Современные гипотезы возникновения жизни на Земле

Проблема происхождения жизни на Земле тАУ сложный вопрос биологии, который интересует человечество с давних времен. Она не только привлекает к себе пристальное внимание ученых разных стран и специальностей, но интересует вообще всех людей мира.

Сейчас считается общепризнанным, что возникновение жизни на Земле представляло собой закономерный процесс, поддающийся научному исследованию. В основе этого процесса лежала эволюция соединений углерода, которая происходила во Вселенной задолго до возникновения нашей Солнечной системы и лишь продолжалась во время образования планеты Земля - при формировании её коры, гидросферы и атмосферы.

С момента возникновения жизни природа находится в непрерывном развитии. Процесс эволюции длится уже сотни миллионов лет, и его результатом является то разнообразие форм живого, которое во многом до конца ещё не описано и не классифицировано.

Вопрос о происхождении жизни труден в исследовании потому, что когда наука подходит к проблемам развития как создания качественно нового, она оказывается у предела своих возможностей как отрасли культуры, основанной на доказательстве и экспериментальной проверки утверждений.

Ученые сегодня не в состоянии воспроизвести процесс возникновения жизни с такой же точностью, как это было несколько миллиардов лет назад. Даже наиболее тщательно поставленный опыт будет лишь модельным экспериментом, лишенным ряда факторов, сопровождавших появление живого на земле. Трудность тАУ в невозможности проведения прямого эксперимента по возникновению жизни (уникальность этого процесса препятствует использованию основного научного метода).

Вопрос происхождения жизни интересен не только сам по себе, но и тесной связью с проблемой отличия живого от не живого, а также связью с проблемой эволюции жизни.

Жизнь на Земле представлена громадным многообразием форм, которым присуща возрастающая сложность строения и функций.

Живым организмам свойственны 2 признака: целостность и самовоспроизведение. В ходе индивидуального изменения (онтогенеза) организмы приспосабливаются к внешним условиям, а смена поколений приобретает эволюционно тАУ исторический характер (филогенез), выработали способность к относительной независимости от среды (автономность). Одно из главных свойств всякого живого - обмен веществ. Наряду с ним существенными признаками являются раздражимость, рост, размножение, изменчивость, наследственность.

Всякий живой организм стремится к главному тАУ воспроизведению себе подобных.

II. Основная часть

1. Что такое жизнь? Отличие живого от неживого

Для понимания закономерностей эволюции органического мира на Земле необходимо иметь общие представления об эволюции и основных свойствах живого.

Когда тАУ то считалось, что живое можно отличить от не живого по таким свойствам, как обмен веществ, подвижность, раздражимость, рост, размножение, приспособляемость. Но анализ показал, что порознь все эти свойства встречаются и среди неживой природы, и по этому не могут рассматриваться как специфические свойства живого. В одной из последних и удачных попыток живое характеризуется следующими особенностями, сформулированными

Б. М. Медниковым в виде аксиом теоретической биологии:

В· Все живые организмы оказываются единством фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающейся по наследству из поколения в поколение (аксиома А. Вейсмана).

В· Генетическая программа образуется матричным путём. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения используется ген предшествующего поколения (аксиома Н. К. Кольцова).

В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате различных причин изменяются случайно и не направленно, и лишь случайно такие изменения могут оказаться удачными в данной среде (первая аксиома Ч. Дарвина).

В· Случайные изменения генетических программ при становлении фенотипа многократно усиливаются (аксиома Н. В. Тимофеева тАУ Ресовского).

В· Многократно усиленные изменения генетических программ подвергаются отбору условиями внешней среды (вторая аксиома Ч. Дарвина).

ВлДискретность и целостность тАУ два фундаментальных свойства организации жизни на Земле. Живые объекты в природе относительно обособлены друг от друга (особи, популяции, виды).

Любая особь многоклеточного животного состоит из клеток, а любая клетка и одноклеточные существа тАУ из определенных органелл. Органеллы состоят из дискретных высокомолекулярных органических веществ, которые состоят из дискретных атомов и элементарных частиц. В то же время сложная организация немыслима без элементарных частиц. Сложная организация немыслима без взаимодействия её частей и структур тАУ без целостностиВ».

Целостность биологических систем качественно отличается от целостности неживого тем, что целостность живого поддерживается в процессе развития. Живые системы тАУ открытые системы. Они постоянно обмениваются веществами и энергией со средой. Для них характерна отрицательная энтропия (увеличение упорядоченности, увеличивающаяся в процессе органической эволюции). Вероятно, что в живом проявляется способность к саморегуляции материи.

ВлСреди живых систем нет двух одинаковых особей, популяций и видов. Эта уникальность проявления дискретности и целостности живого, основана на замечательном явлении ковариантной редупликации. Ковариантная редупликация (самовоспроизведение с изменениями), осуществляемая на основе матричного принципа (сумма трёх первых аксиом), - это, видимо, единственное специфическое для жизни (в известной нам форме существования на Земле) свойство. В основе его лежит уникальная способность к самовоспроизведению основных управляющих систем (ДНК, хромосом и генов).

ВлЖизнь тАУ одна из форм существования материи, закономерно возникающая при определенных условиях в процессе её развитияВ».

Итак, что такое живое и чем оно отличается от не живого.

Наиболее точное определение жизни дал Ф. Энгельс: ВлЖизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих телВ».

Термин ВлбелокВ» тогда ещё не был определён вполне точно, и егоотносили к протоплазме в целом. Сознавая неполноту своего определения, Энгельс писал: ВлНаша дефиниция жизни, разумеется, весьма недостаточна, поскольку она далека от того, чтобы охватить все явления жизни, а, напротив, ограничивается самыми общими и самыми простыми среди нихтАж. Чтобы получить действительно исчерпывающее представление о жизни, нам пришлось бы проследить все формы её проявления, от самой низшей до наивысшейВ».

Кроме того, есть несколько фундаментальных отличий живого от неживого в вещественном, структурном и функциональном планах.

В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, - белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК).

В структурном плане живое отличается от не живого клеточным строением.

В функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя. Устойчивость и воспроизведение есть и в неживых системах, но в живых телах имеет место процесс самовоспроизведения. Это принципиально новый момент.

Такие живые тела отличаются от неживых наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, активной регуляцией своего состава и функций, способностью к движению, раздражимостью, приспособленностью к среде и т.д.

Свойством живого является деятельность, активность.

ВлВсе живые существа должны или действовать, или погибнуть. Мышь должна находиться в постоянном движении, птица летать, рыба - плавать, а растение растиВ».

Жизнь возможна при определённых физических и химических условиях (температура, присутствие воды, ряда солей и т. д.).

Однако прекращение жизненных процессов, например, при высушивании семян или глубоком замораживании мелких организмов, не ведет к потере жизнеспособности. Если сохраняется не поврежденной структура, она при возвращении к нормальным условиям обеспечивает восстановление жизненных процессов.

Однако строго научное разграничение живого и неживого встречает определённые трудности. Так, например, вирусы вне клеток другого организма не обладают ни одним из атрибутов живого. У них есть наследственный аппарат, но отсутствуют основные необходимые для обмена веществ ферменты, и поэтому они могут расти и размножаться, лишь проникая в клетки организма тАУ хозяина и используя его ферментные системы в зависимости от того, какой признак мы считаем важным, мы относим вирусы к живым системам или нет.

Итак, ВлЖизнь тАУ процесс существования биологических систем (например, клетка, организм растения, животного), основу которых составляют сложные органические вещества и способные самовоспроизводиться, поддерживать своё существование в результате обмена энергией, веществом и информацией со средойВ».

2. Гипотезы и теории происхождения жизни

С глубокой древности и до нашего времени было высказано бессчетное количество гипотез о происхождении жизни на Земле.

В настоящее время существует 5 научных концепций возникновения жизни:

1. Возникновение живого из неживого, подчиняясь определенным физическим и химическим закономерностям (абиотическая концепция);

2. Гипотеза ВлголобиозаВ» - концепция протобионта или биода, некого доклеточного предка, начальных ВлжизнеспособныхВ» структур;

3. Гипотеза ВлгенобиозаВ», т. е. поиска генома как реликтового предка всех живых клеточных структур, считая, что

именно РНК сыграло первостепенную роль в её зарождении жизни;

4. Концепция стационарного состояния жизни - жизнь существовала всегда, начала жизни не существует;

5. Внеземное происхождение жизни тАУ жизнь была занесена на Землю из Космоса (концепция панспермии ).

В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория, утверждающая, что всё живое происходит только от живого тАУ теория биогенеза.

В 1688 г. итальянский биолог Ф. Реди серией опытов с открытыми и закрытыми сосудами доказал, что появляющиеся в мясе белые маленькие черви тАУ это личинки мух и сформулировал принцип: всё живое тАУ из живого.

В 1860 г. Пастер показал, что бактерии могут быть везде и заражать неживые вещества. Для избавления от них необходимо стерилизация, получившая название пастеризации.

Однако как теория происхождения жизни биогенез несостоятелен, поскольку противопоставляет живое не живому, утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни.

Абиотическая концепция.

Абиогенез тАУ идея о происхождении живого из неживого тАУ исходная гипотеза современной теории происхождения жизни.

В 1924 г. известный биохимик А. И. Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4 - 4,5 млрд. лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни.

Предсказания академика Опарина оправдались. В 1955 г. американский исследователь С. Миллер, пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот.

Таким образом, в середине ХХ века был экспериментально осуществлен абиогенетический синтез белковоподобных и других органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли.

Гипотеза Опарина о возникновении жизни на Земле опирается на представление о постепенном усложнении химической структуры и морфологического облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живым организмам. На стыке моря, суши и воздуха создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки подобно водным растворам желатина. А. И. Опарин назвал эти сгустки коацерватными каплями или коацерватами.

Коацерваты тАУ это обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры. Это еще не живые существа. Их возникновение рассматривают как стадию развития преджизни. Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений. Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению, стали контролировать синтез белков, определяя в них порядок аминокислот. А белки тАУ ферменты осуществляли процесс создания новых копий нуклеиновых кислот. Так возникло главное свойство, характерное для жизни тАУ способность к воспроизведению подобных себе молекул.

Сильная сторона абиогенетической гипотезы тАУ её эволюционный характер, жизнь тАУ закономерный этап эволюции материи. Возможность экспериментальной проверки основных положений гипотезы.

На коацерватных каплях можно симетировать доклеточные фазы зарождения жизни.

Слабая сторона гипотезы Опарина допускала воспроизводство протоживых структур в отсутствии молекулярных структур генетического кода. Гипотеза Опарина предъявляет особые требования к экспериментальному воспроизведению коацерватных структур: Влпервичный бульонВ» с химически сложной структурой, элементы биогенного происхождения (ферменты и коферменты).

Абиогенная гипотеза включает решительный отпор ученых тАУ сторонников идеи вечности и безначальности биологической жизни.

Русский биохимик С. П. Костычев в своей брошюре ВлО появление жизни на ЗемлеВ» замечает, что простейшие организмы посложнее всех фабрик и заводов, и случайное возникновение жизни маловероятно, жизнь никогда не создаётся на мёртвой материиВ».

В отношении самозарождения организмов необходимо отметить, что Французская Академия наук, ещё в 1859 году, назначила специальную премию за попытку осветить по тАУ новому вопрос о самопроизвольном зарождении жизни. Эту премию в 1862 г. получил знаменитый французский ученый Луи Пастер, который своими опытами доказал невозможность самозарождения микроорганизмов.

В настоящее время жизнь на Земле не может возникнуть абиогенным путём. Ещё Дарвин в 1871 году писал: ВлНо если бы сейчастАж в каком тАУ либо тёплом водоёме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества, химически образовался белок, способны к дальнейшим всё более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено и поглощено, что было невозможно в период возникновения живых существВ». Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.

Теория панспермии.

В 1865 г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу космозоев

(космических зачатков) в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую.

Сходную гипотезу в 1907 году выдвинул шведский естествоиспытатель С. Аррениус, предположив, что во Вселенной вечно существуют зародыши жизни тАУ гипотезу панспермии. Он описывал, как с населённых другими существами планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счёт светового давления. Попадая на планету с подходящими условиями для жизни, они начинают новую жизнь на этой планете. Эту гипотезу поддерживали многие, в том числе русские ученые С. П. Костычев, Л. С. Берг и П. П. Лазарев.

Данная гипотеза не предполагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни и переносит проблему в другое место Вселенной. Либих считал, что Влатмосферы небесных тел, а также вращающихся космических туманностей можно считать, как вековечные хранилища оживленной формы, как вечные плантации органических зародышейВ», откуда жизнь рассеивается в виде этих зародышей во Вселенной.

Для обоснования панспермии используют наскальные рисунки с изображением предметов, похожих на ракеты или космонавтов, или появления НЛО. Полёты космических аппаратов разрушили веру в существование разумной жизни на планетах Солнечной системы, которая появилась после открытия Скипарелли каналов на Марсе в 1877 году.

Ловелл насчитал на Марсе 700 каналов. Сеть каналов охватывала все материки. В 1924 году каналы были сфотографированы, и большинство учёных увидели в них доказательство существования разумной жизни. Фотоснимки 500 каналов зафиксировали и сезонные изменения цвета, которые подтвердили идеи советского астронома Г. А. Тихова о растительности на Марсе, поскольку озера и каналы имели зеленый цвет.

Ценная информация о физических условиях на Марсе была получена советским космическим аппаратом ВлМарсВ» и американскими посадочными станциями ВлВикинг тАУ 1В» и ВлВикинг тАУ 2В». Так, полярные шапки, испытывающие сезонные изменения, оказались состоящими из водного пара с примесью минеральной пыли и из твёрдой двуокиси углерода сухого льда). Но пока следов жизни на Марсе не найдено.

Изучение поверхности с борта искусственных спутников позволило предположить, что каналы и реки Марса могли возникнуть в результате растапливания под поверхностного водяного льда в зонах повышенной активности или внутреннего тепла планеты, или при периодических изменениях климата.

В конце шестидесятых годов ХХ века вновь возрос интерес к гипотезам панспермии. При изучении вещества метеоритов и комет были обнаружены Влпредшественники живогоВ» - органические соединения, синильная кислота, вода, формальдегид, цианогены.

Формальдегид обнаружен в 60 % случаев в 22 исследованных областях, его облака с концентрацией примерно 1000 молекул/см. куб. заполняют обширные пространства.

В 1975 году предшественники аминокислот найдены в лунном грунте и метеоритах.

Концепция стационарного состояния жизни.

По мнению В. И. Вернадского, нужно говорить об извечности жизни и проявлений её организмов, как мы говорим об извечности материального субстрата небесных тел, их тепловых электрических, магнитных свойств и их проявлений. Всё живое произошло от живого (принцип Реди).

Примитивные одноклеточные организмы могли возникнуть только в биосфере Земли, а также в биосфере Вселенной. По мнению Вернадского, естественные науки построены на предположении, что жизнь с её особыми качествами не принимает никакого участия в жизни Вселенной. Но биосферу нужно брать как целое, как единый живой космический организм (тогда и отпадает вопрос о начале живого, о скачке от неживого к живому).

Гипотеза ВлголобиозаВ».

Она касается прообраза доклеточного предка и его способностей.

Есть различные формы доклеточного предка тАУ ВлбиоидВ», ВлбиомонадаВ», ВлмикросфераВ».

Согласно биохимику П. Деккеру, структурную основу ВлбиоидаВ» составляют жизнеспособные неравновесные диссипативные структуры, то есть открытие микросистемы с ферментативным аппаратом, катализирующим метаболизм ВлбиоидаВ».

Эта гипотеза трактует активность до клеточного предка в обменнотАУметаболическом духе.

В рамках гипотезы ВлголобиозаВ» моделировали биохимики С. Фокс и К. Дозе свои биополимеры, способные к метаболизму тАУ комплексному белковому синтезу.

Главный недостаток этой гипотезы тАУ отсутствие генетической системы при таком синтезе. Отсюда предпочтение Влмолекулярного прародителяВ» всякого живого, а не первичной протоклеточной структуры.

Гипотеза генобиоза.

Американский учёный Холдейн считал, что первичной была не структура, способная к обмену веществ с окружающей средой, а мокромолекулярная система, подобная гену и способная к репродукции, а потому и названным им Влголым геномВ». Общее признание данная гипотеза получила после открытия РНК и ДНК и их феноменальных свойств.

Согласно этой генетической гипотезе, в начале возникли нуклеиновые кислоты как матричная основа синтеза белков. Впервые её выдвинул в 1929 г. Г. Мёллер.

Экспериментально доказано, что несложные нуклеиновые кислоты могут реплицироваться и без ферментов. Синтез белков на рибосомах идет при участии т - РНК и р тАУ РНК. Они способны строить не просто случайные сочетания аминокислот, а упорядоченные полимеры белком. Возможно, первичные рибосомы состояли только из РНК. Такие безбелковые рибосомы могли синтезировать упорядоченные пептиды при участии молекул т тАУ РНК, которые связывались с р тАУ РНК через спаривание оснований.

На следующей стадии химической эволюции появились матрицы, определявшие последовательность молекул т тАУ РНК, а тем самым и последовательность аминокислот, которые связываются молекулами т тАУ РНК. Способность нуклеиновых кислот служить матрицами при образовании комплиментарных цепей (например, синтез и тАУ РНК на ДНК) тАУ наиболее убедительный аргумент в пользу представлений о ведущем значении в процессе биогенеза наследственного аппарата и, следовательно, в пользу генетической гипотезы происхождения жизни.

3. Как появилась жизнь на Земле

Современная концепция возникновения жизни на Земле является результатом широкого синтеза естественных наук, многих теорий и гипотез, выдвинутых исследователями разных специальностей.

Для возникновения жизни на Земле важна первичная атмосфера (планеты ).

Первичная атмосфера Земли содержала метан, аммиак, водяной пар и водород. Воздействую на смесь этих газов электрическими зарядами и ультрафиолетовым излучением, ученым удалось получить сложные органические вещества, входящие в состав живых белков. Элементарными ВлкирпичикамиВ» живого являются такие химические элементы, как углерод, кислород, азот и водород.

В живой клетке, по весу содержится 70 % кислорода, 17 % углерода, 10% водорода, 3% азота, затем идут фосфор, калий, хлор, кальций, натрий, магний, железо.

Итак, первый шаг на пути возникновения жизни заключается в образовании органических веществ из неорганических. Он связан с наличием химического ВлсырьяВ», синтез которого может произойти при определённом излучении, давлении, температуре и влажности.

Возникновению простейших живых организмов предшествовала длительная химическая эволюция. Из небольшого числа соединений (в результате естественного отбора) возникли вещества со свойствами, пригодными для жизни. Соединения, возникшие на основе углерода, образовали Влпервичный бульонВ» гидросферы. Содержащие азот и углерод вещества возникли в расплавленных глубинах Земли и выносились на поверхность при вулканической деятельности.

Второй шаг в возникновении соединений связан с возникновением в первичном океане Земли биополимеров: нуклеиновых кислот, белков. Если предположить, что в этот период все органические соединения находились в первичном океане Земли, то сложные органические соединения могли образоваться на поверхности океана в виде тонкой плёнки и на прогреваемом солнцем мелководье. Анаэробная среда облегчала синтез полимеров из неорганических соединений. Несложные органические соединения начали объединяться в крупные биологические молекулы.

Образовались ферменты тАУ белковые вещества тАУ катализаторы, которые способствуют возникновению или распаду молекул. В результате активности ферментов возникли ВлпервоэлементыВ» жизни тАУ нуклеиновые кислоты, сложные полимерные вещества, состоящие из мономеров.

Мономеры в нуклеиновых кислотах расположены таким образом, что несут определенную информацию, код,

заключающийся в том, что каждой аминокислоте, входящей в белок, соответствует определённый белок из 3 нуклеотидов (триплет). На основе нуклеиновых кислот могут строиться белки и происходить обмен с внешней средой веществом и энергией.

