Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Физика arrow Концепции современного естествознания

ТЕМА 28 ЭВОЛЮЦИЯ жизни

Основные вопросы: 1. Эволюция одноклеточных организмов. 2. Эволюция растительного мира. 3. Эволюция животного мира. 4. Основные выводы.

1. ЭВОЛЮЦИЯ ОДНОКЛЕТОЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ

Первые организмы, появившиеся на Земле более 3,5 млрд лет назад, — бактерии и сине-зеленые водоросли. Это были одноклеточные существа, отличающиеся простотой строения и функций. Их относят к прокариотам (безъядерным), так как их клетки не обладают оформленным ядром. Это обстоятельство определило, в частности, небольшой объем имевшейся у них наследственной информации. Жизнедеятельность первых бактерий протекала на основе энергии брожения и использования в качестве питания готовых органических соединений, возникших абиогенно на этапе биохимической эволюции. Следовательно, первоначально живые существа были не производителями органических веществ, а лишь их потребителями (их называют ге- теротрофами).

Гигантский шаг на пути эволюции жизни был связан с возникновением новых биохимических процессов обмена — фотосинтеза и дыхания, а также с преобразованием клеточной структуры. Методами молекулярной биологии установлено поразительное единообразие биохимических основ жизни при огромных различиях организмов по другим признакам . Так, белки почти всех живых существ состоят из двадцати аминокислот. Нуклеиновые кислоты, в которых содержатся коды белков, «собираются» из четырех нуклеотидов, и биосинтез белка осуществляется по единообразной схеме. Подавляющая часть современных организмов использует энергию окисления, дыхания и гликолиза, которая запасается в молекулах АТФ. Все живые организмы (кроме бактерий) сходны между собой по внутриклеточной организации, генетике, биохимии и метаболизму. Таким образом, найденные природой еще на ранних стадиях биологической эволюции основы жизни сохранились до настоящего времени.

Эволюция простейших одноклеточных организмов происходила неравномерно и сопровождалась несколькими качественными скачками (ароморфозами). Первый такой скачок произошел 1,5 млрд лет назад в середине протерозойской эры и состоял в появлении эукариот — клеточных организмов, обладающих ядром. (Некоторые биологи считают, что основное различие существует не между грибами, растениями и животными, а между организмами, обладающими ядром и не имеющими его.) Отличаясь от прокариот более сложной организацией, эукариоты используют больший объем наследственной информации. В отличие от прокариот, у которых наследственное вещество распределено диффузно по всей клетке, у эукариот носители наследственной информации — гены — локализованы в хромосомах ядра.

Хотя прямого соответствия между уровнем сложности молекулы ДНК и уровнем морфофизиологической организации организмов пока не установлено, цифры говорят об этом недвусмысленно. Так, у представителей процветающего класса насекомых общая длина молекул ДНК в геноме превышает 108 пар нуклеотидов, у предшественников хордовых — 4108, у амфибий — 8-108, у рептилий — 109, у млекопитающих — 5109. Длина молекулы ДНК современной бактерии — кишечной палочки — составляет всего 4106 пар нуклеотидов.

Еще одно существенное различие между прокариотами и эукариотами состоит в том, что первые могут жить как в бескислородной среде, так и в среде с разным содержанием кислорода, в то время как для эукариот (за немногим исключением) кислород обязателен. В отличие от прокариот, для которых энергетический обмен основан на анаэробном (бескислородном) брожении, для эукариот центральным механизмом обмена является дыхание. Аэробный метаболизм оказался значительно выгоднее, так как при окислении углеводов выход биологически полезной энергии в 18 раз больше, чем при брожении.

В 1977 г. американские океанографы обнаружили у Галапагосских островов участки вокруг донных горячих источников, заселенные крупными живыми существами — креветками, мидиями, моллюсками, трубчатыми червями. Все они существовали за счет жизнедеятельности огромных колоний бактерий, извлекающих энергию из сульфидов водорода — весьма токсичных для наземных животных соединений. Это была экосистема, основанная не на фотосинтезе, а на хемосинтезе и независимая от солнечной энергии и кислорода.

Первые фотосинтезирующие бактерии появились на заре жизни, около 3 млрд лет назад. Жизнь тогда была представлена тонкой бактериальной пленкой на дне водоемов и во влажных местах суши. Одна из групп прокариот — цианобактерии (сине-зеленые водоросли) — сумела выработать современный оксигенный механизм фотосинтеза с расщеплением воды под действием солнечного света. Образующийся при этом водород соединялся с углекислым газом с образованием углеводов, а свободный кислород стал накапливаться — сначала в гидросфере, а затем в атмосфере. В интервале 2- 1,7 млрд лет назад концентрация кислорода в атмосфере достигла 1/10 части современного содержания кислорода в атмосфере (так называемой точки Юри-Пастера) — уровня, при котором невозможно существование археобактерий, живших за счет брожения в восстановительной среде ранней биосферы. Точка Юри-Пастера разделяет историю развития биосферы Земли на два этапа — восстановительный (бескислородный) и окислительный (кислородный). К началу фа- нерозоя — эпохи явной жизни, которая длится уже около 600 млн лет, атмосфера Земли содержала около одной трети от современного количества кислорода. По-видимому, такой состав атмосферы способствовал возникновению новых форм организмов, в числе которых были предки распространившихся впоследствии позвоночных.

Фотосинтезирующая деятельность первых одноклеточных имела три последствия, оказавших решающее влияние на всю дальнейшую эволюцию живого. Во-первых, фотосинтез избавил организмы от конкуренции за природные запасы органических соединений, количество которых было ограничено. Во-вторых, он обеспечил насыщение атмосферы фотосинтетическим кислородом, что позволило развиваться организмам, энергетический обмен которых основан на процессах дыхания. В-третьих, в результате процесса фотосинтеза в верхней части атмосферы начал образовываться озоновый экран, защищающий организмы от губительного ультрафиолетового излучения космоса.

В эволюции одноклеточных организмов выделяют ряд промежуточных ступеней, связанных с усложнением строения организма, а также с совершенствованием генетического аппарата и способов размножения. Важной стадией в эволюции эукариот явилась дифференциация их внутреннего строения с формированием высокоспециализированных органоидов (мембраны, ядра, цитоплазмы, рибосом, митохондрий идр.). Особенно существенной была здесь эволюция ядерного аппарата — образование в ядрах настоящих хромосом, в которых локализована наследственная информация.

На границе археозоя и протерозоя произошло два крупных эволюционных события — появился половой процесс и многоклеточность. При бесполом размножении наследственная информация, содержащаяся в ДНК клеток родителей и потомков, идентична, поэтому принципиально новых признаков или свойств у потомков не возникает. В то же время при половом размножении происходит обмен участками между гомологичными хромосомами родителей (явление кроссинговера). Благодаря кроссинговеру родители обмениваются генами, и у дочерних организмов появляются новые сочетания признаков. Таким образом, половое размножение резко повышает возможности приспособления организмов к изменяющимся условиям среды.

Первоначально эукариоты имели одноклеточное строение. Из них в дальнейшем развиваются многоклеточные организмы со сложной специализацией клеток — многоклеточные растения и многоклеточные животные. Переходная стадия от одноклеточного организма к многоклеточному — колониальность (клетки делятся, но не расходятся). Первая стадия в эволюции колониальных организмов в направлении многоклеточной организации характеризуется специализацией клеток по принципу «разделения труда» у членов колонии. Клетки подразделяются на соматические, осуществляющие функции питания и движения, и генеративные, служащие для размножения. Далее происходит специализация функций на тканевом, органном и системно-органном уровнях. Совершенствование взаимодействия между клетками осуществляется вначале контактным способом, а затем — с помощью нервной и эндокринной систем. Это обеспечивает функционирование многоклеточного организма как единого целого со сложным взаимодействием его частей и адекватным реагированием на окружающую среду.

Например, у кишечнополостных формируется простая нервная система, которая, распространяя нервные импульсы, координирует деятельность двигательных, железистых и репродуктивных клеток. Единого первичного центра еще нет, но уже имеются центры координации. Далее идет усложнение морфофизиологической структуры на основе усиления тканевой специализации. Возникает выраженная централизованная нервная система: у беспозвоночных — ганг- лиолярная, у позвоночных — с центром и периферическими отделами.

Финалом в эволюции многоклеточной организации стало появление организмов с поведением разумного типа. Сюда относятся животные с высокоразвитой условно-рефлекторной деятельностью, способные передавать информацию следующим поколениям не только через наследственность, но и надгаметным способом (например, посредством обучения). Заключительным этапом в эволюции централизованно-дифференцированной стадии стало возникновение человека.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы