Еволюція життя на Землі

 

Після багатовікового сну ідея Анаксагора про „вічне насіння” була пробуджена X. Ріхтером у 1865 році. Відповідно до останнього, зародки життя занесені на Землю метеоритами або космічним пилом. У розвиненому і видозміненому вигляді гіпотеза про космічний посів (панспермії) розроблена шведським фізико-хіміком С. Авенаріусом у 1884 році,яку в свою чергу пізніше розвинув український вчений В.І. Вернадський.

Ця теорія не пропонує ніякого механізму для пояснення первинного виникнення життя, а висуває ідею про її неземне походження. Тому її не можна вважати теорією виникнення життя як такою; вона просто переносить проблему в якесь інше місце Всесвіту.

Суть цієї гіпотези грунтуеться на припущенні, що організми позаземного походження занесені на Землю з космосу з метеоритами та космічним пилом. Для обґрунтування цієї теорії використовувались дані про багаторазові випадки появи НЛО, наскельні зображення предметів, схожих на ракети і космонавтів, а також повідомлення про нібито зустрічі з інопланетянами. Радянські і американські дослідження в космосі дозволяють вважати, що імовірність виявлення життя в межах Сонячної системи нікчемна, однак вони не подають ніяких відомостей про можливе життя поза цією системою. При вивченні матеріалів метеоритів і комет в них були виявлено різноманітні «попередники живого» — такі речовини, як ціаногени, синильна кислота і органічні сполуки, що можливо зіграли роль «насіння», що падало на голу Землю. З'явився ряд повідомлень про знаходження в метеоритах об'єктів, що нагадують примітивні форми життя, однак докази на користь їх біологічної природи поки не здаються вченим переконливими. Також деякі прихильникі теорії панспермії вважають, що життя занесене інопланетянами заради експерименту. І що зараз іноземні істоти спостерігають за життям і розвитком людства.

 Зовсім нещодавно ми отримали в руки зовсім неоцінимий матеріал: вдалось виявити надзвичайно давні з’єднання, які містять Вуглець, при чому ці з’єднання були виявлені не на Землі, де б вони зазнали за її багатовікову історію надто великі зміни, а в занесених до нас із космосу метеоритах. В метеоритах були виявлені складні з’єднання Вуглецю. Деякі з них можна розглядати як попередники складних біологічних молекул, але утворились вони щонайменше 4,5 млрд. років назад і не на Землі, а на якійсь іншій планеті. Виявлення цих з’єднань свідчить про те, що Земля зовсім не є єдиним місцем, з котрим пов’язані процеси виникнення життя: ці процеси можуть проходити і в інших ділянках Всесвіту, хоча подальша еволюція могла проходити зовсім різними шляхами. Ці знаходки слугують матеріальним підтвердженням повсюдності процесів зародження життя: ми зараз можемо говорити не тільки про виникнення життя на Землі, але про виникнення життя взагалі. Ми починаємо усвідомлювати, що процес еволюції життя є процес всезагальний і необхідний.

 

 

 

РОЗДІЛ 2. ТЕОРІЯ ПОХОДЖЕННЯ ЖИТТЯ НА ЗЕМЛІ ЗА АКАД. О.І ОПАРІНИМ

2.1 Теорія О.І Опаріна про походження  життя на землі – одна з  найпоширеніших в науці

 

Згідно з астрономічними та геологічними даними вік Землі становить приблизно 4,5 — 5 млрд. років. Вважається, що в минулому стан нашої планети був мало схожий на сьогоднішній. Ймовірно, температура на поверхні була дуже високою (4000 — 8000 °C), по мірі того, як Земля остигала, тугоплавкі метали конденсувалися і утворили земну кору; поверхня планети була, напевно, голою і нерівною, оскільки на ній внаслідок вулканічної активності, переміщень і стиснень кори, викликаної охолодженням, відбувалося утворення складок і розривів.

Вважається, що гравітаційне поле ще недостатньо щільної планети не могло утримувати легкі гази: водень, кисень, азот, гелій і аргон — внаслідок чого вони йшли з атмосфери. Але прості сполуки, що містять серед інших ці елементи (вода, аміак, CO2, метан) виявились достатньо важкими і залишились на планеті. Поки температура Землі не впала нижче за 100 °C, вся вода знаходилася в пароподібному стані. Атмосфера була, очевидно, «відновною», про що свідчить наявність в древніх породах металів у відновленій формі (наприклад, двовалентного заліза). Більш молоді породи містять метали в окисненій формі (Fe3+). Відсутність кисню, скоріш за все, була необхідною умовою для виникнення життя. Лабораторні досліди свідчать про те, що органічні речовини (основа життя) набагато легше утворюються в бідній киснем атмосфері.

  Найбільш аргументована теорія походження життя на Землі розроблена російським вченим О. І. Опаріним та англійським вченим — Д. Холдейном.

Першою спробою в цьому роді стала книга Опаріна “Виникнення життя ”, видана ним в 1924 р. Ідеї, представлені в цій невеликій за об’ємом книзі, лягли в основу майже всіх сучасних теорій виникнення життя. Опарін висказав припущення, що при міцних електричних розрядах в земній атмосфері, яка 4-4,5 млрд. років назад складалась із аміаку, метану, вуглекислого газу і пари води, могли виникнути найпростіші органічні з’єднання, необхідні для виникнення життя.

 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.

П’ять років пізніше ті ж самі в сутності положення , але незалежно від Опаріна, були в значно коротшій формі висказані Холдейном. Обидві  роботи представляють собою спробу використати нові знання відносно циклів біохімічної реакції окислення і бродіння, для того щоб пояснити виникнення життя через виникнення її важливих біохімічних властивостей в умовах, які, як припускається, існували на первісній Землі; особливу увагу при цьому приділяють процесам, які відбуваються в океані або гідросфері, а також  змінам в примитивній атмосфері Землі.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 Основні етапи виникнення  життя на землі за акад. О.І  Опаріним

 

Згідно з теорією академіка О. І. Опаріна (1894—1980). процес виникнення життя на Землі пройшов кілька етапів (Див. Додаток 1.)

 

1-й етап. Формування вуглеводних сполук та їхніх похідних: атоми Карбону з'єднувалися між собою та утворювали ланцюги різної довжини. Це початкові ланки в еволюційній низці більш складних органічних сполук, до якої входять жири, прості вуглеводи та амінокислоти. Найпростіший представник вуглеводнів — метан. Первинна літосфера, гідросфера та атмосфера були буквально насичені вуглеводнями. Умови, які існували на Землі в той час: сильні теплові та радіоактивні процеси, ультрафіолетові випромінювання та інші,— сприяли їх ускладненню.

 

2-й етап. Первинну атмосферу, яка складалась, головним чином, з аміаку, метану., водню, вуглекислого газу та водяної пари (у ній не було кисню), пронизували велетенські блискавки. Під дією цих сильних електричних розрядів із суміші газів стали утворюватись амінокислоти. Дослідами багатьох учених доведено: якщо через суміш аміаку, вуглекислого газу, водяної пари за температури 80 °С та тиску в декілька атмосфер пропускати сильні електричні розряди, утворюються гліцин та інші амінокислоти. Разом із зливними потоками амінокислоти потрапляли на Землю до первісного океану, яким була покрита майже вся молода планета.

 

3-й етап. Виникнення преклітинних структур із поліпептидів і полінуклеотидів. Важливу роль у цьому процесі відігравали коагуляти (згустки в колоїдних розчинах). Вони здатні поглинати з навколишнього середовища та накопичувати хімічні сполуки. Усередині них може здійснюватися синтез нових сполук. Під час двигтіння Землі вони роздроблюються. Все це могло слугувати «прообразом» процесів обміну речовин, росту, розмножування. Різноманітні сполучення білків та нуклеїнових кислот є причиною різноманітності життєвих форм на Землі.

З цього моменту на Землі зародилося життя, а геологічна та геохімічна історія Землі стає невіддільною від біологічних процесів. Ця теза становить сутність учення про біосферу.

(Див. Додаток 2.)

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 мітозом, 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.

Протерозойська ера тривала 1,9 млрд років і включала два періоди: 1) рифейський період (тривав 1,8 млрд років): в ньому фіксують появу скелетизованих найпростіших, багатоклітинних організмів – попередників плоских і круглих червів; вчені вважають появу в цьому періоді джгутикових найпростіших запорукою виникнення багатоклітинних тварин і рослин, адже донині деякі з них (евглена) займають проміжне положення між царствами рослин і тварин; венд (тривав 80 млн років) позначений появою губок, кишковопорожнинних, сегментованих червів, багатоклітинних водоростей.

Палеозойська ера почалася 600 млн років тому і включає шість періодів.

1. Кембрійський період тривав 80 млн.р..Масова поява тварин з твердим мінералізованим скелетом. Згідно з гіпотезой Хатчінсона, скелет виник як механізм захисту від хижаків. На початку періоду море наступало на сушу, всередині періоду відбувся відступ моря від суші, але життя панувало тільки в морях. У південній півкулі існував материк Гондвана. До кінця періоду з’явилися майже всі типи тварин, що дихають киснем. Початок панування трилобітів (членистоногі). Почали утворюватися коралові рифи. Серед рослин – виключно морські водорості.

2. Ордовицький період тривав 50 млн.р.. На початку періоду спостерігалося найбільше покриття суші водою. Панують безхребетні тварини, продовжують розвиватися кишковопорожнинні (медузи, губки). З хребетних з’явилися панцирні риби. Рослини представлені водоростями.

3. Силурійський період тривав 35 млн.р.. Море поступово відступає, формуються гірські системи. Панують кишковопорожнинні, молюски, моховатки. З’явилися перші наземні тварини, що дихають киснем – скорпіони. Виникли псилофіти – перші наземні рослини.

4. Девонський період тривав 55 млн.р.. Різкі зміни у видовому складі тварин. Вимирають численні групи примітивних тварин. З’явилися різноманітні групи риб , зокрема, кистепері (латимерія) та хрящові (акули). Інтенсивно оволодівають сушею тварини і рослини. У рослин формуються корінь і пагін. Виникають перші вищі павукоподібні, в яких спостерігається злиття сегментів. В кінці періоду – поява перших земноводних (стегоцефали). Виникають перші спорові рослини, плауноподібні, папоротеподібні. Виник грунт. Поява перших голонасінних. Найдревніше вугілля (Шотландія) має девонське походження.

5. Кам’яновугільний період тривав 65 млн.р.. В морі, як і раніше, панують безхребетні, а серед хребетних переважають риби. На суші установився теплий вологий клімат, виникли ліси зі спорових рослин (лепідодендрон, сигілярія, каламіти, кордаїти), рештки яких створили поклади кам’яного вугілля. Поява гігантських крилатих комах. Стрімко еволюціонують земноводні і з’являються перші плазуни.