Симбиоз нуклеиновых кислот образовал Влмолекулярно тАУ генетические системы управленияВ».

На этой стадии молекулы нуклеиновых кислот приобрели свойства самовоспроизведения себе подобных, стали управлять процессом образования белковых веществ.

У истоков всего живого стояли ревертаза и матричный синтез с ДНК на РНК, эволюция р тАУ РНК тАУ овой молекулярной системы в ДНК тАУ овую. Так возник Влгеном биосферыВ».

Жара и холод, молний, ультрафиолетовая реакция, атмосферные электрические заряды, порывы ветра и водяные струи тАУ всё это обеспечивало начало или затухание биохимических реакций, характер их протекания, генные ВлвсплескиВ».

К концу биохимической стадии появились такие структурные образования, как мембраны, ограничивающие смесь органических веществ от внешней среды.

Мембраны сыграли главную роль в построении всех живых клеток. Тела всех растений и животных состоят из клеток.

Живое содержание клетки тАУ протоплазма.

Современные учёные пришли к выводу, что первые организмы на Земле были одноклеточными прокариотами. По своему строению они напоминали бактерии или сине тАУ зелёные водоросли, существующие в настоящее время.

Для существования первых Влживых молекулВ», прокариотов необходим как для всего живого, приток энергии извне. Каждая клетка тАУ маленькая Влэнергетическая станцияВ». Непосредственным источником энергии для клеток служит АТФ и другие соединения, содержащие фосфор. Энергию клетки получают с пищей, они способны не только тратить, но и запасать энергию.

Учёные предполагают, что на Земле возникло множество первых комочков живой протоплазмы. Около 2 млрд. лет тому назад в живых клетках появилось ядро. Из прокариотов возникли эукариоты. Их на Земле насчитывается 25 тАУ 30 видов. Самые простые из них тАУ амёбы. У эукариотов существует в клетке оформленное ядро с веществом, содержащим код синтеза белка.

К этому времени наметился ВлвыборВ» растительного или животного образа жизни. Различия этих образов жизни связано со способом питания и возникновением фотосинтеза, который заключается в создании органических веществ (например, сахаров из углекислоты и воды при использовании энергии света).

Благодаря фотосинтезу, растения вырабатывают органические вещества, за счет которого происходит наращивание массы растений, и вырабатывают большое количество органических веществ.

С возникновением фотосинтеза в атмосферу Земли стал поступать кислород, и образовалась вторичная атмосфера Земли с высоким содержанием кислорода.

Появление кислорода и интенсивное развитие наземных растений тАУ величайший этап в развитии жизни на Земле. С этого момента началось постепенное видоизменение и развитие живых форм.

Жизнь со всеми её проявлениями произвела глубочайшие изменения в развитии нашей планеты. Совершенствуясь в процессе эволюции, живые организмы всё шире распространялись по планете, принимая большое участие в перераспределении энергии и веществ в земной коре, а также в воздушной и водной оболочках Земли.

Возникновение и распространение растительности привели к коренному изменению состава атмосферы, первоначально содержащей очень мало свободного кислорода, и состоящей главным образом из двуокиси углерода и, вероятно, метана и аммиака.

Растения, ассимилирующие углерод из двуокиси углерода, привели к созданию атмосферы, содержащей свободный кислород и лишь следы углекислого газа. Свободный кислород в составе атмосферы служил не только активным химическим агентом, но также источником озона, преградившего путь коротким ультрафиолетовым лучам к поверхности Земли (озоновый экран).

Одновременно углерод , веками скапливавшийся в остатках растений, образовал в земной коре энергетические запасы в виде залежи органических соединений (каменный уголь, торф).

Развитие жизни в Мировом океане привело к созданию осадочных пород, состоящих из скелетов и других остатков морских организмов.

Эти отложения, их механическое давление, химические и физические превращения изменили поверхность земной коры. Всё это свидетельствовало о наличии на Земле биосферы, в которой развертывались и продолжаются поныне жизненные явления.

4. Эволюция форм биологической жизни на Земле

Как же возникло то разнообразие, которое мы наблюдаем в живой природе? Ведь когда тАУ то 2 тАУ 3 млрд. лет тому назад жизнь была представлена довольно однообразными существами.

Идея эволюции живой природы возникла в Новое время как противопоставление креацианизму (от лат. ВлсозданиеВ») - учению о сотворении мира богом из ничего и неизменности созданного творцом мира.

Согласно креацианизму, возникновение жизни относится к определённому событию в прошлом, которое можно вычислить.

В 1650 году архиепископ Ашер из Ирландии вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 года до н. э., а в 9 часов утра октября и человека. Это число он получил из возрастов и родственных связей всех упомянутых в Библии лиц.

Фундаментальную роль в мировоззрении того времени играли также телеологии - учения, по которому всё в природе устроено целесообразно и всякое развитие является осуществлением заранее предопределённых целей.

Теология приписывает процессам и явлениям природы цели, которые устанавливаются богом (Х. Вольф), или являются внутренними причинами природы (Аристотель, Лейбниц).

В преодолении идей креацианизма и телеологии важную роль сыграла концепция ограниченной изменчивости видов в пределах относительно узких подразделений (от одного единого предка под влиянием среды тАУ трансформизм.

Трансформизм в основе своей имеет представления об изменении и превращении органических форм происхождении одних организмов от других. Среди естествоиспытателей и философов тАУ трансформистов ХVII тАУ XVIII вв. известны Ж. Бюффон, Р. Гук, Д. Дидро, Э. Дарвин, И. Гёте и д.р.

Все трансформисты признавали изменчивость видов организмов под действием изменений окружающей среды.

В становлении идеи эволюции органического мира существенную роль сыграла систематика. К. Линней впервые применил бинарную номенклатуру и построил искусственную классификацию растений и животных. Заслуга Линнея в том, что через создание искусственной системы он подвёл биологию к необходимости рассмотрения колоссального эмпирического материала с позиций общих теоретических принципов.

Большую роль в становлении и развитии идеи эволюции живой природы сыграла эмбриология, для которой в Новое время было характерно противостояние преформизма и эпигенеза.

Таким образом, в XII тАУ XIII вв. возникла идея исторических изменений наследственных признаков организмов, необратимого исторического развития живой природы тАУ идея эволюции органического мира.

Эволюция от лат ВлразвёртываниеВ» - историческое развитие природы. В ходе эволюции:

В· возникают новые виды, т.е. увеличивается разнообразие форм организмов;

В· организмы адаптируются, т.е. приспосабливаются к изменениям условий внешней среды;

В· В результате эволюции, постепенно повышается общий уровень организации живых существ: они усложняются и совершенствуются. Переход от представления о трансформации видов к идее эволюции исторического развития видов предполагал:

В· Рассмотрение процесса образования видов в его истории, учёт конструктивной роли фактора времени в историческом развитии организмов;

В· Развитие идей о возникновении качественно нового в таком историческом процессе.

Первые эволюционные теории были созданы двумя великими учёными XIX века тАУ Ж. Ламарком и Ч. Дарвином.

В 1809 году вышла книга Ламарка ВлФилософия зоологииВ», в которой была изложена первая целостная теория эволюции органического мира.

Ламарк полагал, что историческое развитие организмов имеет не случайный, а закономерный характер и происходит в направлении постепенного и неуклонного совершенствования.

Ламарк включил в своё учение качественно новое понимание роли среды в развитии органических форм, трактуя внешнюю среду как важный фактор, условия эволюции.

По тАУ своему идея эволюции органического мира развивалась в теории катастроф.

Французский биолог Ж. Кювье писал: ВлЖизнь не раз потрясала на нашей земле страшными событиями. Бесчисленные живые существа становились жертвой катастроф: одни обитатели суши, были поглощены потопами, другие, населявшие недра вод, оказались на суше вместе с внезапно приподнятым дном моря, сами их расы навеки исчезли, оставив на свете лишь немногие остатки, едва различимые для натуралистовВ».

Против учения катастрофизма выступили сторонники другой концепции эволюции, которые исходили из представлений о тождественности современных и древних геологических процессов тАУ концепции униформизма.

Геологическая эра Земли от её образования до зарождения жизни называется катархей.

Катархей (от греч. Влниже древнейшегоВ») тАУ эра, когда была безжизненная Земля, окутанная ядовитой для живых существ атмосферой, лишенной кислорода. Гремели вулканические извержения, сверкали молнии, жесткое ультрафиолетовое излучение пронизывало атмосферу и верхние слои воды. Под влиянием этих явлений из смеси паров сероводорода, аммиака, угарного газа начинают синтезироваться первые органические соединения. Возникают свойства, характерные для жизни.

Такая картина эры катархея существовала около 5 тАУ 3,5 млрд. лет назад.

Вернадский считал, что биосфера геологически вечна, т. е. жизнь на Земле существует столько же времени, сколько и сама Земля как планета.

Архей тАУ древнейшая геологическая эра Земли (3,5 тАУ 2,6 млрд. лет назад). Ко времени архея относится возникновение первых прокариот (бактерий и сине тАУ зелёных водорослей) тАУ организмов, которые в отличие от эукариот не обладают оформленным клеточным ядром и типичным хромосомным аппаратом.

В отложениях архея найдены остатки нитчатых водорослей. В этот период появляются гетеротрофные организмы не только в море, но и на суше. Образуется почва.

В атмосфере снижается содержание метана, аммиака, и водорода, начинается накопление углекислого газа и кислорода.

Протерозой (от греч Влпервичная жизньВ») тАУ огромный по продолжительности этап исторического развития Земли (2,6 млрд. тАУ 570 млн. лет назад).

Возникновение многоклеточности тАУ важный ароморфоз в эволюции жизни.

Конец протерозоя назавают Влвеком медузВ» - очень распространённых в это время представителей кишечнополостных. Палеозой (от греч. Влдревняя жизньВ» - геологическая эра 570 тАУ 230 млн. лет) со следующими периодами: кембрий (570 тАУ 500 млн. лет), ордовик (500 тАУ 440 млн. лет), силур (440 тАУ 410 млн. лет), девон ( 410 тАУ 350 млн. лет), карбон (350 тАУ 285 млн. лет), пермь (285 тАУ 230 млн. лет).

Для развития жизни в раннем палеозое (кембрий, ордовик, силур) характерно интенсивное развитие наземных растений и выход на сушу животных. Фауна раннего палеозоя: головоногий моллюск, трилобиты тАУ примитивные ракообразные, одиночные кораллы.

Наступивший в конце силура горообразовательный период изменил климат и условия существования организмов. В результате поднятия суши и сокращения морей климат девона был более континентальный.

В девоне появились пустынные и полупустынные области; на суше появились первые леса из гигантских папоротников, хвощей и плаунов. Новые группы животных начинают завоёвывать сушу, но их отрыв от водной среды не был ещё окончательным.

К концу карбона появились первые пресмыкающиеся. Они достигли значительного разнообразия из тАУ за засушливого климата и похолодания. Так, в палеозое произошло завоевание суши многоклеточными растениями и животными.

Мезозой (с греч Влсредняя жизньВ») тАУ это геологическая эра (230 тАУ 67 млн. лет) со следующими периодами: триас (230 тАУ 195 млн. лет), юра (195 тАУ 137 млн. лет), мел (137 тАУ 67 млн. лет). Мезозой называют эрой пресмыкающихся. Их расцвет, широчайшая дивергенция и вымирание происходят в эту эру. В мезозое усиливается засушливость климата. Вымирает множество сухопутных организмов, у которых отдельные этапы жизни связаны с водой: бо

Вместе с этим смотрят:

G-белки и их функция

Австралопитеки - обезьянолюди или человекообезьяны?

Адаптация микроорганизмов в экстремальных условиях космоса

Адвентивна флора Чернiгiвськоi областi: iсторiя формування та сучасний стан

Адсорбция ионных и неионных поверхностно-активных веществ (ПАВ)