Происхождение и эволюция жизни

Тема: «Происхождение и  эволюция жизни»

 

Содержание

 

	Введение……………………………………………………………..	2
1.	Отличие живого от неживого………………………………………	3
2.	Концепции возникновения жизни…………………………………..	4
3.	Появление жизни на земле…………………………..……………...	6
4.	Эволюция форм жизни………………………………………………	8
	Заключение………………………………………………………........	11
	Список использованной литературы………………………………..	12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Одним из наиболее трудных, и в то же время  интересных в современном естествознании является вопрос о происхождении  жизни. Он труден потому, что, когда  наука подходит к проблемам развития как создания качественно нового, она оказывается у предела  своих возможностей как отрасли  культуры, основанной на доказательстве и экспериментальной проверке утверждений. С незапамятных времен происхождение  жизни было загадкой для человечества. С момента своего появления благодаря  труду человек начинает выделяться среди остальных живых существ. Но способность задать себе вопрос «откуда мы?» человек получает сравнительно недавно-7-8 тыс. лет назад, в начале нового каменного века (неолита). До этого времени человек с трудом отделял себя от других животных (человек был и охотником, и своеобразной дичью), но постепенно он стал отграничивать себя от природы и своим внутренним духовным миром.

Ученые  сегодня не в состоянии воспроизвести  процесс возникновения жизни  с такой же точностью, как это  было несколько миллиардов лет назад. Даже наиболее тщательно поставленный опыт будет лишь модельным экспериментом, лишенным рядом факторов, сопровождавших появление живого на Земле. Трудность  методологическая – в невозможности  проведения прямого эксперимента по возникновению жизни. Вопрос о происхождении жизни интересен не только сам по себе, но и тесной связью с проблемой отличия живого от неживого, а также связью с проблемой эволюции жизни.

 

 

 

 

 

1. Отличие живого от неживого

 

Итак, что  такое живое и чем оно отличается от неживого? К числу свойств живого обычно относят следующие: 
- живые организмы характеризуются сложной упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах; 
- живые организмы получают энергию из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядоченности. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию; 
- живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Способность реагировать на внешнее раздражение - универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных; 
- живые организмы не только изменяются, но и усложняются; 
- все живое размножается. Способность к самовоспроизведению - один из самых главных признаков жизни, так как в этом проявляется действие механизма наследственности и изменчивости, определяющих эволюцию всех видов живой природы; 
- живые организмы передают потомкам заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размножения. Эта информация содержится в генах - единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах. Генетический материал определяет направление развития организма. Вот почему потомки похожи на родителей. Однако эта информация в процессе передачи несколько изменяется, искажается. В связи с этим потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них; 
- живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни. 
 В обобщенном и упрощенном варианте все отмеченное можно выразить в выводе, что все живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются в природе, а неживые тела не питаются, не дышат, не растут и не размножаются. 
Однако строго научное разграничение живого и неживого встречает определенные трудности. Имеются как бы переходные формы от неживого к живому. Так, например, вирусы вне клеток другого организма не обладают ни одним из атрибутов живого. У них есть наследственный аппарат, но отсутствуют основные необходимые для обмена веществ ферменты, и поэтому они могут расти и размножаться, лишь проникая в клетки другого организма и используя его ферментные системы. Поэтому, в зависимости от того, какой признак живого мы считаем самым важным, мы относим вирусы к живым системам или нет. Естественно, что в определении жизни должны быть зафиксированы все эти функциональные признаки. Поэтому можно предложить следующее определение: жизнь - высшая из природных форм движения материи, она характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфороорганические соединения. Признаками жизни являются: противостояние энтропийным процессам, обмен веществ с окружающей средой, воспроизводство на основе генетического кода и молекулярная хиральность.

 

 

2. Концепции возникновения жизни

 

В настоящее  время наиболее распространенными  являются следующие концепции возникновения  жизни:

• жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время (креационизм);
• жизнь возникала неоднократно из неживого вещества (самопроизвольное зарождение);
• жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния);
• жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия);
• жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам (биохимическая эволюция).

