Возникновение жизни на Земле

Из планет Солнечной системы  кроме Земли подходящую массу  имеют Венера и Марс,но там отсутствуют  другие условия. По мнению советского астрофизика В. Г.Фесенкова, во Вселенной 1% планет имеет подходящую массу.

Особенно важной предпосылкой возникновения и развития жизни  являетсяотносительно постоянная и  оптимальная радиация, получаемая планетой отцентральной звезды. Обычно оптимальную  радиацию получают планеты имеющиеорбиту, близкую к круговой, и подвергающиеся поэтому относительно постоянномуоблучению.

Обязательным условием возникновения  жизни является наличие воды.

Парадоксально, что, хотя вода — чуть ли не самая распространенная молекула воВселенной, поразительно мало планет имеют гидросферу: в нашей  Солнечнойсистеме только Земля имеет  гидросферу, а на Марсе имеется  лишь незначительноеколичество воды.

Значение воды для жизни  исключительно. Это обусловлено  ее специфическимитермическими особенностями: огромной теплоемкостью, слабой теплопроводностью,расширением  при замерзании, хорошими свойствами как растворителя и др. Этиособенности обусловливают круговорот воды в  природе, который играетисключительную роль в геологической истории  Земли.

Из сказанного выше можно  сделать следующий вывод: возникновение  жизни наЗемле есть часть общей  эволюции материи во Вселенной, а  не некийсверхъестественный акт. Налицо были исходные органические соединения,оптимальная  масса Земли, оптимальная солнечная  радиация, наличие гидросферы.

В этих условиях эволюция материи  с высокой степенью вероятности

осуществляется по пути возникновения  жизни.

 

Глава 3. Начальные этапы биологической эволюции

Первыми и наиболее важными  событиями биологической эволюции следует считать появление эукариотов и многоклеточности.

Так возникли примитивные  животные клетки – предшественники  ныне живущих жгутиковых простейших. Образовавшиеся подвижные эукариоты  путём симбиоза и фотосинтезирующих  организмов дали водоросль или растение. Очень важно, то обстоятельство, что  строение пигментного комплекса  у фотосинтезирующих анаэробных бактерий поразительно сходно с пигментами зелёных растений. Во-первых, одноклеточные  водоросли и сейчас легко вступают в союз с животными – эукаритами. Например, в теле инфузории туфельки обитает водоросль хлорелла. Во-вторых, некоторые органоиды клетки, такие как митохондрии и пластиды, по строению своей ДНК удивительно похожи на прокриотические клетки – бактерии и цианобактерии.

Самые ранние из бактерий (прокариоты) существовали уже около 3,5 млрд.лет  назад. К настоящему времени сохранились  два семейства бактерий:

древние, или археобактерии (галофильные, метановыез, термофильные), и

эубактерии (все остальные). Таким образом, единственными живыми существами на Земле в течение 3 млрд. лет были примитивные микроорганизмы. Возможно, они представляли собой одноклеточные существа, сходные с современными бактериями, например клостридиями, живущими на основе брожения и использования богатых энергией органических соединений, возникающих под действием электрических разрядов и ультрафиолетовых лучей. Следовательно, в эту эпоху живые существа были потребителями органических веществ, а не их производителями.

Гигантский шаг на пути эволюции жизни был связан с возникновением

основных биохимических  процессов обмена — фотосинтеза  и дыхания и с

образованием клеточной  организации, содержащей ядерный аппарат

(эукариоты). Эти «изобретения»,  сделанные еще на ранних стадиях

биологической эволюции, в  основных чертах сохранились у современных

организмов. Методами молекулярной биологии установлено поразительное

единообразие биохимических  основ жизни при огромном различии организмов по другим признакам. Белки почти всех живых существ состоят из 20 аминокислот. Нуклеиновые кислоты, кодирующие белки, монтируются из четырех нуклеотидов. Биосинтез белка осуществляется по единообразной

схеме, местом их синтеза  являются рибосомы, в нем участвуют  и-РНК и

т-РНК. Подавляющая часть  организмов использует энергию окисления,

дыхания и гликолиза, которая  запасается в АТФ. 

Рассмотрим подробнее  особенности эволюции на клеточном  уровне

организации жизни. Наибольшее различие существует не между растениями,

грибами и животными, а  между организмами, обладающими ядром (эукариоты)и не имеющими его (прокариоты). Последние представлены низшимиорганизмами — бактериями и сине-зелеными водорослями (цианобактерии, или цианен), все остальные организмы — эукариоты, которые сходны между собой по внутриклеточной организации, генетике, биохимии и метаболизму.  

 Различие между прокариотами  и эукариотами заключается еще и в том, что первые могут жить как в бескислородной , так и в среде с разным содержанием кислорода, в то время как для эукариотов, за немногим исключением, обязателен кислород. Все эти различия имели существенное значение для понимания ранних стадий биологической эволюции.  

  Сравнение прокариот и эукариот по потребности в кислороде приводит к заключению, что прокариоты возникли в период, когда содержание кислорода в среде изменилось. Ко времени же появления эукариот концентрация кислорода была высокой и относительно постоянной.

