Зміст
Сутність життя
Основні концепції походження життя
Поява життя на Землі
Формування і розвиток біосфери Землі
Поява рослин і тварин
Список літератури
Протилежною точкою зору дотримувався віталізм, який пояснював якісну відмінність живого від неживого наявністю в живих організмах особливої "життєвої сили", відсутньої в неживих предметах і не підкоряється фізичним законам. Таке рішення проблеми сутності життя тісно пов'язане з визнанням факту творіння її Богом, іншим розумним початком і т.д.
Вченим вдалося точно встановити, що якісна відмінність живого від неживого укладено в структурі їх сполук, будову і зв'язках, особливості функцій, характеристиці та організації відбуваються всередині організму процесів. Крім того, життя відрізняється динамічністю і лабільністю. Але при цьому можна говорити про повну тотожність хімічних елементів, що входять до складу живого і неживого.
Сучасна біологія в питанні про сутність життя все частіше йде по шляху перерахування основних властивостей живих організмів. Б.М. Мідників називає життям активне, що йде з витратою енергії підтримання та відтворення специфічних структур, що володіють такими властивостями: наявністю генотипу та фенотипу; реплікацією генетичних програм матричним способом; неминучістю помилок на мікрорівні при реплікації, що призводять до мутацій; багаторазове зусилля цих змін в ході формування фенотипу і їх селекція з боку чинників зовнішнього середовища.
При цьому організм відтворює себе і підтримує свою цілісність за рахунок використання елементів навколишнього середовища з більш низькою впорядкованістю. Відмінності живих організмів від неживих систем надають життю якісно нових властивостей. Живим організмам притаманні певні специфічні властивості, які часто в тій чи іншій мірі характерні і для неживої природи, що підкреслює єдність еволюційних процесів. Сукупність і характер прояву цих властивостей визначають сутність життя. Тому для розуміння сутності життя необхідно встановити шляхом порівняльного аналізу, що таке живе і чим воно відрізняється від неживого.
Єдність хімічного складу. До складу живих організмів і неживих предметів входять одні й ті ж хімічні елементи, але співвідношення елементів у живій і неживому істотно різниться. Елементний склад неживої природи поряд з киснем представлений в основному кремнієм, залізом, магнієм, алюмінієм і т.д. У живих організмах, як вже зазначалося раніше, 98% хімічного складу припадає на чотири елементи: вуглець, кисень, азот і водень. Крім того, живі організми побудовані в основному з чотирьох складних органічних молекул - біологічних полімерів: нуклеїнових кислот, білків, полісахаридів, жирів, які дуже рідко зустрічаються в неживій природі.
Обмін речовин. Всі живі організми здатні до обміну речовин з навколишнім середовищем: вони поглинають з неї необхідні речовини і виділяють продукти своєї життєдіяльності. Обмін речовин - двосторонній процес: по-перше, в результаті ряду складних хімічних перетворень речовини з навколишнього середовища вживаються органічними речовинами живого організму, і з них будується його тіло, по-друге, складні органічні сполуки розпадаються на прості, при цьому втрачається їх схожість з речовинами організму і виділяється енергія, необхідна для реакцій біосинтезу. Обмін речовин забезпечує сталість хімічного складу і будови всіх частин організму і, як наслідок, постійність їх функціонування в безупинно мінливих вловити навколишнього середовища, тобто забезпечує гомеостаз. У неживій природі також існує обмін речовин, але там кругообіг речовин зводиться тільки до простого переносу їх з одного місця на інше або зміна їх агрегатного стану.
Самовідтворення і спадковість. При розмноженні живих організмів потомство схоже на батьків, що дає підставу стверджувати, що розмноження - це властивість організмів відтворювати собі подібних. В основі самовідтворення лежить утворення нових молекул і структур на основі інформації, закладеної в ДНК. Завдяки репродукції не тільки цілі організми, а й клітини, органели клітин після поділу подібні зі своїми прототипами. Отже, самовідтворення часто пов'язане зі спадковістю - здатністю організмів до передачі властивостей, ознак, особливостей розвитку з покоління в покоління, що обумовлює спадкоємність поколінь.
Мінливість розвиток. Під мінливістю в природознавстві розуміють здатність організмів набувати нових ознак і властивості на основі зміни молекул ДНК. Мінливість дає різноманітний матеріал для природного добору, і відповідно передумови для розвитку і зростання живих організмів. Розвиток - це необоротна спрямоване закономірна зміна об'єктів живої природи. У результаті розвитку виникає якісне нове стан живої системи розвиток живої форми існування матерії представлено індивідуальним розвитком організмів, а збільшення його маси обумовлено репродукцією макромолекул, елементарних структур клітин і самих клітин.
Подразливість. Будь-який живий організм нерозривно пов'язаний з навколишнім середовищем: він поглинає необхідні речовини, піддається впливу несприятливих факторів середовища, вступає у взаємодію з іншими організмами. У процесі еволюції у живих організмів виробило і закріпилося властивість подразливості - виборчої реакції на зовнішні впливи. Будь-яке зміна навколишніх умов середовища по відношенню до організму являє собою роздратування, а реакція організму на зовнішні подразники служить показниками його чутливості і проявом подразливості.
Ритмічність. Невід'ємною властивістю природи є послідовна закономірна зміна циклів. Періодичні зміни в навколишньому середовищі роблять істотний вплив на живу природу і на власні життєві ритми живих організмів. У живих системах ритмічність проявляється в періодичних змінах інтенсивності фізіологічних функцій з різними періодами їх активації (від кількох секунд до століття): добові ритми сну і неспання у людини, сезонні ритми активності і сплячки у деяких ссавців і ін Ритмічність забезпечує узгодження функцій організму і навколишнього середовища, тобто пристосування до періодично мінливих умов існування.
