Стратегія життя

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Стратегія життя. Пристосування, прогрес, енергетичне та інформаційне забезпечення

млрд. Численні знахідки вчених у вигляді скам'янілостей, відбитків в м'яких породах і інших об'єктивних свідчень вказують на те, що життя на Землі існує не менше 3,5 млрд. років. млрд. Протягом більш ніж 3 млрд. років область її розповсюдження обмежувалася виключно водним середовищем. До моменту виходу на сушу життя вже була представлена ​​різноманітними формами: прокаріоти, нижчими та вищими рослинами, найпростішими і багатоклітинними тваринами, включаючи ранніх представників хребетних.

За вказаний період відбулися еволюційні перетворення, що визначили обличчя сучасного органічного світу і, отже, поява людини. Знайомство з найважливішими з них допомагає зрозуміти стратегію життя.

Організми, які з'явилися першими, сучасна наука називає прокариотами. Це одноклітинні істоти, що відрізняються відносною простотою будови і функцій. До них відносяться бактерії і синьо-зелені водорості (ціанобактерії). Про простоту їх організації свідчить, наприклад, що була у них невеликий обсяг спадкової інформації. Для порівняння: довжина ДНК сучасної бактерії, кишкової палички, становить 4.10 6 пар нуклеотидів. Не більше ДНК було, мабуть, і у стародавніх прокаріотів. млрд. Названі організми панували на Землі більше 2 млрд. років. З їх еволюцією пов'язана поява, по-перше, механізму фотосинтезу і, по-друге, організмів еукаріотичного типу.

Фотосинтез відкрив доступ до практично невичерпної комори сонячної енергії, яка за допомогою цього механізму накопичується в органічних речовинах і потім використовують у процесах життєдіяльності. Широке поширення фотосинтезуючих автотрофних організмів, насамперед зелених рослин, призвело до утворення і накопичення в атмосфері Землі кисню. раз). Це створило передумови для виникнення в еволюції механізму дихання, який відрізняється від безкисневих (анаеробних) механізмів енергозабезпечення життєвих процесів набагато більшою ефективністю (приблизно в 18 разів).

млрд. Еукаріоти з'явилися серед мешканців планети близько 1,5 млрд. років тому. Відрізняючись від прокаріотів більш складною організацією, вони використовують у своїй життєдіяльності більший обсяг спадкової інформації. 5·10 9 пар нуклеотидов, т.е. Так, загальна довжина молекул ДНК в ядрі клітини ссавця становить приблизно 2 - 5.10 9 пар нуклеотидів, тобто раз превосходит длину молекулы ДНК бактерии. в 1000 разів перевершує довжину молекули ДНК бактерії.

млн. Спочатку еукаріоти мали одноклітинне будову. Доісторичні одноклітинні еукаріоти послужили основою для виникнення в процесі еволюції організмів, що мають многоклеточное будова тіла. Вони з'явилися на Землі близько 600 млн. років тому і дали широке розмаїття живих істот, що розселилися в трьох основних середовищах: водної, повітряної, наземної. приобрела устойчивый окислительный характер. Корисно помітити, що багатоклітинного виникла в еволюції в період, коли атмосфера планети, збагатившись 0 2, придбала стійкий окислювальний характер.

млн. Близько 500 млн. років тому серед багатоклітинних з'являються хордові тварини, загальний план будови яких радикальним чином відрізняється від плану будови істот, що населяли планету до їх появи. млн. У процесі подальшої еволюції саме в цій групі виникають хребетні тварини. Серед них приблизно 200-250 млн. вскармливание народившегося детеныша молоком. років тому з'являються ссавці, характерною рисою яких стає особливий тип турботи про потомство - вигодовування народившегося дитинча молоком. Названа риса відповідає новому типу відносин між батьками і потомством, сприяє зміцненню зв'язків між поколіннями, створенню умов для виконання батьками виховної функції, передачі ними досвіду.

млн. лет назад). Саме через групу ссавців тварин, зокрема через загін приматів, пройшла лінія еволюції, ведуча до людини (приблизно 1, 8 млн. років тому). Однозначної відповідності рівню морфофізіологічної організації кількості ДНК серед представників різних класів багатоклітинних тварин не встановлено. · 1 0 8 , амфибий – 8 ·10 8 , рептилий – 10 9 , млекопитающих – 2 · 10 9 пар нуклеотидов . Проте для появи процвітаючого класу комах знадобилося, щоб загальна довжина молекули ДНК в геномі перевищила 10 8 пар нуклеотидів, попередників хордових - 4 · 1 0 8, амфібій - 8 · 10 8, рептилій - 10 9, ссавців - 2 · 10 вересня пар нуклеотидів.

Вище названі вузлові пункти історичного розвитку життя від одноклітинних форм до людей, наділених розумом і здатністю до активної творчої діяльності і свідомому перебудови середовища життя. И в наши дни органический мир представлен наряду с эукариотами микроорганизмами и синезелеными водорослями, относящимися к прокариотам. Знайомство зі складом мешканців планети на будь-якому з етапів розвитку життя свідчить про його розмаїтті, співіснування в одні й ті ж періоди організмів, що розрізняються як за загальним планом будови тіла, так і за часом появи в процесі еволюції. І в наші дні органічний світ представлений поряд з еукаріотами мікроорганізмами і синьозеленими водоростями, які належать до прокариотам. На тлі різноманіття багатоклітинних еукаріотичних організмів є значна кількість видів одноклітинних еукаріотів.

Изменение объема уникальных нуклеотидных последовательностей в геномах в процессе прогрессивной эволюции Рис. 1. Зміна обсягу унікальних нуклеотидних послідовностей в геномах в процесі прогресивної еволюції

Заслуговує згадки ще одна обставина, що характеризує органічний світ в узагальненому вигляді. Серед організмів різного плану будови, співіснуючих у певний історичний період часу, деякі форми, що мали колись широке поширення, представлені відносно невеликою кількістю особин і займають обмежену територію. Фактично вони лише підтримують своє перебування в часі, уникаючи (завдяки наявності у них певних пристосувань) вимирання в ряду поколінь. Інші, навпаки, збільшують свою чисельність, освоюють нові території та екологічні ніші. У таких групах виникають різноманітні варіанти організмів, що відрізняються в тій чи іншій мірі від предкової форми і один від одного деталями будови, фізіології, поведінки, екології.

З викладеного можна зробити висновок, що еволюція життя на Землі характеризується такими загальними рисами. По-перше, виникнувши у вигляді найпростіших одноклітинних форм, життя у своєму розвитку закономірно породжувала істоти з усе більш складним типом організації тіла, досконалими функціями, підвищеним ступенем незалежності від прямих впливів з боку навколишнього середовища на виживання. По-друге, будь-які варіанти живих форм, що виникали на планеті, зберігаються так довго, як довго існують геохімічні, кліматичні, біогеографічні умови, що задовольняють в достатній мірі їх життєвим запитам. По-третє, у своєму розвитку окремі групи організмів проходять стадії підйому і нерідко спаду. Стадія, досягнута групою на даний історичний момент, визначається по тому місцю, яке їй належить на цей момент в органічному світі в залежності від чисельності та поширеності.

Розвитку подій чи явищ у часі відповідає поняття прогресу. З урахуванням описаних вище загальних рис у процесі історичного розвитку життя спостерігаються три форми прогресу, що якісно відрізняються один від одного. Ці форми по-різному характеризують положення відповідної групи організмів, досягнута в результаті попередніх етапів еволюції, екологічні й еволюційні перспективи.

Филогенетические отношения основных групп растений, грибов, животных и прокариот Рис. 2 філогенетичні відносини основних груп рослин, грибів, тварин і прокаріот

Пунктиром позначено передбачуване положення груп

таксонов. Биологический прогресс соответствует понятию процветания. Біологічним прогресом називають стан, коли чисельність особин в групі від покоління до покоління зростає, розширюється територія (ареал) їх розселення, наростає кількість підлеглих груп нижчого рангу - таксонів. Біологічний прогрес відповідає поняттю процвітання. З нині існуючих груп до процвітаючим відносять комах, ссавців. млн. Період процвітання, приміром, плазунів завершився близько 60-70 млн. років тому.

Морфофизиологический прогрес означає стан, що купується групою в процесі еволюції, яке дає можливість частини її представників вижити і розселитися в середовищі проживання з більш різноманітними і складними умовами. Таке стає можливим завдяки появі істотних змін у будові, фізіології і поведінці організмів, розширюють їх пристосувальні можливості за рамки звичайних для предкової групи. Із трьох головних середовищ існування наземна представляється найбільш складною. Відповідно вихід тварин на сушу, наприклад, у групі хребетних, був пов'язаний з рядом радикальних перетворень кінцівок, дихальної та серцево-судинної систем, процесу розмноження.

Поява серед земних мешканців людини відповідає якісно нового стану життя. Перехід до цього стану, хоча і був підготовлений ходом еволюційного процесу, означає зміну законів, якою йде розвиток людства, з біологічних на соціальні. Внаслідок названої зміни виживання і неухильне зростання чисельності людей, їх розселення по території планети, проникнення в глибини океану, надра Землі, повітряне і навіть космічний простір визначаються результатами праці та інтелектуальної діяльності, накопиченням і примноженими в ряду поколінь досвіду перетворюючих впливів на природне середовище. Ці дії перетворюють природу в олюднений середовище життя людей.

Ряд послідовних великих еволюційних змін, таких, як еукаріотичний тип організації клітин, багатоклітинного, виникнення хордових, хребетних і, нарешті, ссавців тварин (що обумовило в остаточному підсумку поява людини), складає в історичному розвитку життя лінію необмеженого прогресу. Звернення до трьох форм прогресу , названим вище, допомагає розкрити головні стратегічні принципи еволюції життя, від яких залежать її збереження в часі та поширення по різним середах проживання. По-перше, еволюція за своїми результатами на кожному з етапів носить пристосувальний характер. По-друге, в процесі історичного розвитку закономірно підвищується рівень організації живих форм, що відповідає прогресивному характером еволюції.

Чим вище рівень морфофізіологічної організації, тим більша кількість енергії потрібно для її підтримки. У силу цього ще один стратегічний принцип еволюції полягає в освоєнні нових джерел та ефективних механізмів енергозабезпечення життєвих процесів.

Для утворення високоорганізованих форм у порівнянні з нізкоорганізованних в цілому необхідний більший обсяг спадкової інформації. Закономірне збільшення обсягів яка у життєдіяльності генетичної інформації також є стратегічним принципом розвитку життя.

Властивості життя

Вражаюче різноманіття життя створює великі труднощі для її однозначного та вичерпного визначення як особливого явища природи. У багатьох визначеннях життя, що пропонувалися видатними мислителями і вченими, вказуються провідні властивості, якісно відрізняють (на думку того чи іншого автора) живе від неживого. Наприклад, життя визначали як «харчування, ріст і постаріння» (Арістотель); «стійке однаковість процесів при відмінності зовнішніх впливів» (Г. Тревіранус); «сукупність функцій, що чинять опір смерті» (М. Біша); «хімічну функцію» ( А. Лавуазьє); «складний хімічний процес» (І. П. Павлов). Незадоволеність вчених цими визначеннями зрозуміла. Спостереження показують, що властивості живого не носять виключного характеру і окремо виявляються серед об'єктів неживої природи.

Визначення життя як «особливої, дуже складної форми руху матерії» (А. І. Опарін) відображає її якісну своєрідність, незвідність біологічних законів до хімічних і фізичних. Однак воно носить загальний характер, не розкриваючи конкретного змісту цієї своєрідності.

У практичному відношенні корисні визначення, засновані на виділенні комплексу властивостей, який обов'язковий для живих форм. Одне з них характеризує життя як макромолекулярних відкриту систему, якій властиві ієрархічна організація, здатність до самовідтворення, обмін речовин, тонко регульований потік енергії. Життя, згідно з цим визначенням, представляє собою ядро впорядкованості, що поширюється в менш упорядкованою Всесвіту.

Розглянемо головні, обов'язкові властивості життя більш докладно. обмен веществ. Его содержание составляют взаимосвязанные и сбалансированные процессы ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катаболизм). Живим істотам притаманний особливий спосіб взаємодії з навколишнім середовищем - обмін речовин. Його зміст становлять взаємопов'язані і збалансовані процеси асиміляції (анаболізм) і дисиміляції (катаболізм). расщепление органических соединений с целью обеспечения различных сторон жизнедеятельности необходимыми веществами и энергией. Результатом асиміляції є утворення та оновлення структур організму, дисиміляції - розщеплення органічних сполук з метою забезпечення різних сторін життєдіяльності необхідними речовинами і енергією. Для здійснення обміну речовин необхідний постійний приплив певних речовин ззовні; деякі продукти дисиміляції виділяються в зовнішнє середовище. Таким чином, організм є по відношенню до навколишнього середовища відкритою системою.

Процеси асиміляції та дисиміляції представлені численними хімічними реакціями, об'єднаними в метаболічні ланцюги, цикли, каскади. Останні являють собою сукупність взаємопов'язаних реакцій, перебіг яких суворо впорядковано в часі і просторі. У результаті здійснення клітиною метаболічного циклу досягається певний біологічний результат: з амінокислот утворюється молекула білка, молекула молочної кислоти розщеплюється до С0 2 і Н 2 0. Упорядкованість різних сторін обміну речовин досягається завдяки структурованості об'єму клітини, наприклад виділення в ній водної та ліпідної фаз, наявності обов'язкових внутрішньоклітинних структур, таких, як мітохондрії, лізосоми та ін На важливість властивості структурованості вказує наступний приклад. раз. Тіло мікоплазми (мікроорганізму, що займає за розмірами проміжне положення між вірусами і бактеріями типовими) перевершує по діаметру атом водню всього в 1000 разів. биохимических реакций, необходимых для жизнедеятельности этого организма. Навіть у такому малому обсязі здійснюється приблизно 100 біохімічних реакцій, необхідних для життєдіяльності цього організму. реакций. Для порівняння: життєдіяльність клітини людини вимагає узгодженого протікання більше 10000 реакцій.

Зі сказаного випливає, що структурованість необхідна для ефективного обміну речовин. З іншого боку, будь-яка впорядкованість для своєї підтримки вимагає витрати енергії. Для з'ясування характеру зв'язків між структурованістю, обміном речовин та відкритістю живих систем корисно звернутися до поняття ентропії.

Відповідно до закону збереження енергії (перший початок термодинаміки), при хімічних та фізичних перетвореннях вона не зникає і не утворюється знову, а переходить з однієї форми в іншу. Тому теоретично будь-який процес повинен протікати однаково легко в прямому і зворотному напрямках. У природі такого, проте, не спостерігається. Без впливів ззовні процеси в системах йдуть в одному напрямку: теплота переходить від більш теплого об'єкта до холодного, у розчині молекули переміщуються з зони високої концентрації в зону з малою концентрацією і т.д.