Креационизм: согласно этой теории, жизнь возникла в результате какого-то сверхъестественного события в прошлом; ее придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений. Процесс божественного сотворения мира мыслится как имевший место лишь единожды и поэтому недоступный для наблюдения. Этого достаточно, чтобы вынести всю концепцию божественного сотворения за рамки научного исследования. Наука занимается только теми явлениями, которые поддаются наблюдению, а поэтому она никогда не будет в состоянии ни доказать, ни отвергнуть эту концепцию.

Самопроизвольное зарождение: эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. В 1860 году французский микробиолог Луи Пастер, изучавший деятельность бактерий, опроверг теорию спонтанного зарождения жизни, доказав справедливость теории биогенеза.

Теория стационарного состояния: согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды также существовали всегда.

Теория панспермии: эта теория не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни, а выдвигает идею о ее внезапном происхождении. Поэтому ее нельзя считать теорией возникновения жизни как таковой; она просто переносит проблему возникновения жизни в какое-то другое место Вселенной. Теория панспермии утверждает, что жизнь могла возникнуть один или несколько раз в разное время и в разных частях Галактики или Вселенной.

У концепции появления жизни  на земле в историческом прошлом  два варианта. Согласно первому -  происхождение жизни результат  случайного образования единичной  «живой молекулы», в строении которой  был заложен весь план дальнейшего  развития живого. Согласно второму  происхождение жизни результат  закономерной эволюции материи.

 

 

3. Появление жизни на земле

 

Для возникновения жизни  на Земле важна первичная атмосфера планеты. Первичная атмосфера Земли содержала метан, аммиак, водяной пар и водород. Именно воздействуя 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 содержится 70 процентов кислорода, 17  процентов углерода, 10 процентов водорода, 3 процента азота, затем идут фосфор, калий, хлор, сера, кальций, натрий, магний, железо. Итак, первый шаг на пути к возникновению жизни заключается в образовании органических веществ из неорганических. Он связан с наличием химического «сырья», синтез которого может произойти при определенном излучении, давлении, температуре, влажности. Возникновению простейших живых организмов предшествовала длительная химическая эволюция. Из сравнительно небольшого числа соединений (в результате естественного отбора) возникли вещества со свойствами, пригодными для жизни. Соединения, возникшие на основе углерода, образовали «первичный бульон» гидросферы. По мнению ученых, 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 упорядоченных сложных веществ – биополимеров: нуклеиновых кислот, белков. Если предположить, что в этот период все органические соединения находились в первичном океане Земли, то более сложные органические соединения могли образоваться на поверхности океана в виде тонкой пленки и на прогреваемом солнцем мелководье. Бескислородная среда облегчала синтез полимеров из неорганических соединений. Кислород как сильнейший окислитель разрушал бы возникающие молекулы. Сравнительно 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 важнейшие «первоэлементы жизни» - нуклеиновые кислоты, сложные полимерные вещества (состоящие из мономеров). Мономеры в нуклеиновых клетках расположены таким образом, что несут определенную информацию, код, заключающийся в том, что каждой аминокислоте, входящей в белок, соответствует определенный набор из трех нуклеотидов, так называемый триплет нуклеиновой кислоты. На основе  нуклеиновых кислот уже могут строиться белки и происходить обмен с внешней средой веществом и энергией. Симбиоз нуклеиновых кислот образовал «молекулярно-генетические системы управления».Эта стадия была переломной в возникновении жизни на Земле. Молекулы нуклеиновых кислот приобрели свойства самовоспроизведения себе подобных, стали управлять процессом образования белковых веществ.

Жара и холод, молнии, ультрафиолетовая реакция, атмосферные электрические  заряды, порывы ветра и водяные  струи – все это обеспечивало начало или затухание биохимических  реакций, характер их протекания, генные «всплески». К концу биохимической стадии появились такие структурные образования, как мембраны, отграничивающие смесь органических веществ от внешней среды.

Мембраны сыграли главную  роль в построении всех живых клеток. Все основные процессы, определяющие поведение живого организма, протекают в клетках. Огромное значение для биологических процессов имеют ферменты. Принцип их действия заключается в стремлении молекул  других веществ присоединиться к активным участкам молекулы фермента. Тем самым повышается вероятность их столкновения, и, соответственно, скорость химической реакции.

Синтез белка осуществляется в  цитоплазме клетки. Почти в каждой из клеток человека синтезируется свыше 10000 разных белков. Величина клеток от микрометра до одного метра.