Саморегуляція. Всі живі організми здатні підтримувати сталість свого хімічного складу та інтенсивність фізіологічних процесів у постійно мінливих умовах навколишнього середовища. При недолік будь-яких поживних речовин мобілізує внутрішні ресурси організму, а при надлишку будь-якого речовини його синтез викликає посилене розмноження залишилися клітин до нормально виникає сигнал про зниження інтенсивності клітинного олень. "
Дискретність. Як вже було зазначено, життя на Землі існує у вигляді дискретних форм, тобто біосфера в цілому і кожен окремий організм складаються з відокремлених і обмежених у просторі, але пов'язаних і взаємодіючих частин, що утворюють структурно-функціональну єдність. Дискретність будови організму - основа його структурної впорядкованості. Вона створює можливість постійного самооновлення організму шляхом заміни віджилих структурних елементів без припинення його функціонування. Дискретність виду зумовлює можливість його еволюції через загибель або неможливість розмноження непристосованих особин і збереження особин з корисними для виживання ознаками.
Всі живі організми живляться, дихають, ростуть, розмножуються і поширюються в природі. Ці ознаки повинні бути відображені у визначенні життя. У сучасному природознавстві поняттям "життя" або "живе" позначається вища з природних форм руху матерії, яка характеризується самооновлення, саморегуляції і самовідтворення равноуровневих відкритих систем, основу яких складають білки, нуклеїнові кислоти і фосфорорганічні сполуки.
Концепцію креаціонізму, яка стверджує, що життя створене надприродною істотою в результаті акту творіння;
Концепцію стаціонарного стану, відповідно до якої життя існувала завжди;
Концепцію мимовільно зародження життя, що грунтується на ідеї багаторазового виникнення життя з неживої речовини;
Концепцію панспермії, яка стверджує, що життя занесене на Землю з космосу;
Концепцію випадкового одноразового походження життя;
Концепцію закономірного походження життя шляхом біохімічної еволюції.
Концепція креаціонізму має найдовшу історію, оскільки практично у всіх релігіях виникнення життя розглядається як акт Божественного творіння, свідченням чого є наявність у живих організмах особливої сили, яка керує всіма біологічними процесами.
Концепція креаціонізму, по суті, наукової не є, адже вона виникла в рамках релігійного світогляду. Вона стверджує, що життя така, яка вона є, тому що такий її створив Бог. Тим самим практично знімається питання про наукове вирішенні проблеми походження життя, тому що всі релігії вимагає приймати це положення на віру, без доказів.
Концепція стаціонарного стану. Прихильники теорії вічного існування життя вважають, що Земля ніколи не виникала, а існувала вічно, і разом з нею завжди існували різні види живого. При цьому одні з них при зміні умов вимерли, інші перемістилися в інші біологічні ніші, а треті різко змінили чисельність. Велика частина аргументів на користь цієї теорії полягає в дослідженнях палеонтологів, що виявили зникнення деяких видів тварин у процесі еволюції, відсутність слідів перехідних ланок між різними видами живого і все більш високими оцінками віку землі.
Концепція самовільного зародження життя довгий час була єдиною альтернативою креаціонізму. Вважалося, що всі нижчі організми з'являються шляхом самозародження. Вчені середньовіччя, наприклад, допускали, що риби могли зародитися з мулу, миші - з бруду, мухи - з м'яса, і т.д. Однак починаючи з 17 століття стали накопичуватися дані проти такого розуміння походження життя. У 1668 р італійський натураліст і лікар Ф. Реді сформулював знаменитий принцип "все живе - від живого". Тому він став основоположником концепції біогенезу, яка стверджувала, що життя виникає тільки з попереднього життя. У середині 19 століття французький вчений Л. Пастер своїми дослідами остаточно довів наукову неспроможність концепції спонтанного самозародження організмів.
Концепція панспермії. Практично одночасно з дослідами Пастера німецьким ученим Г. Ріхтером була висловлена гіпотеза про занесення живих істот на Землю з космосу, що отримала пізніше назву концепції панспермії. Ця теорія допускала можливість виникнення життя в різний час в різних частинах Галактики і перенесення її на Землю тим чи іншим способом. Концепція панспермії була підтримана багатьма відомими вченими, що сприяло її широкому розповсюдженню. Тим не менш серйозних аргументів на неї немає. Є навіть серйозні доводи проти цієї концепції. Справа в тому, що, хоча спектр можливих умов для існування живих організмів досить широкий, все ж вважається, що вони повинні загинути в космосі під дією ультрафіолетових і космічних променів.
Концепція випадкового одноразового появи життя. Нездатність розглянутих теорій і концепцій дати переконливе і аргументоване пояснення походження життя призвели на початку 20 століття до подальших пошуків вирішення цієї проблеми. Американський генетик Г. Меллер висунув гіпотезу про випадковий виникненні первинної молекули живої речовини, згідно з якою жива молекула, здатна розмножуватися, могла виникнути випадково в результаті взаємодії найпростіших речовин. Він вважає, що елементарна одиниця спадковості - ген - є основою життя, тому і життя у формі гена виникла шляхом випадкового поєднання атомних угруповань і молекул.
Теорія біохімічної еволюції. Концепція А.І. Опаріна. Одним з головних перешкод, що стояли на початку 20 століття на шляху вирішення проблеми виникнення життя, було пануюче тоді в науці і засноване на повсякденному досвіді переконання, що між органічними та неорганічними сполуками не існує ніякого взаємозв'язку. Вважалося, що природа неорганічних речовин абсолютно інша, тому виникнення навіть найпростіших організмів з неорганічних речовин абсолютно неможливо. Однак після того, як із звичайних хімічних елементів було синтезовано перший органічна сполука, уявлення про відсутність зв'язку між органічними і неорганічними речовинами виявилося неспроможним. У результаті цього відкриття виникли органічна хімія, вивчають хімічні процеси в живих організмах.
Крім того, дане наукове відкриття дозволило створити концепцію біохімічної еволюції, згідно з якою життя на Землі виникла в результаті спонтанних фізичних і хімічних процесів. Вихідну основу цієї гіпотези склали дані про подібність речовин, що входять до складу рослин, тварин, про можливість у лабораторних умовах синтезувати органічні речовини, що становлять білок.
Ці відкриття лягли в основу концепції А.І. Опаріна, опублікованій у 1924 р в книзі "Походження життя", в якій була викладена принципово нова гіпотеза про походження життя, суть якої зводилася до наступного: зародження життя на Землі - тривалий еволюційний процес становлення живої матерії в надрах неживої.
Історія життя і історія Землі невіддільні одне від одного, так як саме в процесах розвитку нашої планети закладалися умови, необхідні для появи і розвитку життя. Для цього потрібні певні фізичні і хімічні умови.
Перш за все, життя може існувати у досить вузькому діапазоні температур, тисків, радіації. Також для появи життя на Землі потрібні були матеріальні основи: хімічні елементи-органогени і в першу чергу вуглець, так як саме він лежить в основі життя.
Поряд з вуглецем потрібні кисень, водень і азот. Всі ці елементи живого належать до найбільш стійким і поширеним хімічним елементам. Вони легко з'єднуються між собою, вступають в реакції і володіють малою атомною вагою.
Величезну роль у появі та функціонуванні живих організмів відіграє вода, яка виступає не тільки середовищем, але і обов'язковим учасником всіх біохімічних процесів. Вода забезпечує метаболізм клітини, терморегуляцію організмів. Крім того, водне середовище як унікальна за своїм пружним властивостям структура дозволяє всім визначають життя молекулам реалізувати свою просторову організацію.
Сьогодні вже не викликає сумнівів той факт, що В.І. Вернадський, який припустив, що життя відразу виникла у вигляді примітивної біосфери, мав рацію. Тільки різноманітність видів живих організмів могло забезпечити виконання всіх функцій живої речовини в біосфері. Життя не просто існує в оточуючому її середовищі, але активно цю середу формує, перетворюючи її "під себе". Весь образ сучасної Землі - результат дії живого речовини.
Ці дані дозволили Вернадському стверджувати, що з самого початку біосфери входить в неї життя повинна була бути вже складним тілом, а не однорідною речовиною, так як біогеохімічні функції життя в силу свого різноманітності і складності не можуть бути пов'язані тільки з якоюсь однією формою життя . Таким чином, первинна біосфера спочатку була представлена багатим функціональним різноманітністю. Оскільки організми проявляються не одинично, а в масовому ефекті, перша поява життя повинно було відбутися не у вигляді якогось одного виду організмів, а їх сукупності. Іншими словами, відразу повинні були з'явитися первинні біоценози. Складалися вони з найпростіших одноклітинних організмів, так як всі її виключення функції живої речовини в біосфері можуть бути виконані ними.
Відновлювальний етап розвитку біосфери. Як вважають багато вчених, цей етап розпочався ще в космічних умовах й завершився появою Землі гетеротрофною біосфери. У даний період з'явилися малі сферичні анаероби та прокаріоти. Фізіологічні процеси цих організмів грунтувалися не на кисневому окисленні а на дріжджовому бродінні. Спочатку в атмосфері Землі були присутні лише сліди вільного кисню. Виробництво вільного кисню було розпочато першими організмами. Але вироблений кисень поки приводив лише до окислювальним процесам на земній поверхні і в океані.
Оскільки перші організми були гетеротрофами, вони потребували в харчуванні. Їжею для них стали раніше накопичені органічні сполуки, розчинені в одах первинного океану. Але життя потребувала додаткових джерелах енергії. Тому на ранніх стадіях еволюції життя вона активно використовувала різного роду радіацію.
Тривалість існування відновної біосфери в геологічних масштабах була невелика. Причина цього полягала в тому, що первинні гетеротрофні організми швидко розмножувалися і досить швидко вичерпали свою поживну базу.
Слабоокіслітельний етап. Другий етап у розвитку біосфери нашої планети пов'язаний з появою фотосинтезу. Новий спосіб харчування був заснований на тому, що деякі прості сполуки мають здатність поглинати світло, якщо в їх складі є атом магнію. Вловлена таким способом світлова енергія може бути використана для посилення реакцій обміну, для утворення органічних сполук, які при необхідності можуть розщеплюватися з вивільненням енергії.
Даний спосіб харчування сприяв швидкому розселенню організмів нового типу у поверхні водойм. Вони відтіснили первинні гетеротрофні організми, опинившись більш пристосованими до боротьби за існування.
Першими автотрофними організмами були зелені водорості. Хоча вільний кисень і був отрутою для первинних аеробів, не всі вони загинули. Деякі залишилися жити в болотах, де не було вільного кисню. Деякі ж первинні організми змогли пристосуватися до кисневої атмосфері.
Паралельно з цим йшов процес формування еукаріотів. Прокаріоти, прості, витривалі і практично безсмертні організми поступалися місцем смертним еукаріотів, тому що потрібна була не генетична гнучкість, а генетична стабільність.
Ці процеси склали зміст другого етапу в історії біосфери Землі, що зайняв майже половину всієї геологічної історії планети. Справа в тому, що, хоча вільний кисень і з'являвся в значних кількостях, але він йшов не в атмосферу, а на окислювання заліза, сірчистих з'єднань та інших металів. Тільки після звільнення океану від заліза та інших металів, концентрація кисню в атмосфері стала різко зростати.
Окислювальний етап. Починаючи з цього часу розвивається фотоавтотрофної біосфера Землі і кількість кисню в атмосфері різко підвищується.
