Номер 9, страница 49 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава I. Строение веществ. Параграф 9. Дисперсные системы. Используйте дополнительную информацию - номер 9, страница 49.

Условие.

9. Почему эволюцию жизни на Земле можно рассматривать как усложнение коллоидных систем?

Решение.

Решение 2.

Эволюцию жизни на Земле можно рассматривать как усложнение коллоидных систем, поскольку живая материя на своем фундаментальном уровне представляет собой именно такую систему. Этот процесс можно проследить по ключевым этапам развития жизни.

1. Основа жизни — коллоидный раствор

Цитоплазма любой живой клетки — это сложный коллоидный раствор (также известный как гидрозоль). В этом растворе дисперсионной средой является вода с растворенными в ней солями и низкомолекулярными органическими соединениями. Дисперсной фазой служат крупные макромолекулы белков, нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), полисахаридов, а также агрегаты молекул, например, капли липидов. Размер этих частиц (обычно от 1 до 100 нм) соответствует определению коллоидных частиц. Именно в этой сложной, гетерогенной среде протекают все биохимические реакции, которые составляют основу метаболизма и жизни в целом. Свойства коллоидов, такие как вязкость, способность к гелеобразованию (переход золь-гель) и огромная площадь поверхности дисперсной фазы, играют решающую роль в клеточных процессах.

2. От неживого к живому: теория коацервации

Согласно теории абиогенеза А.И. Опарина, жизнь зародилась в условиях "первичного бульона" — водного раствора простых органических молекул. Следующим шагом на пути к жизни стало образование из этих мономеров высокомолекулярных соединений (полипептидов, полинуклеотидов). В определенных условиях (концентрация, pH, температура) эти полимеры начали самопроизвольно объединяться и обособляться от окружающей водной среды, образуя капли — коацерваты.

Коацерватные капли — это и есть простейшие, еще нестабильные коллоидные системы. Они уже обладали примитивной границей раздела фаз и способностью к избирательному поглощению веществ из "бульона", что можно считать прообразом обмена веществ. Таким образом, самый первый шаг к возникновению жизни был, по сути, усложнением простого молекулярного раствора до примитивной коллоидной системы.

3. Формирование протоклеток и первых живых клеток

Дальнейшая эволюция этих коллоидных систем шла по пути повышения их стабильности, упорядоченности и функциональности. Важнейшим этапом стало появление вокруг коацервата липидной мембраны, которая отделила внутреннее содержимое от внешней среды более надежно. Это превратило нестабильную каплю в протоклетку — гораздо более устойчивую и организованную коллоидную систему, способную лучше поддерживать постоянство своего внутреннего состава (прообраз гомеостаза).

Внутри протоклетки коллоидная система продолжала усложняться: возникли механизмы репликации на основе нуклеиновых кислот и катализ реакций с помощью белков-ферментов. Это привело к возникновению первых настоящих живых клеток — прокариот. Их цитоплазма была уже высокоорганизованной и динамичной коллоидной системой с регулируемым метаболизмом.

4. Появление эукариот и многоклеточности как высшая степень усложнения

Следующий революционный скачок в сложности — появление эукариотических клеток. Их ключевое отличие — компартментализация. Единая коллоидная система цитоплазмы разделилась на функциональные отсеки (органеллы), окруженные собственными мембранами. Ядро, митохондрии, эндоплазматический ретикулум — всё это, по сути, высокоспециализированные суб-коллоидные системы внутри общей клеточной системы. Такое "упаковывание" позволило пространственно и временно разделить несовместимые биохимические процессы, многократно повысив эффективность и сложность клетки.

Наконец, появление многоклеточных организмов — это усложнение на следующем иерархическом уровне. Организм представляет собой систему из триллионов взаимодействующих клеток, каждая из которых является сложнейшей коллоидной системой. Все вместе они образуют ткани и органы, а организм в целом поддерживает постоянство внутренней среды (гомеостаз), что, по сути, является созданием и поддержанием оптимальных условий для функционирования всех этих бесчисленных коллоидных систем.

Ответ: Эволюцию жизни можно рассматривать как усложнение коллоидных систем, потому что фундаментальной физико-химической основой живой клетки является цитоплазма — сложный коллоидный раствор. Эволюционный путь начался с формирования примитивных коллоидных систем (коацерватов) в первичном океане. Далее эти системы прогрессивно усложнялись: они приобрели мембрану (стали протоклетками), развили внутренние механизмы регуляции (стали прокариотами), разделились на функциональные компартменты-органеллы (стали эукариотами) и, наконец, объединились в сверхорганизованные ансамбли (многоклеточные организмы). Каждый этап эволюции сопровождался повышением уровня структурной и функциональной организации исходной коллоидной системы.