Биологический уровень организации материи

1.Структурные  уровни жизни.

Молекулярно-генетический уровень биологических структур

Молекулярно-генетический уровень  является тем уровнем организации  живой материи, на котором совершался переход от атомно-молекулярного  уровня неживой материи к макромолекулам живой.

РНК и ДНК были выделены из ядер клеток и поэтому получили название нуклеиновых, то есть ядерных, кислот.

В этих кислотах имеются  углеводные компоненты: Д-дезоксирибоза в ДНК и Д-рибоза в РНК, отсюда и название этих нуклеиновых кислот.

Это уровень функционирования биополимеров, таких как белки, нуклеиновые  кислоты, полисахариды и другие важнейшие  органические соединения, положившие начало основным процессам жизнедеятельности. На этом уровне организации живой  материи элементарными структурными единицами являются гены. Вся наследственная информация у живых организмов заложена в молекулах ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты). Реализация этой информации связана с участием молекул РНК (рибонуклеиновые кислоты). С молекулярными структурами связаны хранение, изменение и реализация наследственной информации, то есть передача ее из поколения в поколение. Поэтому этот уровень и называют молекулярно-генетическим.

На молекулярно-генетическом уровне важнейшей задачей современной  биологии является исследование механизмов передачи генной информации, наследственности, а также изменчивости.

Одним из важнейших механизмов изменчивости на молекулярном уровне является механизм мутации генов, то есть их непосредственное преобразование под воздействием внешних факторов, вызывающих мутации (появление мутагенов), это – вирусы, радиация, токсические  химические соединения.

Механизмом изменчивости может быть и рекомбинация генов, то есть создание новых их комбинаций. Этот процесс свойствен половому размножению у высших организмов. При нем не происходит изменения  общего объема генетической информации.

Клеточный уровень

Любой живой организм состоит  из клеток. Клетка является элементарной самостоятельной единицей не только строения, но и функционирования живого организма. Она представляет собой  мельчайшую элементарную живую систему  и является основой жизнедеятельности  и воспроизводства всех живых  организмов.

В клетке как микроносителе жизни заключена такая генетическая информация, которая вполне достаточна для производства всего организма. На клеточном уровне идут процессы обмена веществ, процессы передачи и переработки информации и превращения веществ и энергии. Поэтому элементарные явления на клеточном уровне создают энергетическую и вещественную основу жизни на других уровнях живой материи.

Онтогенетический (организменный) уровень

Онтогенетический уровень  организации живой материи включает в себя как одноклеточные, так  и многоклеточные организмы. Это  более высокий и сложный комплексный  уровень организации живого на Земле. Сам термин «онтогенез» означает индивидуальное развитие организмов, охватывающее все изменения от зарождения до смерти. Термин был впервые введен в биологию немецким биологом Э. Геккелем в 1866 г, который в сформулированном им биологическом законе указывает на то, что каждый отдельный организм в своем индивидуальном развитии повторяет в сокращенной форме историю своего вида.

Основной жизненной единицей на этом уровне является особь, а элементарным явлением – онтогенез. На этом уровне развития живого идет декодирование, а  также реализация генетической и  наследственной информации, завершающиеся  становлением дефинитивной организации.

Популяционно-видовой  уровень

Это уже надорганизменный уровень, единицей которого является популяция. Именно популяции являются реальными системами, посредством которых существуют виды живых организмов. На этом уровне изменения, возникающие на первых трех уровнях, приводят к существенным эволюционным преобразованиям (микроэволюциям) за счет выработки новых адаптивных норм (признаков) и связанных с ними процессов видообразования.

Популяции являются генетически  открытыми системами. Хотя они обладают некоторой относительной изоляцией, все же периодически они имеют  возможность обмена генетической информацией. Именно популяции выступают в  качестве элементарных единиц эволюции. Изменения их генофонда приводят к появлению новых видов. Популяциям свойственна активная и пассивная  подвижность, что определяет постоянное перемещение особей. Популяции имеют  способность к самостоятельному существованию, однако им свойственно  и объединение. Объединяясь на определенной территории, они образуют биоценозы.

Биосферный (биогеоценотический) уровень

Как правило, биоценозы состоят  из нескольких популяций и являются компонентами уже более сложной  биологической системы – биогеоценоза. Биогеоценоз представляет собой  единство живого (биоценоза) и неживого, то есть определенного участка земной поверхности (биотопа). Биогеоценоз  – это подвижная, открытая, развивающаяся  система. Она постоянно обменивается веществом и энергией с другими  биогеоценозами и с окружающим пространством.

Биогеоценоз как целостная  саморегулирующаяся система состоит  из нескольких подсистем. Это первичные  системы – продуценты. Они перерабатывают неживую материю, превращая ее в  органическое вещество своих тел (растения, водоросли, некоторые микроорганизмы). Вторичные системы представлены консументами, которые получают энергию за счет органического вещества, синтезированного продуцентами (все травоядные животные), далее идут консументы второго порядка – хищники. Живые организмы после своего отмирания (органический детрит) перерабатываются редуцентами, то есть микроорганизмами, разлагающими остатки органической материи до минеральных веществ. Эти вещества, попадая в почву, вновь используются растениями, и круговорот веществ замыкается. Следовательно, в биогеоценозе происходит круговорот веществ, в котором живые организмы являются главной движущей силой.

Устойчивость и саморегуляция биогеоценозов увеличивается пропорционально разнообразию составляющих его элементов. Выпадение одного или нескольких компонентов биогеоценоза может привести к необратимому нарушению равновесия и к его гибели

Совокупность всех биогеоценозов  планеты образует биосферу. Биосферный уровень организации живого –  это наивысший уровень, охватывающий все явления жизни на Земле.

Учение о биосфере разработал В. И. Вернадский. Он доказал тесную связь органического мира на планете  как единого нераздельного целого с геологическими процессами. Благодаря  биогенной миграции атомов живое  вещество выполняет свои геохимические  функции и является мощной геологической  силой.

2. Основные отличия живой материи  от неживой. Происхождение жизни на Земле

Живое имеет много общего с неживым. Так, организмы и предметы состоят из атомов и молекул, в основе которых одни и те же химические элементы, функционирование которых определяется законами физики и химии и т. д. Однако организмы (живое) обладают своими специфическими признаками, которых нет у объектов неживой природы.

Отличительные признаки живого

К важнейшим свойствам  живых систем, отличающих их от неживой (косной) природы, можно отнести следующее:

1. Живые организмы обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией. Они способны ассимилировать получение извне вещества, перестраивать их в ткани своего тела.

2. Живое отличается сложным строением и системной организацией, которые у них намного выше, чем у неживых объектов. Живым системам свойственен более высокий уровень асимметрии, они характеризуются высокой самоупорядоченностью в пространстве и времени.

3. Живые организмы способны создавать порядок из хаоса уже на молекулярном уровне и тем самым противодействовать росту энтропии. Они извлекают структурированную полезную для организма отрицательную энтропию из окружающей среды, обеспечивая термодинамическую неравновесность своих систем. При этом избыток положительной, неструктурированной энтропии «сбрасывается» обратно в окружающую среду. Живому свойственна энергетическая экономичность и высокая эффективность использования энергии.

4. Живое способно реагировать на внешние раздражители. Ему свойственны активность и движение во взаимодействии с окружающей средой.

5. Живому свойственны самоорганизация, постоянное развитие, изменение и усложнение. 6. Живые организмы способны размножаться, то есть воспроизводить самих себя. Это самовоспроизводство идет в избыточных количествах, что способствует естественному отбору.

7. Наследственность живого определяется генетическим аппаратом, а изменчивость – условиями окружающей среды и реакцией на них организмов.

8. Высшим формам живой материи свойствен разум, это позволяет материи изучать, анализировать и познавать самое себя.

Все перечисленные признаки, свойственные живому, могут встречаться  отдельными фрагментами и в неживой  природе. Но во всей своей совокупности они присущи только живому, что  и отличает живую материю от неживой.

Гипотезы происхождения  жизни 

Некоторые идеи и гипотезы о происхождении жизни получили широкое распространение в разные периоды истории развития естествознания. В настоящее время существует пять гипотез возникновения жизни:

1. Креационизм – гипотеза, утверждающая, что жизнь создана сверхъестественным существом в результате акта творения, то есть Богом.

2. Гипотеза стационарного состояния, согласно которой жизнь существовала всегда.

3. Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни, которая основывается на идее многократного возникновения жизни из неживого вещества.

4. Гипотеза панспермии, согласно которой жизнь была занесена на Землю из космического пространства.

5. Гипотеза исторического происхождения жизни путем биохимической эволюции.

Согласно креационистской гипотезе, которая имеет самую длинную историю, создание жизни есть акт божественного творения. Свидетельством этому является наличие в живых организмах особой силы, «души», управляющей всеми жизненными процессами. Гипотеза креационизма навеяна религиозными воззрениями и к науке отношения не имеет.

Согласно гипотезе стационарного состояния, жизнь никогда не возникала, а существовала вечно вместе с Землей, отличаясь большим разнообразием живого. С изменением условий жизни на Земле происходило и изменение видов: одни исчезали, другие появлялись. Эта гипотеза основывается в основном на исследованиях палеонтологии. По своей сущности эта гипотеза не относится к концепциям возникновения жизни, поскольку вопрос о происхождении жизни она принципиально не затрагивает.

Гипотеза самопроизвольного  зарождения жизни была выдвинута в древнем Китае и Индии как альтернатива креационизму

). Согласно этой гипотезе, живые организмы (низшие) могут  появиться путем саморождения из неживого вещества, содержащего некое «активное начало». Так, например, по Аристотелю, насекомые и лягушки при определенных условиях могут заводиться в иле, сырой почве; черви и водоросли в стоячей воде, а вот личинки мух – в протухшем мясе при его гниении.

Однако уже с начала XVII в. такое понимание происхождения жизни стало подвергаться сомнению. Ощутимый удар по этой гипотезе нанес итальянский естествоиспытатель и врач Ф. Реди (1626–1698), который в 1688 г. раскрыл сущность появления жизни в гниющем мясе. Ф. Реди сформулировал свой принцип: «Все живое – от живого» и стал основоположником концепции биогенеза, утверждавшей, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни.

Французский микробиолог  Л. Пастер (1822–1895) своими опытами с  вирусами окончательно доказал несостоятельность  идеи спонтанного самозарождения жизни. Однако, опровергнув эту гипотезу, он не предложил свою, не пролил свет на вопрос о возникновении жизни.

Тем не менее опыты Л. Пастера имели большое значение в получении богатого эмпирического материала в области микробиологии его времени.

Гипотеза панспермии – о неземном происхождении жизни путем занесения «зародышей жизни» из космоса на Землю – впервые была высказана немецким биологом и врачом Г. Рихтером в конце XIX в. Концепция панспермии (от греч. pan – весь, sperma – семя) допускает возможность происхождения жизни в разное время в разных частях Вселенной и переноса ее различными путями на Землю (метеориты, астероиды, космическая пыль).

Концепцию панспермии разделяли  крупнейшие ученые конца XIX – начала XX в.: немецкий химик и агроном Ю. Либих, английский физик У. Томсон, немецкий естествоиспытатель Г. Гельмгольц, шведский физико-химик С. Аррениус.

Действительно, в настоящее  время получены некоторые данные, указывающие на возможность образования  органических веществ химическим путем  в условиях космоса. Так, в 1975 г. предшественники аминокислот были найдены в лунном грунте. В межзвездных облаках обнаружены простейшие соединения углерода, в том числе и близкие к аминокислотам. В составе метеоритов найдены альдегиды, вода, спирты, синильная кислота и т. д.

космоса.

С. Аррениус в 1907 г. в своих трудах даже описывал, как с других планет в космическое пространство уходят с пылинками и живые споры организмов

Тимофеев-Ресовский (19001982). В  своем кратком очерке теории эволюции (1977 г.) он остроумно заметил: «Мы все такие материалисты, что нас всех безумно волнует, как возникла жизнь. При этом нас почти не волнует, как возникла материя. Тут все просто. Материя вечна, она ведь всегда была, и ненужно никаких вопросов. Всегда была. А вот жизнь, видите ли, обязательно должна возникнуть. А может быть, она тоже была всегда. И не надо вопросов, просто всегда была, и все».

Для обоснования панспермии в научно-популярной литературе приводятся «факты» о неопознанных летающих объектах, прилете инопланетян на Землю, наскальные топологические рисунки.

Однако серьезных доказательств  эта концепция не имеет, а многие доводы выступают против нее. Известно, что диапазон жизненных условий  для существования живого довольно узок. Поэтому вряд ли живые организмы  выжили бы в космосе под действием  ультрафиолетовых лучей, рентгеновского и космического излучения. Но и не исключается возможность занесения  отдельных предпосылочных факторов жизни на нашу планету из

Наиболее доказательно с  точки зрения современной науки  выглядит пятая гипотеза – гипотеза происхождения жизни в историческом прошлом в результате биохимической эволюции. Ее авторами являются отечественный биохимик академик А. Опарин (1923 г.) и английский физиолог С. Холдейн (1929 г.). Об этой гипотезе мы подробно будем говорить в следующем разделе.

Гипотеза происхождения  жизни в историческом прошлом  в результате биохимической эволюции А. И. Опарина

С точки зрения гипотезы А. Опарина, а также с позиций  современной науки возникновение  жизни из неживого вещества произошло  в результате естественных процессов  во Вселенной при длительной эволюции материи. Жизнь есть свойство материи, которое появилось на Земле в  определенный момент ее истории. Это  результат процессов, протекающих  сначала многие миллиарды лет  в масштабе Вселенной, а потом  сотни миллионов лет на Земле.

А. Опарин выделил несколько  этапов биохимической эволюции, конечной целью которых явилась примитивная  живая клетка. Эволюция шла по схеме:

1. Геохимическая эволюция планеты Земля, синтез простейших соединений, таких как СО₂,1 ч[Н₃,Н₂0 и т. д., переход воды из парообразного состояния в жидкое в результате постепенного охлаждения Земли. Эволюция атмосферы и гидросферы.

2. Образование из неорганических соединений органических веществ – аминокислот – и их накопление в первичном океане в результате электромагнитного воздействия Солнца, космического излучения и электрических разрядов.

3. Постепенное усложнение органических соединений и образование белковых структур.

4. Выделение белковых структур из среды, образование водных комплексов и создание вокруг белков водной оболочки.

5. Слияние таких комплексов и образование коацерватов (от лат. coacervus – сгусток, куча, накопление), способных обмениваться веществом и энергией с окружающей средой.

6. Поглощение коацерватами металлов, что привело к образованию ферментов, ускоряющих биохимические процессы.

7. Образование гидрофобных липидных границ между коацерватами и внешней средой, что привело к образованию полупроницаемых мембран, что обеспечивало стабильность функционирования коацервата.

8. Выработка в ходе эволюции у этих образований процессов саморегуляции и самовоспроизведения.

Так, по гипотезе А. Опарина, появилась примитивная форма  живого вещества. Такова, по его мнению, предбиологическая эволюция вещества.

Академик В. Вернадский возникновение  жизни связывал с мощным скачком, прервавшим безжизненную эволюцию земной коры. Этот скачок (бифуркация) внес в  эволюцию столько противоречий, что  они создали условия для зарождения жизни.

3. Цитология – наука о клетке.

Цитология (от греч. κύτος – пузырьковидное образование и λόγος – слово, наука) – раздел биологии, наука о клетках, структурных единицах всех живых организмов, ставит перед собой задачи изучения строения, свойств, и функционирования живой клетки.

Клетка – это сложное, самоорганизующееся образование органоидов, являющееся микроносителем жизни, так как в каждой клетке заключена генетическая информация, достаточная для воспроизведения всего организма. Все организмы состоят из одной или многих клеток. Размеры клеток варьируются от 0,1 мкм до 155 мм (яйцо страуса в скорлупе).

Жизнь каждой клетки подчинена  деятельности всего организма в  целом. Клетки многоклеточных организмов неспособны к существованию в  открытой среде, за исключением одноклеточных  организмов – бактерий, простейших водорослей, грибов. Составляющие клетку части лишены жизненных способностей. Клетки, выделенные из различных тканей живых организмов и помещенные в  специальную питательную среду, могут расти и размножаться. Такая  способность клеток широко используется в исследовательских и прикладных целях.

Клетка характеризуется  всеми признаками живого. Каждая отдельная  клетка является микроносителем жизни, так как в ней заключена генетическая информация, достаточная для воспроизведения всего организма. Жизнь каждой отдельной клетки организма подчинена деятельности организма в целом. Клетке свойственны все признаки живого: раздражимость, обмен веществ, самоорганизация и саморегуляция, передача наследственных признаков. Это сложная самоорганизующаяся биохимическая «лаборатория», состоящая из большого количества четко и согласованно функционирующих органоидов. Отдельные клетки способны самостоятельно существовать только в случае, если они представляют собой одноклеточный организм. Клетки же многоклеточного организма неспособны к самостоятельному существованию в открытой среде. Основной составляющей клетки являются биополимеры, призванные осуществлять важнейшие функции в общей системе согласованных автокаталитических циклов, которые составляют основу жизни биологических систем.

