உயிர்வேதியியல் கூர்ப்பு — நான்கு நிலைகள்
ஏன் இது முக்கியம்? உயிர் எப்படி வெறும் வேதியியல் மூலக்கூறுகளிலிருந்து தோன்றியது? இந்த பாடம் அதற்கான நான்கு படி விடையை கொடுக்கிறது — கரிம மூலக்கூறுகளிலிருந்து முதல் கலம் வரை.
மில்லர்-யூரி பரிசோதனை 1953 ஆம் ஆண்டு இதை சோதனை நிலையில் நிரூபித்தது: அயோவிய மூலக்கூறுகள் + ஆற்றல் → உயிரின் தொகுதிக்கற்கள் (building blocks).
- உயிரிரசாயனக் கூர்ப்புக் (biochemical evolution) கொள்கையின் அடிப்படையையும் அதற்கான சான்றுகளையும் விளக்குதல்.
- முதற் கலங்கள் தோன்றிய நான்கு பிரதான படிமுறைகளை வரிசையாக விபரித்தல்.
- அசேதன மூலக்கூறுகளிலிருந்து தற்பகர்ப்படையும் (self-replicating) மூலக்கூறுகள் வரையான மாற்றத்தைத் தொடர்புபடுத்துதல்.
1. உயிரிரசாயனக் கூர்ப்பு (Biochemical Evolution) — அறிமுகம்
Stages in the origin of life
Wikipedia → · CC
முன்னைய புவியில் உயிர் தோன்றியதற்கான நேரடி ஆதாரம் (direct evidence) நுண்ணங்கிகளின் உயிர்ச்சுவடுகளில் (fossils) இருந்து பெறப்பட்டுள்ளது; இவற்றின் வயது ஏறத்தாழ 3.5 பில்லியன் வருடங்கள். இரசாயனவியல், புவிச்சரிதவியல் (geology), பௌதிகவியல் ஆகிய துறைகளின் அவதானிப்புகளும் பரிசோதனைகளும் முதல் உயிர்க்கலங்களின் தோற்றத்திற்கான சான்றுகளை வழங்கியுள்ளன.
உயிரிரசாயனக் கூர்ப்புக் கொள்கை, முன்னைய புவியில் இடம்பெற்ற பௌதிக, இரசாயனச் செயன்முறைகளை அடிப்படையாகக் கொண்ட கருதுகோளில் இருந்து உருவாகியது. இயற்கைத் தேர்வின் (natural selection) வெளிப்பாடு நான்கு பிரதான படிமுறைகளின் தொடரினூடாக முதற் கலங்களைத் தோற்றுவித்திருக்கும்.
2. படிமுறை 1 — அசேதன மூலக்கூறுகளின் உயிரிலித் தொகுப்பு (Abiotic Synthesis)
Miller–Urey experiment
Wikipedia → · CC
முன்னைய காலப் புவியின் வளிமண்டல நிலைமைகள் அசேதன (inorganic) மூலக்கூறுகளிலிருந்து அமினோ அமிலங்கள் (amino acids), நைதரசன் மூலங்கள் (nitrogenous bases) போன்ற சிறிய சேதன (organic) மூலக்கூறுகளின் உயிரிலித் தொகுப்பிற்கு (abiotic synthesis) உகந்தவையாக இருந்தன.
அக்காலப் புவியின் தாழ்த்தும் இயல்புடைய வளிமண்டலம் (reducing atmosphere), எரிமலை வெடிப்புகள், மின்னல், கடுமையான UV கதிர்வீச்சு, நீர் வெப்பப்பிளவுகள் (hydrothermal vents), காரப் பிளவுகள் (alkaline vents) போன்ற சக்தி மூலங்கள் இத் தொகுப்பைச் சாதகமாக்கின. "உயிரிலி" (abiotic) என்பது உயிரின் தலையீடின்றி இடம்பெறும் தொகுப்பைக் குறிக்கிறது.
3. படிமுறை 2 — பல்பகுதியாக்கம் (Polymerization)
மேற்படி சிறிய சேதன மூலக்கூறுகளின் பல்பகுதியாக்கம் (polymerization) சேதன மாமூலக்கூறுகளின் (macromolecules) உருவாக்கத்திற்கு இட்டுச் சென்றது:
| ஒற்றைப்பகுதி (monomer) | → மாமூலக்கூறு (macromolecule) |
|---|---|
| அமினோ அமிலங்கள் (amino acids) | → புரதங்கள் (proteins) |
| நைதரசன் மூலம் + வெல்லம் + பொசுப்பேற்று (N-base + sugar + phosphate) | → நியூக்ளிக் அமிலங்கள் (nucleic acids) |
4. படிமுறை 3 — மூலமுதற்கல உருவாக்கம் (Formation of Protocells)
சேதன மாமூலக்கூறுகள் மென்சவ்வுகளுள் (membranes) பொதியாக்கப்பட்டு மூலமுதற்கலங்களை (protocells) உருவாக்கின. இவ்வாறு மூலக்கூறுகள் சவ்வுக்குள் அடைபடுவது, உள்ளகச் சூழலை வெளிச்சூழலிலிருந்து தனிமைப்படுத்தி, வேதியியல் வினைகள் ஒருங்கிணைந்து நடைபெற வழிவகுத்தது.
5. படிமுறை 4 — தற்பகர்ப்பு (Self-replication)
DNA and RNA structure
Wikipedia → · CC
நியூக்ளிக் அமிலங்கள் தற்பகர்ப்படையும் திறனைப் (self-replicating capability) பெற்றிருந்தமை, கலங்களிற்கு தலைமுறையுரிமையை (inheritance) சாத்தியமாக்கியது. தன்னைத் தானே நகலெடுக்கும் மூலக்கூறுகளின் உருவாக்கமே புவிமீது உயிரின் தோற்றத்தை இறுதியில் சாத்தியமாக்கியது.
6. மூலமுதற்கலத்துடன் தொடர்பு — ஆதிக் கூழ் (Primitive Soup)
ஹல்டேன் (Haldane), சேதன மூலக்கூறுகளின் கரைசலான "ஆதிக் கூழ்" (primitive soup) கொண்ட முன்னையகால சமுத்திரங்களிலிருந்து உயிரிகள் உருவாகியதாகக் கருதினார். எரிமலை வளிமண்டலம், காரப் பிளவுகள் தொடர்பான கற்கைகள் சேதன மூலக்கூறுகளின் உயிரிலித் தொகுப்பைக் காட்டியுள்ளன; இன்னொரு தோற்றுவாய் விண்கற்களாக (meteorites) இருக்கலாம்.
இலிப்பிட்டினால் சூழப்பட்ட புடகங்களினுள் (lipid-bound vesicles) RNA திரட்டப்பட்டு மூலமுதற்கலங்கள் தோன்றின. முன்னைய பரம்பரையலகுகளும் (genes) நொதியங்களும் RNA ஆக இருந்து RNA பகர்ப்பை மேற்கொண்டன.
What Was The Miller-Urey Experiment?
Stated Clearly
- இயற்கைத் தேர்வு (natural selection) / Natural selection
- மரபணு மாற்றம் / Mutation only
- விண்கல் வீழ்ச்சி / Meteorite impact
- கண்டச் சறுக்கல் / Continental drift
- எரிமலை மட்டும் / Volcanoes only
பதில் / Answer
- விண்கற்கள் / Meteorites
- 3.5 பில்லியன் வருட நுண்ணங்கி உயிர்ச்சுவடுகள் / 3.5-billion-year-old micro-organism fossils
- ஆதிக் கூழ் / Primitive soup
- RNA உலகம் / RNA world
- காரப் பிளவுகள் / Alkaline vents
பதில் / Answer
- பல்பகுதியாக்கம் / Polymerization
- அசேதன மூலக்கூறுகளிலிருந்து சிறிய சேதன மூலக்கூறுகளின் உயிரிலித் தொகுப்பு / Abiotic synthesis of small organic molecules
- மூலமுதற்கல உருவாக்கம் / Protocell formation
- தற்பகர்ப்பு / Self-replication
- ஒளிச்சேர்க்கை / Photosynthesis
பதில் / Answer
- நொதியங்களால் தொகுப்பு / Synthesis by enzymes
- உயிரின் தலையீடின்றி தொகுப்பு / Synthesis without involvement of life
- கலத்தினுள் தொகுப்பு / Synthesis inside cells
- ஒளியால் மட்டும் தொகுப்பு / Synthesis only by light
- DNA ஆல் தொகுப்பு / Synthesis by DNA
பதில் / Answer
- புரதங்கள், DNA / Proteins, DNA
- அமினோ அமிலங்கள், நைதரசன் மூலங்கள் / Amino acids, nitrogenous bases
- மூலமுதற்கலங்கள் / Protocells
- மென்சவ்வுகள் / Membranes
- நிறமூர்த்தங்கள் / Chromosomes
பதில் / Answer
- அசேதன மூலக்கூறுகள் / Inorganic molecules
- மாமூலக்கூறுகள் / Macromolecules
- மூலமுதற்கலங்கள் / Protocells
- RNA
- புரதங்கள் / Proteins
பதில் / Answer
- ஒட்சியேற்றும் வளிமண்டலம் / Oxidising atmosphere
- தாழ்த்தும் இயல்புடைய வளிமண்டலம் (reducing) / Reducing atmosphere
- நடுநிலை வளிமண்டலம் / Neutral atmosphere
- ஒட்சிசன் நிறைந்த வளிமண்டலம் / Oxygen-rich atmosphere
- மந்த வாயு வளிமண்டலம் / Inert gas atmosphere
பதில் / Answer
- மின்னல் / Lightning
- UV கதிர்வீச்சு / UV radiation
- நீர் வெப்பப்பிளவுகள் / Hydrothermal vents
- ஒளிச்சேர்க்கை / Photosynthesis
- எரிமலை வெடிப்புகள் / Volcanic eruptions
பதில் / Answer
- தற்பகர்ப்பு / Self-replication
- சிறிய மூலக்கூறுகளின் பல்பகுதியாக்கம் (polymerization) / Polymerization of small molecules
- மூலமுதற்கல உருவாக்கம் / Protocell formation
- உயிரிலித் தொகுப்பு / Abiotic synthesis
- ஒளிச்சேர்க்கை / Photosynthesis
பதில் / Answer
- நியூக்ளிக் அமிலங்கள் / Nucleic acids
- புரதங்கள் (proteins) / Proteins
- லிப்பிட்டுகள் / Lipids
- வெல்லங்கள் / Sugars
- மென்சவ்வுகள் / Membranes
பதில் / Answer
- புரதங்கள் / Proteins
- நியூக்ளிக் அமிலங்கள் (nucleic acids) / Nucleic acids
- லிப்பிட்டுகள் / Lipids
- மூலமுதற்கலம் / Protocell
- நொதியங்கள் / Enzymes
பதில் / Answer
- ஒற்றைப்பகுதிகள் / Monomers
- மாமூலக்கூறுகள் (macromolecules) / Macromolecules
- அசேதன மூலக்கூறுகள் / Inorganic molecules
- வாயுக்கள் / Gases
- அயனிகள் / Ions
பதில் / Answer
- மாமூலக்கூறுகள் மென்சவ்வுகளுள் பொதியாக்கப்பட்டு மூலமுதற்கலம் உருவாதல் / Macromolecules packed into membranes to form protocells
- உயிரிலித் தொகுப்பு / Abiotic synthesis
- பல்பகுதியாக்கம் / Polymerization
- ஒளிச்சேர்க்கை / Photosynthesis
- இய+கரியோற்றா தோற்றம் / Eukaryote origin
பதில் / Answer
- முழுமையான ஈயூக்கரியோட்டிக் கலம் / A complete eukaryotic cell
- மென்சவ்வுள் பொதியாக்கப்பட்ட மாமூலக்கூறுகளின் தொகுதி / Macromolecules enclosed within a membrane
- ஒரு வைரஸ் / A virus
- ஒரு நிறமூர்த்தம் / A chromosome
- ஒரு நொதியம் / An enzyme
பதில் / Answer
- ஒளியை உறிஞ்சல் / Absorbing light
- உள்ளகச் சூழலை வெளிச்சூழலிலிருந்து தனிமைப்படுத்தல் / Separating internal from external environment
- DNA ஐ பகர்த்தல் / Replicating DNA
- ATP தொகுத்தல் / Synthesising ATP
- ஒட்சிசன் உற்பத்தி / Producing oxygen
பதில் / Answer
- உயிரிலித் தொகுப்பு / Abiotic synthesis
- நியூக்ளிக் அமிலங்கள் தற்பகர்ப்படையும் திறன் பெறல் / Nucleic acids gaining self-replicating capability
- பல்பகுதியாக்கம் / Polymerization
- மூலமுதற்கல உருவாக்கம் / Protocell formation
- ஒளிச்சேர்க்கை / Photosynthesis
பதில் / Answer
- ஒளிச்சேர்க்கை / Photosynthesis
- தலைமுறையுரிமை (inheritance) / Inheritance
- காற்றுச் சுவாசம் / Aerobic respiration
- நச்சு நீக்கம் / Detoxification
- கலப் பிரிதல் மட்டும் / Cell division only
பதில் / Answer
- புரதங்கள் / Proteins
- நியூக்ளிக் அமிலங்கள் / Nucleic acids
- லிப்பிட்டுகள் / Lipids
- வெல்லங்கள் / Sugars
- அமினோ அமிலங்கள் / Amino acids
பதில் / Answer
- பல்பகுதியாக்கம் → உயிரிலித் தொகுப்பு → மூலமுதற்கலம் → தற்பகர்ப்பு
- உயிரிலித் தொகுப்பு → பல்பகுதியாக்கம் → மூலமுதற்கலம் → தற்பகர்ப்பு / Abiotic synthesis → Polymerization → Protocell → Self-replication
- தற்பகர்ப்பு → மூலமுதற்கலம் → பல்பகுதியாக்கம் → உயிரிலித் தொகுப்பு
- மூலமுதற்கலம் → உயிரிலித் தொகுப்பு → பல்பகுதியாக்கம் → தற்பகர்ப்பு
- உயிரிலித் தொகுப்பு → மூலமுதற்கலம் → பல்பகுதியாக்கம் → தற்பகர்ப்பு
பதில் / Answer
- டார்வின் / Darwin
- ஹல்டேன் (Haldane) / Haldane
- மெண்டல் / Mendel
- லேமார்க் / Lamarck
- பாஸ்டர் / Pasteur
பதில் / Answer
- அசேதன உப்புக் கரைசல் / An inorganic salt solution
- சேதன மூலக்கூறுகளின் கரைசலான முன்னையகால சமுத்திரம் / Early ocean as a solution of organic molecules
- உருகிய பாறை / Molten rock
- வளிமண்டல வாயு / Atmospheric gas
- குளிர்ந்த பனி / Frozen ice
பதில் / Answer
- விண்கற்கள் (meteorites) / Meteorites
- சந்திரன் / The Moon
- சூரியக் காற்று / Solar wind
- வால்வெள்ளி வால் / Comet tail
- மட்டும் எரிமலை / Volcanoes only
பதில் / Answer
- புரதப் படிகங்களுள் / In protein crystals
- இலிப்பிட்டினால் சூழப்பட்ட புடகங்களுள் (lipid-bound vesicles) / In lipid-bound vesicles
- பாறை வெடிப்புகளுள் / In rock cracks
- DNA சவ்வுகளுள் / In DNA membranes
- மண்துகள்களுள் / In dust grains
பதில் / Answer
- DNA
- RNA
- புரதம் / Protein
- லிப்பிட் / Lipid
- வெல்லம் / Sugar
பதில் / Answer
- நொதிய ஊக்கம், வளர்ச்சி, பகர்ப்பு, கூர்ப்பு / Enzyme catalysis, growth, replication, evolution
- ஒளிச்சேர்க்கை மட்டும் / Only photosynthesis
- காற்றுச் சுவாசம் மட்டும் / Only aerobic respiration
- நகர்வு மட்டும் / Only movement
- எதுவுமில்லை / None
பதில் / Answer
- நிறமூர்த்தப் பிரிதல் / Chromosome division
- நுண்துணுக்குகளின் மோதலினால் மென்சவ்வில் இலிப்பிட்டுச் சேர்க்கை / Addition of lipids to the membrane by collision of vesicles
- ஒட்சிசன் உறிஞ்சல் / Oxygen absorption
- ஒளி உறிஞ்சல் / Light absorption
- நீர் இழப்பு / Water loss
பதில் / Answer
- அழிந்தது / It died
- RNA உள்ளடக்கப்பட்ட இரு மூலமுதற்கலங்களாகப் பிரிந்தது / It divided into two protocells with RNA included
- ஒளிச்சேர்க்கை செய்தது / It photosynthesised
- ஒட்சிசனை வெளியேற்றியது / It released oxygen
- DNA ஆக மாறியது / It became DNA
பதில் / Answer
- இரசாயனவியல், புவிச்சரிதவியல், பௌதிகவியல் / Chemistry, geology, physics
- வரலாறு மட்டும் / History only
- தத்துவம் மட்டும் / Philosophy only
- பொருளியல் / Economics
- கணிதம் மட்டும் / Mathematics only
பதில் / Answer
- புவிமீது உயிரின் தோற்றம் / The origin of life on earth
- ஒட்சிசன் வளிமண்டலம் / The oxygen atmosphere
- கண்டச் சறுக்கல் / Continental drift
- நிலநடுக்கம் / Earthquakes
- பனிக்காலம் / Ice age
பதில் / Answer
- படிமுறை 2 = தற்பகர்ப்பு
- படிமுறை 3 = மூலமுதற்கல உருவாக்கம் / Stage 3 = protocell formation
- படிமுறை 1 = பல்பகுதியாக்கம்
- படிமுறை 4 = உயிரிலித் தொகுப்பு
- படிமுறை 2 = மூலமுதற்கலம்
பதில் / Answer
- உயிரிரசாயனக் கூர்ப்பின் நான்கு பிரதான படிமுறைகளை வரிசையாகக் கூறுக. / State, in sequence, the four main stages of biochemical evolution. (4)
- படிமுறை 1 இல் சேதன மூலக்கூறுகளின் தொகுப்பைச் சாதகமாக்கிய இரு சக்தி மூலங்களைக் கூறுக. / Give two energy sources that favoured organic synthesis in Stage 1. (2)
- பல்பகுதியாக்கத்தின் இரு விளைபொருள்களை அவற்றின் ஒற்றைப்பகுதிகளுடன் கூறுக. / Give two products of polymerization with their monomers. (2)
- தற்பகர்ப்பு (self-replication) ஏன் இறுதிப் படிமுறையாக முக்கியம்? / Why is self-replication an important final stage? (2)
மாதிரி விடை / Model answer
(ஆ) மின்னல், UV கதிர்வீச்சு, நீர் வெப்பப்பிளவுகள், எரிமலை வெடிப்புகள் — இவற்றுள் ஏதேனும் இரண்டு. (2)
(இ) அமினோ அமிலங்கள் → புரதங்கள்; நைதரசன் மூலம் + வெல்லம் + பொசுப்பேற்று → நியூக்ளிக் அமிலங்கள். (2)
(ஈ) தற்பகர்ப்பு மூலக்கூறுகள் தம்மைத்தாமே நகலெடுத்து தலைமுறையுரிமையைச் சாத்தியமாக்கின; இதுவே புவிமீது உயிரின் தோற்றத்தை சாத்தியமாக்கியது. (2)
உயிரிரசாயனக் கூர்ப்புக் கொள்கையின்படி முதல் உயிர்க்கலங்கள் தோன்றிய நான்கு படிமுறைகளையும், ஆதிக் கூழ் மற்றும் மூலமுதற்கலத் தோற்றத்துடன் தொடர்புபடுத்தி விபரிக்க. / Describe the four stages by which the first cells arose according to the theory of biochemical evolution, relating them to the primitive soup and the origin of the protocell.
விடைக் குறிப்புகள் / Answer outline
• படிமுறை 1 — தாழ்த்தும் வளிமண்டலம் + சக்தி மூலங்கள் (மின்னல், UV, நீர் வெப்பப்பிளவு) வழியே அசேதனத்திலிருந்து அமினோ அமிலம்/நைதரசன் மூலத்தின் உயிரிலித் தொகுப்பு.
• படிமுறை 2 — பல்பகுதியாக்கம்: அமினோ அமிலம் → புரதம்; நைதரசன் மூலம் + வெல்லம் + பொசுப்பேற்று → நியூக்ளிக் அமிலம்.
• படிமுறை 3 — மாமூலக்கூறுகள் மென்சவ்வுள் பொதியாக்கப்பட்டு மூலமுதற்கலம்.
• படிமுறை 4 — நியூக்ளிக் அமிலங்கள் தற்பகர்ப்புத் திறன் → தலைமுறையுரிமை.
• தொடர்பு — ஹல்டேனின் ஆதிக் கூழ்; இலிப்பிட் புடகங்களுள் RNA திரட்சி; RNA ஆரம்ப பரம்பரையலகு/நொதியம்; வளர்ச்சி (இலிப்பிட்டுச் சேர்க்கை) + பிரிதல்.
பதில் / Show answer
- 4 நிலைகள்: கனிமம்→எளிய சேதனம்→பல்லலகு→தன்-இரட்டிப்பு மூலக்கூறு.
- Miller-Urey சோதனை: கனிமத்திலிருந்து அமினோ அமிலம் உருவாகும்.
- RNA உலகம் — முதல் தன்-இரட்டிப்பு மூலக்கூறு RNA.