Основные этапы развития жизни на Земле

32. Основные этапы развития жизни на Земле

На экране

Текст «Основные этапы развития жизни на Земле»

Жизнь, прежде чем она достигла современного многообразия, прошла очень длительный путь эволюции. Гипотеза о происхождении жизни в результате биохимической эволюции Опарина-Холдейна была принята и развита множеством последователей. Так, основываясь на ней, английский ученый Джон Бернал в 1947 году выдвинул гипотезу биопоэза, согласно которой в процессе формирования жизни выделяются три этапа: химический, предбиологический и биологический.

Текст «Английский ученый Джон Бернал в 1947 году выдвинул гипотезу биопоэза»

Для химического этапа характерно протекание абиогенного синтеза органических мономеров, которое было возможным в условиях первичной атмосферы Земли. Изначальная атмосфера была насыщена газами, которые образовывались в результате активной вулканической деятельности, это разные оксиды серы, азота, аммиак, оксиды и двуоксиды углерода, а также пары воды и ряд других веществ. Кроме газов вулканы выбрасывали огромные массы радиоактивных веществ. Постоянные грозы сопровождались сильными и частыми электрическими разрядами. Ввиду отсутствия защитного озонового экрана Земля подвергалась действию ультрафиолетового излучения. Все эти условия способствовали образованию органических веществ. Из-за отсутствия кислорода древняя атмосфера Земли была восстановительной, что позволяло органическим соединениям накапливаться в теплых и кипящих водах, со временем усложняясь и формируя так называемый «первичный бульон». Эти процессы шли многие миллионы, а возможно и десятки миллионов лет.

На этапе эволюции жизни, который называется предбиологическим, предположительно активно протекали реакции полимеризации. Сигналом к активации этих процессов послужило увеличение концентрации раствора, например, в результате пересыхания водоемов. В итоге органические соединения сформировали белково-нуклеиново-липоидные комплексы, которые разные ученые называли по-своему: коацерваты, пробионты, гиперциклы. Таким образом, в результате предбиологического естественного отбора появились первые простейшие живые организмы. Эти организмы и дали начало всему живому. Скорее всего первые примитивные организмы жили в толще водных просторов, так как в условиях тогдашней атмосферы только водный слой мог дать защиту от ультрафиолетового излучения.

По мнению большинства исследователей, первые живые организмы по строению походили на прокариот. Они питались органическими веществами «первичного бульона», т.е. были гетеротрофами. По всей видимости, первой формой обмена веществ был гликолиз. С увеличением числа гетеротрофных организмов запас органических веществ для питания уменьшался. Это способствовало повышению конкуренции между первичными живыми организмами, что привело к усложнению их строения, а также к появлению новых способов получения энергии для функционирования организма. Результатом явился важнейший крупный ароморфоз – появление автотрофного типа питания и способность к фиксации атмосферного азота. Автотрофные организмы обладали явными  преимуществами в конкурентной борьбе. Использование фотосинтеза привело к скоплению кислорода в атмосфере, результатом чего стала смена восстановительной атмосферы Земли на окислительную. Это создало предпосылки для формирования нового типа энергетических процессов – дыхания. Способность синтезировать при дыхании большее количество АТФ позволила организмам расти и размножаться быстрее, а также усложнять свои структуры и обмен веществ.

Рисунок «Основные этапы формирования жизни»

Первые клетки были прокариотического типа, тогда появляется вопрос: как образовались эукариотические клетки? Большинство ученых придерживаются той точки зрения, что эукариоты произошли от прокариотических клеток. Однако по поводу способа происхождения существует две наиболее признанные гипотезы. Согласно первой, эукариотическая клетка и ее органоиды произошли в процессе впячивания клеточной мембраны.

Рисунок «Происхождение эукариотических клеток и их органелл путем впячивания клеточной мембраны:

А — проклетка; Б — клетка гипотетических прокариот; В, Г — клетки на стадии формирования митохондрий, ядра и пластид соответственно; Д, Е — клетки животных и растений; 1 — кольцевая ДНК прокариот; 2 — митохондриальное впячивание; 3 — митохондрии; 4 — пластидное впячивание; 5 — хлоропласты; 6 — ядерное впячивание; 7 — ядро; 8 — хромосомы»

Другая гипотеза, которая имеет больше приверженцев, предполагает образование эукариотической клетки в процессе симбиоза. Считается, что митохондрии, пластиды и базальные тельца ресничек и жгутиков эукариотических клеток когда-то были отдельными клетками, которые объединились в результате симбиоза. В доказательство этой гипотезы приводят факты наличия собственных РНК и ДНК в хлоропластах и митохондриях.

Рисунок «Симбиотическое происхождение эукариотических клеток»