U životu smo okruženi raznim tijelima i predmetima. Na primjer, u zatvorenom prostoru to je prozor, vrata, stol, žarulja, šalica, na otvorenom - automobil, semafor, asfalt. Svako tijelo ili predmet sastoji se od materije. Ovaj članak govori o tome što je tvar.

Što je kemija?

Voda je bitno otapalo i stabilizator. Ima veliki toplinski kapacitet i toplinsku vodljivost. Vodeni okoliš je povoljan za protok bazičnih kemijske reakcije. Karakterizira ga prozirnost i praktički je otporan na kompresiju.

Koja je razlika između anorganskih i organskih tvari?

Između ove dvije skupine tvari nema posebno jakih vanjskih razlika. Glavna razlika leži u strukturi, gdje anorganske tvari imaju nemolekularnu strukturu, a organske tvari imaju molekularnu strukturu.

Anorganske tvari imaju nemolekularnu strukturu, pa se odlikuju visokim talištem i vrelištem. Ne sadrže ugljik. Tu spadaju plemeniti plinovi (neon, argon), metali (kalcij, kalcij, natrij), amfoterne tvari (željezo, aluminij) i nemetali (silicij), hidroksidi, binarni spojevi, soli.

Organska tvar molekularna struktura. Imaju prilično niske točke taljenja i brzo se raspadaju kada se zagrijavaju. Uglavnom se sastoji od ugljika. Iznimke: karbidi, karbonati, ugljikovi oksidi i cijanidi. Ugljik omogućuje stvaranje veliki iznos kompleksni spojevi (u prirodi ih je poznato više od 10 milijuna).

Većina njihovih klasa pripada biološkom podrijetlu (ugljikohidrati, proteini, lipidi, nukleinske kiseline). Ovi spojevi uključuju dušik, vodik, kisik, fosfor i sumpor.

Da bismo razumjeli što je tvar, potrebno je zamisliti kakvu ulogu igra u našim životima. U interakciji s drugim tvarima stvara nove. Bez njih je život okolnog svijeta neodvojiv i nezamisliv. Svi se predmeti sastoje od određenih tvari, pa igraju važnu ulogu u našim životima.

Test br. 2.

Istražiti Poglavlje 2 "Podrijetlo života na Zemlji""stranice 30-80 udžbenika" Opća biologija. 10. razred” autor i dr.

I. Pisano odgovorite na pitanja:

1. Koji su temelji i bit života prema starogrčkim filozofima?

2. Koji je smisao pokusa F. Redija?

3. Opišite pokuse L. Pasteura koji dokazuju nemogućnost spontanog nastanka života u modernim uvjetima.

4.Koje su teorije o vječnosti života?

5.Koje materijalističke teorije o postanku života poznajete?

Što su reakcije nuklearne fuzije? Navedite primjere.

6. Kako, u skladu s Kant-Laplaceovom hipotezom, zvjezdani sustavi nastaju iz plinovito-prašne materije?

7. Postoje li razlike u kemijskom sastavu planeta istog zvjezdanog sustava?

8. Navedite kozmičke i planetarne preduvjete za abiogeni nastanak života na našem planetu.

9.Koji je značaj za nastanak organskih molekula iz ne organska tvar na Zemlji imao reducirajuću prirodu primarne atmosfere?

10.Opisati aparate i metode izvođenja pokusa S. Millera i P. Uryja.

11. Što je koacervacija, koacervat?

12. Koji se sustavi modela mogu koristiti za demonstraciju stvaranja kapljica koacervata u otopini?

13.Kakve su mogućnosti postojale za prevladavanje niskih koncentracija organskih tvari u vodama primarnog oceana?

14. Koje su prednosti međudjelovanja organskih molekula u područjima visokih koncentracija tvari?

15. Kako bi se mogli rasporediti u vodama primarnog oceana? organske molekule, koji ima hidrofilna i hidrofobna svojstva?.

16. Navedite princip podjele otopine na faze s visokim i niskim koncentracijama molekula. ?

17. Što su koacervat kapi?

18. Kako se odabir koacervata odvija u “primarnom bujonu”?

19. Što je bit hipoteze o nastanku eukariota putem simbiogeneze?

20. Na koji način su prve eukariotske stanice dobivale energiju potrebnu za vitalne procese?

21. Koji su organizmi u procesu evolucije prvi put razvili spolni proces?

22. Opišite bit hipoteze o nastanku višestaničnih organizama?

23. Definirajte sljedeće pojmove: protobionti, biološki katalizatori, genetski kod, samorazmnožavanje, prokarioti, fotosinteza, spolni proces, eukarioti.

Provjerite svoje znanje o temi:

Nastanak života i razvoj organskog svijeta

1. Zagovornici biogeneze tvrde da

· Sva živa bića su od živih bića

· Sva živa bića stvorio je Bog

· Sva živa bića nastaju od neživih bića

· Živi organizmi doneseni su na Zemlju iz Svemira

2. Zagovornici abiogeneze tvrde da je sve živo

· Dolazi iz neživog

·Nastaje od živih bića

· Stvoren od Boga

·Doneseno iz svemira

3. Pokusi L. Pasteura s tikvicama s produljenim grlom

· Dokazao nedosljednost položaja abiogeneze

· Afirmirao stajalište abiogeneze

· Afirmirao stajalište biogeneze

· Dokazao nedosljednost položaja biogeneze

4. Dokaz da život ne nastaje spontano pružio je

· L. Pasteur

· A. Van Leeuwenhoek

· Aristotel

5. Aristotel je vjerovao da

· Živjeti samo od življenja

· Život nastaje iz četiri elementa

· Živa bića nastaju od neživih bića

· Živa bića mogu nastati od neživih ako imaju “aktivni princip”