Після виходу життя з океану на сушу відбулося різке збільшення маси живої речовини. Одночасно життя проникала все глибше в океан, освоюючи все більші глибини. Наземні рослини поклали початок утворенню вугілля, нафти, газу, горючих сланців. Став змінюватися біогеохімічних кругообіг елементів. При цьому знижувалася роль основних порід, і в земній корі замість магнію, кальцію, заліза стали велику роль грати кремній, натрій, алюміній, калій. Також завдяки діяльності живих організмів різко зріс кругообіг кисню та вуглекислого газу. Ці процеси, а також поступове зниження рівня радіації стимулювали і прискорювали ускладнення живої речовини, вели до появи нових, більш високоорганізованих видів.
Освіта і розвиток рослин. Найпершими рослинами на планеті були одноклітинні водорості різних типів. Вони прийшли на зміну господствовавшим до цього синьо-зелених водоростей і бактерій, які належать до прокариотам. На водоростях природа вперше випробувала статеве розмноження, що представляє собою злиття ДНК двох індивідів з подальшим перерозподілом генетичного матеріалу. При цьому потомство виходить схожим на своїх батьків, але не ідентичним ім.
Подією величезної ваги став вихід рослин з моря на сушу близько 400 млн років тому. Цей факт став, передумовою для виходу на сушу і тварин. Вважається, що ще до масового переходу на сушу там з'являлися локальні ділянки життя - на узбережжях мілководних заток і лагун, в місцях, де вода могла періодично відступати, залишаючи рослини. Саме так з'явилися рослини, нижня частина яких лежить у воді, а верхня - в повітрі, під прямими променями сонця. Потім рослини змогли розвинути кореневу систему, яка дозволяла використовувати грунтові води.
Освіта і розвиток тварин. Тваринна клітина, на відміну від рослинної, має еластичну оболонку і тому не втрачає здатності до пересування. Таким чином, вони мають можливість самим шукати тобі їжу. Їх еволюція йшла в напрямку вдосконалення способів пересування, поглинання і виділення великих частинок через оболонку.
Виникнення тваринної клітини було пов'язано з переходом до гетеротрофне способу харчування.
Як і для рослин, найважливішим етапом в еволюції тварин стала поява багатоклітинних організмів. Швидше за все, цей крок був зроблений за допомогою колоній, в які об'єднувалися деякі одноклітинні організми. Спочатку всі клітини в таких колоніях були однаковими, але потім почалося їх поділ і диференціація відповідно до виконаних функціями.
Подальша еволюція багатоклітинних організмів йшла в напрямку вдосконалення способів їх пересування, дихання, кращої координації діяльності клітин і т.д.
На наступний щабель у своєму розвитку тваринний світ піднялося з появою твердих частин тіла - раковин і внутрішнього скелета. Скелет служив опорою організмам, сприяв збільшенню їх розмірів, робив їх більш міцними, захищаючи від фізичних ушкоджень.
Близько 500 млн років тому з'явилися перші хребетні - найбільш високоорганізована, обширна і різноманітна група тварин (риби, земноводні, плазуни і ссавці).
Вихід життя на суходіл був пов'язаний з серйозними змінами її форм, адже на суші вага тел більше, ніж у воді, в повітрі не міститься поживних речовин, які є у воді в розчиненому вигляді. Крім того, повітря інакше пропускає світи звук, а концентрація кисню у ньому вище, ніж у воді. Таким чином, життя мала пристосуватися до нових умов, виробивши відповідні пристосування. Першими, повністю пристосуватися до умов суші хребетними, стали рептилії. Їх яйця були покриті твердою шкаралупою, не боялися висихання, були забезпечені їжею і киснем для ембріона.
В кінці крейдяного періоду (67 млн років тому) перевагу в природному відборі отримали птахи та ссавці. Пізніше настав період панування ссавців на Землі. Це було пов'язано з тим, що в умовах похолодання найважливішою умовою виживання стала теплокровність, забезпечила постійно високу температуру тіла і сталість внутрішнього середовища організму. Перші комахоїдні ссавці дали початок плацентарних і сумчастих ссавців, які розвивалися одночасно. Велику роль в еволюції ссавців зіграло поділ континентів, що призвело до відокремлення тварин і формуванню частково ізольованих зоогеографічних областей, в яких до цих пір збереглися деякі реліктові тварини. Найважливішим етапом в еволюції життя на Землі стала поява загону приматів. Вони були схожі на сучасних лемуров.67-27 млн років тому примати розділилися на нижчих і людиноподібних мавп. Останні в свою чергу дали початок безпосередніх предків людини.
2. Войткевич Г.В. Народження Землі. Ростов-на-Дону, 1996
3. Барг О.А. Живе в єдиному світовому процесі. Перм, 1993
Сутність життя
Основні концепції походження життя
Поява життя на Землі
Формування і розвиток біосфери Землі
Поява рослин і тварин
Список літератури
Сутність життя
Довгий час в науці панували два основні підходи до вирішення питання про сутність життя: механіцизм і віталізм. Механістичний матеріалізм, характерний для класичної науки Нового часу, не визнавав якісної специфіки живих організмів і представляв життєві процеси як результат дії хімічних і фізичних процесів. Тому механіцизм ототожнював живі організми зі складними машинами.Протилежною точкою зору дотримувався віталізм, який пояснював якісну відмінність живого від неживого наявністю в живих організмах особливої "життєвої сили", відсутньої в неживих предметах і не підкоряється фізичним законам. Таке рішення проблеми сутності життя тісно пов'язане з визнанням факту творіння її Богом, іншим розумним початком і т.д.
Вченим вдалося точно встановити, що якісна відмінність живого від неживого укладено в структурі їх сполук, будову і зв'язках, особливості функцій, характеристиці та організації відбуваються всередині організму процесів. Крім того, життя відрізняється динамічністю і лабільністю. Але при цьому можна говорити про повну тотожність хімічних елементів, що входять до складу живого і неживого.
