 |
9. Особенности биологического уровня организации материи, его эволюция
|
|
|
|
9. Особенности биологического уровня организации материи, его эволюция
9. 1. Эволюция материи. Возникновение биосферы
Природа жизни, ее происхождение, разнообразие живых существ и объединяющая
их структурная и функциональная близость занимает одно из центральных мест в биологической проблематике.
Теории, касающиеся возникновении Земли и жизни на Земле, разнообразны и далеко не достоверны.
Среди главных теорий возникновения жизни следует упомянуть следующие:
1) жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время (креационизм);
2) жизнь возникала неоднократно из неживого вещества (самопроизвольное зарождение);
3) жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния);
4) жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия);
5) жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим
законам (биохимическая эволюция).
ков, нуклеиновых кислот и жиров – будущих носителей жизни.
В целом, можно, по-видимому, выделить три основные стадии эволюционного
процесса: добиотическую, биотическую и социальную.
Добиотическая (абиотическая) эволюция материи включала следующие этапы:
- образование тяжелых элементов из водорода в недрах звезд;
- взрывы звезд и обогащение межзвездной среды разнообразием химических элементов;
- возникновение под влиянием различных источников энергии простейших органических соединений;
- формирование планет, содержащих разнообразные органические соединения;
- образование абиотического круговорота веществ на поверхности планет, вызванного излучением центрального светила (круговорот воды, абиогенная миграция химических элементов, абиогенные химические реакции);
|
|
|
- аккумуляция лучистой энергии в органических соединениях в результате химических реакций;
- возникновение круговорота соединений углерода, включающего реакции накопления лучистой энергии центрального светила и ее освобождения (зародыш биотического
круговорота биосферы).
Этапами биотической эволюции являлись:
- усложнение и усовершенствование компонентов биотического круговорота –
формирование биосферы, появление размножающихся живых существ, биогенная миграция атомов как выражение жизнедеятельности;
- возникновение многоклеточных организмов и дальнейшее усложнение биотического круговорота биосферы;
- дифференциация живого, выражающаяся, с одной стороны, в увеличении многообразия форм, с другой – в усложнении строения (в том, что получило название морфофизиологического прогресса).
В период социальной эволюции происходило формирование и развитие человеческого общества. Трудовая деятельность людей становится фактором эволюции биосферы.
Биосфера превращается в единство абиотического, биотического и социального; переходит в новое состояние – в ноосферу.
9. 2. Эволюционное учение и генетика
На протяжении столетий сущность жизни оставалась для биологов загадкой, хотя и
была общеизвестна главная особенность всех живых организмов – способность к воспроизведению себе подобных.
Считается, что первые живые организмы появились в океане. В 1923 году академик
А. И. Опарин высказал мнение, что атмосфера первичной Земли была не такой, как сейчас.
Исходя из теоретических соображений, он полагал, что органические вещества могли создаваться в океане из более простых соединений; энергию для этих реакций синтеза, вероятно, доставляла интенсивная солнечная радиация (главным образом ультрафиолетовая),
свободно достигаемая Земли из-за отсутствия озонового слоя, который образовался позже.
|
|
|
По мнению Опарина, именно в океане постепенно накопились органические вещества и образовался тот «первичный бульон», в котором могла возникнуть жизнь. Опарин
полагал, что решающая роль в превращении неживого в живое принадлежала белкам.
Белковые молекулы способны к образованию гидрофильных комплексов с молекулами
воды. Слияние таких комплексов друг с другом приводит к отделению коллоидов от водной среды – процесс, называемый коацервацией.
