РЕФЕРАТ
з дисципліни «Природознавство»
по темі: «Еволюція планети Земля»
Зміст
Введення
1. Перший екологічна криза - зміна анаеробної атмосфери н аеробну
2.Фотосінтез і хемосинтез
3.Еволюція живих організмів. Поява людини
Висновок
Список використаної літератури
Введення
Дарвінізм виявився привабливим для матеріалістично орієнтованої наукової громадськості XIX століття тим, що ця концепція еволюції нібито усуває надприродні уявлення про походження живого. За цю ілюзію теорії Дарвіна прощали дуже багато її дефекти і з тієї ж причини проробили величезну роботу для того, щоб поєднати дарвінізм з реальними досягненнями генетики. Справедливості заради слід сказати, що сам Дарвін досить чітко окреслив вимоги до власної концепції, обмеживши їх походженням видів. Дарвінізм не намагається пояснити не тільки походження життя, але навіть походження досить великих біологічних таксонів. Тим більше в рамках дарвінізму відсутні уявлення, що допомагають хоча б гіпотетично уявити, як виникло свідомість.
Привабливість дарвінізму полягає в тому, що він використовує чисто механістичні пояснення еволюційного процесу, дозволяючи апеляцію до поняття випадковості. Важливо те, що сутності, що лежать в основі пояснюється феноменів, цілком відповідають уявленням повсякденного здорового глузду. В основі моделі еволюції Дарвіна лежать випадкові зміни окремих матеріальних елементів живого організму при переході від покоління до покоління. Ті зміни, які мають пристосувальний характер (полегшують виживання), зберігаються і передаються потомству. Особи, які не мають відповідних пристосувань, гинуть, не залишивши потомства. Тому в результаті природного відбору виникає популяція з пристосованих особин, яка може стати основою нового виду.
Теорію дарвінізму компрометує відсутність прогнозів, неможливість передбачити нові факти. Втім, цей закид поділяють з ним усі інші еволюційні теорії, які успішно пояснюють багато з існуючих фактів, але практично не ставлять питання про нові. Отже, тут неможливо застосувати найкращий критерій теоретичної сили тієї чи іншої концепції. Згадаймо, що закон гомологічних рядів Н.І. Вавілова дозволив передбачити нові знахідки рослин - родичів культурних сортів. Мабуть, про можливість подібних прогнозів думав А.А. Любіщев. Деякі палеоботанічні прогнози вдавалися С.В. Мейеном.
Однак, при всіх непорозуміннях, еволюційна теорія має велике значення для розвитку теоретичного знання про походження життя. Розглянемо ряд ключових точок в еволюції органічного світу, які зробили можливою появу людини.
1. Перший екологічна криза - зміна анаеробної атмосфери на аеробну
Протерозойська і архейської ери, що об'єднуються в кріптозой, або докембрій, довгий час залишалися загадкою для науки. Найдавніші з відомих мінералів мають вік 4,2 млрд. років (оцінка віку Землі в 4,5-4,6 млрд. років заснована на аналізі речовини метеоритів і місячного грунту). Вік же найдавніших порід, в яких знайдено вуглець завідомо органічного походження (у вуглеці, що брав коли-небудь участь у реакціях фотосинтезу, необоротно змінюється співвідношення ізотопів 12 C і 13 C ) Становить 3,8 млрд. років. Формація Ісуа в Гренландії, де були виявлені ці вуглецеві прошаруй, одночасно є взагалі найдавнішими на Землі осадовими породами. Таким чином, перші достовірні сліди життя з'являються на Землі одночасно з першими достовірними слідами води.
Ще недавно біологи впевнене малювали - виходячи з загальних міркувань - таку картину. Найдовший відрізок в історії Землі припадав на утворення перших біологічних систем з неорганічної матерії. Кілька менший час потрібно на виникнення перших клітин, і лише після цього почався все прискорюється процес власне біологічної еволюції. Першими живими істотами були гетеротрофні мікроорганізми, що харчувалися «первинним бульйоном» - тієї органікою, що в надлишку виникала в первинній атмосфері і океані в результаті процесів, частково змодельованих Міллером. Потім вже виникли й автотрофи, синтезують органіку з вуглекислого газу і води, використовуючи для цього енергію окислювальних хімічних реакцій (хемоавтотрофи) або сонячного світла (фотоавтотрофи).
Реальні факти, однак, змусили відмовитися від цієї умоглядної схеми. У числі іншого не знайшли підтверджень та подання про вихідної гетеротрофность живих істот; судячи з усього, авто-і гетеротрофность виникли одночасно. Один з провідних фахівців з мікробним співтовариствам Г.А. Заварзін звертає увагу на те, що «первинний бульйон» навіть теоретично не міг бути джерелом їжі для «первинної життя», тому що є кінцевим, що вичерпується ресурсом. Оскільки живі істоти розмножуються в геометричній прогресії, потомство перших же гетеротрофів повинно було б зжерти весь цей «бульйон» за абсолютно нікчемна час; після цього всі вони, природно, мруть від голоду. Не менші неприємності, втім, очікують і чисто автотрофні біосферу, яка в тому ж темпі зв'яже весь вуглець на планеті у вигляді нерозкладних високомолекулярних сполук.
Первинність хемоавтотрофними - щодо фотоавтотрофної - теж прийнято було вважати безсумнівною; серйозним аргументом тут є та обставина, що найбільш архаїчні з усіх покаріот, архебактерии - саме автотрофи. Однак і тут, як з'ясувалося, все не так вже очевидно. Молекула фотосинтезуючі пігменти (наприклад, хлорофілу) поглинає квант світла; надалі енергія цього кванта використовується в різних хімічних перетвореннях. Так от, є серйозні підстави вважати, що первинною функцією цих пігментів була просто-напросто нейтралізація руйнівною для організму (та й взагалі для будь-якої високомолекулярної системи) енергії квантів ультрафіолетового випромінювання, безперешкодно проникали в ті часи крізь позбавлену озонового шару атмосферу. Згодом ті, хто пристосувався ще і використовувати цю енергію «в мирних цілях», зрозуміло, отримали гігантські переваги, проте сама по собі «радіаційний захист» ДНК за допомогою пігментів повинна була сформуватися ще на стадії доорганізменних гіперциклу. Зрозуміло, що доводити цю захист до досконалості мало сенс лише тим з них, хто мешкав в поверхневому шарі океану (10-метровий шар води повністю захищає від ультрафіолету будь-якої інтенсивності); саме вони, судячи з усього, і дали початок фотоавтотрофам, тоді як глибини залишилися у розпорядженні хемоавтотрофов.
Першими організмами були фотоавтотрофи: найдавніші організми з формації Ісуа були саме фотосинтезуючими, а в породах віку 3,1 млрд. років містяться залишки хлорофілу - Фіта і пристав, і навіть неразложившиеся ціанобактеріальний пігмент фікобіліни), але набагато простіше відстежувати діяльність фотоавтотрофов по одному з її побічних продуктів - кисню. Кисень не може бути отриманий шляхом дегазації магми, і тому був відсутній в первинній атмосфері Землі, яка була відновної. Початок утворення руд, що складаються з гематиту Fe 2 O 3 та FeO магнетиту (Fe 2 O 3) означає появу на Землі джерела молекулярного кисню - фотосинтезуючих організмів.
Джерело кисню виник, але атмосфера ще протягом півтора мільярдів років залишалася анаеробної: про це свідчить наявність у відповідних відкладеннях конгломератів з піриту (FeS 2). Спільноти фотоавтотрофов формують у цей час своєрідні кисневі оазиси в безкисневому пустелі; їх можливостей вистачає на створення окисних обстановок (і осадження заліза в окисной формі) лише у своєму безпосередньому оточенні.
Близько 2 млрд. років тому, коли процес гравітаційної диференціації надр призвів до того, що більша частина заліза перейшла в ядро планети, окислення закисного заліза і осадження його у вигляді джеспілітів завершилося; саме в цей час виникли всі найбільші родовища заліза, такі, як Курська магнітна аномалія. Надалі руди цього типу вже не утворювалися.
Саме в цей час (1,9 млрд. років тому) в канадській формації Ганфлінт вперше з'являються зірчасті освіти, повністю ідентичні тим, що утворює нині облігатно-аеробна марганцевоосаждающая бактерія Metallogenium. Без кисню окислювання заліза і марганцю не йде, і утворювані цією бактерією металеві кристали у вигляді характерних «павучків» виникають тільки в сильно окисної обстановці. Це має означати, що в той момент вміст кисню в атмосфері вже досягло величини як мінімум в 1% від сучасного (точка Пастера). Саме з цієї порогової концентрації стає «економічно виправданим» налагодження процесу кисневого дихання, в ході якого з кожної молекули глюкози можна буде отримувати 38 енергетичних одиниць (молекул АТФ) замість двох, що утворюються при бескислородном бродінні. З іншого боку, в атмосфері починає виникати озоновий шар, які стоять на заваді смертоносного ультрафіолету, що веде до колосального розширення спектру придатних для життя місць існування. Приблизно до середини протерозою (1,7-1,8 млрд. років тому) «киснева революція» в цілому завершується, і Світ стає аеробним. Втім, з точки зору істот, що складали тодішню біосферу, цей процес слід було б назвати інакше: «Необоротне отруєння киснем атмосфери планети». Зміна анаеробних умов на аеробні не могла не викликати катастрофічних змін у структурі тодішніх екосистем, і насправді «киснева революція» є не що інше, як перший в історії Землі глобальна екологічна криза.
У ранньому докембрії існував особливий світ, що формується прокаріотних організмами - бактеріями і ціанобактеріями. Серед прокаріотів невідомі багатоклітинні організми. Є нитчасті і пальмеллоідние форми ціанобактерій, проте рівень інтеграції клітин у цих структурах - це все-таки рівень колонії, а не організму.
Для докембрійських осадових товщ надзвичайно характерні строматоліти (по-грецьки - «кам'яний килим») - тонкослойчатие колони або горбики, що складаються головним чином з карбонату кальцію. Строматоліт утворюється в результаті життєдіяльності абсолютно ні на що не схожого прокаріотних спільноти, званого ціанобактеріальним матом. Мати існують у багатьох районах світу, головним чином - у таких гіпергалинного (пересоленим) лагунах, як наш Сиваш, однак справжні строматоліти, як в Шарк-Бей і на Багамской мілини, вони утворюють досить рідко.
Не всі мати представляли собою донні співтовариства. Справа в тому, що, крім уже відомих нам строматолітів, сліди життєдіяльності мікробних співтовариств представлені ще й онколітамі - більш-менш сферичними утвореннями, в яких вапняні шари розташовуються не лінійно (як у строматоліте), а утворюють концентричну структуру. Передбачається, що онколіти створювалися «... особливими прокаріотних спільнотами, що мали вигляд плаваючих у товщі води куль, оболонка яких являла собою мат».
Ймовірно, у ті часи на околицях континентів формувалися великі мілководні басейни з постійно мінливих рівнем води і без цієї берегової лінії. Саме в цьому «вимерлим» ландшафті, яка не є ні сушею, ні морем в сучасному сенсі, і процвітали строматолітових екосистеми.
У середині протерозою (близько 1,9-2 млрд. років тому) у складі фітопланктону з'явилися такі організми, яких вважають першими на Землі еукаріотами. Перші еукаріоти з'явилися близько двох мільярдів років тому серед фітопланктонних акрітархі; незабаром до них додалися й нитчасті форми з еукаріотні параметрами клітин. Чудово, що вони ніколи не зустрічаються в прокаріотних бентосних співтовариствах (ціанобактеріальних матах), а з самого початку формують свій власний тип рослинності, названий В. Шенборном (1987) «водоростеві луками». Нині спільноти такого типу відомі лише в деяких антарктичних внутрішніх водоймах; в докембрії ж вони, судячи з характеру опадів, були широко поширені в морях за межами мілководь (які були зайняті матами).
До середини ріфея (1,4-1,2 млрд. років) ці нитчасті еукаріотні форми досягли значного різноманіття. Саме тоді в складі «водоростевих лук» з'явилися і перші макроскопічні водорості з пластинчастим, кірковим і шкірястим типами слані, а до венду (650 млн. років) основним компонентом цих співтовариств стають вендотеніі - стрічкоподібні водорості довжиною до 15 см . Є навіть повідомлення про знахідку якихось пластинчатих водоростей в китайській формації Чанчен з віком 1,8 млрд. років; ця датування потребує підтвердження, але не здається нереальною. Справа в тому, що таксономічна приналежність всіх цих форм недостатньо ясна, проте деякі з них дуже схожі з нижчими червоними водоростями - бангіевимі. Червоні ж водорості, як вважають багато дослідників, є самою архаїчної гілкою еукаріот, і навіть, можливо, сталися в результаті «незалежної еукаріотізаціі» ціанобактерій.
А ось тварини, а також сліди їхньої життєдіяльності (норки і слідові доріжки на поверхні осаду), достовірно з'явилися в палеонтологічному літописі лише в кінці протерозою - близько 800 млн. років тому. У чому ж причина того, що справжня багатоклітинного виникла так пізно? У шістдесяті роки існувала гіпотеза «кисневого контролю» Беркнер і Маршалла, згідно з якою вміст кисню в земній атмосфері аж до початку фанерозою (540 млн. років тому) було нижче точки Пастера і не допускало існування більш високоорганізованих форм життя, ніж водорості. Оскільки пізніше було встановлено, що точка Пастера в дійсності була пройдена набагато раніше - більше ніж за мільярд років до часу появи перших багатоклітинних, причинний зв'язок між цими явищами була відкинута, і про гіпотезу «кисневого контролю» забули. І, як з'ясувалося, даремно.
Справа в тому, що одновідсотковий рівень вмісту кисню (мається на увазі 1% від його сучасного кількості) - це той критичний мінімум, нижче якого аеробний метаболізм принципово неможливий, а проте для життєдіяльності макроскопічних тварин кисню потрібно істотно більше. Б. Раннегар нещодавно провів спеціальні розрахунки, з яких випливає, що для тварин, що складали перші фауну багатоклітинних - едіакарской, рівень вмісту кисню повинен був становити не менше 6-10% від нинішнього - це в тому випадку, якщо вони мали розвинену систему циркуляції, доставляти кисень до тканин. Якщо ж така система у них ще не розвинулася і вони дихали за рахунок прямої дифузії, то необхідний для їх життєдіяльності вміст кисню повинно було бути ще вище, може бути - можна порівняти з нинішнім. Отже, гіпотеза «кисневого контролю» здається цілком логічним поясненням появи макроскопічних тварин лише в кінці протерозою - якщо взяти більш високий критичний поріг, ніж одновідсотковий, що пропонувався Беркнер і Маршаллом.
Відомо, що кількість кисню, створюваного небиологическими процесами (фотоліз води і т.д.), зовсім нікчемне; майже весь вільний кисень планети створений фотосинтезуючими організмами. Однак живі істоти не тільки виробляють кисень, але і споживають його в процесі дихання. У біосфері здійснюється досить проста хімічна реакція: n СО 2 + n H 2 O ((CH 2 O) n + n О 2. «Читаючи» її зліва направо, ми отримуємо фотосинтез, а справа наліво - дихання (а також горіння і гниття ). Рівень вмісту кисню на планеті стабільний тому, що пряма і зворотна реакції взаємно врівноважуються; так що якщо ми спробуємо збільшити вміст вільного кисню в атмосфері шляхом простого нарощування обсягу фотосинтезуюча речовини, то з цієї затії нічого не вийде. Змістити хімічна рівновага, як вам повинно бути відомо з курсу хімії, можна, лише виводячи зі сфери реакції один з її продуктів. У нашому випадку - добитися збільшення виходу О 2 можна, лише необоротно вилучаючи з неї відновлений вуглець у формі (CH 2 O) n або його похідних.
Таким чином, виробництво кисню біосферою починає превалювати над споживанням цього газу (нею ж) тільки якщо відбувається поховання в опадах неокисленого органічної речовини. Тому, якщо ми встановимо, що в якийсь період геологічної історії відбувалося інтенсивне поховання органічного вуглецю, то ми маємо право будемо укласти, що в цей час настільки ж інтенсивно накопичувався і кисень. А ось оцінити темпи поховання органічного вуглецю в минулі епохи цілком можливо - для цього існує спеціальний метод, заснований на вивченні ізотопного відносини 12 C / 13 C у відповідних опадах (органічний вуглець, який брав участь будь-коли в реакціях фотосинтезу, збагачений «легким» ізотопом 12 C ).
з дисципліни «Природознавство»
по темі: «Еволюція планети Земля»
Зміст
Введення
1. Перший екологічна криза - зміна анаеробної атмосфери н аеробну
2.Фотосінтез і хемосинтез
3.Еволюція живих організмів. Поява людини
Висновок
Список використаної літератури
Введення
Дарвінізм виявився привабливим для матеріалістично орієнтованої наукової громадськості XIX століття тим, що ця концепція еволюції нібито усуває надприродні уявлення про походження живого. За цю ілюзію теорії Дарвіна прощали дуже багато її дефекти і з тієї ж причини проробили величезну роботу для того, щоб поєднати дарвінізм з реальними досягненнями генетики. Справедливості заради слід сказати, що сам Дарвін досить чітко окреслив вимоги до власної концепції, обмеживши їх походженням видів. Дарвінізм не намагається пояснити не тільки походження життя, але навіть походження досить великих біологічних таксонів. Тим більше в рамках дарвінізму відсутні уявлення, що допомагають хоча б гіпотетично уявити, як виникло свідомість.
Привабливість дарвінізму полягає в тому, що він використовує чисто механістичні пояснення еволюційного процесу, дозволяючи апеляцію до поняття випадковості. Важливо те, що сутності, що лежать в основі пояснюється феноменів, цілком відповідають уявленням повсякденного здорового глузду. В основі моделі еволюції Дарвіна лежать випадкові зміни окремих матеріальних елементів живого організму при переході від покоління до покоління. Ті зміни, які мають пристосувальний характер (полегшують виживання), зберігаються і передаються потомству. Особи, які не мають відповідних пристосувань, гинуть, не залишивши потомства. Тому в результаті природного відбору виникає популяція з пристосованих особин, яка може стати основою нового виду.
Теорію дарвінізму компрометує відсутність прогнозів, неможливість передбачити нові факти. Втім, цей закид поділяють з ним усі інші еволюційні теорії, які успішно пояснюють багато з існуючих фактів, але практично не ставлять питання про нові. Отже, тут неможливо застосувати найкращий критерій теоретичної сили тієї чи іншої концепції. Згадаймо, що закон гомологічних рядів Н.І. Вавілова дозволив передбачити нові знахідки рослин - родичів культурних сортів. Мабуть, про можливість подібних прогнозів думав А.А. Любіщев. Деякі палеоботанічні прогнози вдавалися С.В. Мейеном.
Однак, при всіх непорозуміннях, еволюційна теорія має велике значення для розвитку теоретичного знання про походження життя. Розглянемо ряд ключових точок в еволюції органічного світу, які зробили можливою появу людини.
1. Перший екологічна криза - зміна анаеробної атмосфери на аеробну
Протерозойська і архейської ери, що об'єднуються в кріптозой, або докембрій, довгий час залишалися загадкою для науки. Найдавніші з відомих мінералів мають вік 4,2 млрд. років (оцінка віку Землі в 4,5-4,6 млрд. років заснована на аналізі речовини метеоритів і місячного грунту). Вік же найдавніших порід, в яких знайдено вуглець завідомо органічного походження (у вуглеці, що брав коли-небудь участь у реакціях фотосинтезу, необоротно змінюється співвідношення ізотопів
Ще недавно біологи впевнене малювали - виходячи з загальних міркувань - таку картину. Найдовший відрізок в історії Землі припадав на утворення перших біологічних систем з неорганічної матерії. Кілька менший час потрібно на виникнення перших клітин, і лише після цього почався все прискорюється процес власне біологічної еволюції. Першими живими істотами були гетеротрофні мікроорганізми, що харчувалися «первинним бульйоном» - тієї органікою, що в надлишку виникала в первинній атмосфері і океані в результаті процесів, частково змодельованих Міллером. Потім вже виникли й автотрофи, синтезують органіку з вуглекислого газу і води, використовуючи для цього енергію окислювальних хімічних реакцій (хемоавтотрофи) або сонячного світла (фотоавтотрофи).
Реальні факти, однак, змусили відмовитися від цієї умоглядної схеми. У числі іншого не знайшли підтверджень та подання про вихідної гетеротрофность живих істот; судячи з усього, авто-і гетеротрофность виникли одночасно. Один з провідних фахівців з мікробним співтовариствам Г.А. Заварзін звертає увагу на те, що «первинний бульйон» навіть теоретично не міг бути джерелом їжі для «первинної життя», тому що є кінцевим, що вичерпується ресурсом. Оскільки живі істоти розмножуються в геометричній прогресії, потомство перших же гетеротрофів повинно було б зжерти весь цей «бульйон» за абсолютно нікчемна час; після цього всі вони, природно, мруть від голоду. Не менші неприємності, втім, очікують і чисто автотрофні біосферу, яка в тому ж темпі зв'яже весь вуглець на планеті у вигляді нерозкладних високомолекулярних сполук.
Первинність хемоавтотрофними - щодо фотоавтотрофної - теж прийнято було вважати безсумнівною; серйозним аргументом тут є та обставина, що найбільш архаїчні з усіх покаріот, архебактерии - саме автотрофи. Однак і тут, як з'ясувалося, все не так вже очевидно. Молекула фотосинтезуючі пігменти (наприклад, хлорофілу) поглинає квант світла; надалі енергія цього кванта використовується в різних хімічних перетвореннях. Так от, є серйозні підстави вважати, що первинною функцією цих пігментів була просто-напросто нейтралізація руйнівною для організму (та й взагалі для будь-якої високомолекулярної системи) енергії квантів ультрафіолетового випромінювання, безперешкодно проникали в ті часи крізь позбавлену озонового шару атмосферу. Згодом ті, хто пристосувався ще і використовувати цю енергію «в мирних цілях», зрозуміло, отримали гігантські переваги, проте сама по собі «радіаційний захист» ДНК за допомогою пігментів повинна була сформуватися ще на стадії доорганізменних гіперциклу. Зрозуміло, що доводити цю захист до досконалості мало сенс лише тим з них, хто мешкав в поверхневому шарі океану (10-метровий шар води повністю захищає від ультрафіолету будь-якої інтенсивності); саме вони, судячи з усього, і дали початок фотоавтотрофам, тоді як глибини залишилися у розпорядженні хемоавтотрофов.
Першими організмами були фотоавтотрофи: найдавніші організми з формації Ісуа були саме фотосинтезуючими, а в породах віку 3,1 млрд. років містяться залишки хлорофілу - Фіта і пристав, і навіть неразложившиеся ціанобактеріальний пігмент фікобіліни), але набагато простіше відстежувати діяльність фотоавтотрофов по одному з її побічних продуктів - кисню. Кисень не може бути отриманий шляхом дегазації магми, і тому був відсутній в первинній атмосфері Землі, яка була відновної. Початок утворення руд, що складаються з гематиту Fe 2 O 3 та FeO магнетиту (Fe 2 O 3) означає появу на Землі джерела молекулярного кисню - фотосинтезуючих організмів.
Джерело кисню виник, але атмосфера ще протягом півтора мільярдів років залишалася анаеробної: про це свідчить наявність у відповідних відкладеннях конгломератів з піриту (FeS 2). Спільноти фотоавтотрофов формують у цей час своєрідні кисневі оазиси в безкисневому пустелі; їх можливостей вистачає на створення окисних обстановок (і осадження заліза в окисной формі) лише у своєму безпосередньому оточенні.
Близько 2 млрд. років тому, коли процес гравітаційної диференціації надр призвів до того, що більша частина заліза перейшла в ядро планети, окислення закисного заліза і осадження його у вигляді джеспілітів завершилося; саме в цей час виникли всі найбільші родовища заліза, такі, як Курська магнітна аномалія. Надалі руди цього типу вже не утворювалися.
Саме в цей час (1,9 млрд. років тому) в канадській формації Ганфлінт вперше з'являються зірчасті освіти, повністю ідентичні тим, що утворює нині облігатно-аеробна марганцевоосаждающая бактерія Metallogenium. Без кисню окислювання заліза і марганцю не йде, і утворювані цією бактерією металеві кристали у вигляді характерних «павучків» виникають тільки в сильно окисної обстановці. Це має означати, що в той момент вміст кисню в атмосфері вже досягло величини як мінімум в 1% від сучасного (точка Пастера). Саме з цієї порогової концентрації стає «економічно виправданим» налагодження процесу кисневого дихання, в ході якого з кожної молекули глюкози можна буде отримувати 38 енергетичних одиниць (молекул АТФ) замість двох, що утворюються при бескислородном бродінні. З іншого боку, в атмосфері починає виникати озоновий шар, які стоять на заваді смертоносного ультрафіолету, що веде до колосального розширення спектру придатних для життя місць існування. Приблизно до середини протерозою (1,7-1,8 млрд. років тому) «киснева революція» в цілому завершується, і Світ стає аеробним. Втім, з точки зору істот, що складали тодішню біосферу, цей процес слід було б назвати інакше: «Необоротне отруєння киснем атмосфери планети». Зміна анаеробних умов на аеробні не могла не викликати катастрофічних змін у структурі тодішніх екосистем, і насправді «киснева революція» є не що інше, як перший в історії Землі глобальна екологічна криза.
У ранньому докембрії існував особливий світ, що формується прокаріотних організмами - бактеріями і ціанобактеріями. Серед прокаріотів невідомі багатоклітинні організми. Є нитчасті і пальмеллоідние форми ціанобактерій, проте рівень інтеграції клітин у цих структурах - це все-таки рівень колонії, а не організму.
Для докембрійських осадових товщ надзвичайно характерні строматоліти (по-грецьки - «кам'яний килим») - тонкослойчатие колони або горбики, що складаються головним чином з карбонату кальцію. Строматоліт утворюється в результаті життєдіяльності абсолютно ні на що не схожого прокаріотних спільноти, званого ціанобактеріальним матом. Мати існують у багатьох районах світу, головним чином - у таких гіпергалинного (пересоленим) лагунах, як наш Сиваш, однак справжні строматоліти, як в Шарк-Бей і на Багамской мілини, вони утворюють досить рідко.