6. Hipoteza

· Jača poziciju pristaša biogeneze

· Jača poziciju pristaša abiogeneze

· Ističe nedosljednost stava biogeneze

· Ističe nedosljednost stava abiogeneze

7. Prema hipotezi prvi su koacervati

organizmi

"Organizacije" molekula

· Proteinski kompleksi

Akumulacije anorganskih tvari

8. U fazi kemijske evolucije nastaju

· Bakterije

· Protobionti

· Biopolimeri

Organski spojevi niske molekulske mase

9. Na stupnju biološke evolucije,

· Biopolimeri

organizmi

Organske tvari niske molekulske mase

· Anorganske tvari

1. Prema suvremenim idejama, život na Zemlji razvio se kao rezultat

Kemijska evolucija

Biološka evolucija

· Kemijska, a potom i biološka evolucija

Kemijska i biološka evolucija

Biološka, ​​a potom i kemijska evolucija

10. Prvi organizmi koji su se pojavili na Zemlji jeli su

Autotrofi

Heterotrofi

· Saprofiti

11. Kao rezultat pojave autotrofa u Zemljinoj atmosferi

Povećana količina kisika

· Smanjena količina kisika

· Broj se povećao ugljični dioksid

· Pojavio se zaslon s ozonom

12. Količina organskih spojeva u primordijalnom oceanu smanjila se zbog

Povećanje broja autotrofa

Povećanje broja heterotrofa

Smanjenje broja autotrofa

· Smanjenje broja heterotrofa

13. Do nakupljanja kisika u atmosferi došlo je zbog

Pojava ozonskog ekrana

· Fotosinteza

· Fermentacija

· Kruženje tvari u prirodi

14. Proces fotosinteze doveo je do

· Stvaranje velike količine kisika

Pojava ozonskog ekrana

Pojava višestaničnosti

Pojava spolnog razmnožavanja

15. Provjerite točne tvrdnje:

Heterotrofi - organizmi sposobni samostalno sintetizirati organske tvari iz anorganskih

· Prvi organizmi na Zemlji bili su heterotrofni

Cijanobakterije – prvi fotosintetski organizmi

· Mehanizam fotosinteze formirao se postupno

16. Razgradnja organskih spojeva u uvjetima bez kisika:

· Fermentacija

· Fotosinteza

Oksidacija

Biosinteza

17. Pojavom autotrofa na Zemlji:

Počele su nepovratne promjene u uvjetima života

· Formirano veliki broj kisika u atmosferi

· Došlo je do nakupljanja solarna energija u kemijskim vezama organskih tvari

· Svi heterotrofi su nestali

18. Čovjek se pojavio na Zemlji u

Proterozojska era

mezozojska era

· Kenozojska era

proterozoik

mezozoik

· Paleozoik

kenozoik

20. Razmatraju se najveći događaji proterozoika

· Pojava eukariota

Pojava cvjetnica

Pojava prvih hordata

21. Proces formiranja tla na Zemlji dogodio se zahvaljujući

· Kruženje vode u prirodi

· Kolonizacija gornjeg sloja litosfere organizmima

Smrt organizama

· Razaranje tvrdih stijena uz stvaranje pijeska i gline

22. Bili su rašireni u Arheju

Gmazovi i paprati

· Bakterije i cijanobakterije

23. Biljke, životinje i gljive su došle na zemlju

proterozoik

· Paleozoik

mezozoik

24. Proterozojska era

Sisavci i kukci

Alge i koelenterati

· Prve kopnene biljke

· Dominacija gmazova

Priroda se dinamički razvija, živa i inertna materija kontinuirano prolazi kroz procese transformacije. Najvažnije transformacije su one koje utječu na sastav tvari. Formiranje stijena, kemijska erozija, rađanje planeta ili disanje sisavaca vidljivi su procesi koji uključuju promjene u drugim tvarima. Unatoč razlikama, svi oni imaju nešto zajedničko: promjene na molekularnoj razini.

1. Tijekom kemijskih reakcija elementi ne gube svoj identitet. Ove reakcije uključuju samo elektrone u vanjskoj ljusci atoma, dok jezgre atoma ostaju nepromijenjene.
2. Reaktivnost elementa na kemijsku reakciju ovisi o oksidacijskom stanju elementa. U običnim kemijskim reakcijama Ra i Ra 2+ ponašaju se potpuno drugačije.
3. Različiti izotopi elementa imaju gotovo istu kemijsku reaktivnost.
4. Brzina kemijske reakcije uvelike ovisi o temperaturi i tlaku.
5. Kemijska reakcija se može obrnuti.
6. Kemijske reakcije popraćene su relativno malim promjenama energije.

Nuklearne reakcije

1. Tijekom nuklearnih reakcija jezgre atoma prolaze kroz promjene i stoga nastaju novi elementi.
2. Reaktivnost elementa na nuklearnu reakciju praktički je neovisna o oksidacijskom stanju elementa. Na primjer, ioni Ra ili Ra 2+ u Ka C 2 ponašaju se na sličan način u nuklearnim reakcijama.
3. U nuklearnim reakcijama izotopi se ponašaju potpuno drugačije. Na primjer, U-235 fisira tiho i lako, ali U-238 ne.
4. Brzina nuklearne reakcije ne ovisi o temperaturi i tlaku.
5. Nuklearna reakcija se ne može poništiti.
6. Nuklearne reakcije prate velike promjene energije.

Razlika između kemijske i nuklearne energije

• Potencijalna energija koja se može pretvoriti u druge oblike, prvenstveno toplinu i svjetlost, kada se stvaraju veze.
• Što je veza jača, veća je pretvorena kemijska energija.

• Nuklearna energija nije povezana s obrazovanjem kemijske veze(koji su uzrokovani međudjelovanjem elektrona)
• Može se pretvoriti u druge oblike kada se dogodi promjena u jezgri atoma.

Nuklearna promjena događa se u sva tri glavna procesa:

1. Nuklearna fizija
2. Spajanje dviju jezgri u novo jezgro.
3. Oslobađanje elektromagnetskog zračenja visoke energije (gama zračenje), stvarajući stabilniju verziju iste jezgre.

Usporedba pretvorbe energije

Količina kemijske energije oslobođene (ili pretvorene) u kemijskoj eksploziji je:

• 5kJ za svaki gram TNT-a
• Količina oslobođene nuklearne energije atomska bomba: 100 milijuna kJ za svaki gram urana ili plutonija

Jedna od glavnih razlika između nuklearnih i kemijskih reakcija ima veze s tim kako se reakcija odvija u atomu. Dok se nuklearna reakcija događa u jezgri atoma, elektroni u atomu odgovorni su za kemijsku reakciju koja se događa.

Kemijske reakcije uključuju:

• Transferi
• Gubici
• dobitak
• Dijeljenje elektrona

Prema atomskoj teoriji, materija se objašnjava preraspodjelom da bi se dobile nove molekule. Tvari koje sudjeluju u kemijskoj reakciji i omjeri u kojima nastaju izraženi su odgovarajućim kemijske jednadžbe, koji čine osnovu za izvođenje raznih vrsta kemijskih proračuna.

Nuklearne reakcije odgovorne su za raspad jezgre i nemaju nikakve veze s elektronima. Kada se jezgra raspadne, može prijeći na drugi atom zbog gubitka neutrona ili protona. U nuklearnoj reakciji protoni i neutroni međusobno djeluju unutar jezgre. U kemijskim reakcijama elektroni reagiraju izvan jezgre.

Rezultat nuklearne reakcije može se nazvati bilo kojom fisijom ili fuzijom. Novi element nastaje djelovanjem protona ili neutrona. Kao rezultat kemijske reakcije, tvar se djelovanjem elektrona mijenja u jednu ili više tvari. Novi element nastaje djelovanjem protona ili neutrona.

