響下で無生物から生物が形成される長いプロセスです。

同時に、最初の「原始細胞」の起源や、「非生命」から生命への移行の瞬間については、依然として多くの不確実性が残っています。

ハイパーサイクルと生命の起源。前述の説明を参照すると、生命の起源と進化のプロセスをよりよく理解できます。ルデンコの化学進化理論とドイツの物理化学者 M. アイゲンの仮説。後者によれば、生きた細胞の出現のプロセスは相互作用と密接に関連しています。 ヌクレオチド(ヌクレオチドは、窒素含有塩基 - シトシン、グアニン、チミン、アデニンを含む核酸の要素です) 、情報の物質的な媒体である、そして タンパク質(ポリペプチド) 、触媒として機能します化学反応。相互作用の過程で、ヌクレオチドはタンパク質の影響を受けて自らを再生し、次のタンパク質に情報を伝達します。 閉じた自己触媒回路、M.アイゲンはこう呼んだ ハイパーサイクル。さらなる進化の過程で、最初は核のない最初の生きた細胞（原核生物）がそれらから出現し、次に核のある真核生物が出現します。

ここでわかるように、触媒の進化の理論と閉じた自己触媒連鎖の概念の間には論理的なつながりがあります。進化の過程で、自己触媒作用の原理は、M. アイゲンによって提案されたハイパーサイクルにおける周期的に組織化されたプロセス全体の自己複製の原理によって補完されます。ハイパーサイクルの構成要素の再生産、および新しいハイパーサイクルへのそれらの結合には、高エネルギー分子の合成および「廃棄物」としてのエネルギーに乏しい分子の除去に関連する代謝の増加が伴います。ここで注目するのは興味深いことです 生命と無生命の中間形態としてのウイルスの特徴: ウイルスは代謝能力を奪われ、細胞に浸透して代謝システムを使い始める。したがって、エイゲンによれば、ハイパーサイクル、つまりタンパク質分子の形成につながる化学反応のサイクル間に競合が存在するということです (図)。

米。ハイパーサイクルと仮想細胞の出現

他のサイクルよりも速く効率的に機能するサイクルが競争に「勝ち」ます。実際、エイゲンは、自然選択のマトリックス再生産に基づいて、無秩序な物質から秩序ある高分子を形成するという概念を提唱しました。彼はこう言い始めます ダーウィンの自然選択原理- これが、システムの秩序（エントロピー - 「無秩序」とは対照的）の程度を反映する物理量として新しい情報を作成することを私たちが理解する唯一の方法です。言い換えると、単一の供給源から限られた量で供給される材料から構築される自己複製単位のシステムがある場合、その中で必然的に競争が発生し、その結果、選択が行われます。。自然選択によって制御される進化行動は、「情報ノイズ」（生物種の進化の場合、突然変異が「ノイズ」の役割を果たす）による自己複製に基づいています。これら 2 つの物理的特性が存在するだけで、原理的には段階的に複雑性を高めたシステムの出現が可能になります。

ハイパーサイクルの最も単純な例は、細菌細胞内での RNA ウイルスの複製です。このハイパーサイクルは、メンバーではない自己複製ユニットと競合します。他のハイパーサイクルと安定して共存することはできません。次の高次の自己触媒サイクルに結合しない限りです。独立した自己複製単位（「祖先」から「子孫」に伝達される一定量の情報の保存を保証する）で構成され、統合特性も備えています。したがって、ハイパーサイクルはこれらのユニットを調整進化可能なシステムに結合し、1 人の個人の利点をすべてのメンバーが利用できるようにし、システム全体が異なる構成のユニットと集中的に競争し続けます。

地球上で生命が誕生する過程には、いくつかの主要な段階があります。 進化の過程におけるそれらの順序: 低分子有機物質の非生物的合成、生体高分子の形成、コアセルベートの形成、光合成の出現。

米。 4. 生物発生のスキーム

生化学進化に関する実際の考えを、創造論者がこの理論を批判するときに通常提示しようとするものと比較するのは興味深いことです（図）。

現代の仮説によれば、一次大気で発生した物質は主に海洋に洗い流され、地球が寒冷化するにつれてそのサイズは増加しました。実験は、当時一般的であったものに近いと考えられる条件下で、この大気の一部であると考えられるガスを使用して実行されました。これらの実験により、生物学的構造の主成分に似た複雑な有機分子が生成されました。地球の海洋は、そのような物質の濃度がますます高まる溶液に変わりました。

一部の有機分子は凝集する傾向があります。原始の海洋では、これらの蓄積はおそらく水中の油によって形成されたものと同様に、滴の形をとっていました。そのような滴は、明らかに、原始的な細胞、つまり生物の最初の形態の前身でした。

現代の理論によれば、これらの有機分子は最初の生物のエネルギー源としても機能しました。原始的な細胞または細胞様構造は、豊富な化合物を使用してそれを得ることができます。生物は発達し、より複雑になるにつれて、ますます独立し、成長し、繁殖し、その特性を次の世代に伝える能力を獲得しました。

したがって、 最初の生物地球上で発生し、一次海洋の水域に長い間存在したものは、 原核生物、つまり非核生物。原核生物は「細菌」とも呼ばれます。さらに、これらの生物は生命活動に酸素を必要としません。だった 嫌気性菌。彼らは環境から有機化合物を消費することでエネルギー需要を満たしました。だった 従属栄養生物（ギリシャ語のヘテロス（他者）とトロフォス（摂食）から来ています）。このグループには現在、すべての動物と菌類に加えて、ほとんどの細菌などの多くの単細胞生物が含まれています。

雰囲気が好気性になる前、つまり酸素がなければ、核膜を欠く原核細胞のみが存在し、その遺伝物質は複雑な染色体に組織化されていませんでした。

原始的な従属栄養生物の個体数が増加するにつれて、それらの存在が依存し、数百万年にわたって蓄積された複雑な分子の供給が枯渇し始めました。細胞外の有機物はますます少なくなり、細胞間で競争が始まりました。その圧力の下では、限られたエネルギー源を効果的に使用できる細胞は、他の細胞よりも生き残る可能性が高くなります。時間が経つにつれて、長期間の低速の結果として、 消滅の過程（消去）単純な無機物質からエネルギー豊富な分子を作り出すことができる最も適応性の低い生物が出現しました。彼らは呼ばれています 独立栄養生物ギリシャ語で「自給自足」を意味します。これらの最初の独立栄養生物が出現しなければ、地球上の生命は消滅するでしょう。

最も成功したのは独立栄養生物で、太陽エネルギーを直接利用するシステムを開発しました。光合成。最初の光合成生物は現代の植物よりもはるかに単純でしたが、すでに原始的な従属栄養生物よりははるかに複雑でした。太陽エネルギーを吸収して利用するには、光エネルギーを捕捉する特別な色素システムと、このエネルギーを有機分子の結合に蓄えるための関連システムが必要でした。

光合成生物の証拠は 34 億年前の岩石で発見されています。地球上の生命の証拠となる最初の化石が発見された時代よりも1億年若い。しかし、生命と光合成の両方がはるか以前に出現したことはほぼ確信できます。独立栄養生物の出現により、生物圏のエネルギーの流れは現代的な特徴を獲得しました。放射エネルギーは光合成生物によって捕捉され、そこから他のすべての生物に伝達されます。

独立栄養生物の数が増加するにつれて、惑星の外観は変化しました。この生物学的革命は、光合成の最も効率的な方法の 1 つと関連しています。この方法は、ほぼすべての生きている独立栄養生物によって使用され、酸素を放出するために水分子の分裂を伴います。結果として 大気中の酸素ガスの量が増加し、これは 2 つの重要な影響を及ぼしました。

まず、大気の外層にある酸素の一部が、 オゾン十分な量が蓄積すると、地球に降り注ぐ太陽光の紫外線を吸収し始め、生物にとって有害です。約4億5千万年前、オゾン層に守られた生物はすでに水面と陸上で生存できるようになっていました。

第二に、遊離酸素の量が増加すると、光合成中に形成されるエネルギー豊富な炭素含有分子をより効率的に使用できるようになり、生物がそれらを分解して酸化できるようになりました。 呼吸プロセス (酸化的リン酸化)。そして、呼吸はあらゆる嫌気性（無酸素）分解よりもはるかに多くのエネルギーを提供します。

酸化的リン酸化は、栄養素の酸化中に生成されるエネルギー (酸素の存在が必要です) が ATP の形で細胞のミトコンドリアに保存される代謝経路です。

約 15 億年前に地球上に生息していたすべての種類の生物は、従属栄養細菌または独立栄養細菌でした。古生物学のデータによると、遊離酸素濃度の増加は、最初の生物の出現に伴って起こりました。 真核細胞核膜、特別に配置された染色体、膜結合細胞小器官を持っています。真核生物は通常、個々の細胞が細菌のものよりもはるかに大きく、約 15 億年前に誕生し、約 10 億年前に多数かつ多様になりました。細菌を除くすべての生物は、1 つまたは複数の真核細胞で構成されています。地球上の生命の形成の最初の段階には数十億年かかったことに注意する必要があります（図）。