Не всі мати представляли собою донні співтовариства. Справа в тому, що, крім уже відомих нам строматолітів, сліди життєдіяльності мікробних співтовариств представлені ще й онколітамі - більш-менш сферичними утвореннями, в яких вапняні шари розташовуються не лінійно (як у строматоліте), а утворюють концентричну структуру. Передбачається, що онколіти створювалися «... особливими прокаріотних спільнотами, що мали вигляд плаваючих у товщі води куль, оболонка яких являла собою мат».
Ймовірно, у ті часи на околицях континентів формувалися великі мілководні басейни з постійно мінливих рівнем води і без цієї берегової лінії. Саме в цьому «вимерлим» ландшафті, яка не є ні сушею, ні морем в сучасному сенсі, і процвітали строматолітових екосистеми.
У середині протерозою (близько 1,9-2 млрд. років тому) у складі фітопланктону з'явилися такі організми, яких вважають першими на Землі еукаріотами. Перші еукаріоти з'явилися близько двох мільярдів років тому серед фітопланктонних акрітархі; незабаром до них додалися й нитчасті форми з еукаріотні параметрами клітин. Чудово, що вони ніколи не зустрічаються в прокаріотних бентосних співтовариствах (ціанобактеріальних матах), а з самого початку формують свій власний тип рослинності, названий В. Шенборном (1987) «водоростеві луками». Нині спільноти такого типу відомі лише в деяких антарктичних внутрішніх водоймах; в докембрії ж вони, судячи з характеру опадів, були широко поширені в морях за межами мілководь (які були зайняті матами).
До середини ріфея (1,4-1,2 млрд. років) ці нитчасті еукаріотні форми досягли значного різноманіття. Саме тоді в складі «водоростевих лук» з'явилися і перші макроскопічні водорості з пластинчастим, кірковим і шкірястим типами слані, а до венду (650 млн. років) основним компонентом цих співтовариств стають вендотеніі - стрічкоподібні водорості довжиною до
А ось тварини, а також сліди їхньої життєдіяльності (норки і слідові доріжки на поверхні осаду), достовірно з'явилися в палеонтологічному літописі лише в кінці протерозою - близько 800 млн. років тому. У чому ж причина того, що справжня багатоклітинного виникла так пізно? У шістдесяті роки існувала гіпотеза «кисневого контролю» Беркнер і Маршалла, згідно з якою вміст кисню в земній атмосфері аж до початку фанерозою (540 млн. років тому) було нижче точки Пастера і не допускало існування більш високоорганізованих форм життя, ніж водорості. Оскільки пізніше було встановлено, що точка Пастера в дійсності була пройдена набагато раніше - більше ніж за мільярд років до часу появи перших багатоклітинних, причинний зв'язок між цими явищами була відкинута, і про гіпотезу «кисневого контролю» забули. І, як з'ясувалося, даремно.
Справа в тому, що одновідсотковий рівень вмісту кисню (мається на увазі 1% від його сучасного кількості) - це той критичний мінімум, нижче якого аеробний метаболізм принципово неможливий, а проте для життєдіяльності макроскопічних тварин кисню потрібно істотно більше. Б. Раннегар нещодавно провів спеціальні розрахунки, з яких випливає, що для тварин, що складали перші фауну багатоклітинних - едіакарской, рівень вмісту кисню повинен був становити не менше 6-10% від нинішнього - це в тому випадку, якщо вони мали розвинену систему циркуляції, доставляти кисень до тканин. Якщо ж така система у них ще не розвинулася і вони дихали за рахунок прямої дифузії, то необхідний для їх життєдіяльності вміст кисню повинно було бути ще вище, може бути - можна порівняти з нинішнім. Отже, гіпотеза «кисневого контролю» здається цілком логічним поясненням появи макроскопічних тварин лише в кінці протерозою - якщо взяти більш високий критичний поріг, ніж одновідсотковий, що пропонувався Беркнер і Маршаллом.
Відомо, що кількість кисню, створюваного небиологическими процесами (фотоліз води і т.д.), зовсім нікчемне; майже весь вільний кисень планети створений фотосинтезуючими організмами. Однак живі істоти не тільки виробляють кисень, але і споживають його в процесі дихання. У біосфері здійснюється досить проста хімічна реакція: n СО 2 + n H 2 O ((CH 2 O) n + n О 2. «Читаючи» її зліва направо, ми отримуємо фотосинтез, а справа наліво - дихання (а також горіння і гниття ). Рівень вмісту кисню на планеті стабільний тому, що пряма і зворотна реакції взаємно врівноважуються; так що якщо ми спробуємо збільшити вміст вільного кисню в атмосфері шляхом простого нарощування обсягу фотосинтезуюча речовини, то з цієї затії нічого не вийде. Змістити хімічна рівновага, як вам повинно бути відомо з курсу хімії, можна, лише виводячи зі сфери реакції один з її продуктів. У нашому випадку - добитися збільшення виходу О 2 можна, лише необоротно вилучаючи з неї відновлений вуглець у формі (CH 2 O) n або його похідних.
Таким чином, виробництво кисню біосферою починає превалювати над споживанням цього газу (нею ж) тільки якщо відбувається поховання в опадах неокисленого органічної речовини. Тому, якщо ми встановимо, що в якийсь період геологічної історії відбувалося інтенсивне поховання органічного вуглецю, то ми маємо право будемо укласти, що в цей час настільки ж інтенсивно накопичувався і кисень. А ось оцінити темпи поховання органічного вуглецю в минулі епохи цілком можливо - для цього існує спеціальний метод, заснований на вивченні ізотопного відносини 12 C / 13 C у відповідних опадах (органічний вуглець, який брав участь будь-коли в реакціях фотосинтезу, збагачений «легким» ізотопом
Кілька років тому на архіпелазі Шпіцберген була відкрита унікальна за повнотою послідовність позднепротерозойськие опадів, відкладається в період з 850 до 600 млн. років тому. Дослідивши ці опади на предмет ізотопного відносини 12 C / 13 C, Е. Нолль (1996) встановив, що протягом всього цього часу темпи поховання органічного вуглецю залишалися найвищими за всю історію Землі. Вивчення позднепротерозойськие опадів в інших районах світу - у Канаді, Австралії і Південній Африці - підтвердило висновки Нолл. Отже, появи макроскопічної фауни передувало різке збільшення кількості вільного кисню; навряд чи можна вважати це випадковим збігом.
Про те, що на Землі в цей час дійсно істотно зросла вміст кисню, можуть свідчити й інші факти. По-перше, в океанах знову відбувається осадження джеспеллітов, яке припинилося близько 1,8 млрд. років тому. Це може означати, що кисень вперше наситив глибоководні частини океану, розташовані нижче фотичного зони, і при цьому відбулося осадження ще зберігалися в тих глибинах запасів закисного заліза. По-друге, це був час як мінімум трьох покривних зледенінь, останнє з яких - лапландська (600 млн. років тому) - було, по всій видимості, найбільшим за всю історію Землі. Однією ж із причин початку зледенінь вважають так званий «зворотний парниковий ефект»: коли в атмосфері планети відношення О 2 / СО 2 зміщується в бік кисню, планета починає набагато гірше утримувати тепло, доставляється центральним світилом.
Все це, ймовірно, стало наслідком подій, що відбулися в біосфері близько 1,2 млрд. років тому, коли почався постійний ріст чисельності та видового різноманіття еукаріотних фітопланктону, що тривав до 600 млн. років тому. Відомо, що в планктонних екосистемах детритні харчова ланцюг розвинена дуже слабо, а оборот речовини і енергії йде майже виключно за пасовищної ланцюга; практично вся мертва органіка «провалюється» з екосистеми вниз, на дно водойми, де і утилізується в тамтешніх детритних ланцюгах. Однак донні детритні ланцюга протерозою існують в умовах сильного нестачі кисню, і тому мають обмеженою «пропускною здатністю». Починаючи з деякого моменту вони перестають справлятися з тим наростаючим потоком органіки, що поставляється зверху нарощують свою продуктивність фітопланктону. Іншим джерелом органіки можуть бути позбавлені в ту пору скільки-небудь ефективних консументів («травоїдних») водоростеві луки. У результаті органічний вуглець починає захоронювати в опадах на дні океану; зворотним боком цього процесу є, як ми тепер знаємо, накопичення вільного кисню, що приводить - через «зворотний парниковий ефект» - до заледеніння.
Поєднання цих двох факторів - відчутне зростання вмісту кисню і появу льодовиків - створює в гідросфері планети принципово нову ситуацію. До цих пір кисень міг поширюватися з фотичного зони, де він виробляється, в нижні шари океану тільки за рахунок такого недосконалого механізму, як дифузія: адже багатша киснем вода поверхневого шару - тепліша, а тому вона «не тоне». Зауважимо, що саме «багатство» це досить відносне, тому що чим тепліше вода, тим меншу кількість газу (при рівній тиску) може бути в ній розчинений. Відомо, що вода має мінімальну щільність при температурі 0 є C і нижче (лід), а максимальну - при 4 є C, тому з появою на планеті льоду і «важкої» - четирехградусной - води картина змінюється. Плаваючий по поверхні лід охолоджує омиває його воду, і коли її температура досягає 4 є C, вона «тоне» - разом з розчиненими в ній газами з поверхневого шару; в океані утворюється холодний придонний шар - псіхросфера. Таким чином, в гідросфері виникає «стрічковий транспортер», який доставляє кисень у її глибокі шари (одним з наслідків цього процесу стало осадження в океанах джеспеллітов). Заледеніння траплялися на Землі і раніше (наприклад, Гуронское заледеніння 2,3-2,5 млрд. років тому), але тоді цьому транспортеру ще нічого було переносити; тепер же (650-600 млн. років тому) вся гідросфера виявилася насиченою киснем до того рівня, який допускає існування макроскопічних тварин.
2.Фотосінтез і хемосинтез
Хемосинтез (від хемо ... і синтез), правильніше - хемолітоавтотрофами, тип харчування, властивий деяким бактеріям, здатним засвоювати CO 2 як єдине джерело вуглецю за рахунок енергії окислення неорганічних сполук. Відкриття хемосинтез в 1887 (Виноградський С. М.) істотно змінило уявлення про основні типи обміну речовин у живих організмів. На відміну від фотосинтезу, при хемосинтезу використовується не енергія світла, а енергія, що отримується при окислювально-відновних реакціях, яка повинна бути достатня для синтезу аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ) та перевищувати 10 ккал / моль.
Бактерії, здатні до хемосинтезу, не є єдиною в таксономічному відношенні групою, а систематизуються в залежності від окислюваного неорганічного субстрату. Серед них зустрічаються мікроорганізми, що окислюють водень, окис вуглецю, відновлені сполуки сірки, залізо, аміак, нітрити, сурму.
Водневі бактерії - найбільш численна і різноманітна група хемосинтезирующих організмів; здійснюють реакцію 6H 2 + 2O 2 + CO 2 = (CH 2 O) + 5H 2 O, де (CH 2 O) - умовне позначення утворюються органічних речовин. У порівнянні з ін автотрофними мікроорганізмами характеризуються високою швидкістю росту і можуть давати велику біомасу. Ці бактерії здатні також рости на середовищах, що містять органічні речовини, тобто є мікотрофнимі, або факультативно хемоавтотрофними бактеріями.
Близькі до водневим бактеріям карбоксідобактеріі, окислюють CO по реакції 25CO + 12O 2 + H 2 O + 24CO 2 + (CH 2 O). Тіонові бактерії окислюють сірководень, тіосульфат, молекулярну сірку до сірчаної кислоти. Деякі з них (Thiobacillus ferrooxidans) окислюють сульфідні мінерали, а також закисное залізо. Здатність до хемосинтезу у різноманітних водних серобактерий залишається недоведеною.
Нитрифицирующие бактерії окислюють аміак до нітриту (1-я стадія нітрифікації) і нітрит в нітрат (2-а стадія). В анаеробних умовах хемосинтез спостерігається у деяких денитрифицирующих бактерій, що окислюють водень або сірку, але часто вони потребують в органічному речовині для біосинтезу (літогетеротрофія). Описано хемосинтез у деяких строго анаеробних метаноутворюючих бактерій з реакції 4H 2 + CO 2 = CH 4 + 2H 2 O.
Біосинтез органічних сполук при хемосинтезу здійснюється в результаті автотрофної асиміляції CO 2 (цикл Калвіна) точно так само, як при фотосинтезі. Енергія у вигляді АТФ виходить від перенесення електронів по ланцюгу дихальних ферментів, вбудованих в клітинну мембрану бактерій. Деякі окислювані речовини віддають електрони в ланцюг на рівні цитохрому с, що створює додаткову витрату енергії для синтезу відновника. У зв'язку з великою витратою енергії хемосинтезирующие бактерії, за винятком водневих, утворюють мало біомаси, але окислюють велика кількість неорганічних речовин.
У біосфері хемосинтезирующие бактерії контролюють окисні ділянки кругообігу найважливіших елементів і тому представляють виключне значення для біогеохімії. Водневі бактерії можуть бути використані для отримання білка і очищення атмосфери від CO 2 в замкнутих екологічних системах. Морфологічно хемосинтезирующие бактерії досить різноманітні, хоча більшість з них відноситься до псевдомонадами, вони є серед брунькуються і нитчастих бактерій, спірил, лептоспір, коринебактерій.
Зелені рослини (автотрофи) - основа життя на планеті. З рослин починаються практично всі харчові ланцюги. Вони перетворюють енергію, що падає на них у формі сонячного світла, в енергію, накопичену у вуглеводах, з яких найважливіше шестіуглеродний цукор глюкоза. Цей процес перетворення енергії називається фотосинтезом. Сумарне рівняння фотосинтезу виглядає так:
вода + вуглекислий газ + світло → вуглеводи + кисень
У 1905 році англійський фізіолог рослин Фредерік Блекман провів дослідження і встановив основні процеси фотосинтезу. Блекман уклав, що відбуваються два процеси: один з них у значній мірі залежить від рівня освітлення, але не від температури, тоді як другий сильно визначається температурою незалежно від рівня світла. Це осяяння лягло в основу сучасних уявлень про фотосинтезі. Два процеси іноді називають «світловий» і «темнової» реакцією, що не цілком коректно, оскільки виявилося, що, хоча реакції «темнової» фази йдуть і у відсутності світла, для них необхідні продукти «світловий» фази.
Фотосинтез починається з того, що випромінюються сонцем фотони потрапляють в особливі пігментні молекули, що знаходяться в листі, - молекули хлорофілу. Хлорофіл міститься в клітинах листа, в мембранах клітинних органел хлоропластів (саме вони надають листу зелене забарвлення). Процес вловлювання енергії складається з двох етапів і здійснюється в роздільних кластерах молекул - ці кластери прийнято називати фотосистеми I і фотосистеми II. Номери кластерів відображають порядок, в якому ці процеси були відкриті, і це одна з кумедних наукових дивацтв, оскільки в листі спочатку відбуваються реакції в фотосистеми II, і лише потім - у фотосистемі I.
Коли фотон стикається з 250-400 молекул фотосистеми II, енергія стрибкоподібно зростає і передається на молекулу хлорофілу. У цей момент відбуваються дві хімічні реакції: молекула хлорофілу втрачає два електрона (які приймає інша молекула, звана акцептором електронів) і розщеплюється молекула води. Електрони двох атомів водню, що входили в молекулу води, відшкодовують два втрачених хлорофілом електрона.
Після цього високоенергетичний («швидкий») електрон перекидають один одному, як гарячу картоплину, зібрані в ланцюжок молекулярні переносники. При цьому частина енергії йде на освіту молекули аденозинтрифосфату (АТФ), одного з основних переносників енергії в клітині. Тим часом трохи інша молекула хлорофілу фотосистеми I поглинає енергію фотона і віддає електрон іншої молекули-акцептор. Цей електрон заміщується в хлорофілі електроном, прибулим по ланцюгу переносників з фотосистеми II. Енергія електрона з фотосистеми I і іони водню, що утворилися раніше при розщепленні молекули води, йдуть на освіту НАДФ-Н, іншої молекули-переносника.
У результаті процесу уловлювання світла енергія двох фотонів запасається у молекулах, що використовуються клітиною для здійснення реакцій, і додатково утворюється одна молекула кисню. Після того як сонячна енергія поглинена і запасена, настає черга утворення вуглеводів. Основний механізм синтезу вуглеводів в рослинах був відкритий Мелвіном Калвіном. Цикл перетворення сонячної енергії в вуглеводи складається з серії хімічних реакцій, які починаються з з'єднання входить молекули з молекулою-«помічником» з подальшою ініціацією інших хімічних реакцій. Ці реакції приводять до утворення кінцевого продукту і водночас відтворюють молекулу-«помічника», і цикл починається знову. У циклі Калвіна роль такої молекули-«помічника» виконує п'ятивуглецевий цукор рібулозодіфосфат (РДФ). Цикл Калвіна починається з того, що молекули вуглекислого газу з'єднуються з РДФ. За рахунок енергії сонячного світла, запасеної у формі АТФ і НАДФ-H, спочатку відбуваються хімічні реакції зв'язування вуглецю з утворенням вуглеводів, а потім - реакції відтворення рібулозодіфосфата. На шести витках циклу шість атомів вуглецю включаються в молекули попередників глюкози та інших вуглеводів. Цей цикл хімічних реакцій буде тривати до тих пір, поки надходить енергія. Завдяки цьому циклу енергія сонячного світла стає доступної живим організмам.
