Головна

Основні етапи біохімічної еволюції

  1. Cегментація ринку. Основні завдання. Критерії сегментації на В2С ринку.
  2. I. Основні поняття ОРГАНІЗАЦІЙНОЇ СОЦІАЛЬНОЇ ПСИХОЛОГІЇ
  3. I.2.2. Основні будівельні креслення.
  4. I.3.2. Цілі і основні етапи розбивочних робіт.
  5. II.1 Основні елементи грошової маси
  6. II. Системи збудження СД і їх основні властивості
  7. III. Основні конституційні засади організації Російської держави.

Палеонтологічні дані доводять, що життя на Землі зародилося в археозойской ері 3,1 - 3,8 млрд років тому. Фізико-хімічні умови на планеті Земля були в той час зовсім іншими, ніж зараз. Перш за все, в атмосфері практично був відсутній вільний кисень, його кількість становила тоді не більше 0,001 від сучасного змісту. Ця первинна атмосфера мала відновний характер і складалася в основному з водню, азоту, вуглекислого газу, аміаку, метану, водяної пари, аргону та інших газів. Така безкиснева атмосфера не здатна захистити від згубної дії жорсткого ультрафіолетового випромінювання Сонця, тому будь-які прояви життя могли мати місце тільки у водоймах на глибині близько 10 - 50 м.

Згідно з існуючими уявленнями в рамках гіпотези Опаріна-Холдейна, можна виділити п'ять основних етапів на шляху до виникнення життя, які наведені в таблиці 13.1.

Сучасні уявлення про формування та склад первинної атмосфери Землі базуються на об'єктивних даних різних наук, на вивченні газових оболонок інших планет Сонячної системи. вельми

Таблиця 13.1

 Часовий період  Етапи виникнення життя  Процеси, проісходящіена Землі
   I  Освіта первинної атмосфери, що містить - CH4, NH3, CO2, CO, H2O у вигляді пари.
 Від 4,6 млрд. Років до 3,5 млрд. Років тому  II  Охолодження планети нижче 1000С; конденсація водяної пари; утворення первинного океану, розчинення в ньому газів і карбідів; абіогенний синтез біологічних мономерів - амінокислот, цукрів, азотистих основ в результаті дії електричних розрядів і ультрафіолетової радіації.
   III  Освіта найпростіших білків і нуклеїнових кислот, освіта коацерватов.
 Від 3,5 млрд. Років до 3,0 млрд. Років  IV  В результаті взаємодії нуклеїнових кислот і білків, виникнення мембран з виборчої проникністю, утворюються протобіонти, Здатні до самовідтворення.
 3 млрд. Років тому  V  виникнення прокаріотнихорганізмов (Бактерії, гетеротрофні і автотрофні, ціанобактерії).

переконливі докази можливості здійснення 2-го і 3-го етапів розвитку життя отримані в ході численних експериментів з моделювання умов абіогенного синтезу біологічних мономерів. Так, вперше в 1953 р С. Міллер створив досить просту установку (так званий біотрон), в якій йому вдалося з суміші газів і парів води під дією ультрафіолетового опромінення та електричних розрядів синтезувати ряд амінокислот. У наступні десятиліття в багатьох лабораторіях світу здійснено штучний синтез різних амінокислот, нуклеотидів, простих цукрів, а потім і більш складних органічних сполук, в тому числі - короткі полінуклеотідниє ланцюжки, поліпептиди, полісахариди.

Перехід від хімічної еволюції до біологічної на рівні первинної клітинної структури є центральним питанням у розробці цієї гіпотези. Згідно з уявленнями А. І. Опаріна, 3-й етап завершується виникненням коацерватов - Поверхнево відокремлених гелевих структур сферичної форми. Працюючи з штучно створеними коацерватами (при розчиненні білків та інших органічних речовин) Опарін спостерігав здатність коацерватов вибірково адсорбувати речовини з навколишнього розчину ( «харчуватися») і за рахунок цього збільшуватися в розмірах ( «рости»). При досягненні певних розмірів Коацервати розпадалися ( «розмноження»). Одні з коацерватов характеризувалися більшою стійкістю і зберігалися тривалий час, інші - швидко розпадалися і зникали. Ці спостереження дали А. І. Опаріна підставу припустити можливість дії природного відбору (збереження одних форм і елімінація інших) вже на цій стадії становлення живого - зміни в структурі коацерватов закріплювалися завдяки відбору. Коацервати, при всій складності їх організації, проте не можуть вважатися живими органами перш за все тому, що у них немає стабільного самовідтворення, жорсткої структурної організації, функціональної взаємодії між білками і нуклеїновими кислотами.

Поява таких істинно живих систем - протобионтов - відбувалося на наступному, 4-му етапі розвитку життя. У цих протобионтов з'являється кореляція між нуклеїновими кислотами і білками; здатність синтезувати білки певного будови відповідно до інформації, яка є в нуклеїнової кислоти. Одночасно у них удосконалюється поверхневий апарат, що забезпечує впорядкованість обміну речовин, підтримання стабільності системи. І, головне, вони набувають здатність до самовідтворення.

Структурне ускладнення і функціональне вдосконалення протобионтов призвело до появи організмів, що мають клітинну організацію - первинних прокариотних організмів - бактерій. З цього моменту починає здійснюватися біологічна еволюція організмів.

За сучасними уявленнями спочатку існували лише гетеротрофні бактерії. У міру зростання їх числа відбувалося зменшення харчових ресурсів, між ними зростала конкуренція, що спричинило появу автотрофов, організмів, здатних синтезувати органічні речовини з неорганічних, використовуючи енергію сонячного світла (фотосинтетики) або енергію, отриману в результаті окислення мінеральних речовин (хемосинтетики).

Подальша біологічна еволюція обумовила формування різноманітного світу живої природи, який ми і бачимо сьогодні.

13. 3. «Еволюційний вибух» на початку кембрію

Археозойской і протерозойская ери геологічної історії Землі залишили надзвичайно мало викопних решток організмів, тому обидві ці ери називають етапом прихованої життя або кріптозоя. Найбільш важливими подіями в криптозое стали поява прокариотних одноклітинних організмів, здатних до фотосинтезу, перехід до еукаріотних рівню організації клітини і виникнення багатоклітинних організмів. І ось після «німих» осадових порід криптозоя в кременистих сланцях, що відповідають початку кембрійського періоду (близько 570 млн років тому) раптово з'являється величезна різноманітність і велика кількість залишків викопних організмів. Серед них і нижчі багатоклітинні (губки, кишковопорожнинні), і високорозвинені типи тварин (плеченогие, молюски, членистоногі та ін.). В осадових породах пізнього кембрію знаходять майже всі відомі типи багатоклітинних тварин. Цей вибух формоутворення на початку кембрійського періоду - одне з найзагадковіших подій в геологічній історії Землі. Завдяки цьому криптозой часто називають докембрієм, а всю подальшу історію Землі - етапом явною, що спостерігається життя або фанерозою.

Що ж привело до цього «еволюційному вибуху»? Деякі вчені вважають, що він був обумовлений катастрофічними змінами зовнішніх умов, наприклад, підвищенням рівня жорсткої космічної радіації в результаті вибуху наднових зірки на близькій відстані від Сонця. Це призвело до різкого посилення мутаційних процесів і, як наслідок, виникнення нових організменних форм. Однак, така концепція не витримує критики, оскільки еволюційні зміни зазвичай породжуються малими мутаційними зрушеннями, а сильні мутації, як правило, летальні. Взагалі до «катастрофічним» поясненням еволюційних явищ, особливо що спирається на такі космічні аномалії, як вибухи і зіткнення, слід ставитися дуже обережно, віддаючи перевагу над ними концепції, засновані на аналізі конкретних земних факторів.

Одна з таких концепцій, висунута в 60-і роки XX століття (Л. Беркнер і Л. Маршалл), пов'язує «еволюційний вибух» на початку кембрію зі зміною змісту вільного кисню в земній атмосфері. Як вже зазначалося вище, зародження життя відбулося в безкисневому атмосфері. Необхідну енергію для протікання життєвих процесів організми отримували тоді в результаті анаеробної дисиміляції (бродіння)

С6Н12О6 ® 2СН3СН2СН + 2СО2 +210 КДж / моль.

Ця хімічна реакція в 14 разів енергетично менш ефективна, ніж аеробне дисиміляція (дихання)

С6Н12О6 + 6О2 ® 6СО2 + 6Н2Про + 2870 кДж / моль.

Але для цієї реакції потрібно вільний кисень, якого тоді в атмосфері не було. Він став накопичуватися, коли в синьо-зелених водоростях почався процес фотосинтезу. Близько 600 млн років тому вміст вільного кисню в атмосфері досягла 0,01 від сучасного (так звана точка Пастера). Саме з цього моменту дихання стає основним джерелом енергії організмів, що різко інтенсифікує метаболізм і всі життєві процеси. І це стало передумовою до прискорення еволюційних перетворень.

Крім того, при вмісті кисню в атмосфері 0,01 від сучасного почав формуватися озоновий екран, який захищав від жорсткої ультрафіолетової радіації спочатку верхні шари водойм, а потім і сушу, де умови для підвищення різноманітності форм стають більш сприятливими, ніж в глибинах океану.

Все це і призвело до того, що протягом всього 15 млн років кембрійського періоду в палеонтологічного літопису Землі з'явилися представники майже всіх відомих типів організмів.



Гіпотези походження життя на Землі | Біологічне різноманіття живих організмів

Принципи систематики в біології | Синтетична теорія еволюції. | Фактори і головні напрямки еволюційного процесу | розвиткуорганізмів |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати