Походження життя. Перші етапи розвитку органічного світу

Зміст

• Відео: Біологія. 9 клас
• Відео: Виникнення життя на Землі. 0 -18 хв Київнаукфільм, 1973р навчальний
• Відео: Виникнення життя та історичний розвиток органічного світу

Питання про походження життя відноситься до головної проблеми, що цікавить людей на проshy-тяженіі останніх століть. Дослідники, які стоять на наукових позиціях, повинні, перш за всеshy-го, вирішити питання: чи можливо зародження життя на Землі природним шляхом, або життя за-, несена на Землю з космосу.

Жива речовина складається з органічних молекул, досить різноманітних і складних, благоshy-даруючи здатності вуглецю утворювати великі полімерні ланцюжки, каблучки, приєднуючи атоshy-ми інших елементів, головні з яких водень, кисень, азот, фосфор. Органічні молеshy-кули складають нуклеїнові кислоти, білки, жири, вуглеводи та інші сполуки, з яких побудовані живі організми. Всі вони є ланками харчового ланцюжка, іншими словами, кожен організм придатний для їжі будь-якому іншому. Це свідчення на користь спільності походження всіх різноманітних проявів життя.

На думку академіка А. І. Опаріна, найважливішим властивістю живих організмів є упоshy-рядоченний обмін речовин. Крім цього, живі істоти повинні мати механізмом передаshy-чи спадкових ознак і відтворення собі подібних.

Особливістю живого речовини є його дискретність, що виражається на різних уровshy-нях у вигляді організму, популяції, виду і т.д. Надорганізменну освіти набагато стійкіше, ніж окремі організми, хоча кількість організмів, їх оновлення прямим чином впливає на цю стійкість. Розмноження організмів має забезпечуватися збереженням інформації її передачею з покоління в покоління.

З огляду на досить невеликий набір елементів, з яких складаються органічні ..молекули, можна з упевненістю зробити висновок, що будівельного матеріалу в первинній атмосфері і гідроshy-сфері було цілком достатньо. Це водяні пари, СО₂, СО, H₂S, NH₃, CH₄, карбіди та інші расshy-рення сполуки. В процесі експериментів з моделювання процесів біогенезу ( "біопоеза" по Дж.Берналу) було зроблено відкриття, яке полягає в тому, що хаотичні соshy-єднання елементів цілком могли привести до синтезу органічних молекул, але лише при услоshy-вії Впливу жорсткого ультрафіолетового космічного випромінювання в як джерело енерshy-гии .. Це може викликати подив, адже відомо, що ультрафіолетові промені згубні для всього живого. Але на стадії, коли жива речовина тільки створювалося, енергія ультрафіолету була неодмінною умовою цього процесу. Перші справжні живі організми змушені були сховатися у воді від жорстких ультрафіолетових променів, вільно досягали земної поshy-поверхні в умовах безкисневому атмосфери.

Численні експерименти, що моделюють процес освіти "органічних" молеshy-кул в результаті неорганічних процесів в умовах первинної безкисневому атмосфери, показали, що це не тільки можливо, але здійсненно багатьма способами. Такі процеси були не поодинокими і випадковими, але вельми типовими в тих умовах, подібно утворення крапель дощу, кристалів солей і т.п.

Наступний крок - об`єднання первинних молекул в більш великі частки і їх обособлеshy-ня - коацерватние краплі. Цей процес був названий коацерваціей (Бунгенберг де Іонг). Коацервація, мабуть, відбувалася при вспіненні за участю поляризованих молекул. Коацерватние краплі обов`язково повинні були відокремитися за допомогою мембран, що дозволяють зберігати відмінні від навколишнього середовища склад і енергетичний рівень. Мембрани були напівпроникними, забезпечуючи обмін речовин з навколишнім середовищем -метаболізму. Поглинання їжі і диshy-хание забезпечували організм необхідними матеріалами і енергією. Нарешті, для продовження життя потрібно відтворення собі подібних з передачею їм спадкової інформації. Відтворення (редуплікація) здійснюється по "інструкції", закладеної в полімерних цеshy-нирках нуклеїнових кислот, хоча відбувалися і мутації, що дозволили купувати нові свойshy-ства і призвели до вражаючого різноманітності життєвих форм. У міру набуття всіх цих властивостей з коацерватних крапель, зважених в "первинному бульйоні", виникли живі організми. Після накопичення достатньої кількості кисню зміг виникнути процес дихання і крім безкисневих (анаеробних) з`явилися кисневі (аеробні) форми життя.

Спочатку живі клітини не мали ядра (прокаріоти) - пізніше від них відбулися клетshy-ки з більш складною організацією, мають ядро (еукаріоти).

Перші організми були гетеротрофних, тобто могли використовувати для харчування тільки органічні речовини. Автотрофні організми, які могли споживати неорганічні веshy-щества, сформувалися пізніше, з появою такого енергетично вигідного процесу, як - фотосинтез. Серед мікроорганізмів виділяються фототрофні, які використовують сонячну енер-рію, і хемотрофних, користуються енергією хімічних реакцій. Лише з появою справжніх живих організмів почався етап розвитку життя, який можна зафіксувати знахідками фоссилий, тобто з використанням палеонтологічного методу. Шукати сліди стародавньої життя надійніше на території щитів. Породи докембрію зазвичай глибоко метаморфізовани, що майже не залишає шансів на успіх. Однак на деяких фрагментах щитів породи дивним чином уникли сильного метаморфізму. Наприклад, надсерія Свазіленд (вік 3,2 млрд. Років) на півдні Африки, деякі райони Канадського щита (2,7 млрд. Років) і ін. Найдавніші свідоцтва життя - це молекулярні копалини, тобто фрагменти крупshy-них органічних молекул, що входили колись до складу організму. Звичайно, неможливо опредеshy-лити їх приналежність, вони відображають сам факт наявності життя. До таких копалин можуть, зокрема, прінадлеshy-жати углисті мікроструктури.

Найдавнішими організмами, очевидно, були предстаshy-ставники прокаріотів - бактерії, а також ціанобіонти, або, як їх іноді продовжують називати по-старому, синьо-зелеshy-ні водорості, хоча це не водорості і взагалі не рослини. З рослинами ціанобіонтов зближує наявність хлорофілу. Саме ці організми вперше почали видеshy-лять кисень в процесі фотосинтезу. Бактерії і ціаноshy-Біонт - найважливіші організми докембрію, що мають знаshy-чення для аналізу перших етапів розвитку органічного світу. З їх життєдіяльністю пов`язані формування кисневої атмосфери, загальний круговорот вуглецю, наshy-накопичені карбонатних і залізорудних формацій (джеспіshy-літів), піриту, сірки, фосфоритів і ін. Фосилізованій залишки бактерій виявлені в кременистих породах віку 3,5 млрд. Років, проблематичні знахідки мають вік Близько 3,8 млрд. років. Приблизно такими ж віковими відмітками датуються знахідки ціанобіонтов.

Відео: Виникнення життя на Землі. 0 -18 хв Київнаукфільм, 1973р навчальний

Слизові нитки ціанобіонтов не могли зберегтися у викопному стані, проте нахоshy-дять карбонатні пластинки - сліди їх життєдіяльності, - які називаються строматоліshy-тами. Вони бувають пластової, желваковідной, столбчатой форми. Інший різновид - отоshy-літи - представлена невеликими сферичними концентрично-скорлуповатие образованіяshy-ми, що виникли, наприклад, шляхом обростання піщинки або невеликого камінчика, тоді як строshy-матоліти суцільно покривали яку-небудь поверхню. Скоринки строматолитов, наростаючи один на одного, формували карбонатні товщі потужністю сотні метрів. Крім цих двох форм встреshy-ються катаграфіі - нешаруваті візерункові освіти, що складаються з злиплих грудочок.

Перші найдавніші справжні копалини були знайдені в формації Ганфлінт на Канадсshy-ком щиті (Онтаріо) віку близько 2 млрд. Років. Там були зустрінуті мікроостаткі різноманітної форми - нитчасті, округлі, з внутрішніми перегородками. Це свідчення вже досить виshy-сокой організації життя.

Залишки мікроорганізмів, що складаються з перетвореного фоссилизации органічного кіслоshy-тоустойчівого речовини, округлої форми, сплющені або об`ємні, розміром 3-30 мкм - це мікрофітофоссіліі, які ще називають акритархи. Вони є, швидше за все, залишкам одshy-ноклеточних водоростей. Особливо багато їх у відкладеннях пізнього докембрію, починаючи з средshy-нього рифея (1400 млн. Років). Приблизно в цей же час з`явилися багатоклітинні водорості і гріshy-б. Приблизно на рубежі середнього і пізнього рифея (1 млрд. Років) - перші багатоклітинні тварини. Можливо, одночасно з ними з`явилися вапняні водорості.

Загальна стратиграфическая шкала докембрію Росії і розвиток органічного світу. Межі геохронолоshy-ня підрозділів дано по датуванням регіональних підрозділів докембрію Росії (по Б.С.Соколову, 1977, із змінами авторів).

Є всі підстави вважати, що до венду (~ 670-680 млн. Років тому) життя в море существоваshy-ла в досить високоорганізованих формах і була поширена повсюдно. Знахідки вендских копалин надзвичайно рідкісні, але не тому, що їх було мало, а через відсутність у них кістяка або панцира. Викопні безхребетні вендського віку вперше були знайдені в Південній Австралії, в хр.Фліндерс поблизу Едіакарій, басейн Аделаїда. Потім подібні знахідки були зроблені і на інших платформах, в тому числі і в Росії, на березі Білого моря. Ці дивовижні копалини були вивчені і реконструйовані російськими вченими Б.С.Сокоshy-ловим і М.А.Федонкіним. Велика частина організмів представлена кишечнополостними, а такshy-же кільчастими хробаками і членістоногімі- присутні також форми неясного сістематіческоshy-го положення, зокрема петалонами і ін. Багато з них мають досить великі розміри. Расshy-тенія, мабуть, представлені нижчими формами - водоростями, фітопланктоном. Навіть поshy-добние рідкісні знахідки свідчать про існування значно розвиненою, різноманітної вендской біоти, яка була бесскелетние і тому погано збереглася.

Лише на початку кембрію багато груп тварин придбали здатність виділяти тверді раковини, панцири, скелети і т.д., які зберігалися в викопному стані набагато краще, ніж м`які тканини тварин. Причини цього явища не зрозумілі до конца- можливо, така споshy-ність була пов`язана з тимчасовим зниженням вмісту вуглекислого газу в атмосфері.