Теорія походження життя на Землі - Біологія - Скачать бесплатно

Поділ історії Землі на ери і періоди. В історії Землі виділяють п'ять ер; тривалість кожної з них — десятки і навіть сотні мільйонів років. Ери поділяють на періоди. Вік і тривалість ер і періодів визначені за допомогою "уранового годинника", тобто за розпадом радіоактивних елементів у пробах гірських порід. Цей процес відбувається зі сталою швидкістю, незалежно від жодних умов. Встановлено, що через кожні 100 млн. років з 1 кг урану залишається 985 г й утворюється 13 г свинцю і 2 г гелію. За співвідношенням мас цих елементів можна визначити вік гірської породи.

Походження життя на Землі. Найбільш аргументована теорія походження життя на Землі розроблена російським ученим О. І. Опаріним та англійським — Д. Холдейном. Вона ґрунтується на тому, що до складу первинної атмосфери входили Н2О, СО2, CO, H2S, NH3, CH4 та інші речовини і температура її була високою. Коли температура поверхні Землі стала нижчою за 100 °С, пішли зливи. Вода заповнювала западини поверхні землі, утворювались моря й океани, в яких розчинялися різні речовини атмосфери. Досить висока температура води первісного океану і значна концентрація перелічених вище сполук були сприятливими для синтезу складних високомолекулярних органічних речовин. У синтезі цих речовин важливу роль відігравали енергія електричних розрядів, ультрафіолетове випромінювання та розпечені вулканічні викиди.

Первісний океан поступово наповнювався все складнішими і складнішими органічними полімерними сполуками — вуглеводами, амінокислотами, азотистими основами тощо. Із них абіогенним шляхом формувались первинні білки, нуклеїнові кислоти.

Правомірність абіогенного синтезу органічних сполук підтверджена численними експериментами. Абіогенним шляхом синтезовано аденін, піримідин, рибозу, дезоксирибозу, АДФ, полісахариди і полінуклеотиди.

Таким був перший етап виникнення життя на Землі. Другим етапом став процес концентрування органічних речовин у "поживному бульйоні", що супроводжувався утворенням коацерватних краплин, а далі — багатомолекулярних систем найпростішої організації — "пробіонтів", до складу яких входили поліпептидноліпоїднополінуклеотидні комплекси. Коацерватні краплини були здатні вибірково адсорбувати речовини з навколишнього середовища і за рахунок цього "рости", подрібнюватися й утворювати "дочірні" краплини. На думку О. І. Опаріна і Д. Холдейна, між коацерватними краплинами йшов добіологічний природний "добір", який був спрямований на вдосконалення молекул білків і нуклеїнових кислот, виникнення процесів матричного синтезу. В результаті такого добору утворювалися білковонуклеїноволіпоїдні системи, які характеризувалися упорядкованим обміном речовин і самовідтворенням. Тривала еволюція хімічних процесів, яку вчені розглядали як третій етап виникнення життя на Землі, спричинила перетворення окремих коацерватних краплин на перші примітивні живі істоти, які вступили в біологічний природний добір і започаткували органічний світ Землі.

Серед гіпотез біогенетичного виникнення життя (біогенезу) слід назвати гіпотезу панспермії, яку сформулював шведський фізик С. Арреніус, а розвинув український учений В. І. Вернадський. Суть цієї гіпотези грунтується на припущенні, що організми позаземного походження занесені на Землю з космосу з метеоритами та космічним пилом. На сьогодні немає достовірних підтверджень позаземного виникнення мікроорганізмів, хоча їх і знайшли на метеоритах, тобто вони мають значну стійкість до космічного випромінювання. Можливо, це й так, але не знімається запитання: а як же там виникло життя?

Розвиток життя в архейську еру. Життя зародилось в архейську еру. Оскільки перші живі організми ще не мали жодних скелетних утворів, від них майже нічого не залишилось у викопних рештках. Проте наявність серед архейських відкладів порід органічного походження — вапняків, мармуру, графіту та інших — підтверджує існування в цю еру примітивних живих організмів. Такими були одноклітинні доядерні організми (прокаріоти): бактерії і синьозелені водорості.

Життя у воді було можливим завдяки тому, що вода захищала організми від згубної дії ультрафіолетового випромінювання. Саме тому море змогло стати колискою життя.

В архейську еру в еволюції органічного світу відбулися чотири великі ароморфози: з'явились еукаріоти, сформувався фотосинтез, виникли статевий процес і багатоклітинні організми. Поява еукаріотів пов'язана з утворенням клітин, які містять справжнє ядро (з хромосомами) і мітохондрії. Тільки такі клітини здатні ділитися мітотичне, що забезпечує їх стабільність і передачу генетичної інформації. Це стало передумовою виникнення статевого процесу.

Перші мешканці нашої планети були гетеротрофними і живились за рахунок органічних речовин абіогенного походження, розчинених у первісному океані. Прогресивний розвиток первісних живих організмів забезпечив появу нового ароморфозу в розвитку життя: виникнення автотрофних організмів, які для синтезу органічних сполук із простих неорганічних використовували сонячну енергію. Цілком зрозуміло, що хлорофіл виник не відразу. Спочатку з'явились простіше побудовані пігменти, які забезпечували синтез органічної речовини з неорганічних компонентів. Із цих пігментів утворився, мабуть, хлорофіл.

З часом органічні речовини, які утворилися в первісному океані абіогенним шляхом, почали вичерпуватись. З появою автотрофних організмів, насамперед зелених рослин, став можливим синтез органічних речовин з неорганічних сполук завдяки використанню сонячної енергії (космічна роль рослин), а отже, існування і подальший розвиток життя.

З виникненням фотосинтезу відбулася дивергенція органічного світу в двох напрямках, які відрізнялися способом живлення (автотрофні і гетеротрофні організми). Завдяки появі автотрофних фотосинтезуючих організмів вода й атмосфера почали збагачуватися на вільний кисень. Це стало передумовою появи аеробних організмів, здатних до ефективнішого використання енергії в процесі життєдіяльності. Нагромадження кисню зумовило утворення у верхніх шарах атмосфери озонового екрана, який не пропускав згубного для життя ультрафіолетового випромінювання. Це забезпечило можливість виходу життя на суходіл. Поява фотосинтезуючих рослин, у свою чергу, забезпечила можливість існування і прогресивного розвитку гетеротрофних організмів.

Виникнення статевого процесу зумовило появу комбінативної мінливості. І, нарешті, в цю еру від колоніальних джгутикових утворилися багатоклітинні організми. Виникнення статевого процесу і багатоклітинних організмів стало фундаментом для подальшого прогресивного еволюційного розвитку.

Розвиток життя в протерозойську еру. В протерозойську еру життя існувало також переважно в морі. Однак панували вже не прокаріоти, а зелені водорості (еукаріоти). У них з'являється розчленування тіла, що забезпечувало більшу поверхню всмоктування. Рештки фауни цієї пори нечисленні, але відомо, що вже тоді існували всі типи безхребетних. Важливим ароморфозом розвитку тіла тварин була поява двобічної симетрії. З нею пов'язані диференціювання тіла на передню і задню частини, спинний і черевний боки. На передній частині зосереджуються органи чуття, нервові вузли, а в тварин, що мають вищу організацію, — головний мозок. У цю еру в результаті ідіоадаптивних змін від найдавніших багатоклітинних організмів, що вели повзаючий спосіб життя і тому мали двобічну симетрію, виникли плоскі і круглі черви. Внаслідок нових ароморфозів та ідіоадаптацій від потемків найдавніших тварин, що мали двобічну симетрію, виникли молюски і кільчасті черви. Споріднені з кільчастими червами членистоногі. Від найдавніших тварин з двобічною симетрією виникли також голкошкірі і хордові, що мають низку подібних ознак, які виявляються в характері розвитку та утворення скелета, будові шкіри і відрізняються за цими ознаками від інших типів тварин. У протерозої з'явились і найдавніші хордові — безчерепні. Представником цих організмів у сучасній фауні є ланцетник.

На суходолі у вологих місцях могли існувати бактерії, синьо-зелені водорості, одноклітинні тварини. Вони були першими ґрунтоутворювачами.