Kada se uspoređuje energija, kemijska reakcija uključuje samo nisku promjenu energije, dok nuklearna reakcija ima vrlo veliku promjenu energije. U nuklearnoj reakciji promjene energije iznose 10^8 kJ. To je 10 - 10^3 kJ/mol u kemijskim reakcijama.

Dok se neki elementi transformiraju u druge u jezgri, broj atoma ostaje nepromijenjen u kemikaliji. U nuklearnoj reakciji izotopi reagiraju drugačije. Ali kao rezultat kemijske reakcije reagiraju i izotopi.

Iako nuklearna reakcija ne ovisi o kemijskim spojevima, kemijska reakcija uvelike ovisi o kemijskim spojevima.

Sažetak

Nuklearna reakcija događa se u jezgri atoma, za što su odgovorni elektroni u atomu kemijski spojevi.
1. Kemijske reakcije uključuju prijenos, gubitak, dobivanje i dijeljenje elektrona bez uključivanja jezgre u proces. Nuklearne reakcije uključuju raspad jezgre i nemaju nikakve veze s elektronima.
2. U nuklearnoj reakciji protoni i neutroni reagiraju unutar jezgre; u kemijskim reakcijama elektroni međusobno djeluju izvan jezgre.
3. Kada se uspoređuju energije, kemijska reakcija koristi samo nisku promjenu energije, dok nuklearna reakcija ima vrlo veliku promjenu energije.

Tijekom kemijskih reakcija, neke tvari proizvode druge (ne treba ih brkati s nuklearne reakcije, u kojoj kemijski element pretvara u drugu).

Svaka kemijska reakcija opisana je kemijskom jednadžbom:

Reaktanti → produkti reakcije

Strelica pokazuje smjer reakcije.

Na primjer:

U ovoj reakciji metan (CH 4) reagira s kisikom (O 2) pri čemu nastaju ugljikov dioksid (CO 2) i voda (H 2 O), točnije vodena para. Upravo se takva reakcija događa u vašoj kuhinji kada zapalite plinski plamenik. Jednadžbu treba čitati ovako: Jedna molekula plinovitog metana reagira s dvije molekule plinovitog kisika i proizvodi jednu molekulu ugljičnog dioksida i dvije molekule vode (vodene pare).

Nazivaju se brojevi ispred komponenti kemijske reakcije koeficijenti reakcije.

Događaju se kemijske reakcije endotermički(s apsorpcijom energije) i egzotermna(s oslobađanjem energije). Izgaranje metana tipičan je primjer egzotermne reakcije.

Postoji nekoliko vrsta kemijskih reakcija. Najčešći:

• reakcije povezivanja;
• reakcije razgradnje;
• reakcije pojedinačne zamjene;
• dvostruke reakcije istiskivanja;
• reakcije oksidacije;
• redoks reakcije.

Reakcije spojeva

U reakcijama spojeva najmanje dva elementa tvore jedan produkt:

2Na (t) + Cl 2 (g) → 2NaCl (t)- stvaranje kuhinjske soli.

Treba obratiti pozornost na bitnu nijansu reakcija spojeva: ovisno o uvjetima reakcije ili omjerima reagensa koji ulaze u reakciju, njezin rezultat mogu biti različiti produkti. Na primjer, u normalnim uvjetima izgaranja ugljena, ugljični dioksid se proizvodi:
C (t) + O 2 (g) → CO 2 (g)

Ako je količina kisika nedovoljna, tada nastaje smrtonosni ugljikov monoksid:
2C (t) + O 2 (g) → 2CO (g)

Reakcije razgradnje

Ove reakcije su, takoreći, u biti suprotne reakcijama spoja. Kao rezultat reakcije razgradnje, tvar se raspada na još dva (3, 4...) dijela jednostavan element(veze):

• 2H 2 O (l) → 2H 2 (g) + O 2 (g)- razgradnja vode
• 2H 2 O 2 (l) → 2H 2 (g) O + O 2 (g)- razgradnja vodikovog peroksida

Reakcije pojedinačnog istiskivanja

Kao rezultat pojedinačnih reakcija supstitucije, aktivniji element zamjenjuje manje aktivan u spoju:

Zn (s) + CuSO 4 (otopina) → ZnSO 4 (otopina) + Cu (s)

Cink u otopini bakrenog sulfata istiskuje manje aktivni bakar, što rezultira stvaranjem otopine cinkovog sulfata.

Stupanj aktivnosti metala u rastućem redoslijedu aktivnosti:

• Najaktivniji su alkalijski i zemnoalkalijski metali

Ionska jednadžba za gornju reakciju bit će:

Zn (t) + Cu 2+ + SO 4 2- → Zn 2+ + SO 4 2- + Cu (t)

Ionska veza CuSO 4, kada se otopi u vodi, raspada se na kation bakra (naboj 2+) i sulfatni anion (naboj 2-). Kao rezultat reakcije supstitucije nastaje kation cinka (koji ima isti naboj kao i kation bakra: 2-). Imajte na umu da je sulfatni anion prisutan na obje strane jednadžbe, tj. prema svim pravilima matematike može se reducirati. Rezultat je ionsko-molekularna jednadžba:

Zn (t) + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu (t)

Reakcije dvostrukog pomaka

U reakcijama dvostruke supstitucije dva elektrona su već zamijenjena. Takve se reakcije također nazivaju reakcije razmjene. Takve se reakcije odvijaju u otopini uz stvaranje:

• netopljiv čvrsta(reakcije taloženja);
• voda (reakcija neutralizacije).

Reakcije taloženja

Kada se otopina srebrnog nitrata (soli) pomiješa s otopinom natrijeva klorida, nastaje srebrni klorid:

Molekularna jednadžba: KCl (otopina) + AgNO 3 (p-p) → AgCl (s) + KNO 3 (p-p)

Ionska jednadžba: K + + Cl - + Ag + + NO 3 - → AgCl (t) + K + + NO 3 -

Molekularna ionska jednadžba: Cl - + Ag + → AgCl (s)

Ako je spoj topiv, bit će prisutan u otopini u ionskom obliku. Ako je spoj netopljiv, taložit će se i formirati krutinu.

Reakcije neutralizacije

To su reakcije između kiselina i baza koje rezultiraju stvaranjem molekula vode.

Na primjer, reakcija miješanja otopine sumporne kiseline i otopine natrijevog hidroksida (lužine):

Molekularna jednadžba: H 2 SO 4 (p-p) + 2NaOH (p-p) → Na 2 SO 4 (p-p) + 2H 2 O (l)

Ionska jednadžba: 2H + + SO 4 2- + 2Na + + 2OH - → 2Na + + SO 4 2- + 2H 2 O (l)

Molekularna ionska jednadžba: 2H + + 2OH - → 2H 2 O (l) ili H + + OH - → H 2 O (l)

Reakcije oksidacije

To su reakcije međudjelovanja tvari s plinovitim kisikom u zraku, pri čemu se u pravilu oslobađa velika količina energije u obliku topline i svjetlosti. Tipična reakcija oksidacija je izgaranje. Na samom početku ove stranice je reakcija između metana i kisika:

CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

Metan spada u ugljikovodike (spojevi ugljika i vodika). Kada ugljikovodik reagira s kisikom, oslobađa se mnogo toplinske energije.

Redoks reakcije

To su reakcije u kojima se elektroni izmjenjuju između atoma reaktanata. Gore spomenute reakcije su također redoks reakcije:

• 2Na + Cl 2 → 2NaCl - reakcija spoja
• CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O - reakcija oksidacije
• Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu - reakcija jednostruke supstitucije

Redoks reakcije s velikim brojem primjera rješavanja jednadžbi metodom ravnoteže elektrona i metodom polureakcije opisane su što detaljnije u odjeljku

Trenutna stranica: 3 (knjiga ima ukupno 18 stranica) [dostupan odlomak za čitanje: 12 stranica]

2.2.2. Formiranje planetarnih sustava

Znanstvenici vjeruju da su maglice faza u formiranju galaksija ili velikih zvjezdanih sustava. U modelima ove vrste teorija, planeti su nusproizvod stvaranja zvijezda. Ovo gledište, prvi put izraženo u 18.st. I. Kanta i kasnije razvijen od strane P. Laplacea, D. Kuipera, D. Alfvena i R. Camerona, potvrđeno je nizom dokaza.

Mlade zvijezde nalaze se unutar maglica, područja relativno koncentriranog međuzvjezdanog plina i prašine promjera svjetlosnih godina. Maglice se nalaze diljem naše galaksije; Vjeruje se da se zvijezde i povezani planetarni sustavi formiraju unutar ovih golemih oblaka materije.

Pomoću spektroskopije je pokazano da se međuzvjezdana tvar sastoji od plinova - vodika, helija i neona - i čestica prašine, veličine nekoliko mikrona, a sastoje se od metala i drugih elemenata. Budući da je temperatura vrlo niska (10-20 K), sva je tvar, osim spomenutih plinova, smrznuta na česticama prašine. Više teški elementi a dio vodika dolazi od zvijezda prethodnih generacija; Neke od tih zvijezda eksplodirale su kao supernove, vraćajući preostali vodik u međuzvjezdani medij i obogaćujući ga težim elementima nastalim u njihovim dubinama.

Prosječna koncentracija plina u međuzvjezdanom prostoru je samo 0,1 atom N/cm 3, dok je koncentracija plina u maglicama približno 1000 atoma N/cm 3, tj. 10 000 puta više. (1 cm3 zraka sadrži približno 2,7 × 10 19 molekula.)

Kada oblak plina i prašine postane dovoljno velik kao rezultat sporog taloženja i adhezije (akrecije) međuzvjezdanog plina i prašine pod utjecajem gravitacije, on postaje nestabilan - odnos blizak ravnoteži između tlaka i gravitacijskih sila je poremećen. Prevladavaju gravitacijske sile i stoga se oblak skuplja. Tijekom ranih faza kompresije, toplina koja se oslobađa kada se gravitacijska energija pretvori u energiju zračenja lako napušta oblak jer je relativna gustoća materijala niska. Kako se gustoća materije povećava, počinju nove važne promjene. Zbog gravitacijskih i drugih fluktuacija, veliki oblak se fragmentira u manje oblake, koji zauzvrat tvore fragmente koji u konačnici imaju masu i veličinu nekoliko puta veću od našeg Sunčevog sustava (Sl. 2.2; 1–5). Takvi se oblaci nazivaju protozvijezde. Naravno, neke protozvijezde su masivnije od našeg Sunčevog sustava i tvore veće, toplije zvijezde, dok manje masivne protozvijezde tvore manje, hladnije zvijezde koje evoluiraju sporije od prvih. Veličina protozvijezda ograničena je gornjom granicom, iznad koje bi došlo do daljnje fragmentacije, i donjom granicom, određenom minimalnom masom potrebnom za podržavanje nuklearnih reakcija.

Riža. 2.2. Evolucija plinsko-prašne maglice i nastanak protoplanetarnog diska

Prvo, potencijalna gravitacijska energija, pretvorena u toplinu (energija zračenja), jednostavno se zrači prema van tijekom gravitacijske kompresije. Ali kako se gustoća tvari povećava, apsorbira se sve više i više energije zračenja i, kao rezultat toga, temperatura raste. Hlapljivi spojevi koji su prvotno bili zamrznuti na česticama prašine počinju isparavati. Sada su plinovi kao što su NH3, CH4, H2O (para) i HCN pomiješani s H2, He i Ne. Ovi plinovi apsorbiraju naknadne dijelove energije zračenja, disociraju i podvrgavaju se ionizaciji.

Gravitacijska kompresija se nastavlja sve dok se oslobođena energija zračenja ne rasprši tijekom isparavanja i ionizacije molekula u česticama prašine. Kada su molekule potpuno ionizirane, temperatura brzo raste sve dok kompresija gotovo ne prestane jer tlak plina počinje uravnotežiti gravitacijske sile. Time završava faza brzog gravitacijskog sabijanja (kolapsa).

U ovoj točki svog razvoja, protozvijezda koja odgovara našem sustavu je disk sa zadebljanjem u središtu i temperaturom od približno 1000 K na razini orbite Jupitera. Takav protozvjezdani disk nastavlja se razvijati: u njemu se događa restrukturiranje i polako se skuplja. Sama protozvijezda postupno postaje kompaktnija, masivnija i toplija, budući da toplina sada može isijavati samo s njezine površine. Toplina se prenosi iz dubine protozvijezde na njezinu površinu pomoću konvekcijskih struja. Područje od površine protozvijezde do udaljenosti koja je ekvivalentna orbiti Plutona ispunjeno je maglom plina i prašine.

Tijekom ovog složenog niza kontrakcija, za koje se vjeruje da je trebalo oko 10 milijuna godina, kutni moment sustava trebao bi biti očuvan. Cijela se galaksija rotira, čineći 1 krug svakih 100 milijuna godina. Kako se oblaci prašine sabijaju, njihov kutni moment ne može se promijeniti - što se više sabijaju, to se brže okreću. Zbog očuvanja kutne količine gibanja, oblik oblaka prašine koji se kolabira mijenja se iz sfernog u oblik diska.

Kako se preostala tvar protozvijezde skupljala, njezina je temperatura postala dovoljno visoka da započne reakcija fuzije vodikovih atoma. S priljevom više energije iz ove reakcije, temperatura je postala dovoljno visoka da uravnoteži sile daljnje gravitacijske kompresije.

Planeti su nastali od preostalih plinova i prašine na periferiji protozvjezdanog diska (slika 2.3). Aglomeracija međuzvjezdane prašine pod utjecajem gravitacijskog privlačenja dovodi do stvaranja zvijezda i planeta za oko 10 milijuna godina (1-4). Zvijezda ulazi u glavni niz (4) i ostaje u stacionarnom (stabilnom) stanju otprilike 8000 milijuna godina, postupno prerađujući vodik. Zvijezda tada napušta glavnu sekvencu, širi se i postaje crveni div (5 i 6) i "proždire" svoje planete tijekom sljedećih 100 milijuna godina. Nakon što je nekoliko tisuća godina pulsirala kao promjenjiva zvijezda (7), eksplodira kao supernova (8) i konačno kolabira u bijeli patuljak(9). Iako se obično razmatraju planeti masivni objekti, ukupna masa svih planeta je samo 0,135% mase Sunčevog sustava.

Riža. 2.3. Formiranje planetarnog sustava

Naši planeti, a vjerojatno i planeti formirani u bilo kojem protozvjezdanom disku, nalaze se u dvije glavne zone. Unutarnja zona, koja je Sunčev sustav proteže se od Merkura do asteroidnog pojasa i zona je malih zemaljskih planeta. Ovdje, u fazi spore kontrakcije protozvijezde, temperature su toliko visoke da dolazi do isparavanja metala. Vanjska hladna zona sadrži plinove kao što su H 2 O, He i Ne i čestice obložene smrznutim hlapljivim tvarima kao što su H 2 O, NH 3 i CH 4. Ova vanjska zona s planetima Jupiterovog tipa sadrži puno više materije od unutarnje jer je velika i jer je velik dio hlapljivog materijala koji se izvorno nalazi u unutarnjoj zoni gurnut prema van djelovanjem protozvijezde.

Jedan od načina za stvaranje slike evolucije zvijezde i izračunavanje njezine starosti je analiza velikog slučajnog uzorka zvijezda. Istovremeno se mjere udaljenosti do zvijezda, njihov prividni sjaj i boja svake zvijezde.

Ako su poznati prividni sjaj i udaljenost do zvijezde, tada se može izračunati njezina apsolutna magnituda, budući da je vidljivi sjaj zvijezde obrnuto proporcionalan njezinoj udaljenosti. Apsolutna magnituda zvijezde je funkcija brzine oslobađanja energije, bez obzira na njezinu udaljenost od promatrača.

Boja zvijezde određena je njezinom temperaturom: plava predstavlja vrlo vruće zvijezde, bijela predstavlja vruće zvijezde, a crvena predstavlja relativno hladne zvijezde.

Slika 2.4 prikazuje Hertzsprung-Russell dijagram, poznat iz tečaja astronomije, koji odražava odnos između apsolutne magnitude i boje za veliki broj zvijezde Budući da ovaj klasični dijagram uključuje zvijezde svih veličina i starosti, on odgovara "prosječnoj" zvijezdi na različitim stupnjevima njezine evolucije.

Riža. 2.4. Hertzsprung-Russell dijagram

Većina zvijezda nalazi se na ravnom dijelu dijagrama; doživljavaju samo postupne promjene u ravnoteži kako vodik koji sadrže izgara. U ovom dijelu dijagrama, koji se naziva glavni niz, zvijezde s većom masom imaju više temperature; U njima se reakcija fuzije vodikovih atoma odvija brže, a životni vijek im je kraći. Zvijezde s masom manjom od Sunca imaju više niske temperature, spajanje vodikovih atoma u njima se odvija sporije, a životni vijek im je duži. Zauvijek zvijezda glavni nizće potrošiti oko 10% svojih početnih rezervi vodika, temperatura će mu pasti i doći će do širenja. Vjeruje se da su crveni divovi "ostarjele" zvijezde svih veličina koje su prije pripadale glavnom nizu. Pri točnom određivanju starosti zvijezde ovi se faktori moraju uzeti u obzir. Izračuni koji ih uzimaju u obzir pokazuju da niti jedna zvijezda u našoj galaksiji nije starija od 11.000 milijuna godina. Neke su male zvijezde ove dobi; mnogo više velike zvijezde mnogo mlađi. Najmasivnije zvijezde mogu ostati na glavnom nizu najviše 1 milijun godina. Sunce i zvijezde slične veličine provedu oko 10 000 milijuna godina u glavnom nizu prije nego što dosegnu fazu crvenog diva.

Točke sidrenja

1. Materija je u neprekidnom kretanju i razvoju.

2. Biološka evolucija je određeni kvalitativni stupanj u evoluciji materije kao cjeline.

3. Pretvorbe elemenata i molekula u svemir odvijaju se stalno vrlo malom brzinom.

1. Što su reakcije nuklearne fuzije? Navedite primjere.

2. Kako, u skladu s Kant-Laplaceovom hipotezom, zvjezdani sustavi nastaju iz plinovito-prašne tvari?

3. Postoje li razlike u kemijskom sastavu planeta istog zvjezdanog sustava?

2.2.3. Primarna atmosfera Zemlje i kemijski preduvjeti za nastanak života

Pridržavajući se gornjeg gledišta o podrijetlu planetarnih sustava, moguće je napraviti prilično razumne procjene elementarnog sastava Zemljine primarne atmosfere. Djelomično moderni pogledi na temelju, naravno, ogromne prevlasti vodika u svemiru; nalazi se i u Suncu. Tablica 2.2 prikazuje elementarni sastav zvjezdane i sunčeve tvari.

Tablica 2.2. Elementarni sastav zvjezdane i sunčeve tvari

Pretpostavlja se da je atmosfera primordijalne Zemlje, koja je imala visoku prosječnu temperaturu, bila otprilike ovakva: prije gubitka gravitacije veći dio činio je vodik, a glavni molekularni sastojci bili su metan, voda i amonijak. Zanimljivo je usporediti elementarni sastav zvjezdane tvari sa sastavom moderne Zemlje i žive tvari na Zemlji.

Najčešći elementi u neživoj prirodi su vodik i helij; slijede ugljik, dušik, silicij i magnezij. primijeti da živa materija Biosfera na Zemljinoj površini sastoji se pretežno od vodika, kisika, ugljika i dušika, što je, naravno, bilo i očekivano, sudeći po samoj prirodi ovih elemenata.

Početna atmosfera Zemlje mogla se promijeniti kao rezultat niza procesa, prvenstveno kao rezultat difuzijskog izlaska vodika i helija, koji su činili njen značajan dio. Ovi elementi su najlakši i trebali su biti izgubljeni iz atmosfere, jer je gravitacijsko polje našeg planeta malo u usporedbi s poljem divovskih planeta. Većina Zemljine početne atmosfere morala je biti izgubljena u vrlo kratkom vremenskom razdoblju. kratko vrijeme; stoga se pretpostavlja da mnogi primarni plinovi zemljina atmosfera- to su plinovi koji su bili zakopani u utrobi Zemlje i ponovno ispušteni uslijed postupnog zagrijavanja zemljinih stijena. Zemljina primarna atmosfera vjerojatno je bila sastavljena od organskih tvari iste vrste koje se opažaju u kometima: molekula s vezama ugljik-vodik, ugljik-dušik, dušik-vodik i kisik-vodik. Osim njih, pri gravitacijskom zagrijavanju zemljine unutrašnjosti vjerojatno su se pojavili i vodik, metan, ugljični monoksid, amonijak, voda itd. To su tvari s kojima je rađeno najviše eksperimenata za simulaciju primarne atmosfere.

Što bi se zapravo moglo dogoditi u uvjetima primordijalne Zemlje? Kako bi se to utvrdilo, potrebno je znati koje su vrste energije najvjerojatnije utjecale na njegovu atmosferu.

2.2.4. Izvori energije i starost Zemlje

Razvoj i transformacija materije bez dotoka energije je nemoguć. Razmotrimo one izvore energije koji određuju daljnju evoluciju tvari, ne više u svemiru, već na našem planetu - na Zemlji.

Procjena uloge izvora energije nije laka; U ovom slučaju potrebno je uzeti u obzir neravnotežne uvjete, hlađenje produkata reakcije i stupanj njihove zaštite od izvora energije.

Očigledno je da su svi izvori energije (tablica 2.3) imali značajan utjecaj na transformaciju tvari na našem planetu. Kako se to dogodilo? Naravno, objektivni dokazi jednostavno ne postoje. Međutim, procesi koji su se odvijali na našoj Zemlji u davna vremena mogu se simulirati. Prvo, potrebno je odrediti vremenske granice, i drugo, reproducirati što je točnije moguće uvjete u svakoj od razmatranih era postojanja planeta.

Za raspravu o pitanjima o podrijetlu života na Zemlji, osim poznavanja izvora energije potrebnih za transformaciju materije, potrebno je imati i prilično jasnu predodžbu o vremenu tih transformacija.

Tablica 2.3. Mogući izvori energije za primarnu kemijsku evoluciju

Tablica 2.4. Vrijeme poluraspada i drugi podaci za neke elemente koji se koriste u određivanju starosti Zemlje

Razvoj fizičke znanosti trenutno je biolozima pružio nekoliko učinkovite metode određivanje starosti pojedinih pasmina Zemljina kora. Bit ovih metoda je analiza omjera različitih izotopa i konačnih produkata nuklearnog raspada u uzorcima i korelacija rezultata istraživanja s vremenom fisije izvornih elemenata (tablica 2.4).

Korištenje takvih metoda omogućilo je znanstvenicima da konstruiraju vremensku ljestvicu povijesti Zemlje od trenutka njezina hlađenja, prije 4500 milijuna godina, do danas (Tablica 2.5). Naš zadatak sada je utvrditi, unutar ove vremenske skale, kakvi su bili uvjeti na prvobitnoj Zemlji, kakvu je atmosferu imala Zemlja, kakvi su bili temperatura i tlak, kada su nastali oceani i kako je nastala sama Zemlja.

Tablica 2.5. Geokronološka ljestvica

2.2.5. Uvjeti okoliša na drevna zemlja

Danas je ponovno stvaranje uvjeta u kojima su nastali prvi "embriji života" od temeljne važnosti za znanost. Velika je zasluga A. I. Oparina, koji je 1924. predložio prvi koncept kemijske evolucije, prema kojem je atmosfera bez kisika predložena kao polazna točka u laboratorijskim eksperimentima za reprodukciju uvjeta primordijalne Zemlje.

Godine 1953. američki znanstvenici G. Urey i S. Miller izložili su mješavinu metana, amonijaka i vode električna pražnjenja(Slika 2.5). Po prvi put, korištenjem takvog eksperimenta, aminokiseline (glicin, alanin, asparaginska i glutaminska kiselina) identificirane su među dobivenim proizvodima.

Pokusi Millera i Ureya potaknuli su istraživanja molekularne evolucije i podrijetla života u mnogim laboratorijima i doveli do sustavnog proučavanja problema, tijekom kojeg su sintetizirani biološki važni spojevi. Glavni uvjeti na prvobitnoj Zemlji koje su istraživači uzeli u obzir prikazani su u tablici 2.6.

Tlak je, kao i kvantitativni sastav atmosfere, teško izračunati. Procjene napravljene uzimajući u obzir učinak “staklenika” vrlo su proizvoljne.

Izračuni koji uzimaju u obzir efekt staklenika, kao i približni intenzitet solarno zračenje u abiotskoj eri dovela do vrijednosti nekoliko desetaka stupnjeva iznad temperature smrzavanja. Gotovo svi eksperimenti za ponovno stvaranje uvjeta prvobitne Zemlje provedeni su na temperaturama od 20–200 °C. Ove granice nisu utvrđene izračunom ili ekstrapolacijom određenih geoloških podataka, već najvjerojatnije uzimajući u obzir temperaturne granice stabilnosti organskih spojeva.

Korištenje mješavina plinova sličnih plinovima primarne atmosfere, različite vrste energije koje su bile karakteristične za naš planet prije 4–4,5 × 10 9 godina te uzimanje u obzir klimatskih, geoloških i hidrografskih uvjeta tog razdoblja učinili su da moguće u mnogim laboratorijima koji proučavaju podrijetlo života, pronaći dokaze za puteve abiotičke pojave organskih molekula kao što su aldehidi, nitriti, aminokiseline, monosaharidi, purini, porfirini, nukleotidi itd.

Riža. 2.5. Millerov aparat

Tablica 2.6. Uvjeti na primitivnoj Zemlji

Pojava protobiopolimera predstavlja složeniji problem. Potreba za njihovim postojanjem u svim živim sustavima je očita. Oni su odgovorni za protoenzimatski procesi(Na primjer, hidroliza, dekarboksilacija, aminacija, deaminacija, peroksidacija itd.), za neke vrlo jednostavne procese, kao npr vrenje, a za druge složenije npr fotokemijski reakcije, fotofosforilacija, fotosinteza i itd.

