Гипотезы и теории происхождения жизни

  Согласно  этой генетической гипотезе, в начале возникли нуклеиновые кислоты как  матричная основа синтеза белков. Впервые её выдвинул в 1929 г. Г. Мёллер. 
 

  3. Как появилась  жизнь на Земле

  Современная концепция возникновения жизни  на Земле является результатом широкого синтеза естественных наук, многих теорий и гипотез, выдвинутых исследователями  разных специальностей.

  Для возникновения жизни на Земле важна первичная атмосфера (планеты).

  Первичная атмосфера Земли содержала метан, аммиак, водяной пар и водород. Воздействую на смесь этих газов  электрическими зарядами и ультрафиолетовым излучением, ученым удалось получить сложные органические вещества, входящие в состав живых белков. Элементарными  «кирпичиками» живого являются такие химические элементы, как углерод, кислород, азот и водород.

  В живой клетке, по весу содержится 70 % кислорода, 17 % углерода, 10% водорода, 3% азота, затем идут фосфор, калий, хлор, кальций, натрий, магний, железо.

  Итак, первый шаг на пути возникновения  жизни заключается в образовании  органических веществ из неорганических. Он связан с наличием химического   «сырья», синтез которого может произойти при определённом излучении, давлении, температуре и влажности.

  Возникновению простейших живых организмов предшествовала длительная

  Стр. 4

  химическая  эволюция. Из небольшого числа соединений (в результате естественного отбора) возникли вещества со свойствами, пригодными для жизни. Соединения, возникшие на основе углерода, образовали  «первичный бульон» гидросферы. Содержащие азот и углерод вещества возникли в расплавленных глубинах Земли и выносились на поверхность при вулканической деятельности.

  Второй  шаг в возникновении соединений связан с возникновением в первичном океане Земли биополимеров: нуклеиновых кислот, белков. Если предположить, что в этот период все органические соединения находились в первичном океане Земли, то сложные органические соединения могли образоваться на поверхности океана в виде тонкой плёнки и на прогреваемом солнцем мелководье. Анаэробная среда облегчала синтез полимеров из неорганических соединений. Несложные органические соединения начали объединяться в крупные биологические молекулы.

  Образовались  ферменты – белковые вещества –  катализаторы, которые способствуют возникновению или распаду молекул. В результате активности ферментов  возникли  «первоэлементы» жизни – нуклеиновые кислоты, сложные полимерные вещества, состоящие из мономеров.

  Мономеры  в нуклеиновых кислотах расположены  таким образом, что несут определенную информацию, код,

  заключающийся в том, что каждой аминокислоте, входящей в белок, соответствует определённый белок из 3 нуклеотидов (триплет). На основе нуклеиновых кислот могут строиться белки и происходить обмен с внешней средой веществом и энергией.

  Симбиоз нуклеиновых кислот образовал  «молекулярно – генетические системы управления».

  На  этой стадии молекулы нуклеиновых кислот приобрели свойства самовоспроизведения  себе подобных, стали управлять процессом образования белковых веществ.

  У истоков всего живого стояли ревертаза  и матричный синтез с ДНК на РНК, эволюция р – РНК – овой молекулярной системы в ДНК –  овую. Так возник  «геном биосферы».

  Жара  и холод, молний, ультрафиолетовая реакция, атмосферные электрические заряды, порывы ветра и водяные струи – всё это обеспечивало начало или затухание биохимических реакций, характер их протекания, генные  «всплески».

  К концу биохимической стадии появились  такие структурные образования, как мембраны, ограничивающие смесь органических веществ от внешней среды.

  Мембраны  сыграли главную роль в построении всех живых клеток. Тела всех растений и животных состоят из клеток.

  Живое содержание клетки – протоплазма.

  Современные учёные пришли к выводу, что первые организмы на Земле были одноклеточными прокариотами. По своему строению они  напоминали бактерии или сине –  зелёные водоросли, существующие в  настоящее время.

  Для существования первых  «живых молекул», прокариотов необходим как для всего живого, приток энергии извне. Каждая клетка – маленькая  «энергетическая станция». Непосредственным источником энергии для клеток служит АТФ и другие соединения, содержащие фосфор. Энергию клетки получают с пищей, они способны не только тратить, но и запасать энергию.

  К этому времени наметился  «выбор» растительного или животного образа жизни.

  Стр. 5

  Различия  этих образов жизни связано со способом питания и возникновением фотосинтеза, который заключается  в создании органических веществ (например, сахаров из углекислоты и воды при использовании энергии света).

  Благодаря фотосинтезу, растения вырабатывают органические вещества, за счет которого происходит наращивание массы растений, и  вырабатывают большое количество органических веществ.

  С возникновением фотосинтеза в атмосферу  Земли стал поступать кислород, и  образовалась вторичная атмосфера  Земли с высоким содержанием  кислорода.

  Появление кислорода и интенсивное развитие наземных растений – величайший этап в развитии жизни на Земле. С этого момента началось постепенное видоизменение и развитие живых форм.

  Возникновение и распространение растительности привели к коренному изменению  состава атмосферы, первоначально  содержащей очень мало свободного кислорода, и состоящей главным образом из двуокиси углерода и, вероятно, метана и аммиака.

  Растения, ассимилирующие углерод из двуокиси углерода, привели к созданию атмосферы, содержащей свободный кислород и  лишь следы углекислого газа. Свободный  кислород в составе атмосферы  служил не только активным химическим агентом, но также источником озона, преградившего путь коротким ультрафиолетовым лучам к поверхности Земли (озоновый экран). 

  4. Эволюция форм  биологической жизни  на Земле  

  Как же возникло то разнообразие, которое  мы наблюдаем в живой природе? Ведь когда – то 2 – 3 млрд. лет тому назад жизнь была представлена довольно однообразными существами.

  .

  Согласно  креационизму, возникновение жизни относится к определённому событию в прошлом, которое можно вычислить.

  Фундаментальную роль в мировоззрении того времени играли также телеологии - учения, по которому всё в природе устроено целесообразно и всякое развитие является осуществлением заранее предопределённых целей.

  Теология  приписывает процессам и явлениям природы цели, которые устанавливаются богом (Х. Вольф), или являются внутренними причинами природы (Аристотель, Лейбниц).

  В преодолении идей креационизма и телеологии важную роль сыграла концепция ограниченной изменчивости видов в пределах относительно узких подразделений (от одного единого предка под влиянием среды – трансформизм).

  Трансформизм  в основе своей имеет представления  об изменении и превращении органических форм происхождении одних организмов от других. Среди естествоиспытателей  и философов – трансформистов ХVII – XVIII вв. известны Ж. Бюффон, Р. Гук, Д. Дидро, Э. Дарвин, И. Гёте и д.р.

  Все трансформисты признавали изменчивость видов организмов под действием  изменений окружающей среды.

В становлении  идеи эволюции органического мира существенную роль сыграла систематика. К. Линней впервые применил бинарную номенклатуру и построил искусственную классификацию растений и животных. Заслуга Линнея в том, что через Стр. 6 

  создание  искусственной системы он подвёл биологию к необходимости рассмотрения колоссального эмпирического материала  с позиций общих теоретических принципов.

  Большую роль в становлении и развитии идеи эволюции живой природы сыграла  эмбриология, для которой в Новое  время было характерно противостояние преформизма и эпигенеза.

  Таким образом, в XII – XIII вв. возникла идея исторических изменений наследственных признаков организмов, необратимого исторического развития живой природы – идея эволюции органического мира.