 

 

4. Эволюция форм жизни

 

Приблизительно 2 млрд. лет  тому назад в живых клетках  появилось ядро. Из прокариотов возникли эукариоты – одноклеточные организмы  с ядром. Их на Земле насчитывается 25-30 тыс. видов. Самые простые из них – амебы. У эукариотов существует в клетке оформленное ядро с веществом, содержащим код синтеза белка. Приблизительно к этому времени наметился «выбор» растительного или животного образа жизни. Основное различие этих образов жизни связано со способом питания, с возникновением такого важного для жизни на Земле процесса, как фотосинтез. Фотосинтез 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. Ежегодно растения на Земле вырабатывают свыше 200 миллионов тонн органического вещества. С возникновением фотосинтеза в атмосферу Земли стал поступать кислород. В результате фотосинтеза образовалась вторичная атмосфера Земли с высоким содержанием кислорода. Нынешнее содержание кислорода было достигнуто 250 млн. лет назад в ходе интенсивного развития наземных растений.

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

Жизнь со всеми её проявлениями произвела  глубочайшие изменения в развитии нашей планеты, по крайней мере наружных её оболочек. Совершенствуясь в процессе эволюции, живые организмы всё  шире распространялись по планете, принимая всё большее участие в перераспределении  энергии и веществ в земной коре, а также в воздушной и  водной оболочках Земли. Возникновение  и распространение растительности привели к коренному изменению  состава атмосферы, первоначально  содержавшей очень мало свободного кислорода и состоявшей главным  образом из двуокиси углерода и, вероятно, метана в аммиака. Растения, ассимилирующие углерод из CO₂, привели к созданию атмосферы, содержащей свободный кислород и лишь следы CO₂. 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"). Одновременно углерод, веками скапливавшийся в остатках растений, образовал в земной коре грандиозные энергетические запасы в виде залежей органических соединений (каменный уголь, торф).

Растительный покров изменил физические и химические характеристики планеты; изменился, в частности, коэффициент  отражения поверхностью суши различных  участков солнечного спектра. Развитие жизни в Мировом океане привело  к созданию осадочных пород, состоящих  из скелетов и др. остатков морских  организмов. Эти отложения, их механическое давление, химические и физические превращения изменили поверхность земной коры. Активное избирательное поглощение веществ организмами вызвало перераспределение веществ в верхних слоях коры. Всё это свидетельствует о наличии на Земле особой оболочки, названной геохимиком В. И. Вернадским биосферой, в которой развёртывались и продолжаются поныне жизненные явления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

За последние десятилетия  понимание происхождения жизни сделало огромные успехи. Остается надеяться, что следующее десятилетие принесет еще больше: новые исследования очень активно ведутся во многих областях.

Но, именно, теория эволюции дает возможность  понять оптимальную стратегию взаимоотношения  человека и окружающей живой природы, позволяет ставить вопрос о разработке принципов управляемой эволюции. Отдельные элементы такой управляемой  эволюции уже сегодня просматриваются, например, в попытках не простого промыслового использования,  а хозяйственного управления эволюцией отдельных  видов животных и растений.

Изучение процессов эволюции важно  для охраны окружающей среды. Человек, вторгаясь в природу, еще не научился предвидеть и предупреждать нежелательные последствия своего вмешательства. Человек использует для борьбы с вредителями ртутные препараты и многие другие ядовитые вещества. Это немедленно ведет к эволюционному «ответу» природы – возникновению устойчивых к пестицидам рас насекомых, «суперкрыс», устойчивых к антикоагулянтам и т. п.

Часто таким же катастрофическим становится промышленное загрязнение. Миллионы тонн стиральных порошков, попадая в сточные  воды, убивают высшие организмы и  вызывают невиданное прежде развитие различных микроорганизмов. Эволюция в этих случаях приобретает уродливые формы, и не исключено, что в будущем человечество столкнется с неожиданной «эволюционной угрозой» со стороны каких-нибудь суперустойчивых к промышленным загрязнениям микроорганизмов и бактерий, которые смогут изменить облик нашей планеты в нежелательном направлении.

 

Список  использованной литературы

 

1. Горелов А.А. Концепции современного  естествознания: Учебное пособие. – М.: Центр, 2003. – 208 с.