У наведених прикладах первісний стан системи завдяки наявності градієнтів температури або концентрації характеризувалося певною структурованістю. Природний розвиток процесів неминуче призводить до стану рівноваги як статистично більш імовірному. Одночасно втрачається структурованість. Мірою незворотності природних процесів служить ентропія, кількість якої в системі назад пропорційно ступеню впорядкованості (структурованості).

Закономірності зміни ентропії описуються другим початком термодинаміки. Згідно з цим законом, у енергетично ізольованій системі при нерівних процесах кількість ентропії змінюється в один бік. Воно збільшується, стаючи максимальним після досягнення стану рівноваги. Живий організм відрізняється високим ступенем структурованості і низькою ентропією. Це досягається завдяки постійному припливу ззовні енергії, яка використовується на підтримку внутрішньої структури. Здатність протистояти наростанню ентропії, зберігати високий рівень впорядкованості є обов'язковим властивістю життя.

Життя представляє собою постійний процес самооновлення, в результаті якого відтворюються структури, відповідні зношується і втрачає. Це досягається завдяки використанню живими формами для побудови своїх структур і забезпечення всіх сторін життєдіяльності біологічної (генетичної) інформації. Остання відбиралася за ознакою біологічної корисності в процесі еволюції видів, що населяють планету. Вона зберігається, записана за допомогою спеціального коду, в спадковому речовині клітин.

биологических полимеров, не встречающихся в природных условиях в неживых объектах. Молекулярний механізм використання живими організмами біологічної інформації заснований на функціонуванні в клітинах унікальних хімічних сполук - біологічних полімерів, які не зустрічаються в природних умовах в неживих об'єктах. По-перше, це білки, які, виконуючи роль біологічних каталізаторів (ферменти), обумовлюють перебіг біохімічних реакцій у потрібному напрямку, з достатньою швидкістю, при досить м'яких умовах температури і тиску. Ферменти відрізняються специфічністю. Вони каталізують перетворення речовин певного хімічної будови або навіть окремого речовини. Специфічність ферментів, так само як і білків, що не виконують каталітичної функції, залежить від первинної структури білка, тобто сталості послідовності амінокислот в їх молекулі. Білки організму постійно оновлюються. Найважливішою особливістю є те, що кожне чергове покоління білкових молекул зберігає вихідну первинну структуру. Таким чином, кожного разу білки несуть в собі одну й ту ж біологічну інформацію і, отже, виконують одні й ті ж функції, необхідні клітці або організму.

РНК. Сталість біологічної інформації білкових молекул досягається тим, що в якості матриць для їх синтезу використовуються молекули нуклеїнових кислот. Інформація, що зберігається в ДНК, переноситься на білок за допомогою молекул рибонуклеїнової кислоти - РНК. Зберігання і використання біологічної (генетичної) інформації на основі унікальних інформаційних макромолекул білків і нуклеїнових кислот становить важливу властивість життя.

Зберігання інформації в ДНК, утилізація її в процесі життєдіяльності шляхом перенесення на білки і далі на різні біологічні структури знаходять своє відображення в наявності генотипу та фенотипу, що також обов'язково для всіх живих істот. индивидуального развития, типичного для живых форм. Втілення вихідної спадкової інформації генотипу в інформацію робочих структур організму відбувається в процесі онтогенезу - індивідуального розвитку, типового для живих форм. У ході цього процесу проявляється така властивість, як здатність до зростання.

Організми мають властивість змінювати свій стан в залежності від коливань параметрів навколишнього або внутрішнього середовища. Така реакція має пристосувальне значення і залежить від наявності механізмів реєстрації відповідних коливань, аналізу даних, що надходять, вироблення рішень за змістом і інтенсивності відповіді. Назване властивість дозволяє розглядати живі форми як кібернетичні пристрої, які підкоряються законам передачі і переробки інформації. Термін інформація вживається тут у широкому сенсі. Біологічна інформація, про яку йшла мова, якісно і кількісно відповідає спадкової інформації ДНК. Інформація в кібернетичному сенсі включає і особистий досвід організму. Індивідуальні реакції живих істот на зовнішні і внутрішні стимули обумовлюються такими загальними властивостями життя, як подразливість і збудливість.

Область життя представлена ​​сукупністю окремих організмів, тобто характеризується дискретністю. Тривалість життя організмів обмежена. У зв'язку з цим збереження життя у часі залежить від такого її властивості, як здатності до розмноження, тобто до відтворення собі подібних за типом обміну речовин і головним рисам морфофізіологічної організації.

Існують також властивості, що поширюються на сферу життя в цілому. Вони відображають універсальні принципи її існування в часі і просторі. включенность организмов в процесс эволюции. Благодаря этому жизнь как особое явление материального мира сохраняется на протяжении вот уже более 3 млрд. Одне з таких властивостей - включеність організмів у процес еволюції. Завдяки цьому життя як особливе явище матеріального світу зберігається на протязі ось вже більше 3 млрд. років. существование отдельных организмов лишь во взаимодействии с другими в составе особых сообществ – биоценозов. Друге таке властивість - існування окремих організмів лише у взаємодії з іншими в складі особливих спільнот - біоценозів.

Походження життя

Існують дві головні гіпотези, по-різному пояснюють появу життя на Землі. Відповідно до гіпотези панспермії, життя занесене з космосу або у вигляді спор мікроорганізмів, або шляхом навмисного «заселення» планети розумними прибульцями з інших світів.

Прямих свідчень на користь космічного походження життя немає. раствор которых послужил средой для развития жизни. Космос, проте, разом з вулканами міг бути джерелом низькомолекулярних органічних сполук, розчин яких послужив середовищем для розвитку життя.

млрд. Сучасною наукою вік Землі оцінюється в 4,5-4,6 млрд. років. млрд. Поява планети перших водойм, з якими пов'язують зародження життя, відстоїть від теперішнього часу на 3,8-4 млрд. років. млрд. Вважають, що близько 3,8 млрд. років тому життя могла стати визначальним фактором планетарного кругообігу вуглецю. млрд. У породах поблизу містечка Фіг-Три (Південна Африка), що мають вік понад 3,5 млрд. років, виявлені безперечні сліди життєдіяльності мікроорганізмів.

Таким чином, процес утворення примітивних живих істот йшов відносно швидко. Прискоренню процесу могло сприяти те, що найпростіші органічні речовини були з декількох джерел: абиогенно утворюються в первинній атмосфері і в той же час надходять з осідає на поверхню планети космічної та вулканічним пилом. млрд. Підраховано, що Земля, проходячи через пилові хмари протягом 1 млрд. млрд. років, могла отримати з космічним пилом 10 млрд. т органічного матеріалу. раз меньше суммарной биомассы современных наземных организмов (3• 10 12 т). Це всього в 300 разів менше сумарної біомаси сучасних наземних організмів (3 • 10 12 т). т органических веществ. Вулкан за одне виверження викидає до 1000 т органічних речовин.

Згідно з другою гіпотезою, життя виникло на Землі, коли склалася сприятлива сукупність фізичних і хімічних умов, які зробили можливим абіогенне утворення органічних речовин з неорганічних.

У середині минулого століття Л. Пастер остаточно довів неможливість самозародження життя в теперішніх умовах. У 20 х роках цього століття біохіміки А.І. Опарін і Дж. Холдейн припустили, що в умовах, що мали місце на планеті кілька мільярдів років тому, освіта живої речовини було можливо. До таких умов вони відносили наявність атмосфери відновного типу, води, джерел енергії (у вигляді ультрафіолетового (УФ) і космічного випромінювання , теплоти остигає земної кори, вулканічної діяльності, атмосферних електричних явищ, радіоактивного розпаду), прийнятної температури, а також відсутність інших живих істот.

образовании атмосферы из газов, которые могли бы служить «сырьем» для синтеза органических веществ (метана, оксида и диоксида углерода, аммиака, сероводорода, цианистых соединений), и паров воды; 2) абиогенном (т.е. происходящем без участия организмов) образовании простых органических веществ, в том числе мономеров биологических полимеров – аминокислот, Сахаров, азотистых оснований, АТФ и других мононуклеотидов; 3) полимеризации мономеров в биологические полимеры, прежде всего белки (полипептиды) и нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды); 4) образовании предбиологических форм сложного химического состава – протобионтов, имеющих некоторые свойства живых существ; 5) возникновении простейших живых форм, имеющих всю совокупность главных свойств жизни, – примитивных клеток; 6) биологической эволюции возникших живых существ. Головні етапи на шляху виникнення і розвитку життя, мабуть, полягають у: 1) освіту атмосфери з газів, які могли б служити «сировиною» для синтезу органічних речовин (метану, оксиду та діоксиду вуглецю, аміаку, сірководню, ціаністих сполук), і парів води, 2) абіогенне (тобто те, що відбувається без участі організмів) освіту простих органічних речовин, в тому числі мономерів біологічних полімерів - амінокислот, Сахаров, азотистих основ, АТФ та інших мононуклеотидів; 3) полімеризації мономерів в біологічні полімери, перш всього білки (поліпептиди) і нуклеїнові кислоти (полінуклеотіди), 4) освіту передбіологічних форм складного хімічного складу - протобионтов, що мають деякі властивості живих істот; 5) виникненні найпростіших живих форм, що мають всю сукупність головних властивостей життя, - примітивних клітин; 6) біологічної еволюції виникли живих істот.

млрд. Можливість абіогенного утворення органічних речовин, включаючи мономери біологічних полімерів, в умовах, що були на Землі близько 4 млрд. років тому, доведена дослідами хіміків. У лабораторних умовах при пропущенні електричних розрядів через різні газові суміші, що нагадують примітивну атмосферу планети, а також при використанні інших джерел енергії вчені отримували серед продуктів реакцій амінокислоти (аланін, гліцин, аспарагінову кислоту), бурштинову, оцтову, молочну кислоти, сечовину, азотисті основи (аденін, гуанін), АДФ і АТФ. Низькомолекулярні органічні сполуки накопичувалися у водах первинного океану у вигляді первинного бульйону або ж адсорбованих на поверхні глинистих відкладень. Остання підвищувало концентрацію цих речовин, створюючи тим самим кращі умови для полімеризації.