Первые фотосинтезирующие  организмы появились около 3 млрд. лет назад.Это были анаэробные бактерии, предшественники современных

фотосинтезирующих бактерий. Предполагается, что именно они образовали

самые древние среди известных строматолитов. Обеднение среды органическими азотистыми соединениями вызывало появление живых существ, способных использовать атмосферный азот. Такими организмами, способными существовать в среде, полностью лишенной органических углеродистых и азотистых соединений, являются фотосинтезирующие азотфиксирующие сине-зеленые водоросли. Эти организмы осуществляли аэробный фотосинтез. Они устойчивы к продуцируемому ими кислороду и могут использовать его для собственного метаболизма. Поскольку сине-зеленые водоросли возникли в период, когда концентрация кислорода в атмосфере колебалась, вполне допустимо, что они — промежуточные организмы между анаэробами и аэробами.

Фотосинтезирующая деятельность первичных одноклеточных имела  трипоследствия, оказавшие решающее влияние на всю дальнейшую эволюцию живого. Во-первых, фотосинтез освободил организмы от конкуренции за природные запасы абиогенных органических соединений, количество которых в среде значительно сократилось. Развившееся посредством фотосинтеза автотрофное питание и запасание готовых питательных веществ в растительных тканях создали затем условия для появления громадного разнообразия автотрофных и гетеротрофных организмов. Во-вторых, фотосинтез обеспечивал насыщение атмосферы достаточным количеством кислорода для возникновения и развития организмов, энергетический обмен которых основан на процессах дыхания. В-третьих, в результате фотосинтеза в верхней части атмосферы образовался озоновый экран, защищающий земную жизнь от губительного ультрафиолетового излучения космоса,

Еще одно существенное отличие  прокариот и эукариот заключается  в том,что у вторых центральным  механизмом обмена является дыхание, у

большинства же прокариот  энергетический обмен осуществляется в процессах брожения. Сравнение метаболизма прокариот и эукариот приводит к выводу об эволюционной связи между ними. Вероятно, анаэробное брожение возникло на более ранних стадиях эволюции. После появления в атмосфере достаточного количества свободного кислорода аэробный метаболизм оказался намного выгоднее, так как при окислении углеводов в 18 раз увеличивается выход биологически полезной энергии в сравнении с

брожением. Таким образом, к анаэробному метаболизму присоединился

аэробный способ извлечения энергии одноклеточными организмами.

Возможности эукариот по использованию  среды ещё большие. Связано это  с тем, что организмы, обладающие ядром, имеют диплоидный набор всех наследственных признаков – генов.

В эволюции одноклеточной  организации выделяются промежуточные  ступени,связанные с усложнением  строения организма, совершенствованием

генетического аппарата и  способов размножения.

Из этого появился половой  процесс. На рубеже архейской и протерозойской эр половой процесс привёл к значительному увеличению разнообразия живых организмов благодаря созданию новых многочисленных комбинаций генов. Одноклеточные организмы быстро размножились на планете. Однако их возможности не могут расти беспредельно. Объясняется это тем, что дыхание простейших организмов осуществляется через поверхность тела. В итоге мембрана, окружающая клетку, не способна обеспечивать кислородом  слишком большой организм. Иной эволюционный путь осуществился позже, около 2, 6 млрд. лет назад, когда появились организмы, эволюционные возможности которых значительно шире, - многоклеточные организмы.

Потребность в увеличении скорости передвижения, необходимого для захвата пищи, благоприятствовала дальнейшей дифференцировке, что и  обеспечило эволюцию многоклеточных –  животных и растений – привела  к увеличению многообразия форм живого.

Таким образом, возникновение  жизни на Земле носит закономерный характер, и её появление связано  с длительным процессом химической эволюции, происходившей на нашей  планете. Формирование структуры, ограничивающей организм от внешней среды, - мембраны с присущими ей свойствами – способствовало появлению живых организмов и ознаменовало  начало биологической эволюции. Как простейшие живые организмы, возникшие около 3 мрд. лет назад, так и более сложно устроенные в основе своей структурной организации имеют клетку и т.д.

Параллельно с этими геологическими событиями, а в ряде случаев и под их воздействием изменялся и органический мир. В процессе эволюции постоянно возникали новые формы и вымирали старые, оказавшиеся неспособными существовать в новых условиях.

 

Заключение

Попытки выделить основные этапы эволюции биосферы заслуживают внимания уже  тем, что ставят эту проблему в  качестве одной из важных задач современной  эволюционной теории.

Жизнь представляет собой особую форму  существования и движения материи  с двумя характерными признаками: самовоспроизведением и регулируемым обменом веществ с окружающей средой. Все современные гипотезы происхождения жизни и попытки  ее моделирования "в пробирке" исходят из этих двух фундаментальных  свойств живой материи. Экспериментально удалось установить основные этапы, по которым могла возникать жизнь  на Земле: синтез простых органических соединений, синтез полимеров, близких  к нуклеиновым кислотам и белкам, образование первичных живых  организмов (протобионтов). Биологическая эволюция начинается с образования клеточной организации и в дальнейшем идет по пути совершенствования строения и функций клетки, образования многоклеточной организации, разделения живого на царства растений, животных, грибов с последующей их дифференциацией на виды.

Любая из теорий о развитии жизни на землеимеет право на существование, раз имеет сторонников. Но человечество не остановится на этом - оно будет искать единственно правильную теорию, даже если нужно будет разрушить то, что есть. Человечество поставило перед собой загадку, теперь появилась проблема на нее ответить.

 

Список литературы:

1. Иорданский Н. Н. «Развитие жизни на Земле».- Москва, 1979.
2. НиколовТ. "Долгий путь жизни".-Москва,1986
3. Опарин А.И. "Происхождение жизни".- Москва, 1954

 

 

 

Приложения

Схема симбиотического возникновения  эукариота.