Реферат Проблема Возникновения жизни на Земле 2
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Ростовский Государственный Экономический Университет («РИНХ»)
Кафедра исторических наук и политологии
РЕФЕРАТ
на тему:
«Проблема Возникновения жизни на Земле ».
Выполнила:
студентка 522 группы
Павлова Марина Борисовна
Проверила:
Асс. Веревская М.А.
Ростов-на-Дону, 2009 год
Содержание
Введение 3
1. Взгляды на происхождение жизни и ее развитие 4
2. Теория самопроизвольного зарождения 5
3. Теория панспермии 8
4.Эволюция жизни на Земле: от простого к сложному 12
Заключение 17
Список используемой литературы 18
Введение
Жизнь на Земле представлена громадным разнообразием форм, которым присуща возрастающая сложность строения и функций. Всем живым организмам свойственны два признака: целостность и самовоспроизведение. В ходе индивидуального изменения (онтогенеза) организмы приспосабливаются к внешним условиям, а смена поколений приобретает эволюционно-исторический характер (филогенез). Организмы выработали способность к относительной независимости от внешней среды (автономность). Одно из главных свойств всякого живого организма - обмен веществ. Наряду с ним существенными признаками жизни являются раздражимость, рост, размножение, изменчивость, наследственность. Всякий живой организм как бы стремится к главному - воспроизведению себе подобных.
Сущность жизни есть функция определенной материальной организации. Познание жизни выявило сложную структурно-функциональную природу биологических организмов. Долгое время в науке применялось понятие жизни, предложенное Ф. Энгельсом: “Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел”.
По мере совершенствования методов и средств познания живых структур уточнялись представления о природе белка, характере обменных процессов в живом организме и взаимодействии его с окружающей средой. К познанию жизни подключились физика и химия, что позволило выделить молекулярный уровень биологической организации. Активно внедряются представления о физико-химической природе жизни, что якобы предопределяет возможность ее познания исключительно средствами физики и химии.
Важным результатом философского и естественнонаучного познания жизни является вывод о единстве жизни на Земле.
Проблема происхождения жизни на Земле и возможности ее существования в других областях Вселенной издавна привлекала внимание как ученых и философов, так и простых людей. За последние годы интерес к этой "вечной проблеме" значительно возрос.
Это обусловлено двумя обстоятельствами: во-первых, значительными успехами в лабораторном моделировании некоторых этапов эволюции материи, проведшей к зарождению жизни, и во-вторых, стремительным развитием космических исследований, делающих все более реальным непосредственный поиск каких-либо форм жизни на планетах Солнечной системы, а в будущем и за ее пределами.
1. Взгляды на происхождение жизни и ее развитие.
Происхождение жизни - один из самых таинственных вопросов, исчерпывающий ответ на который вряд ли когда-нибудь будет получен. Множество гипотез и даже теорий о возникновении жизни, объясняющих различные стороны этого явления, неспособны пока что преодолеть существенное обстоятельство - экспериментально подтвердить факт появления жизни. Мы не знаем и, возможно, не узнаем никогда условий, в которых зародились структуры, обладающие свойствами живого. Вероятно, их воспроизведение в лабораториях - дело будущего, но повторение его в масштабах планеты - совершенно невероятно.
Белково-коацерватная теория Опарина
Согласно этой теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа:
Возникновение органических веществ
Возникновение белков
Возникновение белковых тел
Астрономические исследования показывают, что как звёзды, так и планетные системы возникли из газопылевого вещества. Наряду с металлами и их окислами в нём содержались водород, аммиак, вода и простейший углеводород — метан.
Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента появления первичного океана. В водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.
Наука доказала, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно синтезировать не только аминокислоты, но и другие биохимические вещества. Большой победой современной биохимии является первый полный синтез молекулы белков: синтезирован гормон инсулин, управляющий углеводным обменом.
Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло явиться образование коацерватных капель. При определённых условиях водная оболочка органических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающего раствора. Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуя многомолекулярные комплексы — коацерваты.
Коацерватные капли также могли возникать при простом смешивании разнообразных полимеров. При этом происходила самосборка полимерных молекул в многомолекулярные образования — видимые под оптическим микроскопом капли.
Капли были способны поглощать извне вещества по типу открытых систем. При включении в коацерватные капли различных катализаторов (в том числе и ферментов) в них происходили различные реакции, в частности полимеризация поступающих из внешней среды мономеров. За счёт этого капли могли увеличиваться в объёме и весе, а затем дробиться на дочерние образования. Таким образом, коацерваты могли расти, размножаться, осуществлять обмен веществ.
Далее коацерватные капли подвергались естественному отбору, что обеспечило их эволюцию.
Теория была обоснована, кроме одной проблемы, на которую долго закрывали глаза почти все специалисты в области происхождения жизни. Если спонтанно, путем случайных безматричных синтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкции белковых молекул (например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимущество данному коацервату в росте и размножении), то как они могли копироваться для распространения внутри коацервата, а тем более для передачи коацерватам-потомкам? Теория оказалась неспособной предложить решение проблемы точного воспроизведения — внутри коацервата и в поколениях — единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Однако, было показано, что первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных абиогенным путем, и они могли вступить в симбиоз с «живыми растворами» — колониями самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липидов, а такое сообщество уже можно назвать организмом.
2. Теория самопроизвольного зарождения.
Религиозные учения всех времен и всех народов приписывали обычно появление жизни тому или другому творческому акту божества. Весьма наивно решали этот вопрос и первые исследователи природы. Даже для такого выдающегося ума древности, каким являлся Аристотель, принять представление о том, что животные - черви, насекомые и даже рыбы могли возникнуть из ила, не представляло особых затруднений. Напротив, этот философ утверждал, что всякое сухое тело, становясь влажным, и, наоборот, всякое мокрое тело, становясь сухим, родят животных.
Авторитет Аристотеля имел исключительное влияние на воззрения средневековых ученых. Мнение этого философа в их умах причудливо переплеталось с учением отцов церкви, зачастую давая нелепые и даже смешные на современный взгляд представления. Приготовление живого человека или его подобия, “гомункулуса”, в колбе, при помощи смешения и перегонки различных химических веществ, считалось в средние века хотя и весьма трудным и беззаконным, но, без сомнения, выполнимым делом. Получение же животных из неживых материалов представлялось ученым того времени настолько простым и обычным, что известный алхимик и врач Ван-Гельмонт прямо дает рецепт, следуя которому можно искусственно приготовить мышей, покрывая сосуд с зерном мокрыми и грязными тряпками.
Ряд сочинений, принадлежащих к XVI и XVII вв., подробно описывает превращение воды, камней и других неодушевленных предметов в пресмыкающихся, птиц и зверей. Гриндель фон Ах даже приводит изображение лягушек, образующихся из майской росы, а Альдрованд дает рисунки, показывающие, каким образом птицы и насекомые родятся из веток и плодов деревьев.
Чем дальше развивалось естествознание, чем большее значение в деле познания природы приобретали точное наблюдение и опыт, а не одни только рассуждения и мудрствования, тем более сужалась область применения теории самопроизвольного зарождения. Уже в половине XVII в. доктор Реди простыми опытами доказал неосновательность мнений о самозарождении червей в гниющем мясе. Он покрывал мясо легкой кисеей и таким образом преграждал доступ к нему мухам, из яиц которых развиваются черви. При этом мясо загнивало, но образования червей никогда не происходило. Так же просто было опровергнуто мнение о самозарождении насекомых.