Prisutnost vode na našem planetu (primarni ocean) omogućila je nastanak protobiopolimera u procesu kemijske reakcije - kondenzacije. Dakle, za obrazovanje u vodene otopine peptidna veza prema reakciji:

potreban je utrošak energije. Ovi troškovi energije mnogostruko se povećavaju pri proizvodnji proteinskih molekula u vodenim otopinama. Sinteza makromolekula iz “biomonomera” zahtijeva korištenje specifičnih (enzimskih) metoda za uklanjanje vode.

Opći proces evolucije materije i energije u svemiru uključuje nekoliko uzastopnih faza. Među njima se može prepoznati nastanak svemirskih maglica, njihov razvoj i strukturiranje planetarnih sustava. Transformacije tvari koje se odvijaju na planetima određene su nekim općim prirodnim zakonima i ovise o položaju planeta unutar zvjezdanog sustava. Neke od tih planeta, poput Zemlje, karakteriziraju značajke koje omogućuju razvoj anorganske tvari prema pojavi raznih kompliciranih organskih molekula.

Točke sidrenja

1. Primarna atmosfera Zemlje sastojala se uglavnom od vodika i njegovih spojeva.

2. Zemlja je na optimalnoj udaljenosti od Sunca i prima dovoljno energije za održavanje tekuće vode.

3. U vodenim otopinama, zahvaljujući različitim izvorima energije, nebiološkim putem nastaju najjednostavniji organski spojevi.

Pregledajte pitanja i zadatke

1. Navedite kozmičke i planetarne preduvjete za abiogeni nastanak života na našem planetu.

2. Kakvo je značenje za nastanak organskih molekula iz anorganskih tvari na Zemlji imala redukcijska priroda primarne atmosfere?

3. Opišite aparate i metode izvođenja pokusa S. Millera i P. Ureya.

Korištenje leksikon naslove “Terminologija” i “Sažetak”, prevedite na Engleski jezik Stavke "sidrišne točke".

Terminologija

Za svaki pojam naveden u lijevom stupcu odaberite odgovarajuću definiciju danu u desnom stupcu na ruskom i engleskom jeziku.

Odaberite ispravnu definiciju za svaki pojam u lijevom stupcu između engleskih i ruskih varijanti navedenih u desnom stupcu.

Pitanja za raspravu

Što mislite koji su bili dominantni izvori energije na drevnoj Zemlji? Kako objasniti nespecifičan utjecaj različitih izvora energije na procese nastanka organskih molekula?

2.3. Teorije o podrijetlu protobiopolimera

Različite procjene prirode okoliša na prvobitnoj Zemlji dovele su do stvaranja različitih eksperimentalnih uvjeta koji su imali načelno ujednačene, ali ne uvijek identične rezultate.

Razmotrimo neke od najvažnijih teorija o nastanku polimernih struktura na našem planetu, koje leže u podrijetlu nastanka biopolimera - temelja života.

Toplinska teorija. Zagrijavanjem se mogu izvesti reakcije kondenzacije koje bi dovele do stvaranja polimera iz prekursora niske molekulske mase. U usporedbi s ostalim sastojcima žive tvari, sinteza polipeptida je najbolje proučena.

Autor hipoteze o sintezi polipeptida toplinskim putem je američki znanstvenik S. Fox, koji je dugo proučavao mogućnosti nastanka peptida u uvjetima koji su postojali na prvobitnoj Zemlji. Ako se smjesa aminokiselina zagrije na 180–200 °C u normalnim atmosferskim uvjetima ili u inertnom okruženju, tada nastaju produkti polimerizacije, mali oligomeri u kojima su monomeri povezani peptidnim vezama, kao i male količine polipeptida. U slučajevima kada su eksperimentatori početne mješavine aminokiselina obogatili kiselim ili bazičnim aminokiselinama, na primjer, asparaginskom i glutaminskom kiselinom, udio polipeptida se značajno povećao. Molekularna težina tako dobivenih polimera može doseći nekoliko tisuća D. (D je Dalton, jedinica za mjerenje mase brojčano jednaka masi 1/16 atoma kisika.)

Polimeri dobiveni termički iz aminokiselina - proteinoida - pokazuju mnoga specifična svojstva biopolimera proteinskog tipa. Međutim, u slučaju toplinske kondenzacije nukleotida i monosaharida sa složenom strukturom, stvaranje trenutno poznatih nukleinskih kiselina i polisaharida čini se malo vjerojatnim.

Teorija adsorpcije. Glavni protuargument u raspravi o abiogenom podrijetlu polimernih struktura je niska koncentracija molekula i nedostatak energije za kondenzaciju monomera u razrijeđenim otopinama. Doista, prema nekim procjenama, koncentracija organskih molekula u "primarnoj juhi" bila je oko 1%. Takva koncentracija, zbog rijetkosti i slučajnosti kontakata različitih molekula potrebnih za kondenzaciju tvari, nije mogla osigurati tako "brzo" stvaranje protobiopolimera, kao što je to bio slučaj na Zemlji, prema nekim znanstvenicima. Jedno od rješenja ovog problema, vezano uz prevladavanje takve koncentracijske barijere, predložio je engleski fizičar D. Bernal, koji je smatrao da koncentracija razrijeđenih otopina organskih tvari nastaje “njihovom adsorpcijom u vodenim naslagama gline”.

Kao rezultat međudjelovanja tvari tijekom procesa adsorpcije, neke veze su oslabljene, što dovodi do razaranja nekih i stvaranja drugih kemijskih spojeva.

Teorija niske temperature. Autori ove teorije, rumunjski znanstvenici C. Simonescu i F. Denes, polazili su od nešto drugačijih ideja o uvjetima abiogenog nastanka najjednostavnijih organskih spojeva i njihove kondenzacije u polimerne strukture. Autori vodeću važnost pridaju energiji hladne plazme kao izvoru energije. Ovo mišljenje nije neutemeljeno.

Hladna plazma je široko rasprostranjena u prirodi. Znanstvenici vjeruju da je 99% svemira u stanju plazme. Ovo stanje materije se također pojavljuje na modernoj Zemlji u obliku kuglaste munje, polarna svjetla, kao i posebna vrsta plazme - ionosfera.

Bez obzira na prirodu energije na abiotičkoj Zemlji, svaka vrsta energije pretvara kemijske spojeve, posebice organske molekule, u aktivne vrste, kao što su mono- i polifunkcionalni slobodni radikali. Međutim, njihova daljnja evolucija uvelike ovisi o gustoći toka energije, koja je najizraženija u slučaju korištenja hladne plazme.

