Полная версия

Главная arrow География arrow БИОЛОГИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Происхождение жизни на Земле

Качественные отличия живых организмов от тел неживой природы требуют ответа на вопрос: как на Земле возникла жизнь? С самых ранних этапов существования человечества возникли и по настоящее время существуют взгляды о божественном происхождении неживого и живого мира Земли. Параллельно, начиная с времен Древней Греции и вплоть до XVII в., существовали также предположения о возможности самозарождения, т. е. происхождении разных видов живых существ, таких, например, как черви, рыбы, лягушки и даже мыши, из ила, росы, грязи. Постепенно взгляды менялись. В 1668 г. итальянский естествоиспытатель Франческо Реди доказал, что личинки мух появляются в гниющем мясе не самопроизвольно, а только в том случае, если взрослая муха отложит туда яйца. В XVIII в. Ладзаро Спалланцани, а затем в XIX в. Луи Пастер убедительно доказали невозможность самозарождения микроорганизмов. Опыты Пастера имели огромное практическое значение: они составили естественно-научную основу асептических мероприятий в хирургии.

Доказательство невозможности самозарождения живых организмов в современных условиях привело некоторых биологов к неверному заключению о вечности жизни и даже первичности ее по отношению к неживой природе Земли. Исследования по геологической истории планеты показали, что в определенный период своего существования она была безжизненной. Принимая эту точку зрения, появление жизни на Земле объясняют либо тем, что она занесена из космоса, либо тем, что возникла абиогенным путем, т. е. из элементов неорганической природы в процессе развития планеты.

Различные гипотезы космического происхождения жизни на Земле объединяются под общим названием теории панспермии. В настоящее время они не могут быть научно ни подтверждены, ни опровергнуты. Однако есть логические доводы, которые убеждают в бесплодности поиска ответа в этом направлении. Действительно, если наша Земля так хорошо приспособлена для жизни, то и занесенные из космоса живые организмы должны были возникнуть примерно в сходных условиях. В таком случае встает вопрос о происхождении жизни на других телах Вселенной. Возражения против теории панспермии выдвинул Ф. Энгельс, который писал, что приведенная гипотеза «о вечности жизни» и о внесении ее на Землю извне предполагает вечность белка и первичных форм, из которых могла развиться вся органическая жизнь. По мнению Ф. Энгельса, и то и другое невозможно.

В настоящее время всеобщим признанием пользуется точка зрения, согласно которой жизнь возникла абиогенным путем на определенном этапе геологической истории нашей планеты. Выдающаяся роль в развитии и обосновании этой точки зрения принадлежит советскому ученому А. И. Опарину и английскому биологу Дж. Холдейну.

Сложность проблемы происхождения жизни состоит в том, что ее нельзя изучать в естественных условиях. В настоящее время не существует таких условий, как несколько миллиардов лет назад при возникновении жизни. Вместе с тем на современном уровне развития науки возможен строго научный подход к изучению этой проблемы путем создания в искусственной (лабораторной) обстановке условий, отвечающих соответствующему этапу истории планеты. На этом пути достигнуты большие успехи.

Главные этапы возникновения и развития жизни, а также приблизительные временные диапазоны отражены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Основные этапы возникновения и развития жизни

Этап

Время, млн лет

Формирование Земли с определенными условиями, предшествовавшими появлению жизни

4600—3900

Абиогенный синтез органических соединений. Образование протобионтов

3900—2600

Возникновение жизни в виде прокариотических клеток. Появление эукариотических клеток. Появление многоклеточных организмов

2600—600

Появление многоклеточных животных, имеющих скелет, и всех известных типов животных

600

Появление человека

2,0—1,5

Появление человека современного типа

0,04

Процесс образования и эволюции Земли до возникновения жизни изучают не биологи, а астрономы и геологи. Согласно наиболее распространенным в настоящее время представлениям, Земля сформировалась как плотное тело приблизительно 4600 млн лет назад. Появились земное ядро, мантия и кора. Из недр Земли выделились газы, которые привели к образованию примитивной атмосферы. Эта атмосфера имела восстановительный характер. В состав газовой смеси атмосферы входили водяные пары, метан (СН4), диоксид углерода (С02), оксид углерода (СО), аммиак (NH3), сероводород (H2S), цианистый водород (HCN), азот, водород и другие газы. Кислород, который сейчас составляет пятую часть газового состава атмосферы и придает ей выраженный окислительный характер, появился гораздо позднее в результате жизнедеятельности живых автотрофных организмов. Восстановительный характер примитивной атмосферы является необходимым условием образования и накопления абиогенных органических соединений, которые в присутствии кислорода были бы легкоокисляемы.

По мере охлаждения земной коры водяные пары атмосферы, конденсируясь, образовали первобытные океаны. Основными источниками энергии для предбиологических синтетических процессов были ультрафиолетовое излучение Солнца, не экранируемое слоем озона, распад радиоактивных элементов, тепло Земли и атмосферное электричество. Геологи в настоящее время не находят пород, соответствующих периоду существования Земли 3900 млн лет назад и ранее, однако можно предположить, что к этому времени создались все необходимые условия для первого шага в направлении жизни.

Возможность образования органических соединений абиогенным путем, т. е. из неорганических веществ без участия живых организмов, доказана. Еще в XIX в. в лаборатории было синтезировано простейшее органическое вещество мочевина. В настоящее время биохимики синтезируют разнообразные органические молекулы. В 50-х годах XX столетия Миллер и Юри при помощи специального прибора смоделировали примитивную атмосферу Земли и, воздействуя на смеси газов электрическим разрядом, получили различные соединения типа альдегидов, карбоновых кислот, аминокислот и другие низкомолекулярные органические молекулы. Среди этих молекул были такие, которые могут служить составными частями (мономерами) крупных органических макромолекул, например белков, нуклеиновых кислот. Органические макромолекулы также успешно синтезируются учеными в лабораториях, причем в условиях, близких к предполагаемым на этапе возникновения жизни. Макромолекулы в первобытных океанах образовали как бы «питательный бульон». Постепенно усложняясь и выделяясь из общего раствора в виде многомолекулярных комплексов, возникали коацерватные капли, или микросферы.

Важнейшей особенностью этих капель явилось отграничение их внутренней среды от окружающего «бульона» посредством белковолипидной мембраны. В опытах акад. А. И. Опарина показано, что коацерватные капли избирательно поглощают вещества из окружающей среды, растут и размножаются с большей или меньшей способностью сохранять при этом черты своей химической организации. Эти свойства коацерватных капель, называемых протобионтами, напоминают свойства живых клеток, но это еще не клетки. Для клетки как наименьшей по размерам единицы жизни свойственны очень сложная и закономерная последовательность биохимических реакций, протекающих с высокой скоростью при довольно низкой температуре, и строгое наследование этих реакций из поколения в поколение.

Моментом возникновения жизни считается образование наиболее просто устроенных прокариотических клеток. Произошло это приблизительно 3500 млн лет назад. В настоящее время еще не решена ключевая проблема этого этапа, а именно: каким образом макромолекулы организовались в системы, способные к самовоспроизведению. Другими словами, предстоит еще раскрыть механизм возникновения жесткой связи между строением молекул нуклеиновых кислот, в которых заключена наследственная информация, и синтезом определенных белков-ферментов, которые непосредственно участвуют в биохимических реакциях обмена веществ.

Древнейшие микроорганизмы были гетеротрофами, размножавшимися в среде с абиогенными органическими и минеральными питательными веществами. Примерно 2 млрд лет назад появились отложения, которые содержат главным образом окисное железо. Это свидетельствует о смене восстановительной атмосферы на окислительную. В такой атмосфере содержание водорода резко снизилось, а количество кислорода увеличилось. Накопление кислорода явилось результатом жизнедеятельности автотрофных организмов. Наиболее значительную роль из них в эволюции биосферы сыграли фотосинтетики. Используя энергию Солнца, они образуют органические вещества из С02 и Н20 с выделением кислорода, который накапливается в атмосфере. Первоначально кислород выделяли только автотрофные бактерии, а позднее — и растения. Выделение кислорода, начавшееся в протерозое и продолжающееся до сих пор, имело колоссальные последствия. В настоящее время почти все растения и животные — аэробы. Анаэробность некоторых видов эукариот рассматривается как вторичное явление.

Следующим важнейшим этапом в эволюции жизни было возникновение около 1000—1500 млн лет назад эукариотических клеток.

Эти клетки нуждаются в значительном количестве кислорода для биохимических реакций. Особенно необходим кислород для осуществления деления путем митоза, характерного только для эукариотических клеток.

В последнее время все большее внимание привлекает гипотеза симбиотического возникновения эукариотических клеток. Она подразумевает, что часть важнейших органелл клетки, таких, как митохондрии и пластиды, представляют собой прокариотические клетки — симбионты, проникшие в другие клетки и взявшие на себя ряд важнейших функций. Необходимо иметь в виду, что эта гипотеза не является пока общепризнанной, так как содержит некоторые необъяснимые моменты.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>