Таким образом, относительно живых существ, видимых простым глазом, предположение о самозарождении оказалось несостоятельным. Но в конце XVII в. Кирхером и Левенгуком был открыт мир мельчайших существ, невидимых простым глазом и различимых только в микроскоп. Этих “мельчайших живых зверьков” (так Левенгук называл открытые им бактерии и инфузории) можно было обнаружить всюду, где только происходило гниение, в долго стоявших отварах и Застоях растений, в гниющем мясе, бульоне, в кислом молоке, в испражнениях, в зубном налете. “В моем рту,-писал Левенгук,- их (микробов) больше, чем людей в соединенном королевстве”. Стоит только поставить на некоторое время в теплое место скоропортящиеся и легко загнивающие вещества, как в них сейчас же развиваются микроскопические живые существа, которых раньше там не было. Откуда же эти существа берутся? Неужели же они произошли из зародышей, случайно попавших в гниющую жидкость? Сколько, значит, должно быть повсюду этих зародышей! Невольно являлась мысль, что именно здесь, в гниющих отварах и настоях и происходит самозарождение живых микробов из неживой материи. Это мнение в середине XVIII в. получило сильное подтверждение в опытах шотландского священника Нидхэма. Нидхэм брал мясной бульон или отвары растительных веществ, помещал их в плотно закрывающиеся сосуды и короткое время кипятил. При этом, по мнению Нидхэма, должны были погибнуть все зародыши, новые же не могли попасть извне, так как сосуды были плотно закрыты. Тем не менее, спустя некоторое время в жидкостях появлялись микробы. Отсюда указанный ученый делал вывод, что он присутствует при явлении самозарождения.
Однако против этого мнения выступил другой ученый, итальянец Спалланцани. Повторяя опыты Нидхэма, он убедился, что более продолжительное нагревание сосудов, содержащих органические жидкости, совершенно их обеспложивает. Между представителями двух противоположных взглядов разгорелся ожесточенный спор. Спалланцани доказывал, что жидкости в опытах Нидхэма не были достаточно прогреты и там оставались зародыши живых существ. На это Нидхэм возражал, что не он нагревал жидкости слишком мало, а, наоборот, Спалланцани нагревал их слишком много и таким грубым приемом разрушал “зарождающую силу” органических настоев, которая очень капризна и непостоянна.
Таким образом, каждый из спорящих остался при своем мнении, и вопрос о самозарождении микробов в гниющих жидкостях не был разрешен ни в ту, ни в другую сторону в течение целого столетия. За это время было сделано немало попыток опытным путем доказать или опровергнуть самозарождение, но ни одна из них не привела к определенным результатам. Вопрос запутывался все больше и больше, и только в половине XIX в. он был окончательно разрешен благодаря блестящим исследованиям гениального французского ученого Пастера.
Пастер прежде всего доказал крайне широкое распространение микроорганизмов. Рядом опытов он показал, что всюду, а в особенности около человеческого жилья, в воздухе носятся мельчайшие зародыши. Они так легки, что свободно плавают в воздухе, лишь очень медленно и постепенно опускаясь на землю.
Таинственное появление микроорганизмов в опытах предыдущих исследователей Пастер объяснял или неполным обеспложиванием среды, или недостаточной защитой жидкостей от проникновения зародышей. Если тщательно прокипятить содержимое колбы и затем предохранять его от зародышей, которые могли бы попасть с притекающим в колбу воздухом, то в ста случаях из ста загнивания жидкости и образования микробов не происходит.
Для обеспложивания притекающего в колбу воздуха Пастер применял самые разнообразные приемы: он или прокаливал воздух в стеклянных и металлических трубках, или защищал горло колбы ватной пробкой, в которой задерживаются все мельчайшие частицы, взвешенные в воздухе, или, наконец, пропускал воздух через тонкую стеклянную трубку, изогнутую в виде буквы S, в этом случае все зародыши механически задерживались на влажных поверхностях изгибов трубки. Всюду, где защита была в достаточной степени надежной, появление микробов в жидкости не наблюдалось. Но, может быть, продолжительное нагревание химически изменило среду и сделало ее непригодной для поддержания жизни? Пастер легко опроверг и это возражение. Он бросал в обеспложенную нагреванием жидкость ватную пробку, через которую пропускался воздух и которая, следовательно, содержала зародышей, жидкость быстро загнивала. Следовательно, прокипяченные настои являются вполне подходящей почвой для развития микробов. Это развитие не происходит только потому, что нет зародыша. Как только зародыш попадает в жидкость, так сейчас же он прорастает и дает пышный урожай.
Опыты Пастера с несомненностью показали, что самозарождения микробов в органических настоях не происходит. Все живые организмы развиваются из зародышей, т. е. берут свое начало от других живых существ. Но каким же образом появились первые живые существа? Как зародилась на Земле жизнь?
3. Теория панспермии.