Сучасна біологія в питанні про сутність життя все частіше йде по шляху перерахування основних властивостей живих організмів. Б.М. Мідників називає життям активне, що йде з витратою енергії підтримання та відтворення специфічних структур, що володіють такими властивостями: наявністю генотипу та фенотипу; реплікацією генетичних програм матричним способом; неминучістю помилок на мікрорівні при реплікації, що призводять до мутацій; багаторазове зусилля цих змін в ході формування фенотипу і їх селекція з боку чинників зовнішнього середовища.
При цьому організм відтворює себе і підтримує свою цілісність за рахунок використання елементів навколишнього середовища з більш низькою впорядкованістю. Відмінності живих організмів від неживих систем надають життю якісно нових властивостей. Живим організмам притаманні певні специфічні властивості, які часто в тій чи іншій мірі характерні і для неживої природи, що підкреслює єдність еволюційних процесів. Сукупність і характер прояву цих властивостей визначають сутність життя. Тому для розуміння сутності життя необхідно встановити шляхом порівняльного аналізу, що таке живе і чим воно відрізняється від неживого.
Єдність хімічного складу. До складу живих організмів і неживих предметів входять одні й ті ж хімічні елементи, але співвідношення елементів у живій і неживому істотно різниться. Елементний склад неживої природи поряд з киснем представлений в основному кремнієм, залізом, магнієм, алюмінієм і т.д. У живих організмах, як вже зазначалося раніше, 98% хімічного складу припадає на чотири елементи: вуглець, кисень, азот і водень. Крім того, живі організми побудовані в основному з чотирьох складних органічних молекул - біологічних полімерів: нуклеїнових кислот, білків, полісахаридів, жирів, які дуже рідко зустрічаються в неживій природі.
Обмін речовин. Всі живі організми здатні до обміну речовин з навколишнім середовищем: вони поглинають з неї необхідні речовини і виділяють продукти своєї життєдіяльності. Обмін речовин - двосторонній процес: по-перше, в результаті ряду складних хімічних перетворень речовини з навколишнього середовища вживаються органічними речовинами живого організму, і з них будується його тіло, по-друге, складні органічні сполуки розпадаються на прості, при цьому втрачається їх схожість з речовинами організму і виділяється енергія, необхідна для реакцій біосинтезу. Обмін речовин забезпечує сталість хімічного складу і будови всіх частин організму і, як наслідок, постійність їх функціонування в безупинно мінливих вловити навколишнього середовища, тобто забезпечує гомеостаз. У неживій природі також існує обмін речовин, але там кругообіг речовин зводиться тільки до простого переносу їх з одного місця на інше або зміна їх агрегатного стану.
Самовідтворення і спадковість. При розмноженні живих організмів потомство схоже на батьків, що дає підставу стверджувати, що розмноження - це властивість організмів відтворювати собі подібних. В основі самовідтворення лежить утворення нових молекул і структур на основі інформації, закладеної в ДНК. Завдяки репродукції не тільки цілі організми, а й клітини, органели клітин після поділу подібні зі своїми прототипами. Отже, самовідтворення часто пов'язане зі спадковістю - здатністю організмів до передачі властивостей, ознак, особливостей розвитку з покоління в покоління, що обумовлює спадкоємність поколінь.
Мінливість розвиток. Під мінливістю в природознавстві розуміють здатність організмів набувати нових ознак і властивості на основі зміни молекул ДНК. Мінливість дає різноманітний матеріал для природного добору, і відповідно передумови для розвитку і зростання живих організмів. Розвиток - це необоротна спрямоване закономірна зміна об'єктів живої природи. У результаті розвитку виникає якісне нове стан живої системи розвиток живої форми існування матерії представлено індивідуальним розвитком організмів, а збільшення його маси обумовлено репродукцією макромолекул, елементарних структур клітин і самих клітин.
Подразливість. Будь-який живий організм нерозривно пов'язаний з навколишнім середовищем: він поглинає необхідні речовини, піддається впливу несприятливих факторів середовища, вступає у взаємодію з іншими організмами. У процесі еволюції у живих організмів виробило і закріпилося властивість подразливості - виборчої реакції на зовнішні впливи. Будь-яке зміна навколишніх умов середовища по відношенню до організму являє собою роздратування, а реакція організму на зовнішні подразники служить показниками його чутливості і проявом подразливості.
Ритмічність. Невід'ємною властивістю природи є послідовна закономірна зміна циклів. Періодичні зміни в навколишньому середовищі роблять істотний вплив на живу природу і на власні життєві ритми живих організмів. У живих системах ритмічність проявляється в періодичних змінах інтенсивності фізіологічних функцій з різними періодами їх активації (від кількох секунд до століття): добові ритми сну і неспання у людини, сезонні ритми активності і сплячки у деяких ссавців і ін Ритмічність забезпечує узгодження функцій організму і навколишнього середовища, тобто пристосування до періодично мінливих умов існування.
Саморегуляція. Всі живі організми здатні підтримувати сталість свого хімічного складу та інтенсивність фізіологічних процесів у постійно мінливих умовах навколишнього середовища. При недолік будь-яких поживних речовин мобілізує внутрішні ресурси організму, а при надлишку будь-якого речовини його синтез викликає посилене розмноження залишилися клітин до нормально виникає сигнал про зниження інтенсивності клітинного олень. "
Дискретність. Як вже було зазначено, життя на Землі існує у вигляді дискретних форм, тобто біосфера в цілому і кожен окремий організм складаються з відокремлених і обмежених у просторі, але пов'язаних і взаємодіючих частин, що утворюють структурно-функціональну єдність. Дискретність будови організму - основа його структурної впорядкованості. Вона створює можливість постійного самооновлення організму шляхом заміни віджилих структурних елементів без припинення його функціонування. Дискретність виду зумовлює можливість його еволюції через загибель або неможливість розмноження непристосованих особин і збереження особин з корисними для виживання ознаками.