3.Еволюція живих організмів. Поява людини
Еволюційна теорія як наукова доктрина починається з робіт Чарльза Дарвіна. Але виникнення її закономірно. Не випадково основна ідея Дарвіна про природний добір практично одночасно і незалежно була висловлена декількома дослідниками, в тому числі Альфредом Уоллесом, якого Дарвін вважав співавтором своєї теорії. Відкриття природного відбору було революційним переворотом в уявленні про рушійні сили розвитку живої природи. На зміну господствовавшим протягом багатьох століть поглядам про доцільний пристрої природи, як її іманентно властивості, що не піддається раціональному поясненню, прийшла парадигма, заснована на поясненні доцільності «від протилежного» - шляхом виключення неконкурентоспроможних форм. Значення теорія природного відбору вийшло далеко за рамки біології - вона виявилася основним аргументом у протиборстві теософічних і природничо світоглядів.
Природний відбір розкривав лише одну сторону еволюційного процесу - як види, що отримали корисні ознаки, заміщають менш пристосовані. Але він не пояснював, яким чином виникають ці ознаки. Відповідь на це питання дала гіпотеза Де Фріза про випадкових змінах спадковості - мутаціях, шляхом пошкодження спадкового апарату чинниками середовища. Сам факт мутацій не викликав сумнівів, але було потрібно робота не одного покоління генетиків, щоб виявити ті умови, при яких одинична подія не «розчинилося» в низці поколінь, а дало б початок новому виду. При цьому була встановлена ще одна обов'язкова складова еволюційного процесу - ізоляція частини популяції в умовах, де знову набутий ознака мав би селективне значення.
Небагато наукові проблеми дискутувалися настільки довго й емоційно, як проблема походження людини. Серед обговорюють це питання є ті, хто стверджує, що людина і його родовід не мають нічого спільного з іншими формами життя на Землі, інші вірять в акт божественного творіння. Але з кожним роком антропологія, і головним чином Палеоантропологія, надає все більше наукових доказів послідовною, що триває мільйони років, еволюції людського роду. Ось уже понад століття дослідники зайняті пошуками «втраченого ланки» - форми, безпосередньо відгалузилися від спільного з африканськими людиноподібними мавпами предка. Антропологи сперечаються про те, хто з цих мавп - шимпанзе, бонобо (у вітчизняній літературі його називають карликовим шимпанзе) або горили - ближче до людини, і про те, що послужило поштовхом до унікальних морфологічним і поведінковим перетворенням: розвитку двоногого, еволюції кисті, збільшенню головного мозку, становленню гарматної діяльності, мови, свідомості. Немає остаточної ясності і в розумінні шляху соціальної еволюції людини.
В останні роки фахівці з молекулярної систематики прийшли до надзвичайно цікавих висновків щодо часу відділення гомінідний лінії від спільного з африканськими людиноподібними мавпами предкового стовбура. Передбачається, що спочатку відгалузилися лінія горили (між 10 і 7 млн. років тому) і тільки потім (також в міоцені, тобто 7 - 6 млн. років тому) відбувся поділ гоміноідной лінії на гомінідний (австралопітеки, а потім рід Homo ) і панідную (шимпанзе і бонобо) галузі.
У наші дні міцно утвердилася думка, що класифікація гомінідів повинна будуватися не на основі морфологічних ознак, а на ступені генетичного споріднення. Дані молекулярної біології призвели до радикального перегляду систематики: пологи горила, шимпанзе і людина утворюють близькоспоріднених групу Hominini в межах єдиного сімейства гомінід. Туди ж включають орангутангів і гібонів - більш далеких родичів людини.
У самому загальному випадку в еволюції людини можна виділити три основні етапи: поява археоантропа, зміна археоантропа палеоантропів і зміна палеоантропа неоантропам. Остання велика перебудова в органічному світі належить до кордону, яка визначається в інтервалі від 1,3 до 0,9 млн. років тому. Людина, судячи з даними, наведеними В. А. Зубакова, з'явився дещо раніше - 1,6-1,4 млн. років тому в Східній Африці.
Дуже ймовірно, що спалах радіоактивності, приурочена до холодного моменту ритму плейстоцену (і, може бути, що збігається з холодним моментом геологічного ритму), викликала мутацію, в результаті якої на Землі з'явилася людина. Це був археоантроп або пітекантроп, що жив в древню палеолітичну епоху або в еоплейстоцене і ранньому плейстоцені. Знаряддям його були грубо тесані камені і так звані рубала. Послідовність культур, пов'язаних з археоантропом, така: культура галек - Шельскі - ашельськой культура; остання частково поширилася і на середній плейстоцен.
В кінці раннього - початку середнього плейстоцену пітекантроп вимирає. Його місце займає палеоантроп, що жив в епоху середнього палеоліту. Неандертальці здебільшого мешкали в печерах і займалися полюванням. Вони створили кілька культур, з яких особливо важливі культури мустьє і Леваллуа. Перша бере початок з дніпровського зледеніння, тобто приблизно 100 тис. років тому, друга - з Лихвинські межледниковья, тобто приблизно 140 тис. років тому. Якщо судити з культури Леваллуа, то поява неандертальця треба віднести приблизно до 140 тис. років тому. Час зникнення палеоантропів і заміни його неоантропам - кроманьйонці встановлено досить точно. Шари фінального мустьє наскальном навісі Ла-Кіна мають датування 3525 ± 530 років тому. Найдавніші датування пізнього палеоліту, 38160 ± 1250 і 38320 ± 2480 років тому, отримані з відкладень в печері Нетопержевой біля Кракова.
Висновок
Ідея природного відбору виникла з аналогії зі штучним відбором, за допомогою якого людина виводить потрібні йому породи тварин або сорту рослин. Процес видоутворення на основі випадкових мутацій мав би зайняти нісенітно багато часу. Крім того, він не пояснює явною системності в різноманітті виникають форм типу закону гомологічних рядів Н.І. Вавілова. Тому Л.С. Берг запропонував дуже цікаву концепцію номогенеза - закономірною або спрямованої еволюції живого. У цій концепції передбачається, що філогенез має певний напрям і зміна форм задається певним вектором. Ідеї номогенеза глибоко розробив і розвинув А.А. Любіщев, який висловив гіпотезу про математичні закономірності, які визначають різноманіття живих форм. Концепція номогенеза передбачає набагато більш складний акт творіння, коли виник задум всього різноманіття живих організмів, в якому заздалегідь пріуготовлено місце для появи людини. У зазначеному сенсі номогенетіческіе концепції еволюції тісніше пов'язані з ідеєю творення, ніж дарвінізм, бо залишають набагато більше на частку акту творення.
З якого боку не розглядати еволюцію, завжди виконується наступне: еволюція йшла таким чином, що в її процесі виникали все більш складні системи, найбільш складною з яких є мозок людини. Саме мозок генерує (самостійно або під впливом навколишнього середовища) всі ті раціональні схеми, до яких людина пристосовує себе і свою діяльність, всі ті концепції, які в тому числі стосується і природознавства.
Список використаної літератури
1. Алексєєв А.С. Типізація фанерозойських подій масового вимирання організмів / / 11 вісник МДУ. сер.4 «Геологія». № 5. 2000.
2. Давіташвілі А.Ш. Причини вимирання організмів. - М., 1980
3. Йорданський М.М. Макроеволюція: Системна теорія. - М., 1994.
4. Йорданський М.М. Еволюція життя. - М. «Академія», 2001.
5. Карпінська Р.С. Глобальний еволюціонізм і діалектика / / Про сучасний статус глобального еволюціонізму. М., 1986.
6. Керолл Р. Палеонтологія і еволюція хребетних. - М., 1992.
7. Рубцов В.В., Урсул А.Д. Проблема позаземних цивілізацій. - Кишинів, 1984.
8. Сутта Т.Я. Ідея глобального еволюціонізму і принцип антропного / / Про сучасний статус глобального еволюціонізму. М., 1986.
Про те, що на Землі в цей час дійсно істотно зросла вміст кисню, можуть свідчити й інші факти. По-перше, в океанах знову відбувається осадження джеспеллітов, яке припинилося близько 1,8 млрд. років тому. Це може означати, що кисень вперше наситив глибоководні частини океану, розташовані нижче фотичного зони, і при цьому відбулося осадження ще зберігалися в тих глибинах запасів закисного заліза. По-друге, це був час як мінімум трьох покривних зледенінь, останнє з яких - лапландська (600 млн. років тому) - було, по всій видимості, найбільшим за всю історію Землі. Однією ж із причин початку зледенінь вважають так званий «зворотний парниковий ефект»: коли в атмосфері планети відношення О 2 / СО 2 зміщується в бік кисню, планета починає набагато гірше утримувати тепло, доставляється центральним світилом.
