Виникнення і розвиток життя на Землі

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

скачати

Введення

Питання про те, коли на Землі з'явилося життя, завжди хвилювало не лише науковців, а й усіх людей. Відповіді на нього містяться у священних писаннях практично всіх релігій. Хоча точного наукового відповіді на нього до цих пір немає, деякі факти дозволяють висловити більш-менш обгрунтовані гіпотези. У Гренландії дослідниками було знайдено зразок гірської породи з крихітними вкрапленнями вуглецю. Вік зразка понад 3,8 млрд. років. Джерелом вуглецю, швидше за все, було якесь органічна речовина - за такий час воно повністю втратило свою структуру. Вчені вважають, що цей грудочку вуглецю може бути найдавнішим слідом життя на Землі.
Походження життя, виникнення живих істот - одна з центральних проблем природознавства, яка представляє як пізнавальний, так і науковий інтерес. Живі організми на відміну від неживих мають сукупність ознак: обмін речовин і енергії, здатність до росту і розвитку, розмноження, до підтримання певного складу. Крім того, для них характерна наявність саморегульованої метаболічної системи (обмін речовин) і вони мають здатність до точного самовідтворення власної метаболічної системи (реплікація ДНК, її матричне копіювання і специфічно детермінований синтез білків-ферментів) та ін
Згідно сучасним уявленням, життя - це одна з форм існування матерії, закономірно виникає за певних умов у процесі її розвитку. Проте така концепція з'явилася в запеклій багатовіковій боротьбі матеріалізму з різними ідеалістичними течіями. Суть різних уявлень про походження життя можна виразити в трьох головних концепціях. Одна з них - ідеалістичні релігійні уявлення про створення всього живого з неживого Творцем, інша - абіогенез [1] і третя - біогенез [2].

Історія уявлень про виникнення життя на Землі

У теорії абіогенез два принципово різних підходи: наївно-матеріалістичні уявлення стародавніх греків про самозародження живих організмів з неживої природи та сучасні діалектико-матеріалістичні уявлення про природне виникнення життя. Зокрема, Аристотель у принципі дотримувався матеріалістичних уявлень про абіогенез живих істот з неорганічної природи. Однак його погляди і погляди його середньовічних послідовників перетворилися на механістичні представлення про самозародження високорозвинених органічних форм (як рослин, так і тварин) безпосередньо з неорганічної матерії (бруд, мул, піт і т.д.), а також про породження одними формами інших ( наприклад, гуси, вівці - з плодів дерев).
Перший удар по уявленням про самозародження завдали експерименти флорентійського натураліста Франческо Реді, який довів неможливість самозародження мух у м'ясі. Поряд з досвідченими відкритими посудинами з м'ясом він використовував контрольні, зав'язані марлею і недоступні для мух. У контрольних судинах хробаки (личинки мух) не могли самозарождается. Однак ці експерименти Франческо Реді не змогли спростувати уявлення про самозародження, усталені віками.
Через кілька років після проведених експериментів Франческо Реді голландський вчений Антоні Левенгук відкрив мікроскопічні істоти, "самозародження" яких можна було спостерігати в крапельці чистої води. Це відкриття Антоні Левенгуком мікросвіту дало поштовх розвитку уявлень про самозародження, але вже на рівні мікросвіту. Не дали остаточної відповіді та експерименти італійського вченого Ладзаро Спаланцані, що продемонстрував неможливість самозародження мікроскопічних живих істот у поживних рідинах і бульйонах після їх кип'ятіння в запаяних ретортах. Незгодні з висновками Ладзаро Спаланцані вчені вважали, що в його експериментах був порушений доступ в судини активного початку, нібито міститься в повітрі і необхідного для самозародження. Тільки дотепні досліди видатного французького вченого-мікробіолога Луї Пастера змогли переконати всіх скептиків і розтрощити уявлення про самозародження.
Вперше визначення біогенезу було виведено на підставі дослідів Луї Пастера. Він нагрівав бульйон в колбі з довгим, двічі зігнутим кінчиком, в якому осідали всі спори мікроорганізмів, що містяться в повітрі, що надходить в колбу після кип'ятіння бульйону. Така конструкція колби не перешкоджала доступу повітря, тобто "Активного початку". Колба залишалася стерильною місяцями, але варто було змочити бульйоном зігнуте коліно, як в колбі починалося інтенсивний розвиток мікроорганізмів. Досліди Луї Пастера зіграли важливу роль у розвінчанні уявлень про самозародження і допомогли утвердитися гіпотезі біогенезу. Був сформульований закон "Все живе з живого", який мав велике значення для розвитку біологічної науки і в той же час більш ніж на півстоліття виключив можливість розгляду абіогенного (з неорганічної природи) шляху виникнення живої матерії. Біогенез як гіпотеза про походження життя не дає матеріалістичного відповіді на питання про витоки появи органічної матерії у Всесвіті. Однак вона може цілком матеріалістично пояснити виникнення життя на Землі шляхом заселення її спорами мікроорганізмів та інших нижчих форм життя.

Гіпотези виникнення життя на Землі

Перенесемося на 4 мільярди років тому. Атмосфера не містить вільного кисню, він знаходиться тільки в складі окислів. Майже ніяких звуків, крім свисту вітру, шипіння вивергається з лавою води і ударів метеоритів об поверхню Землі. Ні рослин, ні тварин, ні бактерій. Може бути, так виглядала Земля, коли на ній з'явилося життя? Хоча ця проблема здавна хвилює багатьох дослідників, їх думки на цей рахунок сильно розрізняються. Про умови на Землі того часу могли б свідчити гірські породи, але вони давно зруйнувались в результаті геологічних процесів і переміщень земної кори.
Як вважає відомий спеціаліст в області проблеми виникнення життя Стенлі Міллер, про виникнення життя і початку її еволюції можна говорити з того моменту, як органічні молекули самоорганізовувалися в структури, які змогли відтворювати самих себе. Але це породжує інші питання: як виникли молекули; чому вони могли самовідтворюватися і збиратися в ті структури, які дали початок живим організмам; які потрібні для цього умови?
У 1924 році російським біохіміком Олександром Івановичем Опаріним, а пізніше, в 1929 році, Дж. Холдейна була висловлена ​​гіпотеза про виникнення життя як результаті тривалої еволюції вуглецевих сполук, яка лягла в основу сучасних уявлень. Олександр Іванович Опарін виходив з того, що виникнення живих істот з неживої природи неможливо в сучасних умовах. Абіогенне виникнення живої матерії, можливо, було тільки в умовах стародавньої атмосфери. Довести це можна логічно, проаналізувавши історію виникнення Землі та формування атмосфери.
Вік Землі становить близько 5 мільярдів років. Передбачається, що Сонце і планети Сонячної системи виникли з хмари космічного пилу. За рахунок руху (обертання) і сил гравітації все нові і нові частки збільшували масу Землі. При цьому сили гравітації зростали, щільність Землі збільшувалася і відбувалося її розігрівання. Як і всяке розігріте тіло, Земля остигала, переходила з газоподібного в рідкий стан, а потім на її поверхні почала формуватися тверда кірка. У результаті цих процесів відбувалися хімічні реакції, важкі речовини осідали до центру і утворювали ядро ​​Землі, а більш легкі - оболонку. За рахунок сил гравітації Земля утримувала газову оболонку. По мірі її охолодження з конденсованих у верхніх шарах атмосфери водяної пари утворилися моря і океани. З розігрітій поверхні Землі, гарячих морів і океанів інтенсивно випаровувалася вода, яка, конденсуючись у верхніх шарах атмосфери, знову поверталася у вигляді рясних злив. Все це супроводжувалося грозами. Часті і потужні електричні розряди - одне з джерел енергії, який міг використовуватися для абіогенного синтезу органічних сполук. Для таких же цілей джерелом енергії могли служити жорстке ультрафіолетове випромінювання (з-за відсутності в атмосфері Землі кисню, а значить, і озонового екрану), радіація високих енергій і теплова енергія земних надр.
Більшість дослідників сходяться на тому, що в процесі утворення атмосфери брали участь реакції, що сформували численні газоподібні сполуки. Основними з них є гідриди (метан, аміак, вода газоподібна), а також водень і деякі інші гази, але при повній відсутності газоподібного кисню.
Згідно з однією з гіпотез життя почалося у шматочку льоду. Хоча багато вчених вважають, що присутній в атмосфері вуглекислий газ забезпечував підтримку тепличних умов, інші вважають, що на Землі панувала зима. При низькій температурі всі хімічні сполуки більш стабільні і тому можуть накопичуватися у великих кількостях, ніж при високій температурі. Занесені з космосу осколки метеоритів, викиди з гідротермальних джерел і хімічні реакції, що відбуваються при електричних розрядах в атмосфері, були джерелами аміаку і таких органічних сполук, як формальдегід та ціанід. Потрапляючи у воду Світового океану, вони замерзали разом з нею. У крижаній товщі молекули органічних речовин тісно зближувалися і вступали у взаємодії, які приводили до утворення гліцину та інших амінокислот. Океан був покритий льодом, який захищав знову утворилися з'єднання від руйнування під дією ультрафіолетового випромінювання. Цей крижаний світ міг розтанути, наприклад, при падінні на планету величезного метеорита (рис. 1).
рис. 2
рис. 1

Чарлз Дарвін і його сучасники вважали, що життя могло виникнути у водоймі. Цієї точки зору багато вчених дотримуються і в даний час. У замкнутому і порівняно невеликій водоймі органічні речовини, принесені впадають в нього водами, могли накопичуватися в необхідних кількостях. Потім ці з'єднання ще більше концентрувалися на внутрішніх поверхнях шаруватих мінералів, які могли бути каталізаторами реакцій. Наприклад, дві молекули фосфатальдегіда, що зустрілися на поверхні мінералу, реагували між собою з утворенням фосфорильованій вуглеводної молекули - можливого попередника рибонуклеїнової кислоти (рис. 2).

рис. 3

А може бути, життя виникло в районах вулканічної діяльності? Безпосередньо після утворення Земля являла собою вогнедишний куля магми. При виверженнях вулканів і з газами, котрі звільняються з розплавленої магми, на земну поверхню виносилися різноманітні хімічні речовини, необхідні для синтезу органічних молекул. Так, молекули чадного газу, опинившись на поверхні мінералу піриту, що володіє каталітичними властивостями, могли реагувати з сполуками, що мали метильні групи, і утворювати оцтову кислоту, з якої потім синтезувалися інші органічні сполуки (рис. 3).

Освіта первинних органічних сполук

Вперше отримати органічні молекули - амінокислоти - в лабораторних умовах, які моделюють ті, що були на первісній Землі, вдалося американському вченому Стенлі Міллеру в 1952 році. Тоді ці експерименти стали сенсацією, і їхній автор отримав всесвітню популярність. В даний час він продовжує займатися дослідженнями в області предбіотичною (до виникнення життя) хімії в Каліфорнійському університеті. Установка, на якій був здійснений перший експеримент, являла собою систему колб, в одній з яких можна було отримати потужний електричний розряд при напрузі 100000 В. Міллер заповнив цю колбу природними газами - метаном, воднем та аміаком, які були присутні в атмосфері первісної Землі. У колбі, розташованої нижче, була невелика кількість води, що імітує океан. Електричний розряд по своїй силі наближався до блискавки, і Міллер очікував, що під його дією утворюються хімічні сполуки, які, потрапивши потім у воду, прореагують один з одним і утворюють більш складні молекули. Результат перевершив всі очікування. Вимкнувши ввечері установку і повернувшись на наступний ранок, Міллер виявив, що вода в колбі придбала жовтувате забарвлення. Те, що утворилося, виявилося бульйоном з амінокислот - будівельних блоків білків. Таким чином, цей експеримент показав, як легко могли утворитися первинні інгредієнти живого. Всього-то й потрібні були - суміш газів, маленький океан і невелика блискавка. Інші вчені схильні вважати, що давня атмосфера Землі відрізняється від тієї, яку моделював Міллер, і складалася, швидше за все, з вуглекислого газу та азоту. Використовуючи цю газову суміш і експериментальну установку Міллера, хіміки спробували отримати органічні сполуки. Проте їх концентрація у воді була такою незначною, як якщо б розчинили краплю харчової фарби в плавальному басейні. Природно, важко собі уявити, як могла виникнути життя в такому розбавленому розчині. Якщо дійсно внесок земних процесів у створення запасів первинного органічної речовини був настільки незначний, то звідки воно взагалі взялося? Може бути, з космосу? Астероїди, комети, метеорити і навіть частинки міжпланетного пилу могли нести на собі органічні сполуки, включаючи амінокислоти. Ці позаземні об'єкти могли забезпечити попадання в первинний океан або невелике водоймище достатнього для зародження життя кількості органічних сполук. Послідовність і часовий інтервал подій, починаючи від освіти первинного органічної речовини і закінчуючи появою життя як такого, залишається і, напевно, назавжди залишиться загадкою, що хвилює багатьох дослідників, так само як і питання, що власне, вважається життям.