Всі живі організми живляться, дихають, ростуть, розмножуються і поширюються в природі. Ці ознаки повинні бути відображені у визначенні життя. У сучасному природознавстві поняттям "життя" або "живе" позначається вища з природних форм руху матерії, яка характеризується самооновлення, саморегуляції і самовідтворення равноуровневих відкритих систем, основу яких складають білки, нуклеїнові кислоти і фосфорорганічні сполуки.
Основні концепції походження життя
Загадка появи життя на Землі з незапам'ятних часів хвилює людей. Протягом століть змінювалися погляди на цю проблему, висловлювалися різноманітні гіпотези і концепції. Деякі з них набули широкого поширення і домінували в ті чи інші періоди розвитку природознавства. До такого роду концепціям походження життя відносять:Концепцію креаціонізму, яка стверджує, що життя створене надприродною істотою в результаті акту творіння;
Концепцію стаціонарного стану, відповідно до якої життя існувала завжди;
Концепцію мимовільно зародження життя, що грунтується на ідеї багаторазового виникнення життя з неживої речовини;
Концепцію панспермії, яка стверджує, що життя занесене на Землю з космосу;
Концепцію випадкового одноразового походження життя;
Концепцію закономірного походження життя шляхом біохімічної еволюції.
Концепція креаціонізму має найдовшу історію, оскільки практично у всіх релігіях виникнення життя розглядається як акт Божественного творіння, свідченням чого є наявність у живих організмах особливої сили, яка керує всіма біологічними процесами.
Концепція креаціонізму, по суті, наукової не є, адже вона виникла в рамках релігійного світогляду. Вона стверджує, що життя така, яка вона є, тому що такий її створив Бог. Тим самим практично знімається питання про наукове вирішенні проблеми походження життя, тому що всі релігії вимагає приймати це положення на віру, без доказів.
Концепція стаціонарного стану. Прихильники теорії вічного існування життя вважають, що Земля ніколи не виникала, а існувала вічно, і разом з нею завжди існували різні види живого. При цьому одні з них при зміні умов вимерли, інші перемістилися в інші біологічні ніші, а треті різко змінили чисельність. Велика частина аргументів на користь цієї теорії полягає в дослідженнях палеонтологів, що виявили зникнення деяких видів тварин у процесі еволюції, відсутність слідів перехідних ланок між різними видами живого і все більш високими оцінками віку землі.
Концепція самовільного зародження життя довгий час була єдиною альтернативою креаціонізму. Вважалося, що всі нижчі організми з'являються шляхом самозародження. Вчені середньовіччя, наприклад, допускали, що риби могли зародитися з мулу, миші - з бруду, мухи - з м'яса, і т.д. Однак починаючи з 17 століття стали накопичуватися дані проти такого розуміння походження життя. У 1668 р італійський натураліст і лікар Ф. Реді сформулював знаменитий принцип "все живе - від живого". Тому він став основоположником концепції біогенезу, яка стверджувала, що життя виникає тільки з попереднього життя. У середині 19 століття французький вчений Л. Пастер своїми дослідами остаточно довів наукову неспроможність концепції спонтанного самозародження організмів.
Концепція панспермії. Практично одночасно з дослідами Пастера німецьким ученим Г. Ріхтером була висловлена гіпотеза про занесення живих істот на Землю з космосу, що отримала пізніше назву концепції панспермії. Ця теорія допускала можливість виникнення життя в різний час в різних частинах Галактики і перенесення її на Землю тим чи іншим способом. Концепція панспермії була підтримана багатьма відомими вченими, що сприяло її широкому розповсюдженню. Тим не менш серйозних аргументів на неї немає. Є навіть серйозні доводи проти цієї концепції. Справа в тому, що, хоча спектр можливих умов для існування живих організмів досить широкий, все ж вважається, що вони повинні загинути в космосі під дією ультрафіолетових і космічних променів.
Концепція випадкового одноразового появи життя. Нездатність розглянутих теорій і концепцій дати переконливе і аргументоване пояснення походження життя призвели на початку 20 століття до подальших пошуків вирішення цієї проблеми. Американський генетик Г. Меллер висунув гіпотезу про випадковий виникненні первинної молекули живої речовини, згідно з якою жива молекула, здатна розмножуватися, могла виникнути випадково в результаті взаємодії найпростіших речовин. Він вважає, що елементарна одиниця спадковості - ген - є основою життя, тому і життя у формі гена виникла шляхом випадкового поєднання атомних угруповань і молекул.
Теорія біохімічної еволюції. Концепція А.І. Опаріна. Одним з головних перешкод, що стояли на початку 20 століття на шляху вирішення проблеми виникнення життя, було пануюче тоді в науці і засноване на повсякденному досвіді переконання, що між органічними та неорганічними сполуками не існує ніякого взаємозв'язку. Вважалося, що природа неорганічних речовин абсолютно інша, тому виникнення навіть найпростіших організмів з неорганічних речовин абсолютно неможливо. Однак після того, як із звичайних хімічних елементів було синтезовано перший органічна сполука, уявлення про відсутність зв'язку між органічними і неорганічними речовинами виявилося неспроможним. У результаті цього відкриття виникли органічна хімія, вивчають хімічні процеси в живих організмах.
Крім того, дане наукове відкриття дозволило створити концепцію біохімічної еволюції, згідно з якою життя на Землі виникла в результаті спонтанних фізичних і хімічних процесів. Вихідну основу цієї гіпотези склали дані про подібність речовин, що входять до складу рослин, тварин, про можливість у лабораторних умовах синтезувати органічні речовини, що становлять білок.