Пастера справедливо считают отцом науки о простейших организмах - микробиологии. Благодаря его работам был дан толчок к обширнейшим исследованиям невидимого простым глазом мира мельчайших существ, населяющих землю, воду и воздух. Эти исследования уже не были направлены, как раньше, на одно только описание форм микроорганизмов; бактерии, дрожжи, инфузории, амебы и т.д. изучались и с точки зрения условий их жизни, их питания, дыхания, размножения, с точки зрения тех изменений, которые они производят в окружающей их среде, и, наконец, с точки зрения их внутренней структуры, их тончайшего строения. Чем дальше шли эти исследования, тем все больше и больше обнаруживалось, что простейшие организмы устроены совсем не так просто, как это думали раньше.
Тело всякого организма - растения, улитки, червя, рыбы, птицы, зверя, человека, - состоит из мельчайших пузырьков, видимых только в микроскоп. Оно составлено из этих пузырьков-клеток, как дом сложен из кирпичей. Разные органы различных животных и растений содержат клетки, отличающиеся друг от друга по своему виду. Приспосабливаясь к той работе, которая возложена на данный орган, клетки, его составляющие, так или иначе, изменяются, но в принципе все клетки всех организмов сходны между собой. Микроорганизмы отличаются только тем, что все их тело состоит всего-навсего из одной-единственной клетки. Это принципиальное сходство всех организмов подтверждает общепринятую теперь в науке мысль, что все живущее на Земле связано, так сказать, кровным родством. Более сложные организмы произошли из более простых, постепенно изменяясь и совершенствуясь. Таким образом, стоит только разъяснить себе образование какого-нибудь простейшего организма - и происхождение всех животных и растений становится понятным.
Но, как уже было сказано, и простейшие, состоящие всего из одной клеточки, представляют себе весьма сложные образования. Их главная составная часть, так называемая протоплазма, - это полужидкое, тягучее студенистое вещество, пропитанное водой, но в воде нерастворимое. В состав протоплазмы входит целый ряд исключительно сложных химических соединений (главным образом белков и их производных), которые нигде в другом месте не встречаются, только в организмах. Эти вещества не просто смешаны, а находятся в особом, мало еще до сего времени исследованном состоянии, благодаря которому протоплазма обладает тончайшей, плохо различимой даже в микроскоп, но чрезвычайно сложной структурой. Предположение о том, что такое сложное образование с вполне определенной тонкой организацией могло самопроизвольно зародиться в течение нескольких часов в бесструктурных растворах, какими являются бульоны и настои, так же дико, как и предположение об образовании лягушек из майской росы или мышей из зерна.
Исключительная сложность строения даже наиболее простых организмов так поразила умы некоторых ученых, что они пришли к убеждению о существовании непроходимой пропасти между живым и неживым. Переход неживого в живое, организованное казался им абсолютно невозможным ни в настоящем, ни в прошлом. “Невозможность самозарождения в какое бы то ни было время, говорит известный английский физик В. Томсон, нужно считать так же прочно установленной, как закон всемирного тяготения”.
Но как же тогда произошла жизнь на Земле? Ведь было время, когда Земля, по общепринятому теперь в науке взгляду, представляла собой раскаленный добела шар. За это говорят и астрономия, и геология, и минералогия, и прочие точные науки - это несомненно. Значит, на Земле существовали такие условия, при которых жизнь была невозможна, немыслима. Только после того, как земной шар потерял значительную часть своего тепла, рассеяв его в холодное межпланетное пространство, только после того, как охлажденные водяные пары образовали первые тепловые моря, стало возможно существование организмов, подобных тем, которые мы сейчас наблюдаем. Для разъяснения этого противоречия была создана теория, носящая довольно сложное название - теории панспермии.
Основателем этой теории является Г. Э. Рихтер. Исходя из представления, что в мировом пространстве везде носятся маленькие частицы твердого вещества (космозои), отделившиеся от небесных тел, указанный автор допускал, что одновременно с этими частицами, может быть прилепившись к ним, носятся жизнеспособные зародыши микроорганизмов. Таким, образом эти зародыши могут переноситься с одного, заселенного организмами небесного тела на другое, где жизни еще нет. Если на этом последнем уже создались благоприятные жизненные условия, в смысле подходящей температуры и влажности, то зародыши начинают прорастать, развиваться и являются впоследствии родоначальниками всего органического мира данной планеты.
Эта теория приобрела в научном мире много сторонников, между которыми были даже такие выдающиеся умы, как Гельмгольц и В.Томсон. Ее защитники стремились главным образом научно обосновать возможность такого переноса зародышей с одного небесного тела на другое, при котором сохранялась бы жизнеспособность этих зародышей. Ведь на самом деле, в конце концов главный вопрос заключается именно в том, может ли спора совершить такое длительное и полное опасностей путешествие, как перелет из одного мира в другой, не погибнув, сохранив способность прорасти и развиться в новый организм. Разберем подробно, какие опасности встречаются на пути зародыша.
Прежде всего это холод межпланетного пространства (220° ниже нуля). Отделившись от родной планеты, зародыш обречен долгие годы, столетия и даже тысячелетия носиться при такой ужасающей температуре, прежде чем счастливый случай даст ему возможность опуститься на новую землю. Невольно является сомнение, способен ли зародыш выдержать такое испытание. Для решения этого вопроса обращались к исследованию устойчивости по отношению к холоду современных нам спор. Опыты, произведенные в этом направлении, показали, что холод зародыши микроорганизмов выносят превосходно. Они сохраняют свою жизнеспособность даже после шестимесячного пребывания при 200° ниже нуля. Конечно, 6 месяцев не 1000 лет, но все же опыт дает нам право предполагать, что по крайней мере некоторые из зародышей могут перенести страшный холод межпланетного пространства.
Гораздо большую опасность для зародышей представляет их полная незащищенность от световых лучей. Их путь меж планетами пронизан лучами солнц, губительными для большинства микробов. Некоторые бактерии погибают от действия прямых солнечных лучей уже в течение нескольких часов, другие более устойчивы, но на всех без исключения микробов очень сильное освещение действует неблагоприятно. Однако это неблагоприятное действие в значительной степени ослабляется в отсутствие кислорода воздуха, а мы знаем, что в межпланетном пространстве воздуха нет, и потому можем не без основания предполагать, что зародыши жизни выдержат и это испытание.
Но вот счастливый случай дает возможность зародышу попасть в сферу притяжения какой-либо планеты с благоприятными для развития жизни условиями температуры и влажности. Скитальцу осталось, только, подчиняясь силе тяжести, упасть на его новую Землю. Но как раз тут, почти уже в мирной гавани, и ждет его грозная опасность. Ранее зародыш носился в безвоздушном пространстве, но теперь, прежде чем упасть на поверхность планеты, он должен пролететь через довольно толстый слой воздуха, окутывающий со всех сторон эту планету.
Всем, конечно, хорошо известно явление “падающих звезд”-- метеоров. Современная наука объясняет это явление следующим образом. В межпланетном пространстве носятся твердые тела и частицы различных размеров, возможно, осколки планет или комет, залетевшие в нашу солнечную систему из отдаленнейших мест Вселенной. Пролетая поблизости от земного шара, они притягиваются этим последним, но, прежде
чем упасть на его поверхность, они должны пролететь через воздушную атмосферу. Вследствие трения о воздух быстро падающий метеорит нагревается до белого каления и становится видимым на темном небесном своде. Только немногие из метеоритов достигают земли, большинство сгорает от сильного жара еще далеко от ее поверхности.
Подобной же участи должны подвергнуться и зародыши. Однако различные соображения показывают, что подобного рода гибель не является обязательной. Есть основания предполагать, что по крайней мере некоторые из зародышей, попавшие в атмосферу той или иной планеты, доберутся до ее поверхности жизнеспособными.
Вместе с тем не нужно забывать о тех колоссальных астрономических промежутках времени, в течение которых Земля могла засеваться зародышами из других миров. Эти промежутки исчисляются миллионами лет! Если за это время из многих миллиардов зародышей хотя бы один добрался благополучно до поверхности Земли и нашел здесь подходящие для своего развития условия, то этого было бы уже достаточно для образования всего органического мира. Между тем эта возможность при современном состоянии науки представляется хотя и маловероятной, но допустимой; во всяком случае, у нас нет фактов, которые ей прямо противоречили бы.
Однако теория панспермии является ответом только на вопрос происхождении земной жизни, а отнюдь не на вопрос о происхождении жизни вообще.
“Если это предположение,- говорит Карус Штерне,- лишь отодвигает начало жизни к первому по времени своего появления миру небесного пространства, то с философской точки зрения оно совершенно бесполезный труд; ибо что могло случиться в первом мире, то возможно во втором и в третьем, будет ли то акт творения или самопроизвольного зарождения”.
“Одно из двух,- говорит Гельмгольц.- Органическая жизнь или когда-либо началась (зародилась), или существует вечно”. Если признать первое, то теория панспермии теряет всякий логический смысл, так как если жизнь могла зародиться где-либо во вселенной, то, исходя из однообразия мира, мы не имеем никаких оснований утверждать, что она не могла зародиться и на Земле. Поэтому сторонники разбираемой теории принимают положение о вечности жизни. Они признают, что “жизнь только меняет свою форму, но никогда не создается из мертвой материи”.
Таким образом, они сразу и окончательно ставят крест над дальнейшим исследованием вопроса о происхождении жизни. Они стремятся вырыть непроходимый ров между живым и неживым и поставить предел стремлениям человеческого ума к тем безграничным обобщениям, к которым ведет его точная наука.
4.Эволюция жизни на Земле: от простого к сложному
В настоящее время, да, наверное, и в будущем, наука не сможет дать ответ на вопрос, как выглядел самый первый организм, появившийся на Земле, – предок, от которого берут начало три основные ветви древа жизни. Одна из ветвей – эукариоты, клетки которых имеют оформленное ядро, содержащее генетический материал, и специализированные органеллы: митохондрии, вырабатывающие энергию, вакуоли и др. К эукариотным организмам относятся водоросли, грибы, растения, животные и человек.
Вторая ветвь – это бактерии – прокариотные (доядерные) одноклеточные организмы, не имеющие выраженного ядра и органелл. И наконец, третья ветвь – одноклеточные организмы, именуемые археями, или архебактериями, клетки которых имеют такое же строение, как и у прокариот, но совсем другую химическую структуру липидов.
Многие архебактерии способны выживать в крайне неблагоприятных экологических условиях. Некоторые из них являются термофилами и обитают только в горячих источниках с температурой 90 °С и даже выше, где другие организмы попросту погибли бы. Превосходно чувствуя себя в таких условиях, эти одноклеточные организмы потребляют железо и серусодержащие вещества, а также ряд химических соединений, токсичных для других форм жизни. По мнению ученых, найденные термофильные архебактерии являются крайне примитивными организмами и в эволюционном отношении – близкими родственниками самых древних форм жизни на Земле.
Интересно, что современные представители всех трех ветвей жизни, наиболее похожие на своих прародителей, и сегодня обитают в местах с высокой температурой. Исходя из этого, некоторые ученые склонны считать, что, вероятнее всего, жизнь возникла около 4 млрд лет тому назад на дне океана вблизи горячих источников, извергающих потоки, богатые металлами и высокоэнергетическими веществами. Взаимодействуя друг с другом и с водой стерильного тогда океана, вступая в самые разнообразные химические реакции, эти соединения дали начало принципиально новым молекулам. Так, в течение десятков миллионов лет в этой “химической кухне” готовилось самое большое блюдо – жизнь. И вот около 4,5 млрд лет тому назад на Земле появились одноклеточные организмы, одинокое существование которых продолжалось весь докембрийский период.
Всплеск эволюции, давший начало многоклеточным организмам, произошел гораздо позже, немногим более полумиллиарда лет назад. Хотя размеры микроорганизмов столь малы, что в одной капле воды могут поместиться миллиарды, масштабы проведенной ими работы грандиозны.
Полагают, что первоначально в земной атмосфере и Мировом океане не было свободного кислорода, и в этих условиях жили и развивались лишь анаэробные микроорганизмы. Особым шагом в эволюции живого было возникновение фотосинтезирующих бактерий, которые, используя энергию света, превращали углекислый газ в углеводные соединения, служащие пищей для других микроорганизмов. Если первые фотосинтетики выделяли метан или сероводород, то появившиеся однажды мутанты начали вырабатывать в процессе фотосинтеза кислород. По мере накопления кислорода в атмосфере и водах анаэробные бактерии, для которых он губителен, заняли бескислородные ниши.