Kao rezultat mukotrpnih i složenih eksperimenata s hladnom plazmom kao izvorom energije za abiogenu sintezu protobiopolimera, istraživači su uspjeli dobiti i pojedinačne monomere i polimerne strukture i lipide peptidnog tipa.

Oparin je vjerovao da prijelaz s kemijske evolucije na biološku zahtijeva obveznu pojavu pojedinačnih fazno odvojenih sustava sposobnih za interakciju s okolnim vanjskim okolišem, koristeći njegove tvari i energiju, te na temelju toga sposobni rasti, razmnožavati se i podlijegati prirodnoj selekciji. .

Abiotička izolacija multimolekularnih sustava iz homogene otopine organskih tvari, očito, morala se provoditi više puta. Još uvijek je vrlo raširen u prirodi. Ali u uvjetima suvremene biosfere mogu se izravno promatrati samo početne faze formiranja takvih sustava. Njihova evolucija je obično vrlo kratkotrajna u prisutnosti mikroba koji uništavaju sve živo. Stoga je za razumijevanje ove faze nastanka života potrebno umjetno dobiti fazno odvojene organske sustave u strogo kontroliranim uvjetima. laboratorijskim uvjetima te na tako oblikovanim modelima utvrditi i putove njihove moguće evolucije u prošlosti i obrasce tog procesa. Pri radu s visokom molekularnom težinom organski spojevi u laboratorijskim uvjetima stalno se susreću sa stvaranjem ovakvih fazno odvojenih sustava. Stoga možemo zamisliti načine njihova nastanka i eksperimentalno u laboratorijskim uvjetima dobiti različite sustave od kojih bi nam mnogi mogli poslužiti kao modeli onih koji su nekada nastajali u Zemljina površina formacije. Na primjer, možemo navesti neke od njih: "mjehurići" Goldacre, "mikrosfere" Lisica, "jayvan" Bahadura, "probioti" Egami i mnogi drugi.

Često se pri radu s takvim umjetnim sustavima koji se samoizoliraju od rješenja posebna pozornost posvećuje njihovoj vanjskoj morfološkoj sličnosti sa živim objektima. Ali to nije rješenje problema, već da sustav može komunicirati s vanjskim okruženjem, koristeći svoje tvari i energiju prema vrsti otvoreni sustavi, te na temelju toga rastu i množe se, što je svojstveno svim živim bićima.

Modeli koji najviše obećavaju u tom pogledu su koacervatne kapi.

Svaka molekula ima specifičan strukturna organizacija, tj. atomi koji ulaze u njegov sastav redovito se nalaze u prostoru. Zbog toga se u molekuli stvaraju polovi s različitim nabojima. Na primjer, molekula vode H 2 O tvori dipol u kojem jedan dio molekule nosi pozitivan (+), a drugi negativni naboj (-). Osim toga, neke molekule (na primjer, soli) u vodeni okoliš disociraju na ione. Zbog ovih značajki kemijske organizacije molekula oko sebe u vodi, vodene “košulje” nastaju od na određeni način orijentiranih molekula vode. Na primjeru molekule NaCl možete primijetiti da dipoli vode koji okružuju Na + ion imaju negativne polove okrenute prema njemu (slika 2.6), a pozitivne polove prema Cl − ionu.

Riža. 2.6. Hidratizirani natrijev kation

Riža. 2.7. Sklop koacervata

Organske molekule imaju veliku Molekularna težina i složenu prostornu konfiguraciju, pa su okruženi i vodenim omotačem čija debljina ovisi o veličini naboja molekule, koncentraciji soli u otopini, temperaturi itd.

Pod određenim uvjetima, vodena ljuska dobiva jasne granice i odvaja molekulu od okolne otopine. Molekule okružene vodenom ljuskom mogu se kombinirati u multimolekularne komplekse - koacervati(Slika 2.7).

Koacervatne kapi također nastaju jednostavnim miješanjem raznih polimera, prirodnih i umjetno dobivenih. U tom slučaju dolazi do samo-sastavljanja polimernih molekula u višemolekularne fazno odvojene formacije - kapljice vidljive pod optičkim mikroskopom (slika 2.8). U njima je koncentrirana većina polimernih molekula, dok ih je okoliš gotovo potpuno lišen.

Kapi odvojene od okoliš oštro sučelje, ali su sposobni apsorbirati tvari izvana poput otvorenih sustava.

Riža. 2.8. Koacervatne kapi dobivene u pokusu

Inkorporiranjem raznih katalizatori(uključujući enzime) mogu uzrokovati brojne reakcije, posebice polimerizaciju monomera koji dolaze iz vanjskog okoliša. Zbog toga se kapi mogu povećati u volumenu i težini, a zatim se podijeliti u formacije kćeri.

Na primjer, procesi koji se odvijaju u kapi koacervata prikazani su u uglatim zagradama, a tvari koje se nalaze u vanjskom okruženju smještene su izvan njih:

glukoza-1-fosfat → [glukoza-1-fosfat → škrob → maltoza] → maltoza

Kapljica koacervata nastala od proteina i arapske gume uroni se u otopinu glukoza-1-fosfata. Glukoza-1-fosfat počinje ulaziti u kap i polimerizira u škrob u njoj pod djelovanjem katalizatora, fosforilaze. Zbog stvorenog škroba kapljica raste, što se lako može utvrditi kako kemijskom analizom tako i izravnim mikroskopskim mjerenjima. Ako se u kap uključi još jedan katalizator, b-amilaza, škrob se razgrađuje na maltozu, koja se oslobađa u vanjski okoliš.

Dakle, najjednostavniji metabolizam. Tvar ulazi u kap, polimerizira, uzrokujući visina sustav, a kada se on raspadne, produkti tog raspada izlaze u vanjsku okolinu, gdje ih prije nije bilo.

Drugi dijagram ilustrira eksperiment u kojem je polimer polinukleotid. Kapljica koja se sastoji od proteina histona i arapske gume okružena je otopinom ADP-a.

Ulaskom u kap, ADP polimerizira pod utjecajem polimeraze u poliadenilnu kiselinu, zbog čega kap raste, a anorganski fosfor ulazi u vanjsku okolinu.

ADP → [ADP → Poly-A + F] → F

U tom slučaju, kap više nego udvostruči volumen u kratkom vremenskom razdoblju.

I u slučaju sinteze škroba i u stvaranju poliadenilne kiseline, bogate energijom (makroergički) veze. Zbog energije ovih spojeva koja dolazi iz vanjskog okoliša dolazi do sinteze polimera i rasta kapljica koacervata. U drugoj seriji eksperimenata akademika A. I. Oparina i njegovih kolega, pokazano je da se reakcije povezane s rasipanjem energije također mogu dogoditi u samim kapljicama koacervata.