 |
Проблема происхождения жизни на земле
|
|
|
|
Происхождение жизни – одна из трех важнейших мировоззренческих проблем наряду с проблемой происхождения Вселенной и проблемой происхождения человека.
Гипотезы:
1. Креационизм – жизнь – как результат божественного творческого акта
2. Гипотеза самопроизвольного (спонтанного) зарождения – жизнь возникала неоднократно из неживого вещества. Происхождение живого из разлагающейся почвы, гниющего мяса, тины, солнечного света, грязного белья и т.д.
Несостоятельность этой гипотезы доказана опытами Л.Пастера.
3. Гипотеза стационарного состояния – Земля и жизнь существовали всегда, вечно. Виды существовали всегда, однако могли либо вымирать, либо изменять численность.
4. Гипотеза панспермии – появление жизни на Земле, вследствие занесения ее, из космоса. Автор гипотезы – С.Арениус.
5. Теория Биохимической эволюции. Жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам. По мнению одного из авторов этой теории А.И.Опарина, происхождению жизни и ее развитию предшествовал достаточно длительный период химической эволюции.
Основные эта пы биохимической эволюции жизни.
1. - Образование простых органических соединений из неорганических.
Условия на первобытной Земле:
- изначально очень высокая температура планеты (4000-8000 С),
- при постепенном снижении температуры вследствие вращения атомы тяжелых элементов перемещались к центру, атомы легких элементов (Н, О, С, N) – концентрировались в поверхностных слоях,
- при дальнейшем охлаждении Земли появились химические соединения – Н2О, СН4, СО2, NH3, HCN (цианистый водород) и образовалась первичная атмосфера Земли, имеющая восстановительный (бескислородный) характер (инертные легкие газы – гелий, неон, аргон, Н, О, N – уходили из атмосферы, еще не удерживаясь слабым гравитационным полем планеты),
|
|
|
- при дальнейшем снижении температуры произошел переход ряда газообразных соединений в жидкое и твердое состояние и образование земной коры (из С и тугоплавких Ме),
- при температуре поверхности Земли ниже 100 С – сгущение водяных паров, длительные ливни с грозами и образование больших водоемов,
- в результате активной вулканической активности – вынос на поверхность Земли раскаленной лавы, содержащей карбиды – соединение Ме с углеродом, при взаимодействии их с водой – образование углеводородов,
- протекание в горячей воде химических реакций с участием растворенных углеводородов и газов – аммиака, углекислого газа, цианистого водорода – накопление в большом количестве (1016 кг) простейших органических соединений на поверхности молодой планеты,
2. - Возникновение сложных органических соединений.
- На определенном этапе хим.эволюции Земли накапливается кислород (в результате разло
жения воды под действием УФ (фотолиз воды)),
- в течение 1-1,2 млрд. лет формируется вторичная окислительная атмосфера Земли, состоящая на 20 % из кислорода – окисление восстановленных соединений (2,5 млрд.лет назад переход от брожения к дыханию),
- образование в водах первичного океана концентрированного «органического бульона»: образование из разнообразных простых молекул сложных органических веществ - углеводов, липидов, аминокислот, белков и нуклеиновых кислот при высокой температуре, действии грозовых разрядов, УФ излучения (с учетом большой площади поверхности Земли и масштабов времени).
Возможность такого синтеза доказана экспериментально Стенли Миллером (1953), Орджеллом, А.М. Бутлеровым и др. В специальной установке были смоделированы условия первобытной Земли (смесь газов: аммиак, метан, водород, вода, углекислый газ + температура 70-80 С + давление неск.атм. + электрич.разряды напряжением 60 000 В + УФ - лучи), в которых могли синтезироваться сложные органические вещества. Так, были синтезированы 15 аминокислот, аденин, рибоза, простые нуклеиновые кислоты.
|
|
|
Однако, в природе все молекулы аминокислот являются левосимметричными (L-формами), тогда как в условиях искусственного синтеза случайным образом половина аминокислот оказывается D – формами (правосимметричные), а половина - L-формами.
3.– Образование коацерватов (белковых коллоидов).
- Концентрация, смешивание и объединение белковых молекул в океане в мелкие обособленные структуры раствора – коацерваты – коллоидные сгустки, отделенные от водной среды,
- Коацерваты имели сложную организацию и обладали свойствами простейших живых систем:
- поглощение веществ из окружающей среды, накопление веществ и рост коацерватов,
- процессы распада и выделение продуктов распада в среду,
- коацерваты имели примитивные биомембраны – агрегаты белков и липидов, ограничивающие вещество от среды и придающие прочность упаковки молекул, стабильность,
- включение в состав коацервата молекул РНК, ДНК,
- фрагментация и развитие
4. – Возникновение простейших форм живого (примитивный самовосроизводящийся гетеротрофный организм).
- Возникновение у коацерватов способности к самовоспроизведению и саморегуляции синтеза органических веществ,
- Автокаталитический механизм репликации ДНК и синтеза белка, т.е. циклическая система, в которой продукт реакции одновременно является и ее катализатором или исходным реагентом.
- Появление специальных белковых катализаторов – ферментов,
- Формирование генов.
Развитие органического мира.
К. Линней (1707-1778) – шведский натуралист создал первую искусственную систему органического мира. За основу своей системы он принял вид – как элементарную единицу живой природы. Близкие виды объединялись в роды, роды в отряды, отряды в классы.
Линней ввел в биологию принцип бинарной (двойной) номенклатуры для обозначения вида и его систематического положения (название рода и вида):
Описал более 10 тыс.видов растений и более 4 тыс.видов животных. Однако система Линнея имела недостатки:
|
|
|
1. при классификации учитывалось только 1-2 признака, позволяющих распознать вид в природе, но не отражавших подлинного родства (например, только количество тычинок у растений, строение дыхательной, кровеносной системы у животных),
2. виды в природе Линней считал неизменными, созданными творцом.
Ж.Б. Ламарк (1774-1829) первым предложил концепцию эволюции органического мира и выдвинул гипотезу о механизме изменчивости видов. Ламарк утверждал, что разнообразие животных и растений – это результат эволюции, т.е. исторического развития органического мира. Он говорил о ступенчатом развитии, градации форм, т.е. усложнении организации от низших форм к высшим. Предложил свою систему органического мира («лестницу существ»), где расположил родственные группы в восходящем порядке, от простых к более сложным (ввел зоологию беспозвоночных).
Механизм изменчивости видов по Ламарку:
1. изменения о.с. вызывают изменение форм поведения и необходимость использования органов и частей организма по-новому:
а) в случае интенсивного использования - увеличение эффективности и размера органа,
б) при не использовании – дегенерация и атрофия органов.
2. признаки, приобретенные таким образом в течение жизни индивида, наследуются, т.е. передаются потомкам.
Вклад учения Ламарка:
-важность времени как фактора эволюции, представление о развитии органических форм как о естественном процессе восхождения,
-роль условий окружающей среды в развитии органических форм.
Ошибки учения Ламарка:
- принцип градации
- принцип прямого приспособления к условиям среды
Теория эволюции Ч. Дарвина (1809-1882).
Сформулировал концепцию естественного и искусственного отбора. Сущность теории эволюции: огромное многообразие видов на Земле, приспособленных к определенным условиям существования, образовались благодаря постоянно возникающим в природе разнонаправленным наследственным изменениям и естественному отбору. Между видами идет борьба за существование, вследствие которой выживают организмы, наиболее приспособленные к конкретным условиям среды.
|
|
|
Основные движущие силы эволюции (по Дарвину):
1. наследственность,
2. изменчивость,
3. естественный отбор.
Наследственность – свойство живых организмов сохранять и передавать потомству особенности своего строения и развития с помощью генов.
Изменчивость – способность организмов изменяться.
Различают 2 типа изменчивости:
1. ненаследственная (определенная или модификационная) изменчивость – одинаковые различия по сравнению с исходной формой, возникающие у всех особей данного вида, в процессе их индивидуального развития под влиянием конкретных условий окружающей среды.
2. наследственная (неопределенная или мутационная) изменчивость - различия по сравнению с исходной формой, возникающие у единичных особей, под влиянием случайных внешних и внутренних факторов, мутации связаны с изменением генотипа особей, поэтому возникшие изменения наследуются (играет решающую роль в эволюции).
Естественный отбор – эволюционный фактор, контролирующий возникающие изменения, механизм выбраковывающий ненужные формы (и сохраняющий благоприятные изменения) и образовывающий новые виды.
Борьба за существование – форма активности организмов в обеспечении своей жизни и жизни своего потомства (например, у осетровых рыб только 2 особи доживают до половозрелого состояния из 2 млн. икринок).
Формы борьбы за существование:
1. межвидовая – хищничество, паразитизм, конкуренция,
2. внутривидовая – конкуренция между особями 1 вида,
3. борьба с неблагоприятными условиями среды (абиотические факторы).
Естественный отбор – отбирающий и направляющий фактор эволюции – приводит к постепенному усложнению и повышению уровня организации живых форм, относительной приспособленности к условиям о.с. и многообразию видов.
Формы естественного отбора:
1. стабилизирующий (цетростремительный) отбор – отбор, сохраняющий в популяции только норму (среднее значение) и элиминирующий особей с крайними отклонениями признаков.
2. движущий (направленный, центробежный) отбор – отбор особей по 1 признаку отклонения от нормы.
3. деструктивный (дизруптивный, разрывающий) отбор - отбор особей по нескольким признакам отклонения от нормы, ведет к отклонению фенотипа от среднего для данной популяции к обоим крайним типам.
|
|
|