Можливість полімеризації низькомолекулярних сполук з утворенням поліпептидів і полінуклеотидів (визначальна наступний етап на шляху виникнення життя) безпосередньо в первинному бульйоні викликає сумніви з термодинамічним міркувань. Водне середовище сприяє реакції деполімеризації. Вчені припускають, що освіта поліпептидів і полінуклеотидів могло відбуватися в плівці з низькомолекулярних органічних сполук в безводній середовищі, наприклад на схилах вулканічних конусів, покритих остигає лавою. Це припущення знаходить підтвердження в дослідах. 30°С сухой смеси аминокислот в сосудах из кусков лавы приводило к образованию полипептидов. Витримування протягом певного часу при 1 30 ° С сухої суміші амінокислот в судинах з шматків лави призводило до утворення поліпептидів.

Утворені описаним чином біополімери змивалися зливовими потоками в первинний бульйон, що захищало їх від руйнівної дії УФ-випромінювання, яке в той час з-за відсутності в атмосфері планети озонового шару було дуже жорстким.

самопроизвольного возникновения предбиологических форм сложного химического состава, или протобионтов. Предположительно они могли быть представлены коацерватами (А.И. Опарин) или микросферами (С. Фоке). У міру підвищення концентрації поліпептидів, полінуклеотидів і інших органічних сполук у первинному бульйоні склалися умови для наступного етапу - мимовільного виникнення передбіологічних форм складного хімічного складу, або протобионтов. Імовірно вони могли бути представлені коацерватами (А. І. Опарін) або мікросферами (С. Фоке ). Це колоїдні краплі з ущільненим поверхневим шаром, що імітує мембрану, вміст яких становили один або кілька видів біополімерів. Можливість утворення в колоїдних розчинах структур типу коацерватів або мікросфер доведена дослідним шляхом.

За певних умов коацервати виявляють деякі загальні властивості живих форм. Вони здатні до певної міри вибірково поглинати речовини з навколишнього розчину. Частину продуктів хімічних реакцій, які відбуваються коацерватах за участю поглинаються речовин, виділяється ними назад в середу. Відбувається процес, що нагадує обмін речовин. Накопичуючи речовини, коацервати збільшують свій об'єм (зростання). Після досягнення певних розмірів вони розпадаються на частини, зберігаючи при цьому деякі риси вихідної хімічної організації (розмноження). Оскільки стійкість коацерватів різного хімічного складу різна, серед них відбувається відбір.

Перераховані вище властивості вчені вбачають у протобионтов. Протобіонти представляються як відокремлені від навколишнього середовища, відкриті макромолекулярні системи, що виникали в первинному бульйоні і здатні до примітивних форм росту, розмноження, обміну речовин і передбіологічній хімічному відбору.

Передбіологічній еволюція протобионтов здійснювалася у трьох головних напрямках. Важливе значення мало вдосконалення каталітичної (ферментної) функції білків. Один із шляхів, що дають необхідний результат, полягає, мабуть, в утворенні комплексів металів з ​​органічними молекулами. раз. Так, включення заліза в порфириновой кільце гемоглобіну збільшується його каталітичну активність у порівнянні з активністю самого заліза в розчині в 1000 разів. Розвивалося така властивість біологічного каталізу, як специфічність. По-друге, виняткова роль в еволюції протобионтов належить придбання полинуклеотидами здатність до самовідтворення, що зробило можливим передачу інформації від покоління до покоління, тобто збереження її в часі. В основі цієї здатності лежить матричний синтез. Механізм матричного синтезу був використаний також для переносу інформації з полінуклеотидів на поліпептиди. Третє головний напрямок еволюції протобионтов складалося у виникненні мембран. Відмежування від навколишнього середовища мембраною з виборчою проникністю перетворює протобіонти в стійкий набір макромолекул, стабілізує важливі параметри обміну речовин на основі специфічного каталізу.

с другой (белки); появление молекулярного механизма матричного синтеза биополимеров; освоение эффективных систем энергообеспечения жизнедеятельности (АТФ); образование типичной биологической мембраны – все это привело к возникновению живых существ, которые поначалу были представлены примитивными клетками. Поділ функцій зберігання та просторово-часової передачі інформації, з одного боку (нуклеїнові кислоти), і використання її для організації специфічних структури та обміну речовин - з іншого (білки); поява молекулярного механізму матричного синтезу біополімерів; освоєння ефективних систем енергозабезпечення життєдіяльності (АТФ) ; освіта типовою біологічної мембрани - все це призвело до виникнення живих істот, які спочатку були представлені примітивними клітинами.

З моменту появи клітин предбіологічною хімічний відбір поступився місцем біологічному відбору. Подальший розвиток життя йшло згідно із законами біологічної еволюції. Переломним моментом на цьому шляху було виникнення клітин еукаріотичного типу, багатоклітинних організмів, людини.

Походження еукаріотичної клітини

млрд. Викопні рештки клітин еукаріотичного типу виявлені в породах, вік яких не перевищує 1,0-1,4 млрд. років. Більш пізніше виникнення, а також схожість у загальних рисах їх основних біохімічних процесів (самоудвоение ДНК, синтез білка на рибосомах) змушують думати про те, що еукаріотичні клітини походять від предка, що мав прокаріотичної будову.

основой, или клеткой-хозяином, в эволюции клетки эукариотического типа послужил анаэробный прокариот, способный лишь к амебоидному движению. Найбільш популярна в даний час симбіотична гіпотеза походження еукаріотичних клітин, згідно якої (рис. 3) основою, або клітиною-господарем, в еволюції клітини еукаріотичного типу послужив анаеробний прокаріотів, здатний лише до амебоидному руху. аэробных бактерий, проникших в клетку-хозяина и сосуществовавших с ней. Перехід до аеробному диханню пов'язаний з наявністю в клітині мітохондрії, які відбулися шляхом змін симбіонтів - аеробних бактерій, що проникнули в клітку-господаря і співіснували з нею.

Происхождение эукариотической клетки согласно симбиотической ( I ) и инвагинационной ( II ) гипотезам: Рис. 3 Походження еукаріотичної клітини згідно симбіотичної (I) і інвагінаціонной (II) гіпотезам:

анаэробный прокариот (клетка-хозяин), 1 - анаеробний прокаріотів (клітина-господар), прокариоты, имеющие митохондрии, 2 - прокаріоти, що мають мітохондрії, сине-зеленая водоросль (презумптивный хлоропласт), 3 - синьо-зелені водорості (презумптівний хлоропласт), сиирохетообразная бактерия (презумптивный жгутик), 4 - сіірохетообразная бактерія (презумптівний джгутик), примитивный эукариот со жгутиком, 5 - примітивний еукаріот зі джгутиком, растительная клетка, 7 – животная клетка со жгутиком, 6 - рослинна клітина, 7 - тваринна клітка з джгутиком, аэробный прокариот (презумптивная митохондрия), 8 - аеробний прокаріотів (презумптівная мітохондрія), аэробный прокариот (клетка-родоначальница согласно гипотезе 9 - аеробний прокаріотів (клітина-родоначальниця відповідно до гіпотези инвагинации клеточной оболочки, давшие ядро и митохондрии, II), 10 - інвагінації клітинної оболонки, що дали ядро і мітохондрії, примитивный эукариот 11 - примітивний еукаріот впячивание клеточной оболочки, давшее хлоропласт, 12 - впячивание клітинної оболонки, що дало хлоропласт, растительная клетка; а – ДНК прокариотической клетки, б – митохондрия, в - ядро эукариотической клетки, г – жгутик, д – хлоропласт 13 - рослинна клітина, а - ДНК клітини прокаріотів, б - мітохондрія, в - ядро еукаріотичної клітини, г - джгутик, д - хлоропласт

Подібне походження припускають для джгутиків, предками яких служили симбіонти-бактерії, що мали джгутик і нагадували сучасних спірохет. Придбання клітиною джгутиків мало поряд з освоєнням активного способу руху важливий наслідок загального порядку. Припускають, що базальні тільця, якими забезпечені джгутики, могли еволюціонувати в центріолі в процесі виникнення механізму мітозу.

Здатність зелених рослин до фотосинтезу обумовлена ​​присутністю в їхніх клітинах хлоропластів. Прихильники симбіотичної гіпотези вважають, що симбіонтом клітини-господаря, що дали початок хлоропластам, послужили прокаріотів синьо-зелені водорості.

Серйозним аргументом на користь симбіотичного походження мітохондрій, центріолей і хлоропластів є те, що перераховані органели мають власну ДНК. Разом з тим білки баціллін і тубулін, з яких складаються джгутики і війки відповідно сучасних прокаріотів і еукаріотів, мають різну будову. 2» или «9 + 0». У бактерій не знайдено також структур з властивою жгутикам, віям, базальних тельцям і центріолями еукаріотичних клітин комбінацією мікротрубочок: «9 + 2» або «9 + 0».

Внутрішньоклітинні мембрани гладкою і шорсткою цитоплазматичної сітки, пластинчастого комплексу, бульбашок і вакуолей розглядають як похідні зовнішньої мембрани ядерної оболонки, яка здатна утворювати впячивания.

Центральним і важким для відповіді є питання про походження ядра. Припускають, що воно також могло утворитися з симбіонта-прокаріоти. Збільшення кількості ядерної ДНК, у багато разів перевищує в сучасній еукаріотичної клітці її кількість в мітохондрій або хлоропласті, відбувалося, мабуть, поступово шляхом переміщення груп генів з геномів симбіонтів. Не можна виключити, однак, що ядерний геном формувався шляхом нарощування геному клітини-хазяїна (без участі симбіонтів).

Внутри такой клетки-хозяина находилось одновременно несколько геномов, первоначально прикреплявшихся к клеточной оболочке. Згідно інвагінаціонной гіпотезі, предкової формою еукаріотичної клітини був аеробний прокаріотів. Усередині такої клітини-господаря перебувало одночасно кілька геномів, спочатку прикріплюються до клітинної оболонки. Органели, що мають ДНК, а також ядро, виникли шляхом впячіванія і отшнуровиванія ділянок оболонки з подальшою функціональною спеціалізацією в ядро, мітохондрій, хлоропластів. У процесі подальшої еволюції відбулося ускладнення ядерного геному, з'явилася система цитоплазматичних мембран.

Інвагінаціонная гіпотеза добре пояснює наявність в оболонках ядра, мітохондрій, хлоропластів, двох мембран. Однак вона не може відповісти на питання, чому біосинтез білка в хлоропластах і мітохондріях в деталях відповідає такому в сучасних прокаріотичних клітинах, але відрізняється від біосинтезу білка в цитоплазмі еукаріотичної клітини.

Історія показала, що еволюційні можливості клітин еукаріотичного типу незрівнянно вище, ніж прокаріотичної. Провідна роль тут належить ядерного геному еукаріот, який у багато разів перевершує за розмірами геном прокаріотів. Важные отличия заключаются в диплоидности эукариотических клеток благодаря наличию в ядрах двух комплектов генов, а также в многократном повторении некоторых генов. Кількість генів у бактерії і в клітині людини, наприклад, співвідноситься як 1: (100-1000). Важливі відмінності полягають у диплоїдної еукаріотичних клітин завдяки наявності в ядрах двох комплектів генів, а також у багаторазовому повторенні деяких генів. Це розширює масштаби мутаційної мінливості без загрози різкого зниження життєздатності, еволюційно значущим наслідком чого є утворення резерву спадкової мінливості.

При переході до еукаріотичних типу ускладнюється механізм регуляції життєдіяльності клітини, що на рівні генетичного матеріалу виявилося в збільшенні відносної кількості регуляторних генів, заміні кільцевих «голих» молекул ДНК прокаріот хромосомами, в яких ДНК з'єднана з білками. У результаті стало можливим зчитувати біологічну інформацію по частинах з різних груп генів у різному їх поєднанні в різних типах клітин і в різний час. информации генома. У бактеріальній клітині, навпаки, одночасно прочитується до 80-100% інформації геному. (печень, почка) до 44% (головной мозг) информации. Использованию биологической информации частями принадлежит исключительная роль в эволюции многоклеточных организмов, так как именно это позволяет разным группам клеток специализироваться по различным функциональным направлениям. У клітинах дорослої людини в різних його органах транскрибується від 8-10% (печінка, нирка) до 44% (головний мозок) інформації. Використанню біологічної інформації частинами належить виняткова роль в еволюції багатоклітинних організмів, так як саме це дозволяє різним групам клітин спеціалізуватися за різним функціональним напрямкам.

Велике значення при переході до многоклеточности мало наявність у еукаріотичних клітин еластичної оболонки, що необхідно для утворення стійких клітинних комплексів.

Серед цитофізіологічна особливостей еукаріот, що збільшують їх еволюційні можливості, необхідно назвати аеробне дихання, яке також стало передумовою для розвитку багатоклітинних форм. в атмосфере достигла 1% (точка Пастера). Цікаво, що самі еукаріотичні клітини з'явилися на Землі після того, як концентрація O 2 в атмосфері досягла 1% (точка Пастера). Названа концентрація є необхідною умовою аеробного дихання.

В умовах ускладнення генетичного апарату еукаріотів, збільшення сумарної кількості ДНК і розподілу її по хромосомах важко переоцінити значення виникнення в еволюції мітозу як механізму відтворення в поколіннях генетично подібних клітин.

Поява внаслідок еволюційних перетворень мітозу такого способу ділення клітин, як мейоз, що дає можливість зберегти сталість хромосом у ряду поколінь, найкращим чином вирішило проблему розмноження багатоклітинних організмів. Пов'язаний з мейозом перехід до статевого розмноження посилив еволюційну роль комбинативной мінливості, сприяв збільшенню швидкості еволюції.

млрд. Завдяки зазначеним особливостям за 1 млрд. років еволюції еукаріотичний тип клітинної організації дав широке розмаїття живих форм від одноклітинних найпростіших до ссавців і людини.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
99.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Поняття стратегії стратегія диференціації стратегія диверсифікації в неспорідненій галузі
Природа політики взаємодія з іншими сферами життя та політ життя суспільства
Життя - це свобода За творами ВГроссмана Життя і доля і ЮДомбровского Факультет непотрібних
Позакласний захід за темою Не можна сказати що ти необхідна для життя Ти саме життя
Позакласний захід за темою Не можна сказати що ти необхідна для життя Ти саме життя
Здоровий спосіб життя як одна з умов благополучного життя
Секс і сімейне життя як фактор здорового способу життя
Приватне життя і життя компанії з етичних поглядів
Як впливає наш погляд на життя на наше життя
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru