Курсовая по теме возникновение жизни, особенности состава и строения живых организмов. Теории возникновения жизни Теория креационизма Теории стационарного состояния и панспермии Теория самопроизвольного зарождении
 Скачать 1.17 Mb.
|
|
2 3 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение…………………………………………………………………….... 3 1. Теории возникновения жизни……………………………………….. 5 1.1 Теория креационизма………………………………………………… 5 1.2 Теории стационарного состояния и панспермии…………………... 7 1.3 Теория самопроизвольного зарождении……………………………. 9 1.4 Теория случайного однократного происхождения жизни………… 11 1.5 Теория закономерного происхождения жизни путѐм биохимической эволюции…………………………………………… 11 2. Появление жизни на Земле…………………………………………... 14 2.1 Условия возникновения жизни на Земле…………………………… 14 2.2 Формирование и развитие биосферы Земли………………………... 15 2.3 Появление растений и животных…………………………………… 17 2.3.1 Эволюция растений и животных……………………………………. 18 Заключение…………………………………………………………………… 24 Список использованных источников и литературы………………………. 25 4 ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы курсовой работы.Как зародилась и по каким законам развивалась жизнь на нашей планете? Что привело к формированию многоклеточных организмов? Как возникают и чем обусловлены мутации, приводящие к изменениям форм жизни? Социологические исследования показывают, что в поисках ответов на эти краеугольные вопросы люди сегодня все реже обращаются к данным науки, предпочитая довольствоваться поверхностными и зачастую неверными объяснениями, которые предлагают телевидение и желтая пресса. Вопрос о том, когда на Земле появилась жизнь, всегда волновал не только учѐных и философов, но и всех людей. Происхождение жизни, возникновение живых существ - один из наиболее трудных и в то же время интересных в современном естествознании вопрос. Живые организмы в отличие от неживых имеют совокупность признаков: обмен веществ и энергии, способность к росту и развитию, размножению, к поддержанию определѐнного состава. Кроме того, для них характерно наличие саморегулирующейся метаболической системы (обмен веществ) и они обладают способностью к точному самовоспроизведению собственной метаболической системы (репликация ДНК, еѐ матричное копирование и специфически детерминированный синтез белков- ферментов) и др. Если современные животные или растения произошли в результате развития целого ряда многочисленных предков, - как и в какой форме началась жизнь? Согласно современным представлениям, жизнь - это одна из форм существования материи, закономерно возникающая при определѐнных условиях в процессе еѐ развития.Вопрос о происхождении жизни интересовал человека в течении столетий. В средние века ответ на него дала церковь. Тогда вопрос о происхождении жизни строился не на точных научных доказательствах, а на вере человека. В Средние века церковь, как католическая, так и протестантская и православная, в происхождении жизни видела волю бога. Церковь имела в то время достаточно сил и возможностей для того, чтобы сделать это догмой, оспаривать которую не все осмеливались. И только в ХІХ веке начались более предметные научные поиски путей происхождения жизни на нашей планете. Они были сложными и тернистыми, и, в значительной мере, не завершены и в наше время. Все теории о происхождении жизни на Земле можно разделить на две основные теории: это эволюционная теория и теория творения. 5 Степень изученности проблемы. В исследовании Возникновения жизни можно выделить работы зарубежных авторов: Р.Д. Аллен, Р. Мэтьюс, К.Л. Фолсом, Дж.Д. Макдугалл, Р. Хейзен. В России также можно обнаружить работы в этой тематике таких авторов, как А. И. Опарина, А.В Маркова, И. П. Павлова, В.И.Вернадский, Г.В. Войткевич, А.П. Садохин и другие. Объект исследования: Земля. Предмет исследования: теории возникновения жизни на Земле и процесс возникновение живых организмов. Целью исследования является изучение основных теорий о возникновении жизни на Земле и особенностей состава и строения живых организмов. Задачи исследования: 1) Изучить основные теории возникновения жизни на Земле; 2) Рассмотреть условия возникновения жизни на Земле; 3) Изучить особенности состава и строения живых организмов; Методологическая и информационная база. Информационную базу исследования составили учебно-методические пособия по естествознанию таких авторов, как Г.В. Войткевич, В.А.Розанов, А.П.Садохин, Е.Н. Френкель и других авторов. Структура работы: работа состоит из введения, 2 глав, заключения, списка использованных источников и литературы, включающего 28 наименований. Курсовая работа изложена на 27 страницах, проиллюстрирована 2 рисунками. 6 1. ТЕОРИИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЖИЗНИ Происхождение жизни на Земле - один из наиболее трудных и в то же время актуальных и интересных вопросов в современном естествознании. Вопрос об происхождении жизни на Земле с незапамятных времен волнует людей, и очень жаль, что он ещѐ далѐк от разрешения. На протяжении веков менялись взгляды на эту проблему, выдвигались разнообразные гипотезы и теории. Бывали и абсурдные теории, но некоторые из них получили широкое распространение и доминировали в те или иные периоды развития естествознания. К такого рода теориям возникновения жизни относят: 1)Теория креационизма, которая утверждает, что жизнь создана сверхъестественным существом в результате акта творения. 2)Теория стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда. 3) Теория панспермии, утверждающая, что жизнь занесена на Землю из космоса. 4) Теория самопроизвольного зарождения жизни, основывающуюся на идее многократного возникновения жизни из неживого вещества. 5) Теория случайного однократного происхождения жизни. 6) Теория закономерного происхождения жизни путем биохимической эволюции. Теперь рассмотрим каждую из этих теорий возникновения жизни поподробней. 1.1 Теория креационизма Теория креационизма имеет самую длинную историю, так как практически во всех религиях возникновение жизни рассматривается как акт Божественного творения, свидетельством чего является наличие в живых организмах особой силы, которая управляет всеми биологическими процессами. Креационизм на сегодняшний день не является научной теорией, поскольку он не отвечает принципу фальсифицируемости, т. е. не может быть экспериментально опровергнут. 7 Внутри креационизма существует несколько направлений. Одним из них является теистический креационизм, который признаѐт эволюцию. Этот креационизм (который можно назвать умеренным) полагает, что Бог дал толчок развитию Вселенной, создав материю из ничего (Большой Взрыв) и снабдив еѐзаконами движения и развития. Дальнейшее развитие шло по этим законам, но уже без вмешательства Творца. 1 Более радикальным направлением является буквалистский креационизм, основанный на толковании библейского описания акта творения. При этом одно из направлений настаивает на буквальном толковании библейских текстов (мир был создан за 6 дней около 7500 лет тому назад). Представители второго направления считают, что понятие «6 дней творения» следует воспринимать метафорически, понимая под «днями» миллионы или миллиарды лет. Одним из направлений является «научный креационизм», сторонники которого изучают Библию «с естественнонаучных позиций», стремясь найти в рамках современного естествознания объяснение или подтверждение библейского акта творения. 2 Это создаѐт мнимое ощущение, что науку и религию в данном вопросе можно примирить. Религиозные взгляды просто маскируются под научные за счѐт наукообразия терминологии Питательной средой для креационизма является сложность био- логических систем. Чаще всего высказываются взгляды следующего содержания: чемглубже мы проникаем в тонкости молекулярного устройства живого, тем труднее себе представить, что вся наблюдаемая внутренне целесообразная картина могла возникнуть случайным образом, следовательно, имеет место некий «разумный замысел». Много спекуляций возникает вокруг имеющихся недостатков теорий эволюции, сохраняющихся противоречий и трудностей объективного доказательства эволюционного процесса. Одной из излюбленных тем креационистов является доказательство теории Всемирного потопа в связи с нестыковками в геохронологии и трудностями оценки возраста отложений и напластований. 3 1 Теория креационизма [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС]. - Режим доступа: http://glazastik.com/ 2 Розанов В.А. «Биология человека и основы генетики: Учебное пособие для студентов-психологов». - Изд. 2-е, исправл.и дополн. - Одесса: ВМВ, 2012.C. 235. 3 Теория креационизма [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС]. - Режим доступа: http://glazastik.com/ 8 Рисунок –1.1 Теория креационизма 4 1.2Теории стационарного состояния и панспермии Сущность предложенного состоит в том, что не было никакого возникновения жизни. Жизнь была всегда, и Земля была всегда, и Вселенная была всегда. Причем все сразу и в стационарном, неизменном виде. Не было никакого развития, изменения условий, происхождения одних видов живых организмов от других, эволюционных форм, усложнения. Словом - никакого движения. Все вечно и незыблемо, так было, так есть и так будет всегда. Таково свойство самой жизни - стабильность. 4 Теория Креационизма [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС].- Режим доступа:http://alefsia.ru/ 9 Сторонники стационарной теории жизни убеждены, что исчезновения видов, о котором свидетельствуют находки палеонтологов, не происходит. Тот факт, что ископаемые останки тех или иных животных вдруг исчезают в отложениях определенного геологического периода, говорит, по их мнению, лишь о том, что просто уменьшилась (или увеличилась, в случае внезапного появления) численность особей данного биологического вида. Или произошла миграция в районы, более комфортные для существования вида, но не способствующие сохранности останков. 5 И самый любимый, в этом отношении, для сторонников этернизма пример – латимерия. Кистеперая рыба, которая считалась вымершей в конце мелового периода, была неожиданно поймана в районе Мадагаскара. И это не единственный пример, когда организмы прошлых геологических эпох вдруг обнаруживаются в укромных уголках нашей планеты, в каких- то экологических "кладовках", планетных "заказниках". Туатара - ящерица, не претерпевшая никаких изменений за миллионы лет своего существования. Землеройка солендон, тоже оставшаяся неизменной зазначительный временной промежуток. Еще один примечательный случай. Биологи и палеонтологи считают ископаемое археоптерикс переходной формой от рептилий к птицам. Но в 1977 году в Америке, в штате Колорадо, обнаружили окаменелые останки птиц, возраст которых был сопоставим и даже превышал возраст останков археоптерикса. Следовательно, последний не может являться переходнойформой, это отдельно стоящий субъект. В последнее время мы часто слышим о существовании ископаемых животных в глубоководных водоемах. Или втруднодоступных районах высокогорья, тайги, на малообжитых участках планеты - реликтовые гоминиды. Причем, местные жители живут с ними бок о бок с глубокой древности, умеют сосуществовать и уж точно не относят их к мистическим или сказочным персонажам. Идея неизменности биологических видов Земли сближает теорию этернизма с креационистской, сторонники которой тоже считают жизнь неизменной с момента ее создания Творцом. По крайней мере, с ее ортодоксальным крылом. 6 Как бы то ни было, теория стационарного состояния жизни, собственно, возникновения этой самой жизни и не объясняет. Просто объявляется о вечном и неизменном существовании всего и всегда впредь. А значит она не может считаться весомой теорией. Как особое мнение или размышление на заданную 5 Павлов В.Б. «День рождения Луны» В.Б.Павлов. Казань.: Типография ООО «Печатный двор», 2013. C. 112. 6 Теория стационарного состояния [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС]. - Режим доступа: https://oaogpk.ru/ 10 тему она интересна, но внести конструктивный вклад в продвижение по пути поиска истоков жизни вряд ли сможет. Теория панспермии не предполагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни, а выдвигает идею о еѐ внеземном происхождении. Поэтому еѐ нельзя считать теорией возникновения жизни как таковой; она просто переносит проблему в какое-то другое место во Вселенной. Эта теория утверждает, что жизнь могла возникнуть один или несколько раз в разное время и в разных частях Галактики или Вселенной. Для обоснования этой теории используется многократные появления НЛО («неопознанный летающий объект»), наскальные изображения предметов, похожих на ракеты и «космонавтов», а также сообщения якобы о встречах с инопланетянами. 7 Ярым сторонником этой теории был немецкий учѐный Г. Рихтер (1865 г). Согласно Рихтеру, жизнь на Земле не возникала из неорганических веществ, а была занесена с других планет. В связи с этим, естественно возникал вопрос о том, насколько возможно такое перенесение жизни с одной планеты на другую через огромные пространства, их разделяющие. Вопрос сводился к двум основным пунктам: при помощи каких сил может происходить перенос зародышей жизни с одной планеты на другую и могут ли эти зародыши сохранить жизнеспособность во время путешествия по космическому пространству. В теории панспермии существует два утверждения. Первое: жизнь всегда существовала, она тесно связана с материей. Второе: микроорганизменные споры могут, а также должны переноситься посредством космического пространства. 1.3Теория самопроизвольного зарождения жизни Теория самопроизвольного зарождения жизни долгое время была единственной альтернативой креационизму. Считалось, что все низшие организмы появляются путѐм самозарождения. Ученые средневековья считали, что в гниющих отходах зарождаются черви и мухи, в старом тряпье — мыши, на подводных камнях и днищах кораблей — моллюски. Однако начиная с 17 века стали накапливаться данные против такого понимания происхождения жизни. Первым усомнился итальянец ФранческоРеди (1626-1698), заявивший, что всякий живой организм происходит только от другого живого организма. Реди доказал, что личинки мух не заведутся в тухлом мясе, если мясо накрыть тряпочкой, сделав его 7 Теория панспермии [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС]. Режим доступа: http://www.discoverbiology.ru/ 11 недоступным для взрослых мух. Публика согласилась с Реди, что такие сложные животные, как мухи и мыши, могут рождаться только от соответствующих родителей. Но вот простые одноклеточные организмы — они-то, несомненно, порождаются грязной водой, гниющими отходами и тому подобным. Эта концепция просуществовала в общественном сознании около ста лет, а затем ученый монах ЛадзароСпалланцани, воодушевленный открытиями Левенгука, обнаружил, что микробы тоже размножаются — делятся пополам, давая начало таким же микроорганизмам. Мало того, когда он кипятил бульон и плотно закрывал его крышкой, никаких микробов там не появлялось 8 Стало ясно, что микробы, как и обычные живые существа, размножаются, дают потомство, а вовсе не самозарождаются. Однако многие ученые считали, что для зарождения жизни необходима "жизненная сила". Она не может проникнуть в закрытую банку, именно потому там и не появляются микробы. Луи Пастер в 1865 году хитроумным экспериментом сумел доказать, что никакой жизненной силы нет. Этот опыт, показанный в парижской Академии наук во время знаменитого диспута с Пуше, вошел в школьные учебники всех стран. Пастер предложил не запаивать наглухо прокипяченный бульон, а оставить в стеклянной колбе тонкий, дважды изогнутый открытый носик. Если жизненная сила есть, то даже узкий извилистый проход не помешает ей проникнуть в колбу и породить микробов. Если же такой силы нет, то микробы из воздуха будут оседать на изгибах стеклянного носика, и бульон останется стерильным. Оппонент Пастера Феликс Пуше утверждал, что в колбе с тонким изогнутым носиком в питательном бульоне микробы все равно появятся. И это означало бы присутствие жизненной силы. Пуше на тот эпохальный диспут не явился. И академики, разумеется, признали поражение Пуше и победу Пастера. Ведь если один из спорщиков не пришел на суд научной общественности, значит, он сам признал свою неправоту.Таким образом, ученый мир удостоверился, что живое порождается только живым. Результат диспута удовлетворил всех, кроме... самого Пастера. Дело в том, что в хитроумных пастеровских колбах, как ни кипяти питательную среду, какими узкими ни делай изогнутые носики, микробы все-таки появлялись. Не должны были появляться, неоткуда им было взяться, но появлялись, и сам Пастер об этом знал. Хотя появление микроорганизмов в кипяченом бульоне противоречило его обширному опыту и здравому смыслу. Во время диспута Пастер не признался в своих сомнениях, но в течение следующих лет пытался 8 Марков А.В. «Рождение сложности» М.: Астрель: Corpus, 2010. С. 240. 12 эту загадку разрешить. И разрешил. Оказалось, что дело тут в специфике того микроба, с которым работал Пуше. Это была сенная палочка, споры которой погибают только при температуре 120°С. Кипячением эти споры не уничтожаются, и для того, чтобы все же доказать самому себе победу в том давнем диспуте, Пастеру пришлось изобрести автоклав, аппарат для стерилизации при больших давлениях и температурах. Так что, можно сказать, результатом того исторического спора оказалось не только доказательство отсутствия жизненной силы, но и изобретение автоклава. 9 О пользе первого можно спорить, а вот автоклавом люди пользуются до сих пор. 1.4Теория случайного однократного происхождения жизни Суть ее заключается в гипотезе о случайном характере возникновения на Земле первичной живой молекулы, которая появилась лишь раз за все время существования нашей планеты. В силу этого обстоятельства экспериментальную проверку данной гипотезы провести невозможно. Эта гипотеза получила широкое распространение среди генетиков в связи с открытием роли ДНК в явлениях наследственности. Г. Меллер развивал мысль, что чисто случайно на Земле возникла единичная «живая генная молекула», обладающая внутримолекулярным жизнеопределяющим строением, которое она пронесла неизменным через все развитие земной жизни. Долгое время моделью такой «живой молекулы» считали частицу нуклеопротеида вируса табачной мозаики. Но сейчас стало очевидным, что вирусы нельзя рассматривать как промежуточный этап на пути возникновения жизни. Дело в том, что вирусы являются организмами, паразитирующими на других живых организмах, внутри которых они только и могут жить. Поэтому вначале должна была возникнуть жизнь, а потом вирусы. 10 Тем не менее, идея случайного возникновения ДНК до сих пор широко распространена, хотя вероятность такого события очень мала. И при всей своей внешней наукообразности эта концепция по степени доказательности мало отличается от концепции креационизма. 1.5Теория закономерного происхождения жизни путем биохимической эволюции 9 Марков А.В. «Рождение сложности» М.: Астрель: Corpus, 2010.С.56. 10 Теория случайного однократного происхождения жизни [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС]. Режим доступа: http://www.timebiology.ru/. 13 Теория А.И. Опарина. Одним из главных препятствий, стоявших в начале 20 века на пути решения проблемы возникновения жизни, было господствовавшее тогда в науке и основанное на повседневном опыте убеждение, что между органическими и неорганическими соединениями не существует никакой взаимосвязи. Считалось, что природа неорганических веществ совершенно иная, поэтому возникновение даже простейших организмов из неорганических веществ совершенно невозможно. Однако после того, как из обычных химических элементов было синтезировано первое органическое соединение, представление об отсутствии связи между органическими и неорганическими веществами оказалось несостоятельным. В результате этого открытия возникли органическая химия, изучающие химические процессы в живых организмах. 11 Кроме того, данное научное открытие позволило создать концепцию биохимической эволюции, согласно которой жизнь на Земле возникла в результате спонтанных физических и химических процессов. Исходную основу этой гипотезы составили данные о сходстве веществ, входящих в состав растений, животных, о возможности в лабораторных условиях синтезировать органические вещества, составляющие белок. Эти открытия легли в основу теории А.И. Опарина, опубликованной в 1924 г в книге «Происхождение жизни», в которой была изложена принципиально новая гипотеза о происхождении жизни, суть которой сводилась к следующему: зарождение жизни на Земле — длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой. Произошло это путем химической эволюции, в результате которой простейшие органические вещества образовались из неорганических под влиянием сильнодействующих физико-химических факторов. 11 Теория закономерного происхождения жизни путем биохимической эволюции [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС]. Режим доступа: http://www.lifebiology.ru/. 14 Рисунок – 1.2 Схема биохимической эволюции по А.И. Опарину 12 12 Схема биохимической эволюции по А.И. Опарину [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС]. - Режим доступа: http://wsyakayawsyachina.narod.ru/ 15 2. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ Современная наука выдвигает некоторые теории, отвечающие на вопросы о том, как, когда и в какой форме появилась жизнь на Земле. Открытия в области биологии, быстрое развитие ее вызвали огромный переворот в интеллектуальной жизни того времени и имели далеко идущие последствия для изучения жизни на Земле в прошлом и настоящем. История жизни и история Земли неотделимы друг от друга, так как именно в процессах развития нашей планеты закладывались условия, необходимые для появления и развития жизни. Для этого требуются определенные физические и химические условия. 2.1 Условия возникновения жизни на Земле Прежде всего, жизнь может существовать в достаточно узком диапазоне температур, давлений, радиации. Также для появления жизни на Земле нужны были материальные основы: химические элементы-органогены и в первую очередь углерод, так как именно он лежит в основе жизни. Наряду с углеродом требуются кислород, водород и азот. Все эти элементы живого принадлежат к наиболее устойчивым и распространенным химическим элементам. Они легко соединяются между собой, вступают в реакции и обладают малым атомным весом. Огромную роль в появлении и функционировании живых организмов играет вода, которая выступает не только средой, но и обязательным участником всех биохимических процессов. Вода обеспечивает метаболизм клетки, терморегуляцию организмов. Кроме того, водная среда как уникальная по своим упругим свойствам структура позволяет всем определяющим жизнь молекулам реализовать свою пространственную организацию. 13 Сегодня уже не вызывает сомнений тот факт, что В.И. Вернадский, предположивший, что жизнь сразу возникла в виде примитивной биосферы, был прав.Только разнообразие видов живых организмов могло обеспечить выполнение всех функций живого вещества в биосфере. Жизнь не просто существует в окружающей ее среде, но активно эту среду формирует, преобразуя ее «под себя». Весь облик современной Земли — результат действия живого вещества. 13 Садохин А.П. «Концепции современного естествознания: учебное пособие» - 3-е изд. - М.: Издательство "Омега-Л", 2008 –С.143 16 Эти данные позволили Вернадскому утверждать, что с самого начала биосферы входящая в нее жизнь должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, так как биогеохимические функции жизни в силу своего разнообразия и сложности не могут быть связаны только с какой-то одной формой жизни. Таким образом, первичная биосфера изначально была представлена богатым функциональным разнообразием. Поскольку организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте, первое появление жизни должно было произойти не в виде какого-то одного вида организмов, а их совокупности. Иными словами, сразу должны были появиться первичные биоценозы. Состояли они из простейших одноклеточныхорганизмов, так как все ее исключения функции живого вещества в биосфере могут быть выполнены ими. 14 2.2 Формирование и развитие биосферы Земли Как было отмечено выше, жизнь на Земле первоначально появилась в форме примитивной биосферы. Соответственно, присутствие жизни на планете стало коренным образом преображать окружающую среду. Ведь два важнейших компонента биосферы — живое вещество и среда их обитания — непрерывно взаимодействуют между собой и находятся в тесном, органическом единстве, образуя целостную динамическую систему. Развитие биосферы Земли можно рассматривать как последовательную смену трех этапов: восстановительного, слабоокислительного и окислительного. Восстановительный этап развития биосферы. Как считают многие ученые, этот этап начался еще в космических условиях и завершился появлением на Земле гетеротрофной биосферы. В данный период появились малые сферические анаэробы и прокариоты. Физиологические процессы этих организмов основывались не на кислородном окислении, а на дрожжевом брожении. Изначально в атмосфере Земли присутствовали лишь следы свободного кислорода. Производство свободного кислорода было начато первыми организмами. Но произведенный кислород пока приводил лишь к окислительным процессам на земной поверхности и в океане. 15 Поскольку первые организмы были гетеротрофами, они нуждались в питании. Пищей для них стали ранее накопленные органические соединения, 14 Барг О.А. Живое в едином мировом процессе. Пермь, Изд-во Перм. ун-та, 1993. — С.184. 15 Формирование и развитие биосферы [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС]. Режим доступа: http://www.lifebiology.ru/ 17 растворенные в одах первичного океана. Но жизнь нуждалась в дополнительных источниках энергии. Поэтому на ранних стадиях эволюции жизни она активно использовала различного рода радиацию. Длительность существования восстановительной биосферы в геологических масштабах была невелика. Причина этого заключалась в том, что первичные гетеротрофные организмы быстро размножались и довольно быстро исчерпали свою питательную базу. 16 Слабоокислительный этап. Второй этап в развитии биосферы нашей планеты связан с появлением фотосинтеза. Новый способ питания был основан на том, что некоторые простые соединения обладают способностью поглощать свет, если в их составе есть атом магния. Уловленная таким способом световая энергия может быть использована для усиления реакций обмена, для образования органических соединений, которые при необходимости могут расщепляться с высвобождением энергии. Данный способ питания способствовал быстрому расселению организмов нового типа у поверхности водоемов. Они оттеснили первичные гетеротрофные организмы, оказавшись более приспособленными к борьбе за существование. Первыми автотрофными организмами, очевидно, были цианеи, а затем зеленые водоросли. Останки их находят в породах архейского возраста (около 3 млрд. лет назад). В то время, очевидно, существовало множество видов водорослей, как свободно плавающих в воде, так и прикрепленных ко дну. Хотя свободный кислород и был ядом для первичных аэробов, не все они погибли. Некоторые остались жить в болотах, где не было свободного кислорода. Некоторые же первичные организмы смогли приспособиться к кислородной атмосфере. 17 Параллельно с этим шел процесс формирования эукариотов. Прокариоты, простые, выносливые и практически бессмертные организмы уступали место смертным эукариотам, так как нужна была не генетическая гибкость, а генетическая стабильность. Эти процессы составили содержание второго этапа в истории биосферы Земли, занявшего почти половину всей геологической истории планеты. Дело в том, что, хотя свободный кислород и появлялся в значительных количествах, но он шел не в атмосферу, а на окисление железа, сернистых соединений и других 16 Войткевич Г.В. «Рождение Земли. : учебное пособие для учащихся школ, лицеев, колледжей», Ростов-на- Дону: Феникс, 1996 –С.348. 17 Аллен Р.Д. «Наука о жизни» – М.:Просвещение, 1981 – С.79. 18 металлов. Только после освобождения океана от железа и других металлов, концентрация кислорода в атмосфере стала резко возрастать. 18 Окислительный этап. Начиная с этого времени развивается фотоавтотрофная биосфера Земли и количество кислорода в атмосфере резко повышается. Благодаря фотосинтезу концентрация кислорода в атмосфере возрастала, и его уже стало хватать для процессов дыхания. Тогда же в океане появились первые многоклеточные организмы. Около 400 млн. лет назад, когда концентрация свободного кислорода в атмосфере достигла 10%, возник озоновый экран, предохраняющий живое вещество от жесткого излучения, и жизнь вышла из моря на сушу. Как только это случилось, резко возросла интенсивность реакций фотосинтеза, а следовательно, и поступление кислорода в атмосферу. Всего за 100 млн. лет концентрация кислорода достигла современного значения в 21%. После этого состав атмосферы практически не менялся до наших дней. 19 После выхода жизни из океана на сушу произошло резкое увеличение массы живого вещества. Одновременно жизнь проникала все глубже в океан, осваивая все большие глубины. Наземные растения положили начало образованию угля, нефти, газа, горючих сланцев. Стал меняться биогеохимических круговорот элементов. При этом снижалась роль основных пород, и в земной коре вместо магния, кальция, железа стали большую роль играть кремний, натрий, алюминий, калий. Также благодаря деятельности живых организмов резко возрос круговорот кислорода и углекислого газа. Эти процессы, а также постепенное снижение уровня радиации стимулировали и ускоряли усложнение живого вещества, вели к появлению новых, болеевысокоорганизованных видов. 20 2.3 Появление растений и животных В процессе формирования биосферы эукариоты еще в протерозое разделились на растительные и животные клетки. Как считают большинство биологов, их следует различать по структуре клеток и их способности к росту, способу питания, способности к движению. При этом отнесение живого 18 Подчиненкова Д.П., Алексеева М.В., Тюрина С.Г., Френкель Е.Э. Происхождение и сущность жизни. История проблемы // VII Международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум 2015» [ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС]. Режим доступа: https://www.scienceforum.ru/2015/1382/21897. 19 Руперт Мэтьюс «Как начиналась жизнь». Из серии книг «Что было до нашей эры». Волгоград: «Книга», 1992. –C. 135. 20 Вернадский В.И. «Живое вещество» М.: Наука, 1978. – С.275. 19 существа к одному из этих царств нужно проводить не по каждому отдельному основанию, а по совокупности всех трех признаков. Это связано с тем, что между растениями и животными существуют переходные типы, обладающие свойствами как растений, так и животных. Так, например, кораллы, моллюски, речные губки всю жизнь остаются неподвижными как растения, но по другим признакам их причисляют к животным. Существуют насекомоядные растения, которых по способу питания причисляют к животным. Есть также живые организмы, которые питаются как растения, а двигаются как животные. В настоящее время на Земле насчитывается 500 тыс. видов растений и 1,5 млн видов животных, в том числе позвоночных — 70 тыс., птиц — 16 тыс., млекопитающих — 12 540 видов. 21 2.3.1Эволюция растений и животных Самыми первыми растениями на планете были одноклеточные водоросли разных типов. Они пришли на смену безраздельно господствовавшим до этого сине-зеленым водорослям и бактериям, относящимся к прокариотам. На водорослях впервые природа опробовала половое размножение, представляющее собой слияние ДНК двух индивидов с последующим перераспределением генетического материала. При этом потомство получается похожим на своих родителей, но не идентичным им. Это событие произошло около 900 млн лет назад. Затем, 700—800 млн лет назад, появились первые многоклеточные организмы, также относящиеся к водорослям — обширной группе низших водных растений, содержащих хлорофилл и вырабатывающих органические вещества путем фотосинтеза. Именно на эти водоросли приходится наиболее длительный этап в развитии зеленых растений. Они же сыграли роль гигантского генератора свободного кислорода в атмосфере Земли. 22 Событием огромной важности стал выход растений из моря на сушу, совершившийся около 400 млн лет назад. Этот факт стал, в свою очередь, предпосылкой для выхода туда животных. Считается, что еще ранее на суше появлялись локальные участки жизни — на побережьях мелководных заливов и лагун, в местах, где вода могла периодически отступать, оставляя растения. Именно так появились растения, нижняя часть которых находилась в воде, а верхняя — в воздухе, под прямыми 21 Фолсом К.Э. «Происхождение жизни». Пер. с англ. Кирпотина Д. В.; Под ред. и с предисл. Г. А. Деборина. — М.: Мир, 1982. –С.110. 22 Шпинар З.В. История жизни на Земле / З.В. Шпинар. – М.: Артия, 1977. – С.158. 20 лучами Солнца. Затем растения смогли развить корневую систему, позволявшую использовать грунтовые воды. 23 В новых условиях фотосинтез становился более совершенным, так как солнечная энергия не поглощалась водой. Чтобы защититься от высыхания, растениям пришлось сформировать восковидную водонепроницаемую оболочку. Кроме того, произошла перестройка организмов, в них появились новые органы и ткани, изменялись способы размножения, распространения и т.