Що вважати життям?

В даний час існує кілька наукових визначень життя, але всі вони не точні. Одні з них настільки широкі, що під них потрапляють такі неживі об'єкти, як вогонь чи кристали мінералів. Інші - занадто вузькі, і відповідно до них мули, що не дають потомства, не визнаються живими.
Одне з найбільш вдалих визначає життя як самопідтримуваної хімічну систему, здатну вести себе відповідно до законів дарвінівської еволюції. Це означає, що, по-перше, група живих особин повинна виробляти подібних собі нащадків, які успадковують ознаки батьків. По-друге, в поколіннях нащадків повинні виявлятися наслідки мутацій - генетичних змін, які успадковуються наступними поколіннями і обумовлюють популяційну мінливість. І, по-третє, необхідно, щоб діяла система природного відбору, в результаті якого одні особи отримують перевагу перед іншими і виживають в умовах, що змінилися, даючи потомство.
Які ж елементи системи були необхідні, щоб у неї з'явилися характеристики живого організму? Велике число біохіміків та молекулярних біологів вважають, що необхідними властивостями володіли молекули РНК. РНК - це особливі молекули. Одні з них можуть реплицироваться, мутувати, таким чином, передаючи інформацію, і, отже, вони могли брати участь у природному відборі. Щоправда, вони не здатні самі каталізувати процес реплікації, хоча вчені сподіваються, що в недалекому майбутньому буде знайдений фрагмент РНК з такою функцією. Інші молекули РНК задіяні в "зчитуванні" генетичної інформації та передачі її на рибосоми, де відбувається синтез білкових молекул, в якому беруть участь молекули РНК третього типу.
Таким чином, сама примітивна жива система могла бути представлена ​​молекулами РНК, подвоюються, що піддаються мутаціям і підданими природного відбору. У ході еволюції на основі РНК виникли спеціалізовані молекули ДНК - хранителі генетичної інформації - і не менш спеціалізовані молекули білка, що взяли на себе функції каталізаторів синтезу всіх відомих в даний час біологічних молекул.
У якийсь момент часу "жива система" з ДНК, РНК і білка знайшла притулок усередині мішечка, утвореного ліпідної мембраною, і ця більш захищена від зовнішніх впливів структура послужила прототипом найперших клітин, що дали початок трьом основним гілкам життя, які представлені в сучасному світі бактеріями , археями та еукаріотами. Що стосується дати та послідовності появи таких первинних клітин, то це залишається загадкою. Крім того, за простими імовірнісним оцінками для еволюційного переходу від органічних молекул до перших організмів не вистачає часу - перші найпростіші організми з'явилися дуже раптово.
рис. 4
Протягом багатьох років вчені вважали, що життя навряд чи могла виникнути і розвиватися в той період, коли Земля постійно піддавалася сутичок з великими кометами і метеоритами, а завершився цей період приблизно 3,8 мільярда років тому. Проте нещодавно в найстародавніших на Землі осадових породах, знайдених в південно-західній частині Гренландії, були виявлені сліди складних клітинних структур, вік яких складає, принаймні, 3860 млн років. Отже, перші форми життя могли виникнути за мільйони років до того, як припинилася бомбардування нашої планети великими космічними тілами. Але тоді можливий і зовсім інший сценарій (рис. 4). Органічне речовина потрапляло на Землю з космосу разом з метеоритами та іншими позаземними об'єктами, бомбардувати планету протягом сотень мільйонів років з моменту її утворення. Нині зіткнення з метеоритом - подія досить рідкісне, але і зараз з космосу разом з міжпланетним матеріалом на Землю продовжують надходити точно такі ж з'єднання, як і на зорі життя.
Що падали на Землю космічні об'єкти могли зіграти центральну роль у виникненні життя на нашій планеті, тому що, на думку ряду дослідників, клітини, подібні бактеріям, могли виникнути на іншій планеті і потім вже потрапити на Землю разом з астероїдами. Одне зі свідчень на користь теорії позаземного походження життя було виявлено усередині метеорита, за формою нагадує картоплину і названого ALH84001. Спочатку цей метеорит був частинкою марсіанської кори, яка потім була викинута в космос в результаті вибуху при зіткненні величезного астероїда з поверхнею Марса, що сталося близько 16 мільйонів років тому. А 13 тисяч років тому після тривалої подорожі в межах Сонячної системи цей уламок марсіанської породи у вигляді метеорита приземлився в Антарктиці, де і був нещодавно виявлений. При детальному дослідженні метеорита всередині нього були виявлені паличкоподібні структури, що нагадують формою скам'янілі бактерії, що дало привід для бурхливих наукових суперечок про можливість життя в глибині марсіанської кори. Дозволити ці суперечки вдасться не раніше 2005 року, коли Національне управління з аеронавтики і космічних досліджень Сполучених Штатів Америки здійснить програму польоту на Марс міжпланетного корабля для відбору проб марсіанської кори і доставки зразків на Землю. І якщо ученим вдасться довести, що мікроорганізми колись населяли Марс, то про неземне виникнення життя і про можливість занесення життя з Космосу можна буде говорити з більшою часткою впевненості.