  Эволюция от лат  «развёртывание» - историческое развитие природы. В ходе эволюции:

  ·          возникают новые виды, т.е. увеличивается разнообразие форм организмов;

  ·          организмы адаптируются, т.е. приспосабливаются к изменениям условий внешней среды;

  ·          В результате эволюции, постепенно повышается общий уровень организации живых существ: они усложняются и совершенствуются. Переход от представления о трансформации видов к идее эволюции исторического развития видов предполагал:

  ·          Рассмотрение процесса образования видов в его истории, учёт конструктивной роли фактора времени в историческом развитии организмов;

  ·          Развитие идей о возникновении качественно нового в таком историческом процессе.

  Первые  эволюционные теории были созданы двумя  великими учёными XIX века – Ж. Ламарком и Ч. Дарвином.

  В 1809 году вышла книга Ламарка «Философия зоологии», в которой была изложена первая целостная теория эволюции органического мира.

  Ламарк  полагал, что историческое развитие организмов имеет не случайный, а  закономерный характер и происходит в направлении постепенного и  неуклонного совершенствования.

  Ламарк включил в своё учение качественно новое понимание роли среды в развитии органических форм, трактуя внешнюю среду как важный фактор, условия эволюции.

  По  – своему идея эволюции органического  мира развивалась в теории катастроф.

  Французский биолог Ж. Кювье писал:  «Жизнь не раз потрясала на нашей земле страшными событиями. Бесчисленные живые существа становились жертвой катастроф: одни обитатели суши, были поглощены потопами, другие, населявшие недра вод, оказались на суше вместе с внезапно приподнятым дном моря, сами их расы навеки исчезли, оставив на свете лишь немногие остатки, едва различимые для натуралистов».

  Против  учения катастрофизма выступили  сторонники другой концепции эволюции, которые исходили из представлений  о тождественности современных  и древних геологических процессов – концепции униформизма.

  Геологическая эра Земли от её образования до зарождения жизни называется катархей.

  Катархей (от греч. «ниже древнейшего») – эра, когда была безжизненная Земля, окутанная  ядовитой для живых существ атмосферой, лишенной кислорода. Гремели вулканические извержения, сверкали молнии, жесткое ультрафиолетовое излучение

  Стр. 7

  пронизывало атмосферу и верхние слои воды. Под влиянием этих явлений из смеси  паров сероводорода, аммиака, угарного газа начинают синтезироваться первые органические соединения. Возникают свойства, характерные для жизни.

  Такая картина эры катархея существовала около 5 – 3,5 млрд. лет назад.

  Вернадский  считал, что биосфера геологически вечна, т. е. жизнь на Земле существует столько же времени, сколько и сама Земля как планета.

  Архей – древнейшая геологическая эра  Земли (3,5 – 2,6 млрд. лет назад). Ко времени  архея относится возникновение  первых прокариот (бактерий и сине –  зелёных водорослей) – организмов, которые в отличие от эукариот не обладают оформленным клеточным ядром и типичным хромосомным аппаратом.

  В отложениях архея найдены остатки  нитчатых водорослей. В этот период появляются гетеротрофные организмы  не только в море, но и на суше. Образуется почва.

  В атмосфере снижается содержание метана, аммиака, и водорода, начинается накопление углекислого газа и кислорода.

  Протерозой (от греч «первичная жизнь») – огромный по продолжительности этап исторического  развития Земли (2,6 млрд. – 570 млн. лет  назад).

  Возникновение многоклеточности – важный ароморфоз в эволюции жизни.

  Конец протерозоя назавают  «веком медуз» - очень распространённых в это время представителей кишечнополостных. Палеозой (от греч. «древняя жизнь» - геологическая эра 570 – 230 млн. лет) со следующими периодами: кембрий (570 – 500 млн. лет), ордовик (500 – 440 млн. лет), силур (440 – 410 млн. лет), девон ( 410 – 350 млн. лет), карбон (350 – 285 млн. лет), пермь (285 – 230 млн. лет).

  Для развития жизни в раннем палеозое (кембрий, ордовик, силур) характерно интенсивное  развитие наземных растений и выход на сушу животных. Фауна раннего палеозоя: головоногий моллюск, трилобиты – примитивные ракообразные, одиночные кораллы.