Все це, ймовірно, стало наслідком подій, що відбулися в біосфері близько 1,2 млрд. років тому, коли почався постійний ріст чисельності та видового різноманіття еукаріотних фітопланктону, що тривав до 600 млн. років тому. Відомо, що в планктонних екосистемах детритні харчова ланцюг розвинена дуже слабо, а оборот речовини і енергії йде майже виключно за пасовищної ланцюга; практично вся мертва органіка «провалюється» з екосистеми вниз, на дно водойми, де і утилізується в тамтешніх детритних ланцюгах. Однак донні детритні ланцюга протерозою існують в умовах сильного нестачі кисню, і тому мають обмеженою «пропускною здатністю». Починаючи з деякого моменту вони перестають справлятися з тим наростаючим потоком органіки, що поставляється зверху нарощують свою продуктивність фітопланктону. Іншим джерелом органіки можуть бути позбавлені в ту пору скільки-небудь ефективних консументів («травоїдних») водоростеві луки. У результаті органічний вуглець починає захоронювати в опадах на дні океану; зворотним боком цього процесу є, як ми тепер знаємо, накопичення вільного кисню, що приводить - через «зворотний парниковий ефект» - до заледеніння.
Поєднання цих двох факторів - відчутне зростання вмісту кисню і появу льодовиків - створює в гідросфері планети принципово нову ситуацію. До цих пір кисень міг поширюватися з фотичного зони, де він виробляється, в нижні шари океану тільки за рахунок такого недосконалого механізму, як дифузія: адже багатша киснем вода поверхневого шару - тепліша, а тому вона «не тоне». Зауважимо, що саме «багатство» це досить відносне, тому що чим тепліше вода, тим меншу кількість газу (при рівній тиску) може бути в ній розчинений. Відомо, що вода має мінімальну щільність при температурі 0 є C і нижче (лід), а максимальну - при 4 є C, тому з появою на планеті льоду і «важкої» - четирехградусной - води картина змінюється. Плаваючий по поверхні лід охолоджує омиває його воду, і коли її температура досягає 4 є C, вона «тоне» - разом з розчиненими в ній газами з поверхневого шару; в океані утворюється холодний придонний шар - псіхросфера. Таким чином, в гідросфері виникає «стрічковий транспортер», який доставляє кисень у її глибокі шари (одним з наслідків цього процесу стало осадження в океанах джеспеллітов). Заледеніння траплялися на Землі і раніше (наприклад, Гуронское заледеніння 2,3-2,5 млрд. років тому), але тоді цьому транспортеру ще нічого було переносити; тепер же (650-600 млн. років тому) вся гідросфера виявилася насиченою киснем до того рівня, який допускає існування макроскопічних тварин.
2.Фотосінтез і хемосинтез
Хемосинтез (від хемо ... і синтез), правильніше - хемолітоавтотрофами, тип харчування, властивий деяким бактеріям, здатним засвоювати CO 2 як єдине джерело вуглецю за рахунок енергії окислення неорганічних сполук. Відкриття хемосинтез в 1887 (Виноградський С. М.) істотно змінило уявлення про основні типи обміну речовин у живих організмів. На відміну від фотосинтезу, при хемосинтезу використовується не енергія світла, а енергія, що отримується при окислювально-відновних реакціях, яка повинна бути достатня для синтезу аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ) та перевищувати 10 ккал / моль.
Бактерії, здатні до хемосинтезу, не є єдиною в таксономічному відношенні групою, а систематизуються в залежності від окислюваного неорганічного субстрату. Серед них зустрічаються мікроорганізми, що окислюють водень, окис вуглецю, відновлені сполуки сірки, залізо, аміак, нітрити, сурму.
Водневі бактерії - найбільш численна і різноманітна група хемосинтезирующих організмів; здійснюють реакцію 6H 2 + 2O 2 + CO 2 = (CH 2 O) + 5H 2 O, де (CH 2 O) - умовне позначення утворюються органічних речовин. У порівнянні з ін автотрофними мікроорганізмами характеризуються високою швидкістю росту і можуть давати велику біомасу. Ці бактерії здатні також рости на середовищах, що містять органічні речовини, тобто є мікотрофнимі, або факультативно хемоавтотрофними бактеріями.
Близькі до водневим бактеріям карбоксідобактеріі, окислюють CO по реакції 25CO + 12O 2 + H 2 O + 24CO 2 + (CH 2 O). Тіонові бактерії окислюють сірководень, тіосульфат, молекулярну сірку до сірчаної кислоти. Деякі з них (Thiobacillus ferrooxidans) окислюють сульфідні мінерали, а також закисное залізо. Здатність до хемосинтезу у різноманітних водних серобактерий залишається недоведеною.
Нитрифицирующие бактерії окислюють аміак до нітриту (1-я стадія нітрифікації) і нітрит в нітрат (2-а стадія). В анаеробних умовах хемосинтез спостерігається у деяких денитрифицирующих бактерій, що окислюють водень або сірку, але часто вони потребують в органічному речовині для біосинтезу (літогетеротрофія). Описано хемосинтез у деяких строго анаеробних метаноутворюючих бактерій з реакції 4H 2 + CO 2 = CH 4 + 2H 2 O.
Біосинтез органічних сполук при хемосинтезу здійснюється в результаті автотрофної асиміляції CO 2 (цикл Калвіна) точно так само, як при фотосинтезі. Енергія у вигляді АТФ виходить від перенесення електронів по ланцюгу дихальних ферментів, вбудованих в клітинну мембрану бактерій. Деякі окислювані речовини віддають електрони в ланцюг на рівні цитохрому с, що створює додаткову витрату енергії для синтезу відновника. У зв'язку з великою витратою енергії хемосинтезирующие бактерії, за винятком водневих, утворюють мало біомаси, але окислюють велика кількість неорганічних речовин.
У біосфері хемосинтезирующие бактерії контролюють окисні ділянки кругообігу найважливіших елементів і тому представляють виключне значення для біогеохімії. Водневі бактерії можуть бути використані для отримання білка і очищення атмосфери від CO 2 в замкнутих екологічних системах. Морфологічно хемосинтезирующие бактерії досить різноманітні, хоча більшість з них відноситься до псевдомонадами, вони є серед брунькуються і нитчастих бактерій, спірил, лептоспір, коринебактерій.
Зелені рослини (автотрофи) - основа життя на планеті. З рослин починаються практично всі харчові ланцюги. Вони перетворюють енергію, що падає на них у формі сонячного світла, в енергію, накопичену у вуглеводах, з яких найважливіше шестіуглеродний цукор глюкоза. Цей процес перетворення енергії називається фотосинтезом. Сумарне рівняння фотосинтезу виглядає так:
вода + вуглекислий газ + світло → вуглеводи + кисень
У 1905 році англійський фізіолог рослин Фредерік Блекман провів дослідження і встановив основні процеси фотосинтезу. Блекман уклав, що відбуваються два процеси: один з них у значній мірі залежить від рівня освітлення, але не від температури, тоді як другий сильно визначається температурою незалежно від рівня світла. Це осяяння лягло в основу сучасних уявлень про фотосинтезі. Два процеси іноді називають «світловий» і «темнової» реакцією, що не цілком коректно, оскільки виявилося, що, хоча реакції «темнової» фази йдуть і у відсутності світла, для них необхідні продукти «світловий» фази.
Фотосинтез починається з того, що випромінюються сонцем фотони потрапляють в особливі пігментні молекули, що знаходяться в листі, - молекули хлорофілу. Хлорофіл міститься в клітинах листа, в мембранах клітинних органел хлоропластів (саме вони надають листу зелене забарвлення). Процес вловлювання енергії складається з двох етапів і здійснюється в роздільних кластерах молекул - ці кластери прийнято називати фотосистеми I і фотосистеми II. Номери кластерів відображають порядок, в якому ці процеси були відкриті, і це одна з кумедних наукових дивацтв, оскільки в листі спочатку відбуваються реакції в фотосистеми II, і лише потім - у фотосистемі I.
Коли фотон стикається з 250-400 молекул фотосистеми II, енергія стрибкоподібно зростає і передається на молекулу хлорофілу. У цей момент відбуваються дві хімічні реакції: молекула хлорофілу втрачає два електрона (які приймає інша молекула, звана акцептором електронів) і розщеплюється молекула води. Електрони двох атомів водню, що входили в молекулу води, відшкодовують два втрачених хлорофілом електрона.
Після цього високоенергетичний («швидкий») електрон перекидають один одному, як гарячу картоплину, зібрані в ланцюжок молекулярні переносники. При цьому частина енергії йде на освіту молекули аденозинтрифосфату (АТФ), одного з основних переносників енергії в клітині. Тим часом трохи інша молекула хлорофілу фотосистеми I поглинає енергію фотона і віддає електрон іншої молекули-акцептор. Цей електрон заміщується в хлорофілі електроном, прибулим по ланцюгу переносників з фотосистеми II. Енергія електрона з фотосистеми I і іони водню, що утворилися раніше при розщепленні молекули води, йдуть на освіту НАДФ-Н, іншої молекули-переносника.
У результаті процесу уловлювання світла енергія двох фотонів запасається у молекулах, що використовуються клітиною для здійснення реакцій, і додатково утворюється одна молекула кисню. Після того як сонячна енергія поглинена і запасена, настає черга утворення вуглеводів. Основний механізм синтезу вуглеводів в рослинах був відкритий Мелвіном Калвіном. Цикл перетворення сонячної енергії в вуглеводи складається з серії хімічних реакцій, які починаються з з'єднання входить молекули з молекулою-«помічником» з подальшою ініціацією інших хімічних реакцій. Ці реакції приводять до утворення кінцевого продукту і водночас відтворюють молекулу-«помічника», і цикл починається знову. У циклі Калвіна роль такої молекули-«помічника» виконує п'ятивуглецевий цукор рібулозодіфосфат (РДФ). Цикл Калвіна починається з того, що молекули вуглекислого газу з'єднуються з РДФ. За рахунок енергії сонячного світла, запасеної у формі АТФ і НАДФ-H, спочатку відбуваються хімічні реакції зв'язування вуглецю з утворенням вуглеводів, а потім - реакції відтворення рібулозодіфосфата. На шести витках циклу шість атомів вуглецю включаються в молекули попередників глюкози та інших вуглеводів. Цей цикл хімічних реакцій буде тривати до тих пір, поки надходить енергія. Завдяки цьому циклу енергія сонячного світла стає доступної живим організмам.
3.Еволюція живих організмів. Поява людини
Еволюційна теорія як наукова доктрина починається з робіт Чарльза Дарвіна. Але виникнення її закономірно. Не випадково основна ідея Дарвіна про природний добір практично одночасно і незалежно була висловлена декількома дослідниками, в тому числі Альфредом Уоллесом, якого Дарвін вважав співавтором своєї теорії. Відкриття природного відбору було революційним переворотом в уявленні про рушійні сили розвитку живої природи. На зміну господствовавшим протягом багатьох століть поглядам про доцільний пристрої природи, як її іманентно властивості, що не піддається раціональному поясненню, прийшла парадигма, заснована на поясненні доцільності «від протилежного» - шляхом виключення неконкурентоспроможних форм. Значення теорія природного відбору вийшло далеко за рамки біології - вона виявилася основним аргументом у протиборстві теософічних і природничо світоглядів.
Природний відбір розкривав лише одну сторону еволюційного процесу - як види, що отримали корисні ознаки, заміщають менш пристосовані. Але він не пояснював, яким чином виникають ці ознаки. Відповідь на це питання дала гіпотеза Де Фріза про випадкових змінах спадковості - мутаціях, шляхом пошкодження спадкового апарату чинниками середовища. Сам факт мутацій не викликав сумнівів, але було потрібно робота не одного покоління генетиків, щоб виявити ті умови, при яких одинична подія не «розчинилося» в низці поколінь, а дало б початок новому виду. При цьому була встановлена ще одна обов'язкова складова еволюційного процесу - ізоляція частини популяції в умовах, де знову набутий ознака мав би селективне значення.
Небагато наукові проблеми дискутувалися настільки довго й емоційно, як проблема походження людини. Серед обговорюють це питання є ті, хто стверджує, що людина і його родовід не мають нічого спільного з іншими формами життя на Землі, інші вірять в акт божественного творіння. Але з кожним роком антропологія, і головним чином Палеоантропологія, надає все більше наукових доказів послідовною, що триває мільйони років, еволюції людського роду. Ось уже понад століття дослідники зайняті пошуками «втраченого ланки» - форми, безпосередньо відгалузилися від спільного з африканськими людиноподібними мавпами предка. Антропологи сперечаються про те, хто з цих мавп - шимпанзе, бонобо (у вітчизняній літературі його називають карликовим шимпанзе) або горили - ближче до людини, і про те, що послужило поштовхом до унікальних морфологічним і поведінковим перетворенням: розвитку двоногого, еволюції кисті, збільшенню головного мозку, становленню гарматної діяльності, мови, свідомості. Немає остаточної ясності і в розумінні шляху соціальної еволюції людини.
В останні роки фахівці з молекулярної систематики прийшли до надзвичайно цікавих висновків щодо часу відділення гомінідний лінії від спільного з африканськими людиноподібними мавпами предкового стовбура. Передбачається, що спочатку відгалузилися лінія горили (між 10 і 7 млн. років тому) і тільки потім (також в міоцені, тобто 7 - 6 млн. років тому) відбувся поділ гоміноідной лінії на гомінідний (австралопітеки, а потім рід Homo ) і панідную (шимпанзе і бонобо) галузі.
У наші дні міцно утвердилася думка, що класифікація гомінідів повинна будуватися не на основі морфологічних ознак, а на ступені генетичного споріднення. Дані молекулярної біології призвели до радикального перегляду систематики: пологи горила, шимпанзе і людина утворюють близькоспоріднених групу Hominini в межах єдиного сімейства гомінід. Туди ж включають орангутангів і гібонів - більш далеких родичів людини.
У самому загальному випадку в еволюції людини можна виділити три основні етапи: поява археоантропа, зміна археоантропа палеоантропів і зміна палеоантропа неоантропам. Остання велика перебудова в органічному світі належить до кордону, яка визначається в інтервалі від 1,3 до 0,9 млн. років тому. Людина, судячи з даними, наведеними В. А. Зубакова, з'явився дещо раніше - 1,6-1,4 млн. років тому в Східній Африці.
Дуже ймовірно, що спалах радіоактивності, приурочена до холодного моменту ритму плейстоцену (і, може бути, що збігається з холодним моментом геологічного ритму), викликала мутацію, в результаті якої на Землі з'явилася людина. Це був археоантроп або пітекантроп, що жив в древню палеолітичну епоху або в еоплейстоцене і ранньому плейстоцені. Знаряддям його були грубо тесані камені і так звані рубала. Послідовність культур, пов'язаних з археоантропом, така: культура галек - Шельскі - ашельськой культура; остання частково поширилася і на середній плейстоцен.
В кінці раннього - початку середнього плейстоцену пітекантроп вимирає. Його місце займає палеоантроп, що жив в епоху середнього палеоліту. Неандертальці здебільшого мешкали в печерах і займалися полюванням. Вони створили кілька культур, з яких особливо важливі культури мустьє і Леваллуа. Перша бере початок з дніпровського зледеніння, тобто приблизно 100 тис. років тому, друга - з Лихвинські межледниковья, тобто приблизно 140 тис. років тому. Якщо судити з культури Леваллуа, то поява неандертальця треба віднести приблизно до 140 тис. років тому. Час зникнення палеоантропів і заміни його неоантропам - кроманьйонці встановлено досить точно. Шари фінального мустьє наскальном навісі Ла-Кіна мають датування 3525 ± 530 років тому. Найдавніші датування пізнього палеоліту, 38160 ± 1250 і 38320 ± 2480 років тому, отримані з відкладень в печері Нетопержевой біля Кракова.
Висновок
Ідея природного відбору виникла з аналогії зі штучним відбором, за допомогою якого людина виводить потрібні йому породи тварин або сорту рослин. Процес видоутворення на основі випадкових мутацій мав би зайняти нісенітно багато часу. Крім того, він не пояснює явною системності в різноманітті виникають форм типу закону гомологічних рядів Н.І. Вавілова. Тому Л.С. Берг запропонував дуже цікаву концепцію номогенеза - закономірною або спрямованої еволюції живого. У цій концепції передбачається, що філогенез має певний напрям і зміна форм задається певним вектором. Ідеї номогенеза глибоко розробив і розвинув А.А. Любіщев, який висловив гіпотезу про математичні закономірності, які визначають різноманіття живих форм. Концепція номогенеза передбачає набагато більш складний акт творіння, коли виник задум всього різноманіття живих організмів, в якому заздалегідь пріуготовлено місце для появи людини. У зазначеному сенсі номогенетіческіе концепції еволюції тісніше пов'язані з ідеєю творення, ніж дарвінізм, бо залишають набагато більше на частку акту творення.
З якого боку не розглядати еволюцію, завжди виконується наступне: еволюція йшла таким чином, що в її процесі виникали все більш складні системи, найбільш складною з яких є мозок людини. Саме мозок генерує (самостійно або під впливом навколишнього середовища) всі ті раціональні схеми, до яких людина пристосовує себе і свою діяльність, всі ті концепції, які в тому числі стосується і природознавства.
Список використаної літератури
1. Алексєєв А.С. Типізація фанерозойських подій масового вимирання організмів / / 11 вісник МДУ. сер.4 «Геологія». № 5. 2000.
2. Давіташвілі А.Ш. Причини вимирання організмів. - М., 1980
3. Йорданський М.М. Макроеволюція: Системна теорія. - М., 1994.
4. Йорданський М.М. Еволюція життя. - М. «Академія», 2001.
5. Карпінська Р.С. Глобальний еволюціонізм і діалектика / / Про сучасний статус глобального еволюціонізму. М., 1986.
6. Керолл Р. Палеонтологія і еволюція хребетних. - М., 1992.
7. Рубцов В.В., Урсул А.Д. Проблема позаземних цивілізацій. - Кишинів, 1984.
8. Сутта Т.Я. Ідея глобального еволюціонізму і принцип антропного / / Про сучасний статус глобального еволюціонізму. М., 1986.