Еволюція життя на Землі

В даний час, та, напевно, і в майбутньому, наука не зможе дати відповідь на питання, як виглядав найперший організм, що з'явився на Землі, - предок, від якого беруть початок три основні гілки древа життя. Одна з гілок - еукаріоти, клітини яких мають оформлене ядро, що містить генетичний матеріал, і спеціалізовані органели: мітохондрії, що виробляють енергію, вакуолі та ін До еукаріотні організмам належать водорості, гриби, рослини, тварини і людина.
Друга гілка - це бактерії - прокаріотні (доядерние) одноклітинні організми, що не мають вираженого ядра та органел. І нарешті, третя гілка - одноклітинні організми, іменовані археями, або архебактерии, клітини яких мають таку ж будову, як і у прокаріотів, але зовсім іншу хімічну структуру ліпідів.
Багато архебактерии здатні виживати у вкрай несприятливих екологічних умовах. Деякі з них є Термофіли і мешкають тільки в гарячих джерелах з температурою 90 ° С і навіть вище, де інші організми просто загинули б. Чудово відчуваючи себе в таких умовах, ці одноклітинні організми споживають залізо і сірковмісні речовини, а також ряд хімічних сполук, токсичних для інших форм життя. На думку вчених, знайдені термофільні архебактерии є вкрай примітивними організмами і в еволюційному відношенні - близькими родичами найдавніших форм життя на Землі. Цікаво, що сучасні представники всіх трьох гілок життя, найбільш схожі на своїх прабатьків, і сьогодні живуть в місцях з високою температурою. Виходячи з цього, деякі вчені схильні вважати, що, найімовірніше, життя виникло близько 4 мільярдів років тому на дні океану поблизу гарячих джерел, вивергають потоки, багаті металами і високоенергетичними речовинами. Взаємодіючи один з одним і з водою стерильного тоді океану, вступаючи в найрізноманітніші хімічні реакції, ці сполуки дали початок принципово новим молекулам. Так, протягом десятків мільйонів років у цій "хімічної кухні" готувалося найбільше блюдо - життя. І ось близько 4,5 мільярдів років тому на Землі з'явилися одноклітинні організми, самотнє існування яких тривало весь докембрійський період.
Сплеск еволюції, який дав початок багатоклітинних організмів, стався набагато пізніше, трохи більше півмільярда років тому. Хоча розміри мікроорганізмів настільки малі, що в одній краплі води можуть поміститися мільярди, масштаби проведеної ними роботи грандіозні.
Вважають, що спочатку в земній атмосфері і Світовому океані не було вільного кисню, і в цих умовах жили і розвивалися лише анаеробні мікроорганізми. Особливим кроком в еволюції живого було виникнення фотосинтезуючих бактерій, які, використовуючи енергію світла, перетворювали вуглекислий газ у вуглеводні сполуки, службовці їжею для інших мікроорганізмів. Якщо перші фотосінтетікамі виділяли метан або сірководень, то що з'явилися одного разу мутанти почали виробляти в процесі фотосинтезу кисень. У міру накопичення кисню в атмосфері та водах анаеробні бактерії, для яких він згубний, зайняли безкисневі ніші.