В древних ископаемых остатках, найденных в Австралии, возраст которых исчисляется 3,46 млрд лет, были обнаружены структуры, которые считают останками цианобактерий – первых фотосинтезирующих микроорганизмов. О былом господстве анаэробных микроорганизмов и цианобактерий свидетельствуют строматолиты, встречающиеся в мелководных прибрежных акваториях не загрязненных соленых водоемов. По форме они напоминают большие валуны и представляют интересное сообщество микроорганизмов, живущее в известняковых или доломитовых породах, образовавшихся в результате их жизнедеятельности. На глубину нескольких сантиметров от поверхности строматолиты насыщены микроорганизмами: в самом верхнем слое обитают фотосинтезирующие цианобактерии, вырабатывающие кислород; глубже обнаруживаются бактерии, которые до определенной степени терпимы к кислороду и не нуждаются в свете; в нижнем слое присутствуют бактерии, которые могут жить только в отсутствие кислорода. Расположенные в разных слоях, эти микроорганизмы составляют систему, объединенную сложными взаимоотношениями между ними, в том числе пищевыми. За микробной пленкой обнаруживается порода, образующаяся в результате взаимодействия остатков отмерших микроорганизмов с растворенным в воде карбонатом кальция. Ученые считают, что когда на первобытной Земле еще не было континентов и лишь архипелаги вулканов возвышались над поверхностью океана, мелководье изобиловало строматолитами.
В результате жизнедеятельности фотосинтезирующих цианобактерий в океане появился кислород, а примерно через 1 млрд лет после этого он начал накапливаться в атмосфере. Сначала образовавшийся кислород взаимодействовал с растворенным в воде железом, что привело к появлению окислов железа, которые постепенно осаждались на дне. Так в течение миллионов лет с участием микроорганизмов возникли огромные залежи железной руды, из которой сегодня выплавляется сталь.
Затем, когда основное количество железа в океанах подверглось окислению и уже не могло связывать кислород, он в газообразном виде ушел в атмосферу.
После того как фотосинтезирующие цианобактерии создали из углекислого газа определенный запас богатого энергией органического вещества и обогатили земную атмосферу кислородом, возникли новые бактерии – аэробы, которые могут существовать только в присутствии кислорода. Кислород им необходим для окисления (сжигания) органических соединений, а значительная часть получаемой при этом энергии превращается в биологически доступную форму – аденозинтрифосфат (АТФ). Этот процесс энергетически очень выгоден: анаэробные бактерии при разложении одной молекулы глюкозы получают только 2 молекулы АТФ, а аэробные бактерии, использующие кислород, – 36 молекул АТФ.
С появлением достаточного для аэробного образа жизни количества кислорода дебютировали и эукариотные клетки, имеющие в отличие от бактерий ядро и такие органеллы, как митохондрии, лизосомы, а у водорослей и высших растений – хлоропласты, где совершаются фотосинтетические реакции. По поводу возникновения и развития эукариот существует интересная и вполне обоснованная гипотеза, высказанная почти 30 лет назад американским исследователем Л.Маргулисом. Согласно этой гипотезе митохондрии, выполняющие функции фабрик энергии в эукариотной клетке, – это аэробные бактерии, а хлоропласты растительных клеток, в которых происходит фотосинтез, – цианобактерии, поглощенные, вероятно, около 2 млрд лет назад примитивными амебами. В результате взаимовыгодных взаимодействий поглощенные бактерии стали внутренними симбионтами и образовали с поглотившей их клеткой устойчивую систему – эукариотную клетку.
Исследования ископаемых останков организмов в породах разного геологического возраста показали, что на протяжении сотен миллионов лет после возникновения эукариотные формы жизни были представлены микроскопическими шаровидными одноклеточными организмами, такими как дрожжи, а их эволюционное развитие протекало очень медленными темпами. Но немногим более 1 млрд лет назад возникло множество новых видов эукариот, что обозначило резкий скачок в эволюции жизни.
Прежде всего это было связано с появлением полового размножения. И если бактерии и одноклеточные эукариоты размножались, производя генетически идентичные копии самих себя и не нуждаясь в половом партнере, то половое размножение у более высокоорганизованных эукариотных организмов происходит следующим образом. Две гаплоидные, имеющие одинарный набор хромосом половые клетки родителей, сливаясь, образуют зиготу, имеющую двойной набор хромосом с генами обоих партнеров, что создает возможности для новых генных комбинаций. Возникновение полового размножения привело к появлению новых организмов, которые и вышли на арену эволюции.
Три четверти всего времени существования жизни на Земле она была представлена исключительно микроорганизмами, пока не произошел качественный скачок эволюции, приведший к появлению высокоорганизованных организмов, включая человека. Проследим основные вехи в истории жизни на Земле по нисходящей линии.
1,2 млрд лет назад произошел взрыв эволюции, обусловленный появлением полового размножения и ознаменовавшийся появлением высокоорганизованных форм жизни – растений и животных.
Образование новых вариаций в смешанном генотипе, возникающем при половом размножении, проявилось в виде биоразнообразия новых форм жизни.
2 млрд лет назад появились сложноорганизованные эукариотные клетки, когда одноклеточные организмы усложнили свое строение за счет поглощения других прокариотных клеток. Одни из них – аэробные бактерии – превратились в митохондрии – энергетические станции кислородного дыхания. Другие – фотосинтетические бактерии – начали осуществлять фотосинтез внутри клетки-хозяина и стали хлоропластами в клетках водорослей и растений. Эукариотные клетки, имеющие эти органеллы и четко обособленное ядро, включающее генетический материал, составляют все современные сложные формы жизни – от плесневых грибов до человека.
3,9 млрд лет назад появились одноклеточные организмы, которые, вероятно, выглядели, как современные бактерии, и архебактерии. Как древние, так и современные прокариотные клетки устроены относительно просто: они не имеют оформленного ядра и специализированных органелл, в их желеподобной цитоплазме располагаются макромолекулы ДНК – носители генетической информации, и рибосомы, на которых происходит синтез белка, а энергия производится на цитоплазматической мембране, окружающей клетку.
4 млрд лет назад загадочным образом возникла РНК. Возможно, что она образовалась из появившихся на первобытной земле более простых органических молекул. Полагают, что древние молекулы РНК имели функции носителей генетической информации и белков-катализаторов, они были способны к репликации (самоудвоению), мутировали и подвергались естественному отбору. В современных клетках РНК не имеют или не проявляют этих свойств, но играют очень важную роль посредника в передаче генетической информации с ДНК на рибосомы, в которых происходит синтез белков.
Заключение
Жизнь - одна из форм бытия и одна из высших форм движения. Однако при всей очевидности, казалось бы, и наглядности феномена жизни познание сущности жизни, ее критериев, закономерностей развития - дело чрезвычайно сложное. Показателем этой сложности служит факт, что до сих пор отсутствует определение жизни, которое удовлетворяло бы научным требованиям. Современная наука во взгляде на жизнь исходит из представлений о качественном отличии живого от неживого, о наличии общих свойств у растительного и животного мира, включая человека. Естественнонаучное познание жизни осуществляется по многим направлениям. Практически в него вовлечены все науки. И все же основная тяжесть выпадает на биологию - науку о жизни.
Познание жизни - первоочередная в числе задач, к решению которых человек приступил с момента своего осознанного существования. И это понятно, ибо жизнь для него - первейшая ценность; она породила самого человека и ее биологические механизмы в совокупности с социальными факторами составляют суть человеческой природы.
Список используемой литературы
1. Бернал Д. "Возникновение жизни" Приложение №1: Опарин А.И. "Происхождение жизни" М., "Мир",1969.
2. Поннамперума С. "Происхождение жизни", М., "Мир", 1977.
3. Лорен Грэхэм Глава III. Проблема происхождения жизни
4. Вернадский В.И. Живое вещество, М., 1978.
5. Чернавский, Дмитрий Сергеевич. Проблема происхождения жизни и мышления с точки зрения современной физики // Успехи физических наук. Т. 170. 2000. № 2. С. 157—183.
