Эволюция жизни. Происхождение живого и неживого в природе

ЛЕКЦИЯ VI

Живое отличается от неживого по трем основным пунктам:

1) в состав живого обязательно входят биополимеры - белки и нуклеиновые кислоты ДНК и РНК;

2) живое имеет клеточное строение;

3) живое воспроизводит самое себя.

Помимо этих отличий живое имеет обмен веществ, способно к росту и развитию, к движению, приспосабливается к среде и т.д. Важное свойство живого - активность. Для живого организма вопрос стоит так: или действовать, или погибнуть. Тем не менее четко разграничить живое и неживое не всегда удается, существуют переходные состояния, например, вирус. Вирус обладает атрибутами живого, только находясь в клетке, вне ее он их теряет.

Вопрос о происхождении живого - один из интереснейших в современном естествознании. Существуют следующие ответы на этот вопрос:

1) креационизм (жизнь сотворена богом);

2) многократное самопроизвольное зарождение жизни из неживого вещества;

3) жизнь - стационарное состояние, т.е. существовала всегда;

4) панспермия (внеземной источник жизни);

5) жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам.

Креационизм находится вне науки, это вопрос веры. Идею зарождения живого из неживого опроверг еще Л. Пастер. Наибольшей популярностью в науке пользуются 4 и 5 концепции.

Идея панспермии опирается на то, что при изучении метеоритов и комет, попавших на Землю, были обнаружены органические соединения, которые вполне могли бы играть роль предшественников живого.

Идея появления жизни на Земле в историческом прошлом имеет два варианта:

1) жизнь возникла случайно, как результат появившейся единичной «живой» молекулы, в которой было заложено дальнейшее развитие;

2) жизнь возникла закономерно как результат эволюции. Представителем эволюционного варианта этой концепции был А.И. Опарин. В своей книге «Происхождение жизни» (1924 г.) он доказывал, что жизнь возникла на Земле как результат химической, потом биохимической эволюции.

Необходимым условием жизни на Земле явилось наличие углерода. Атомы углерода вырабатываются в недрах звезд. Углерод способен создавать миллионы структур, которые подвижны, низкоэлектропроводны, студенисты, насыщены водой, имеют вид длинных скрученных цепей. Углерод соединяется с водородом, кислородом, азотом, фосфором, серой, железом, и эти соединения обладают разнообразными свойствами.

Все эти химические элементы наиболее устойчивы и распространены во Вселенной. У них малый атомный вес, они легко соединяются друг с другом и легко вступают в реакции. Соединения этих элементов легко растворяются в воде. Клетка состоит на 70% из кислорода, 17% из углерода, 10% из водорода, 3% из азота.

Помимо углерода для жизни необходимы кислород, водород и азот.

Однако само по себе существование этих химических элементов не обеспечивает зарождение жизни. Для этого необходимы определенные физические и химические условия, например, определенная температура, присутствие солей, уровень радиации и т.д. Необходимо также определенное состояние всей Вселенной, например, взаимное удаление галактик, обеспечивающее необходимую плотность радиации, возраст Вселенной, которой не может быть меньше многих миллиардов лет, ибо углерод синтезируется в звездах-гигантах миллиарды лет и т.д.

Все эти условия однажды совпали и на Земле стала возможна жизнь. В.И. Вернадский считал, что жизнь появилась одновременно с образованием Земли. А.И. Опарин считал, что жизни предшествовала длительная химическая эволюция, и только 3-5 млрд. лет тому назад образовались первые сложные органические вещества и протоклетки. Они могли возникнуть как в глубинах Земли, откуда потом попали в океан, или сразу в воде. Древняя Земля не имела слоя озона, поэтому солнечная радиация беспрепятственно проходила сквозь атмосферу и давала необходимую энергию. В течение многих лет постепенно в океане образовался так называемый «первичный бульон» из углеродистых соединений. На его основе возникли биополимеры, обладающие свойством воспроизведения.

Чтобы могли образоваться биополимеры, необходима концентрация органических веществ. Она возникла, возможно, в результате осаждения органических соединений на минеральных частицах (например, глине), или в результате того, что органические вещества, образовав на поверхности океана пленку, прибились к берегу, где собирались в толстые слои.

Понятно одно: воды, пропитывавшие земной грунт, постоянно перемещали растворенные в них вещества, которые накаливались в определенных местах. Там и сформировались пробионты - системы органических веществ, способных взаимодействовать с окружающей средой. Они могли расти и развиваться за счет поглощения из окружающей среды разных веществ. Более того, пробионты могли делиться на дочерние образования. На основе этого начался первый, еще примитивный естественный отбор в смысле выживания наиболее приспособленных. При этом, как пишет Опарин, «начальная, очень несовершенная передача свойств от предков к потомкам могла тогда базироваться только лишь на динамической основе - на взаимодействии всей целостной системы с внешней средой, а не на пространственной организации единичных, входящих в их состав специфических молекул, как это имеет место в современных организмах».

Простейшие органические вещества и неорганические соединения, присутствовавшие в окружающей среде, избирательно поглощались пробионтом и сочетались в нем в каталитически активный комплекс. Если этот комплекс успешно сочетался с другими реакциями, осуществляемыми в пробионте, пробионт занимал ведущее место в эволюции предбиологических систем.

В результате этого процесса образовались микросферы – шаровидные тела, при этом большую роль играло воздействие тепловой энергии.

Вещество и энергия имели равно важное значение для возникновения жизни. Начало жизни на Земле – появление нуклеиновых кислот. Следующий шаг в организации живого – образование мембран, которые ограничивали смеси органических веществ от окружающей среды. Это уже ведет к образованию клетки.

Примерно 3 млрд. лет назад появились первые организмы. Их свойства: подвижность, питание и способность запасать пищу и энергию, защита от нежелательных воздействий, размножение, раздражимость, приспособление к изменяющимся внешним условиям, способность к росту.

Первые организмы были одноклеточными. Примерно 1 млрд. лет назад появились первые многоклеточные организмы. Тогда же жизнь разделилась на две формы – растительную и животную.

Первоначально в атмосфере Земли было очень мало свободного кислорода. Когда кислород появился в атмосфере (благодаря фотосинтезу), стало возможно существование озона, который, в свою очередь, преградил путь прямым ультрафиолетовым лучам.

Остатки растений накапливались в земной коре, превращаясь в уголь и торф.

Растения и животные отличаются друг от друга по трем основным направлениям:

1) Различна структура клеток и их способность к росту,

2) Различен способ питания,

3) Различна способность к движению.

Живой организм относится к животным или растениям, если выполняется совокупность каких-нибудь свойств. Например, кораллы неподвижны, но учитывая другие их свойства, они относятся к животным. Есть растения, которые питаются как животные, поглощая мелких насекомых.

Растения отличаются тем, что они не двигаются, у них некоторые клетки способны к активному росту на протяжении всей жизни организма, в белковых телах их клеток заключен хлорофилл, благодаря которому растения имеют зеленую окраску. Хлорофилл необходим для выполнения космической функции растения – улавливать и превращать солнечную энергию. Так растения пополняют запас кислорода в атмосфере.

У животных нет хлорофилла и клеточной стенки, мешающей изменению формы. Животные, в отличие от растений, имеют дифференцированные органы, которые выполняют различные функции. Сейчас на Земле существует 500 тысяч видов растений и 1,5 млн. видов животных, среди которых 12540 видов млекопитающихся.

То, что в самых различных и удаленных друг от друга местах Земли обитают сходные животные, объясняется тем, что первоначально на Земле было два континента – Лавразия в Северном полушарии и Гондвана в Южном. Они соединились в каких-то участках, и животные могли перемещаться.

Данные палеонтологии говорят, что во время существования первого суперконтинента видообразие организмов было небогатым. Когда континент затоплялся, возникло большое разнообразие видов. Разрушение суперконтинента вызвало к жизни ракообразных, после чего появилось множество новых видов.

Все это обусловлено тем, что в период дрейфа континентов происходит активная циркуляция вод, в океан с суши вымывается обилие питательных веществ, и это ведет к биологической активности. В свою очередь, это ведет к росту потребности в углероде, и значит, его содержание в атмосфере понижается.

Значение воды для жизни огромно. Свойства воды уникальны. Эта уникальность связана с малыми размерами ее молекул, их полярностью (заряды в молекуле воды распределены неравномерно), их способностью соединяться друг с другом водородными связями. Водородные связи слабее обычных ионных. Поэтому вода - прекрасный растворитель. Это свойство очень важно для транспортировки по организму разных веществ.

Вода теплоемка, поэтому для повышения ее температуры требуется большое количество энергии. Оно необходимо для того, чтобы разорвать водородные связи, обеспечивающие «клейкость» воды. Теплоемкость воды также является причиной того, что вода - стабильная среда обитания. Именно тепловые свойства воды оказались необходимыми для обеспечения жизни.

Вода имеет и самое большое поверхностное натяжение из всех других жидкостей, у нее сильное сцепление между молекулами. Некоторые мелкие животные могут поэтому скользить по поверхности воды. Это свойство играет важнейшую роль в живых клетках. Вода - наиболее важный компонент тканей живых существ. Она одновременно среда для биохимических реакций и их участник.

Дата добавления: 2014-02-28; просмотров: 650; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!