У древніх викопних залишках, знайдених в Австралії, вік яких обчислюється 3460 млн років, були виявлені структури, які вважають залишками ціанобактерій - перше фотосинтезуючих мікроорганізмів. Про колишню пануванні анаеробних мікроорганізмів і ціанобактерій свідчать строматоліти, що зустрічаються в мілководних прибережних акваторіях не забруднених солоних водойм. За формою вони нагадують великі валуни і представляють цікаве співтовариство мікроорганізмів, що живе у вапнякових або доломітових породах, що утворилися в результаті їх життєдіяльності. На глибину декількох сантиметрів від поверхні строматоліти насичені мікроорганізмами: у самому верхньому шарі мешкають фотосинтезуючі ціанобактерії, що виробляють кисень; глибше виявляються бактерії, які до певної міри терпимі до кисню і не потребують світлі; в нижньому шарі присутні бактерії, які можуть жити тільки у відсутності кисню. Розташовані в різних шарах, ці мікроорганізми становлять систему, об'єднану складними взаємовідносинами між ними, в тому числі харчовими. За мікробної плівкою виявляється порода, що утворюється в результаті взаємодії залишків відмерлих мікроорганізмів з розчиненим у воді карбонатом кальцію. Вчені вважають, що коли на первісній Землі ще не було континентів, і лише архіпелаги вулканів височіли над поверхнею океану, мілководдя буяло строматолітами.
У результаті життєдіяльності фотосинтезуючих ціанобактерій в океані з'явився кисень, а приблизно через 1 мільярд років після цього він почав накопичуватися в атмосфері. Спочатку утворився кисень взаємодіяв з розчиненим у воді залізом, що призвело до появи оксидів заліза, які поступово осідали на дні. Так протягом мільйонів років за участю мікроорганізмів виникли величезні поклади залізної руди, з якої сьогодні виплавляється сталь.
Потім, коли основна кількість заліза в океанах піддалося окислювання і вже не могло пов'язувати кисень, він у газоподібному вигляді пішов в атмосферу.
Після того як фотосинтезуючі ціанобактерії створили з вуглекислого газу певний запас багатого енергією органічної речовини і збагатили земну атмосферу киснем, виникли нові бактерії - аероби, які можуть існувати тільки у присутності кисню. Кисень їм необхідний для окислення (спалювання) органічних сполук, а значна частина одержуваної енергії перетворюється в біологічно доступну форму - аденозинтрифосфат (АТФ). Цей процес енергетично дуже вигідний: анаеробні бактерії при розкладанні однієї молекули глюкози отримують лише дві молекули АТФ, а аеробні бактерії, що використовують кисень, - 36 молекул АТФ.
З появою достатнього для аеробног способу життя кількості кисню дебютували і еукаріотні клітини, що мають на відміну від бактерій ядро ​​і такі органели, як мітохондрії, лізосоми, а у водоростей і вищих рослин - хлоропласти, де відбуваються фотосинтетичні реакції. З приводу виникнення і розвитку еукаріот існує цікава і цілком обгрунтована гіпотеза, висловлена ​​майже 30 років тому американським дослідником Л. Маргулісом. Відповідно до цієї гіпотези мітохондрії, що виконують функції фабрик енергії в еукаріотичної клітині, - це аеробні бактерії, а хлоропласти рослинних клітин, в яких відбувається фотосинтез, - ціанобактерії, поглинені, ймовірно, близько двох мільярдів років тому примітивними амебами. У результаті взаємовигідних взаємодій поглинені бактерії стали внутрішніми сімбіонітамі і утворили з поглинула їх клітиною стійку систему - еукаріотичної клітини клітини.
Дослідження копалин останків організмів в породах різного геологічного віку показали, що протягом сотень мільйонів років після виникнення еукаріотні форми життя були представлені мікроскопічними кулястими одноклітинними організмами, такими як дріжджі, а їх еволюційний розвиток протікало дуже повільними темпами. Але трохи більше 1 мільярда років тому виникло безліч нових видів еукаріотів, що позначило різкий стрибок в еволюції життя.
Перш за все це було пов'язано з появою статевого розмноження. І якщо бактерії і одноклітинні еукаріоти розмножувалися, виробляючи генетично ідентичні копії самих себе і не потребуючи статевому партнері, то статеве розмноження у більш високоорганізованих еукаріотних організмів відбувається наступним чином. Дві гаплоїдні, що мають одіарний набір хромосом статеві клітини батьків, зливаючись, утворюють зиготу, що має подвійний набір хромосом з генами обох партнерів, що створює можливості для нових генних комбінацій. Виникнення статевого розмноження призвело до появи нових організмів, які й вийшли на арену еволюції.
Три чверті усього часу існування життя на Землі вона була представлена ​​виключно мікроорганізмами, поки не відбувся якісний стрибок еволюції, що призвів до появи високоорганізованих організмів, включаючи людину. Простежимо основні віхи в історії життя на Землі.
Чотири мільярди років тому загадковим чином виникла РНК. Можливо, що вона утворилася з `явилися на первісній Землі більш простих органічних молекул. Вважають, що стародавні молекули РНК мали функції носіїв генетичної інформації і білків-каталізаторів, вони були здатні до реплікації (самоудвоение), мутували і піддавалися природному відбору. У сучасних клітинах РНК не мають або не виявляють цих властивостей, але грають дуже важливу роль посередника у передачі генетичної інформації з ДНК на рибосоми, в яких відбувається синтез білків.
3,9 мільярда років тому з'явилися одноклітинні організми, які, ймовірно, виглядали, як сучасні бактерії, і архебактерии. Як древні, так і сучасні прокаріотні клітини влаштовані відносно просто: вони не мають оформленног ядра і спеціалізованих органел, в їх желеподобним цитоплазмі розташовуються макромолекули ДНК - носії генетичної інформації, і рибосоми, на яких відбувається синтез білка, а енергія виробляється на цитоплазматичній мембрані, навколишнього клітку.
Два мільярди років тому з'явилися складноорганізовані еукаріотні клітини, коли одноклітинні організми ускладнили свою будівлю за рахунок поглинання інших прокаріотних клітин. Одне з них - аеробні бактерії - перетворилися на мітохондрії - енергетичні станції кисневого дихання. Інші - фотосинтетичні бактерії - почали здійснювати фотосинтез всередині клітини-господаря і стали хлоропластами в клітинах водоростей і рослин. Еукаріотні клітини, що мають ці органели і чітко відокремлений ядро, що включає генетичний матеріал, складають всі сучасні складні форми життя - від цвілевих грибів до людини.
1,2 мільярда років тому стався вибух еволюції, обумовлений появою статевого розмноження і ознаменувався появою високоорганізованих форм життя - рослин і тварин.

Геохронологічна таблиця

Ери
Періоди та їх
тривалість (у млн. років)
Тваринний і рослинний світ
Назва та тривалість (в млн. років)
Вік
(У млн. років)
Кайнозойська (нового життя), 67
67
Антропоген, 1,5
Поява і розвиток людини. Тваринний і рослинний світ прийняв сучасний вигляд.
Неоген, 23,5
Панування ссавців, птахів
Палеоген, 42
Поява хвостатих лемурів, довгоп'ятів, пізніше - парапітеков, дріопітеків. Бурхливий розквіт комах. Триває вимирання великих плазунів. Зникають багато груп головоногих молюсків. Панування покритонасінних рослин.
Мезозойська (середньої життя), 163
230
Крейдяний, 70
Поява вищих ссавців і справжніх птахів, хоча й зубасті птахи ще поширені. Переважають костисті риби. Скорочення папоротей і голонасінних. Поява і розповсюдження покритонасінних
Юрський, 58
Панування ссавців. Поява археоптерикса. Процвітання головоногих молюсків. Панування голонасінних.
Тріасовий, 35
Початок розквіту плазунів. Поява перших ссавців, справжніх костистих риб.
Палеозойська (стародавньої життя), 340
Можливо, 570
Пермський, 55
Швидкий розвиток плазунів. Виникнення зверозубих плазунів. Вимирання трилобітів. Зникнення кам'яновугільних лісів. Багата флора голонасінних.
Кам'яновугільний, 75-65
Розквіт земноводних. Виникнення перших плазунів. Поява літаючих форм комах, павуків, скорпіонів. Помітне зменшення трилобітів. Розквіт папоротеподібних. Поява насінних папоротей.
Девонський, 60
Розквіт щиткових. Поява кистеперих риб. Поява стегоцефалів. Поширення на суходолі вищих спорових.
Силурийский, 30
Пишне розвиток коралів, трилобітів. Поява безщелепних хребетних - щиткових. Вихід рослин на суходіл - псилофіти. Широке поширення водоростей.
Ордовикский, 60
Кембрійський, 70
Процвітають морські безхребетні. Широке поширення трилобітів, водоростей.
Протерозойська (раннього життя), понад 2000
2700
Органічні залишки рідкісні і нечисленні, але ставляться до всіх типів безхребетних. Поява первинних хордових - підтипу безчерепних.
Архейська (найдавніша в історії Землі), близько 1000
Можливо,> 3500
Сліди життя незначні

Література

1. Полянський Ю. І., Браун А. Д., Ворзелян Н. М., підручник для 9-10 класів середньої школи "Загальна біологія", Москва, "Просвіта", 1987 р., 287 с.
2. Лемеза Н. А., морозець М. С., Морозов Е. І., "Посібник з біології для вступників до вузів", Мінськ, ІП "Екоперспектіва", 2000 р., 576 с.
3. Прохоров А. Л., "Виникнення життя на Землі" за матеріалами статті Річарда Монастерскі в журналі National Geographic, 1998 р.


[1] абіогенез - утворення органічних сполук, поширених в живій природі, поза організмом без участі ферментів; виникнення живого з неживого.
[2] біогенез - утворення органічних сполук живими організмами; емпіричне узагальнення, яке стверджує, що все живе походить від живого.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
82.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Виникнення землі Виникнення життя на землі
Виникнення життя на Землі 2
Виникнення життя на Землі
Виникнення життя на Землі
Виникнення життя на Землі та її різноманітність
Проблема виникнення життя на землі
Гіпотези виникнення життя на землі
Сучасні гіпотези виникнення життя на Землі
Основні гіпотези про виникнення життя на Землі
© Усі права захищені
написати до нас