Народна Освіта » Біологія » Гіпотези виникнення та початкові етапи розвитку життя на Землі

НАРОДНА ОСВІТА

Гіпотези виникнення та початкові етапи розвитку життя на Землі

Як система органічного світу відображає його історичний розвиток?

Свою систему органічного світу К. Лінней характеризував як штуч­ну, тобто таку, що ґрунтується на ознаках, обраних дослідником. Він вва­жав, що вона є лише кроком до «природної» системи, і зазначав: «Штучна система слугує лише доти, доки не знайдено природну. Перша вчить лише розпізнавати рослини. Друга навчить нас пізнати природу самої рослини*. Довгий час еволюціоністи вважали системи, що ґрунтуються на подібності будови організмів, штучними, а на єдності походження — природними.

Більшість сучасних дослідників будує системи живих організмів, ви­ходячи з таких припущень:

  1. Усі живі організми виникають від батьківських форм, а самозаро­дження життя в наш час неможливе.
  2. Викопні види є або «сліпими гілками еволюції» (тобто такими, які не дали нащадків), або предками сучасних видів.
  3. Різноманіття видів є наслідком їхніх пристосувань до умов довкілля.

Чим характеризуэться різноманітність органічного світу?

у сучасній біосфері налічують близько 3 млн видів живих істот, а них вари« - понад 2 млн, рослин - близько 600 тис., решта - це гриби, про­каріоти та віруси. Життя на Землі з’явилось 3,8 млрд років тому. На сьо- іодні описано кілька сотень тисяч вимерлих видів. Учені вважакггь, шоу викопному стані зберігається не більш ніж 0,1-1 % дійсного числа видів, що існували в різні відрізки часу історії Землі. Сумарна кількість сучагиих і вимерлих видів може становити від 100 млн до 1 млрд. Це величезне біо- різноманіття зумовлене існуванням різних рівнів організації живої мате­рії тй пристосуваннями організмів до різних умов довкілля.

Які відомі найпоширеніші погляди на проблему виникнення житлі ні Землі?

Проблема виникнення життя та пізнання його суті здавна хвилювала не лише вчених, а й інші верстви освіченого населення, у тому числі слу­жителів релігійних культів. Однією з основних догм (догма - положення, яке потребує віри без будь-яких доказів) усіх релігій є створення Всесвіту, а згодом і життя божественною нематеріальною силою. Ці погляди, напри­клад, детально викладені в Біблії та Корані.

Більшість учених визнає виникнення та подальші зміни Всесвіту, і живої матерії зокрема, у часі та просторі. Ці погляди належать до двох напрямів: гіпотези абіогенезу (живі істоти виникли з неживої матерії) та біогенезу (організми можуть виникати лише від живих істот). Кожен із цих поглядів має свої корені ще в поглядах стародавнього світу і розвива­ється донині.

Абіогенні гіпотези (гіпотези само­чинного, або спонтанного, зародження) висували ще вчені прадавніх циві­лізацій Китаю, Вавилону та Греції 3- 4 тис. років тому. Зокрема, Арістотель (384-322 до н, е.) (мал. 41.1), якого час­то називають засновником біології, вважав, що живі істоти постійно ви­никають з мулу, гною тощо, частинки яких містять «активний зародок», що за відповідних умов може дати поча­ток живому організму. Подібних по­глядів дотримувались видатні вчені епохи Відродження — Ф. Парацельс,

Р. Декарт, Ф. Бекон. Знаменитий до­слідник свого часу голландець ван Гельмонт (1577-1644) описав дослід з виникнення («мимовільного заро­дження») мишей з пропотілої сорочки І в темній шафі зі жменею пшениці.

Протягом ХУІІ-ХУПІ сторіч ці погляди були спростовані. Так, Лінней в основу біологічної систематики поклав принцип «всякий подібний орга­нізм походить від собі подібного*. Остаточно вчені відмовилися від абіо­тичних гіпотез у другій половині XIX ст. після встановлення Робертом Вірховим факту, що будь-яка клітина утворюється лише внаслідок поділу материнської клітини. У 1860 р. знаменитий французький біолог Луї Пастер експериментами з дріжджами та бактеріями довів неможливість самозародження мікроорганізмів.

З розвитком знань про історичний розвиток земної поверхні та молеку­лярної біології гіпотеза абіогенезу отримала нове життя в XX сторіччі. Особливість її трактування полягає в тому, що, виключаючи можливість самозародження життя в наш час, учені припускають його виникнення з хімічних сполук у минулому. Уперше цю думку висловив Ж.-Б. Ламарк у 1820 р.; згодом її розвинули Е. Геккель та К. А. Тимірязєв. Вони вважали, що в первісному океані в результаті певних хімічних процесів виникли спочатку органічні речовини, а з них - доклітинні форми життя, які по­ступово перетворилися в клітинні організми. Ця гіпотеза є наслідком по­глядів Ж.-Б. Ламарка на еволюцію як процес поступового переходу від нижчого щабля організації до вищого.