Теория эволюции занимает особое место в изучении истории жизни. Эволюция
подразумевает всеобщее постепенное развитие, упорядоченное и последовательное. Применительно к живым организмам эволюцию можно определить как развитие сложных организмов из предшествующих, более простых организмов с течением времени. Чарльз Дарвин и Альфред Уоллес высказали идею эволюции путем естественного
отбора. Основные положения теории Дарвина – изменчивость живых организмов, борьба
за существование, естественный отбор. Согласно теории Дарвина, все начинается с изменения отдельных особей, индивидуальная изменчивость – основа эволюционного процесса. Дарвин выделил две основные
формы изменчивости – определенную и неопределенную. Определенная изменчивость
возникает как прямой результат конкретных воздействий внешней среды. В исчезновении
вызвавших ее условий определенная изменчивость организмов не передается их потомкам. Неопределенная изменчивость не имеет прямого приспособительного значения, возникает случайно у немногих особей, но устойчиво передается потомству. Теория эволюции Дарвина была расширена и разработана в сфере современных научных данных.
Итак, эволюционирующей единицей является вид, поскольку именно он представляет
собой совокупность размножающихся особей. Виды, у которых предполагается существование общего предка, объединяются в один род. Близкие роды объединяются в более крупные
семейства, а семейства в отряды (для животных) и порядки (для растительности).
Родственные отряды или порядки являются членами одного класса, а классы образуют самую крупную единицу – тип.
Вспомним, что на основании изучения земной коры ученые выделяют три основные геологические эры; палеозой («древняя жизнь»), мезозой («средняя жизнь»), и кайнозой («новая жизнь»).
|
|
|
Первыми живыми существами были бактерии и одноклеточные водоросли, появление которых датируется примерно 3. 5 млрд. лет назад. Затем появлялись группы рыб и
амфибий (середина палеозоя), рептилий (доминирующая группа в мезозое), млекопитающие (в кайнозое). Эволюционный путь млекопитающих был увенчан возникновением
около миллиона лет назад вида Homo erectus – человека прямоходящего. Таким образом,
для того, чтобы появился первый человек, потребовалось более 4 млрд. лет эволюции
жизни.
Основными единицами жизни являются клетки. Самые простые живые организмы
состоят из одной клетки, более сложные – из тысяч и миллионов клеток. Возвращаясь к гипотезам о происхождении жизни на Земле, и в частности к гипотезе академика А. И. Опарина, следует отметить, что их существенные недостатки были
связаны с тем, что они не могли опереться на современную молекулярную биологию. Остановимся более подробно на механизме функционирования клетки и находящихся в ней нуклеиновых кислот. Внутри большинства клеток находится самое главное
образование – ядро. В нем хранится генетическая информация (закодированная в генах),
которая локализована в особых структурах, называемых хромосомами, в виде дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Чрезвычайно важную роль в деятельности клетки играют
белки. Помимо выполнения функции катализаторов реакций, протекающих в клетке, белки могут действовать и как гормоны, но в этом случае они должны быть видоизменены,
прежде чем будут выведены из клетки. Преобразования белков и их транспорт осуществляются с помощью мембранной структуры – комплекса Гольджи. Молекула ДНК имеет два свойства, позволяющих ей играть главную роль в процессах жизни: способна хранить информацию и создавать точные копии самой себя. В
сложной структуре ДНК заложен специфический код для синтеза клеточного белка. Информация о биосинтезе белков закодирована в генах – достаточно длинных отрезках лестницы ДНК. Переносчик программы для синтеза белка – РНК (вещество, химически подобное ДНК). Передача генетических элементов является причиной наследственности.
|
|
|
Генетика – довольно молодая наука, но возможности передачи потомству определенных свойств были оценены уже давно. Основоположником генетики можно считать
австрийского монаха и исследователя Грегора Менделя, изучавшего наследственные признаки, используя в качестве экспериментального материала горох. В результате созданных в 70-е годы XX века техники выделения гена из ДНК, а
также методики размножения нужного гена возникла генная инженерия. Внедрение в живой организм чужеродной генетической информации и приемы, заставляющие организм
эту информацию реализовывать, составляют одно из самых перспективных направлений в
развитии биотехнологии. Методами генетической инженерии удалось получить интерферон и инсулин. Объектом биотехнологии выступает сегодня не только отдельный ген, но и
клетка в целом. Генная и клеточная инженерия обратили внимание человечества на необходимость
общественного контроля за всем, что происходит в науке.
|
|
|