Важнейшей функцией клетки является ее размножение путем деления. С ростом клетки постепенно замедляются  процессы жизнедеятельности вследствие ухудшения условий питания отдельных  ее элементов. Рост клетки сопровождается также построением копий ее составляющих элементов. В связи с этим способности  управления внутренними процессами клетки снижаются, растет энтропия, что  способствует переходу в неустойчивое состояние. Далее идет деление клетки на две дочерние как выход из неустойчивого, неравновесного состояния. При делении  клетки лишняя энтропия сбрасывается наружу, а образовавшиеся две новые  клетки обретают устойчивость до момента  следующего деления. На протяжении всей жизни в любом организме идет непрерывная замена старых клеток на образующиеся новые. Средний срок жизнедеятельности клеток человека – один-два дня. Каждый день в организме человека погибает около 70 млрд клеток кишечного эпителия и 2 млрд эритроцитов, которые заменяются на новые. Полная замена клеток крови человека происходит в течение четырех месяцев. Нейроны – нервные клетки – не восстанавливаются, но в течение всей жизни человека непрерывно перестраиваются.

Именно на уровне клетки имеет место гомеостаз (сохранение стабильности внутренних условий), обеспечиваемый за счет метаболизма – обмена веществ с окружающей средой. Метаболизм представляет собой весьма сложный процесс, включающий транспортировку в клетку из окружающей среды необходимых продуктов, извлечение из них запасов энергии и белка, выведение в окружающую среду продуктов жизнедеятельности в виде отходов (шлаков) и полезных с точки зрения развития организмов веществ.

Количество клеток у различных  живых систем различно. Так, у примитивных  беспозвоночных оно достигает 10²-10⁴, у высокоорганизованных организмов – 10¹⁵-10¹⁷. Масса клетки составляет 10^-8-10^-9 г. Средний размер соматической клетки живого организма достигает в диаметре 10–20 мкм, а растительной – 30–50 мкм.

Важнейшей функцией клетки является ее размножение путем деления  и образования дочерних клеток. В  зависимости от типа клеток все организмы  делятся на две группы – прокариот  и эукариот. К прокариотам относятся  бактерии, а к эукариотам – все  остальные организмы: простейшие, грибы, растения и животные. Эукариоты могут  быть одноклеточными и многоклеточными. Предполагается, что первыми организмами, появившимися около 4–3,5 млрд. лет назад, были прокариоты.

4. Обмен веществ, фотосинтез, биосинтез

Назначение  обмена веществ - поддерживать уровень упорядоченности организма и его частей. Задача решается путем отбора извне таких веществ, которые после соответствующей их переработки в организме обеспечивали бы протекание синтеза соединений. С другой стороны, эта система выводит из организма все, что не может быть им утилизовано или что появляется как шлак от процессов жизнедеятельности. Система обмена предстает цепью тончайшим образом взаимосогласованных биохимических реакций синтеза и расщепления белковых тел. Лучшие наши химические производства 'могут только завидовать тому, как экономна, надежно и филигранно точно осуществляет природа функцию обмена у всех своих созданий - от простейшей клетки до высших организмов.

Для протекания всех многочисленных процессов в клетке и для функционирования всего организма в целом необходимо потреблять определённое количество энергии. Основным источником энергии для  живых организмов, как и для  большинства процессов на планете, является солнечная радиация. Потребление  энергии живыми организмами начинается с поглощения растениями части видимого электромагнитного излучения с  длиной волны от 400 до 750 нм.

За счёт поглощённой световой энергии растения осуществляют фотосинтез, который представляет собой сложную  многоступенчатую сборку органических молекул из различных неорганических веществ. В очень упрощенном виде фотосинтез может быть представлен в виде химической реакции: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Из углекислого газа и  воды образуется органическое вещество (глюкоза) и кислород. Суть процесса состоит в том, что атомы водорода отрываются от молекул воды и переносятся  на углерод, превращая его из минеральной (окисленной) формы в восстановленную органическую. Энергия при этом оказывается запасённой в виде энергии химических связей атомов органических молекул и может в дальнейшем использоваться самими растениями, а также всеми организмами, нуждающимися в готовой органической пище.

Фотосинтез протекает  в специальных двумембранных органоидах клеток растений — хлоропластах

Фотосинтез может быть представлен в виде световой и  темновой стадий. Световая стадия начинается с попадания кванта света в молекулу хлрофилла (Хл) и выбивания электрона (ē), который начинает перемещаться по цепочке ферментов, постепенно теряя полученную от фотона энергию.

Мембраны, подобные внутренним мембранам хлоропластов, осуществляющим синтез АТФ, называются энергообразующими в отличие от остальных мембран клетки, являющихся энергопотребляющими.

Способы питания, подобные фотосинтезу, при которых органические вещества синтезируются из неорганических, называются автотрофным питанием, а организмы, использующие такое питание, называются автотрофами. Растения, в частности, являются фотавтотрофами.

Биосинтез белка – система сложных и последовательных реакций, в котором участвуют молекулы ДНК, все типы РНК, АТФ, ферменты, аминокислоты. Процесс состоит из нескольких этапов.

1. Транскрипция – синтез иРНК на матрице одной из цепей ДНК, т.е. переписывание информации, хранящейся в молекуле ДНК. На ДНК-матрице образуется три вида РНК: информационная, или матричная (иРНК), транспортная (тРНК) и рибосомная (рРНК). Синтез иРНК состоит из фазы инициации, элонгации и терминации. Образующаяся «сырая» иРНК состоит из экзонов (кодирующих участков) и интронов (некодирующих участков). Далее процесс созревания иРНК подразумевает удаление из нее интронов – процессинг и сшивку экзонов – сплайсинг. В виде иРНК генетическая информация для синтеза полипептида передается от ДНК к рибосомам; тРНК доставляют к рибосомам аминокислоты (каждую аминокислоту доставляет особый, именно для нее предназначенный вид тРНК). Главным компонентом рибосом является рРНК.

2. Трансляция – процесс перевода генетической информации иРНК в последовательность аминокислот в полипептиде. Процесс осуществляется в рибосомах на иРНК, в ней в виде последовательности нуклеотидов содержится генетический код о белковых молекулах.

В состав белков входит 20 аминокислот, их кодируют четыре вида нуклеотидов (аденин А, гуанин Г, цитозин Ц, урацил У) по три.

1 аминокислота = 3 нуклеотида

Три нуклеотида, образующих кодовый знак, называют триплетом. Например, ААА – лизин, АГА – аргинин, ГЦУ – аланин. Триплеты в молекуле РНК называют кодонами, а комплементарные им триплеты молекул тРНК – антидодонами.  Из 64 триплетов 3 не кодируют аминокислоты – это стоп-сигналы (УАА, УАГ, УГА).

Многие аминокислоты кодируются более чем одним кодоном (АГУ, АГЦ, УЦУ и др. кодируют серин); в этом смысле код является вырожденным.

Генетический код одинаков, т.е. универсален для всех живых организмов (вирусов, бактерий, грибов, растений, животных) – во всех группах он слагается из одних тex же дезоксирибонуклеотидов, включающих два пуриновых осованиния (аденин А и гуанин Г) и два пиримидиновьгх (цитозин Ц и тимин Т).

Во всем органическом мире строго соблюдаются закономерности, называемые правила Чаграффа:

1. Сумма пуриновых нуклеотидов  равна сумме пиримидиновых  
нуклеотидов: (А + Г = Т + Ц).

2. Содержание аденина равно содержанию тимина: А = Т.

3. Содержание гуанина  равно содержанию цитозина: Г = Ц.

4. Суммы Г + Т и А  + Ц равны, т.е. Г + Т = А + Ц.

5. Содержание Г + Ц и А + Т может варьировать в довольно значительных пределах.

5. Размножение и развитие организмов

В сложном процессе возникновения  жизни на Земле можно выделить несколько основных этапов. Первый из них связан с образованием простейших органических соединений из неорганических.

Происхождение жизни связано  с длительной эволюцией углеродных соединений на поверхности первичной  планеты.

На начальных этапах своей  истории Земля представляла собой  раскаленную планету. Вследствие вращения при постепенном снижении температуры  атомы тяжелых элементов перемещались к центру, а в поверхностных  слоях концентрировались атомы  легких элементов (водорода, углерода, кислорода, азота), из которых и состоят  тела живых организмов. При дальнейшем охлаждении Земли появились химические соединения: вода, метан, углекислый газ, аммиак, цианистый водород, а также  молекулярный водород, кислород, азот. Благодаря физическим и химическим свойствам воды (высокий дипольный  момент, вязкость, теплоемкость и т. д.) и углерода (трудность образования  окислов, способность к восстановлению и образованию линейных соединений) они оказались у колыбели жизни.