У 20-х роках минулого сторіччя російський учений О.І. Опарін та англій­ський Д. Холдейн сформували біохімічну гіпотезу виникнення життя, яка, по суті, є розвитком ідей Ж.-Б. Ламарка. На думку цих учених, біологічній ево­люції передувала хімічна еволюція органічних речовин, яка тривала кілька сотень мільйонів років аж до часу виникнення перших живих істот (мал. 41.2).

Як свідчать геологічні дані, первинна атмосфера Землі складалася з вуглекислого газу, метану, аміаку, оксидів Сульфуру, сірководню та водя­ної пари. Вільний атмосферний кисень та озоновий екран були відсутні, і на поверхню суходолу та Світового океану падав потік космічного та со­нячного випромінювань, включаючи ультрафіолетові промені. Унаслідок високої вулканічної активності до океану та атмосфери з надр Землі по­стійно надходили різноманітні хімічні сполуки. Подібні умови вчені не­одноразово відтворювали в лабораторіях. Під час дослідів виявилось, що у водному розчині, близькому за складом до сучасної океанічної води, в умо­вах опромінення та пропускання через нього-електричних розрядів (ана­логія блискавки) утворились деякі низькомолекулярні органічні сполуки: нуклеотид и, амінокислоти та невеликі ланцюжки амінокислот, моносаха­риди тощо. Вони збирались у скупчення, відокремлені від води поверхнею розділу, — коацерватні краплини, які існували досить довгий час. Нічого, що нагадувало б живих істот, ученим більш ніж за 70 років експериментів здобути таким чином не вдалось. Незважаючи на це, гіпотеза Опарі на -Хол­дейна стверджує, що коацерватні краплини якимось чином перетворились на гіпотетичні «доклітинні* біологічні системи, від яких виникли прокарі­оти. Отже, виникнення життя з неживої матерії в минулому та сучасному Землі довести не вдалось.

Біогенні гіпотези ґрунтуються на поглядах на життя як на особливу форму існування матерії, що існує стільки ж часу, як і Всесвіт. Щ гіпотези не містять ніяких ідей щодо пояснення виникнення життя, а говорять лише про його неземне походження.

Сучасні біогенні погляди мають назву гіпотези панспермії (від грец. пан - усе та сперматос - насіння). Уперше висловив думку про можли­вість занесення життя з космосу ще давньогрецький філософ Анаксагор у п’ятому сторіччі до нашої ери. Гіпотезу панспермії сформував шведський фізик С.А. Арреніус на початку XX сторіччя, а розвинув український уче­ний В.І. Вернадський. До її прихильників належать видатні російські вче­ні: зоолог Л.С. Берг, географ О.Ю. Шмідт, астроном Й.С. Шкловськин, один з відкривачів молекулярної структури молекули ДНК англійський біохімік Ф. Крік та багато інших (мал. 41.3).

Суть гіпотези панспермії полягає в такому: спори прокаріотів можуть, не втрачаючи здатності де життєдіяльності, витримувати перебування у ваку­умі при температурах, близьких до абсолютного нуля (-273,15 °С), жорстке радіаційне та ультрафіолетове опромінення, тобто умови космічного про­стору. Вони легко потрапляють у верхні шари атмосфери планет і завдяки мізерній власній масі можуть звідти потрапляти у відкритий космос.

С.А. Арреніус. підрахував, що тиск світла спричинює помітну механіч­ну дію на частки діаметром близько 0,015 мм, переміщуючи їх. Саме та­кий діаметр мають спори більшості бактерій. Спора, розганяючись під дією тиску сонячних променів, за 20 діб може подолати відстань між ор­бітами Землі та Марса, а за 80 - досягти орбіти Юпітера. Нещодавно в ме­теоритах знайдено спороподібні утвори. Отже, у космосі присутні спори прокаріотів, які неначе дощем безперервно потрапляють на планети. За сприятливих умов з них виходять активні форми прокаріотів різних ви­дів, які утворюють первинні біогеоценози. У подальшому еволюція таких «первинних» видів відбувається в різних напрямах відповідно до змін умов довкілля на певних небесних тілах.

Яке періодизація еволюційних явищ?

Сучасні вчені вважають, що планета Земля виникла зі скупчень газів та пилу. Ці частинки були притягнені з космосу силою тяжіння Сонця та обер­тались навколо нього по близьких орбітах. Із часом вони об’єднались в єдину масу. Цей гіпотетичний період розвитку земної кулі вчені визначили як «до- геологічний час», що тривав приблизно мільярд років. Жодних матеріаль­них доказів існування цього періоду не відомо. Після формування земної кори розпочався «геологічний час*. Вік гірських порід, утворених протягом цього часу, визначають радіометричними методами, основаними на трива­лості розпаду нестійких радіоактивних елементів до стійких нерадіоактив- них. Перші прадавні породи виникли близько 4,5 млрд років тому. Геологіч­ний час поділяють на п’ять ер — архейську, протерозойську (вони дістали загальну назву - докембрій), палеозойську, мезозойську та кайнозойську. Кожну еру поділяють на періоди, а періоди - на епохи (мал. 41.4). Кожен пе­ріод та епоха мали більш-менш стабільні клімато-географічні параметри, характеризуються сталими екосистемами із специфічним видовим складом продуцентів, консументів та редуцентів. У проміжках між стабільними пе­ріодами існування відбувались локальні чи глобальні катастрофічні зміни рельєфу та клімату, які назвали «екологічні кризи». Вони спричинюють заміни старих екосистем новими та оновлення біосфери в цілому.

Як відбувався розвиток життя в архейську еру?

Перші залишки живих організмів відносяться до архейської ери (по­чалась приблизно 4,5, а закінчилась - 2,5 млрд років тому). їх знайдено в осадових породах віком приблизно в 3,5 млрд років. Це були прокаріоти, у викопному стані представлені залишками оболонок колоній ціанобактерій з вуглекислого кальцію (строматолітів) та клітинних стінок бактерій.

На відміну від еукаріотів, еволюція яких відбувалась у більш-менш стабільних геохімічних умовах, первинні бактеріальні екосистеми доко­рінно змінили ці умови протягом архейської ери та самі пристосувались до них, у свою чергу, змінившись. Перші осадові породи значною мірою є наслідком життєдіяльності залізобактерій (поклади залізної руди), зеле­них і пурпурових бактерій (поклади сірки), можливо, нафти та природно­го газу тощо.

жтщттт

Унаслідок фотосиитезуючої діяльності ціанобактерій у кінці архей­ської ери в атмосфері накопичилась значна кількість кнсню те утворився озоновий шар. Це спричинило появу більш енергетично вигідного аеробно ро розщеплення поживних речовин живими організмами та захист по­верхні Землі за допомогою озонового екрана від космічного те сонячного ультрафіолетового опромінень.

Які основні події протерозойської ери?

За першу половину протерозойської ери (почалась 2,5 млрл. закінчи­лась - близько 0,6 млрд років тому) прокаріотиі екосистеми опанували весь Світовий океан. Близько 2 млрд років тому з’явилися первісні одно­клітинні еукаріоти, які швидко дивергували (пригадайте, яке явище на зивають дивергенцією) на рослини, здатні здійснювати фотосинтез (во­дорості), та тварини і гриби, що належать до гетеротрофів. Як спосіб досягнення біологічного прогресу для еукаріотів характерне ускладнення організації в процесі історичного розвитку. Навіть в одноклітинних еука- ріотів (багато видів водоростей, інфузорії, споровики) клітини побудовані дуже складно. Більшість учених вважає, що багатоклітинні організми по­ходять від колоній одноклітинних унаслідок диференціації їхніх клітин.

У чому полягає симбіотична гіпотеза походження еукаріотів?

Є кілька гіпотез походження еукаріотів, з яких у наш час найпопуляр- ніша симбіотична. Її послідовники вважають, що двомембранні органели, що мають свій геном і здатні до розмноження поділом (пластиди та міто- хондрії), — нащадки симбіотичних прокаріотів, які втратили здатність до існування поза клітиною хазяїна. Співжиття кількох видів прокаріотів сприяло зрештою появі еукаріотичних клітин. Такі органели, як ядро, апарат Гольджі та багато інших, могли виникнути шляхом вгинів плазма­тичної мембрани всередину клітини.

Як відбувався розвиток життя у вендському періоді протерозойськоі ери?

Цей останній період протерозойської ери тривав близько 80 млн років (мал. 41.5). За нього на мілководдях морів сформувались біогеоценозн.

основними продуцентами в яких були ціанобактерії та зелені водорості. Няйпоширенішими тваринами були різноманітні кишковопорожнинні; поліпи та медузи. Деякі з них досягали метра в діаметрі. У середині періо­ду з’явилися повзаючі та плаваючі двобічносиметричні тварини. Серед них були нессгментовані та сегмевтоваиі організми, у деяких із них на кожно­му сегменті тіла розташовувалась пара кінцівок. Наприкінці періоду вна­слідок біосфервої кризи, спричиненої зледенінням, вендські екосистеми зруйнувались і більшість їхніх видів вимерло.

Основні поняття та терміни: Гіпотези абіогенезу та біогенезу, панспер­мії, архейська та протерозойська ери, симбі­отична гіпотеза походження еукаріотів.

Категорія: Біологія

Автор: admin от 15-04-2013, 00:57, Переглядів: 11045