Ці відкриття лягли в основу концепції А.І. Опаріна, опублікованій у 1924 р в книзі "Походження життя", в якій була викладена принципово нова гіпотеза про походження життя, суть якої зводилася до наступного: зародження життя на Землі - тривалий еволюційний процес становлення живої матерії в надрах неживої.
Поява життя на Землі
Сучасна наука висуває деякі гіпотези, що відповідають на питання про те, як, коли і в якій формі з'явилося життя на Землі.Історія життя і історія Землі невіддільні одне від одного, так як саме в процесах розвитку нашої планети закладалися умови, необхідні для появи і розвитку життя. Для цього потрібні певні фізичні і хімічні умови.
Перш за все, життя може існувати у досить вузькому діапазоні температур, тисків, радіації. Також для появи життя на Землі потрібні були матеріальні основи: хімічні елементи-органогени і в першу чергу вуглець, так як саме він лежить в основі життя.
Поряд з вуглецем потрібні кисень, водень і азот. Всі ці елементи живого належать до найбільш стійким і поширеним хімічним елементам. Вони легко з'єднуються між собою, вступають в реакції і володіють малою атомною вагою.
Величезну роль у появі та функціонуванні живих організмів відіграє вода, яка виступає не тільки середовищем, але і обов'язковим учасником всіх біохімічних процесів. Вода забезпечує метаболізм клітини, терморегуляцію організмів. Крім того, водне середовище як унікальна за своїм пружним властивостям структура дозволяє всім визначають життя молекулам реалізувати свою просторову організацію.
Сьогодні вже не викликає сумнівів той факт, що В.І. Вернадський, який припустив, що життя відразу виникла у вигляді примітивної біосфери, мав рацію. Тільки різноманітність видів живих організмів могло забезпечити виконання всіх функцій живої речовини в біосфері. Життя не просто існує в оточуючому її середовищі, але активно цю середу формує, перетворюючи її "під себе". Весь образ сучасної Землі - результат дії живого речовини.
Ці дані дозволили Вернадському стверджувати, що з самого початку біосфери входить в неї життя повинна була бути вже складним тілом, а не однорідною речовиною, так як біогеохімічні функції життя в силу свого різноманітності і складності не можуть бути пов'язані тільки з якоюсь однією формою життя . Таким чином, первинна біосфера спочатку була представлена багатим функціональним різноманітністю. Оскільки організми проявляються не одинично, а в масовому ефекті, перша поява життя повинно було відбутися не у вигляді якогось одного виду організмів, а їх сукупності. Іншими словами, відразу повинні були з'явитися первинні біоценози. Складалися вони з найпростіших одноклітинних організмів, так як всі її виключення функції живої речовини в біосфері можуть бути виконані ними.
Формування і розвиток біосфери Землі
Як було зазначено вище, життя на Землі спочатку з'явилася у формі примітивної біосфери. Відповідно, присутність життя на планеті стало корінним чином перетворювати навколишнє середовище. Адже два найважливіших компоненти біосфери - жива речовина і середовище їхнього помешкання - безперервно взаємодіють між собою та знаходяться в тісній, органічній єдності, утворюючи цілісну динамічну систему. Розвиток біосфери Землі можна розглядати як послідовну зміну трьох етапів: відновного, слабоокіслітельного та окислювального.Відновлювальний етап розвитку біосфери. Як вважають багато вчених, цей етап розпочався ще в космічних умовах й завершився появою Землі гетеротрофною біосфери. У даний період з'явилися малі сферичні анаероби та прокаріоти. Фізіологічні процеси цих організмів грунтувалися не на кисневому окисленні а на дріжджовому бродінні. Спочатку в атмосфері Землі були присутні лише сліди вільного кисню. Виробництво вільного кисню було розпочато першими організмами. Але вироблений кисень поки приводив лише до окислювальним процесам на земній поверхні і в океані.
Оскільки перші організми були гетеротрофами, вони потребували в харчуванні. Їжею для них стали раніше накопичені органічні сполуки, розчинені в одах первинного океану. Але життя потребувала додаткових джерелах енергії. Тому на ранніх стадіях еволюції життя вона активно використовувала різного роду радіацію.
Тривалість існування відновної біосфери в геологічних масштабах була невелика. Причина цього полягала в тому, що первинні гетеротрофні організми швидко розмножувалися і досить швидко вичерпали свою поживну базу.
Слабоокіслітельний етап. Другий етап у розвитку біосфери нашої планети пов'язаний з появою фотосинтезу. Новий спосіб харчування був заснований на тому, що деякі прості сполуки мають здатність поглинати світло, якщо в їх складі є атом магнію. Вловлена таким способом світлова енергія може бути використана для посилення реакцій обміну, для утворення органічних сполук, які при необхідності можуть розщеплюватися з вивільненням енергії.
Даний спосіб харчування сприяв швидкому розселенню організмів нового типу у поверхні водойм. Вони відтіснили первинні гетеротрофні організми, опинившись більш пристосованими до боротьби за існування.
Першими автотрофними організмами були зелені водорості. Хоча вільний кисень і був отрутою для первинних аеробів, не всі вони загинули. Деякі залишилися жити в болотах, де не було вільного кисню. Деякі ж первинні організми змогли пристосуватися до кисневої атмосфері.
Паралельно з цим йшов процес формування еукаріотів. Прокаріоти, прості, витривалі і практично безсмертні організми поступалися місцем смертним еукаріотів, тому що потрібна була не генетична гнучкість, а генетична стабільність.
Ці процеси склали зміст другого етапу в історії біосфери Землі, що зайняв майже половину всієї геологічної історії планети. Справа в тому, що, хоча вільний кисень і з'являвся в значних кількостях, але він йшов не в атмосферу, а на окислювання заліза, сірчистих з'єднань та інших металів. Тільки після звільнення океану від заліза та інших металів, концентрація кисню в атмосфері стала різко зростати.
Окислювальний етап. Починаючи з цього часу розвивається фотоавтотрофної біосфера Землі і кількість кисню в атмосфері різко підвищується.
Після виходу життя з океану на сушу відбулося різке збільшення маси живої речовини. Одночасно життя проникала все глибше в океан, освоюючи все більші глибини. Наземні рослини поклали початок утворенню вугілля, нафти, газу, горючих сланців. Став змінюватися біогеохімічних кругообіг елементів. При цьому знижувалася роль основних порід, і в земній корі замість магнію, кальцію, заліза стали велику роль грати кремній, натрій, алюміній, калій. Також завдяки діяльності живих організмів різко зріс кругообіг кисню та вуглекислого газу. Ці процеси, а також поступове зниження рівня радіації стимулювали і прискорювали ускладнення живої речовини, вели до появи нових, більш високоорганізованих видів.
Поява рослин і тварин
У процесі формування біосфери еукаріоти розділилися на рослинні і тваринні клітини. Як вважає більшість біологів, їх слід розрізняти за структурою, здатності до росту, способом живлення, здібності до руху. При цьому віднесення живої істоти до одного з цих царств слід проводити за сукупністю всіх трьох ознак. Це пов'язано з тим, що між рослинами і тваринами існують перехідні типи, що мають властивості як рослин, так і тварин. Так, наприклад, існують комахоїдні рослини, які за способом живлення належать до тварин.Освіта і розвиток рослин. Найпершими рослинами на планеті були одноклітинні водорості різних типів. Вони прийшли на зміну господствовавшим до цього синьо-зелених водоростей і бактерій, які належать до прокариотам. На водоростях природа вперше випробувала статеве розмноження, що представляє собою злиття ДНК двох індивідів з подальшим перерозподілом генетичного матеріалу. При цьому потомство виходить схожим на своїх батьків, але не ідентичним ім.
Подією величезної ваги став вихід рослин з моря на сушу близько 400 млн років тому. Цей факт став, передумовою для виходу на сушу і тварин. Вважається, що ще до масового переходу на сушу там з'являлися локальні ділянки життя - на узбережжях мілководних заток і лагун, в місцях, де вода могла періодично відступати, залишаючи рослини. Саме так з'явилися рослини, нижня частина яких лежить у воді, а верхня - в повітрі, під прямими променями сонця. Потім рослини змогли розвинути кореневу систему, яка дозволяла використовувати грунтові води.
Освіта і розвиток тварин. Тваринна клітина, на відміну від рослинної, має еластичну оболонку і тому не втрачає здатності до пересування. Таким чином, вони мають можливість самим шукати тобі їжу. Їх еволюція йшла в напрямку вдосконалення способів пересування, поглинання і виділення великих частинок через оболонку.
Виникнення тваринної клітини було пов'язано з переходом до гетеротрофне способу харчування.
Як і для рослин, найважливішим етапом в еволюції тварин стала поява багатоклітинних організмів. Швидше за все, цей крок був зроблений за допомогою колоній, в які об'єднувалися деякі одноклітинні організми. Спочатку всі клітини в таких колоніях були однаковими, але потім почалося їх поділ і диференціація відповідно до виконаних функціями.
Подальша еволюція багатоклітинних організмів йшла в напрямку вдосконалення способів їх пересування, дихання, кращої координації діяльності клітин і т.д.
На наступний щабель у своєму розвитку тваринний світ піднялося з появою твердих частин тіла - раковин і внутрішнього скелета. Скелет служив опорою організмам, сприяв збільшенню їх розмірів, робив їх більш міцними, захищаючи від фізичних ушкоджень.
Близько 500 млн років тому з'явилися перші хребетні - найбільш високоорганізована, обширна і різноманітна група тварин (риби, земноводні, плазуни і ссавці).
Вихід життя на суходіл був пов'язаний з серйозними змінами її форм, адже на суші вага тел більше, ніж у воді, в повітрі не міститься поживних речовин, які є у воді в розчиненому вигляді. Крім того, повітря інакше пропускає світи звук, а концентрація кисню у ньому вище, ніж у воді. Таким чином, життя мала пристосуватися до нових умов, виробивши відповідні пристосування. Першими, повністю пристосуватися до умов суші хребетними, стали рептилії. Їх яйця були покриті твердою шкаралупою, не боялися висихання, були забезпечені їжею і киснем для ембріона.
В кінці крейдяного періоду (67 млн років тому) перевагу в природному відборі отримали птахи та ссавці. Пізніше настав період панування ссавців на Землі. Це було пов'язано з тим, що в умовах похолодання найважливішою умовою виживання стала теплокровність, забезпечила постійно високу температуру тіла і сталість внутрішнього середовища організму. Перші комахоїдні ссавці дали початок плацентарних і сумчастих ссавців, які розвивалися одночасно. Велику роль в еволюції ссавців зіграло поділ континентів, що призвело до відокремлення тварин і формуванню частково ізольованих зоогеографічних областей, в яких до цих пір збереглися деякі реліктові тварини. Найважливішим етапом в еволюції життя на Землі стала поява загону приматів. Вони були схожі на сучасних лемуров.67-27 млн років тому примати розділилися на нижчих і людиноподібних мавп. Останні в свою чергу дали початок безпосередніх предків людини.
Список літератури
1. Концепції сучасного природознавства: навчальний посібник / А.П. Садохін - 3-е вид. - М.: Видавництво "Омега-Л", 20082. Войткевич Г.В. Народження Землі. Ростов-на-Дону, 1996
3. Барг О.А. Живе в єдиному світовому процесі. Перм, 1993