д. Таким образом в растительных организмах появились корень, стебель, лист, проводящие системы, покровные ткани. 24 Первыми на сушу вышли псилофиты — споровые растения, похожие на плауны. У них еще не было корней и почти не было листьев. В основном они состояли из длинных ветвящихся зеленых стеблей. Псилофиты покрывали влажную почву суши зелеными коврами. Затем появились мхи и папоротники. Они добавили значительное количество кислорода в атмосферу, создали большое количество пищевых веществ, необходимых для возникновения и развития сухопутных позвоночных животных. В это же время (400—230 млн лет назад) накапливалось огромное количество каменного угля. Тогда же появилось множество голосеменных растений. С этого момента поверхность материков стала приобретать современный облик. В мезозое (около 200 млн лет назад) широко распространялись хвойные, цикадовые растения, а в меловой период (около 100 млн лет назад) появлялись цветковые растения. Среди них — бук, ива, береза, платан, лавр, магнолия. Они стали той основой, на которой произошел расцвет насекомых, играющих значительную роль в опылении растений. После этого лиственные леса стали сосуществовать с появившимися ранее хвойными, давшими, в свою очередь, приют папоротникам, боящимся открытого солнца. В современном растительном мире наряду с высокоорганизованными растениями сохранились представители более ранних эпох, которых можно назвать «живыми ископаемыми». Животная клетка в отличие от растительной клетки имеет эластичную оболочку и поэтому не теряет способности к передвижению. Таким образом, животные клетки имеют возможность сами искать себе пищу. Их эволюция шла в направлении совершенствования способов передвижения и способов поглощения и выделения крупных частиц через оболочку. Сначала пищей служили крупные органические фрагменты, затем — куски мертвой ткани. 23 Руперт Мэтьюс «Как начиналась жизнь». Из серии книг «Что было до нашей эры». Волгоград: «Книга», 1992. – C. 145 24 Марков А.В. «Рождение сложности» М.: Астрель: Corpus, 2010. –С.213. 21 Наконец, животные клетки стали поглощать и переваривать целые клетки, что свойственно хищникам. Их появление резко интенсифицировало естественный отбор. 25 Первые примитивные представители животного царства ведут свое начало от одноклеточных простейших организмов, отделившихся от общего ствола с растениями. К сожалению, о них почти ничего нельзя сказать, так как их следы практически не сохранились. Судя по всему, простейшие организмы имели общие признаки с одноклеточными зелеными водорослями. Подобные организмы (радиолярии) и сегодня составляют значительную часть планктона морей и океанов. Возникновение животной клетки было связано с переходом к гетеротрофному способу питания. Но он шел постепенно, поэтому существовали и продолжают существовать переходные формы между растениями и животными. Среди них — жгутиконосцы, которые как животные обладают жгутиками — органами передвижения, а как растения — автотрофным или смешанным способом питания.Например, и в наши дни существует эвглена зеленая, которая при хорошем освещении и наличии минеральных веществ в воде ведет себя как типичное растение. Но в темноте или в неблагоприятных условиях она теряет хлорофилл и начинает усваивать из раствора органические вещества как животное. Как и для растений, важнейшим этапом в эволюции животных стало появление многоклеточных организмов. Скорее всего, этот шаг был сделан с помощью колоний, в которые объединялись некоторые одноклеточные организмы. Вначале все клетки в таких колониях были одинаковыми, но затем началось их разделение и дифференциация в соответствии с выполненными функциями. 26 Дальнейшая эволюция многоклеточных организмов шла в направлении совершенствования способов их передвижения, дыхания, лучшей координации деятельности клеток и т.д. На следующую ступень в своем развитии животное царство поднялось с появлением твердых частей тела — раковин и внутреннего скелета. Скелет служил опорой организмам, способствовал увеличению их размеров, делал их более прочными, защищая от физических повреждений.Также он мог служить защитой от хищников, которые появились около 450 млн лет назад. Около 500 млн лет назад появились первые позвоночные — наиболее высокоорганизованная, обширная и разнообразная группа животных (рыбы, 25Войткевич Г.В. «Рождение Земли. : учебное пособие для учащихся школ, лицеев, колледжей», Ростов-на- Дону: Феникс, 1996 – С.415. 26 Аллен Р.Д. «Наука о жизни» – М.:Просвещение, 1981 – С.207. 22 земноводные, пресмыкающиеся и млекопитающие).Первые позвоночные зародились в воде — это были рыбы. Современные рыбы делятся на два больших класса — хрящевых и костистых. К хрящевым относятся акулы и скаты. Некоторые виды акул произошли еще в девоне, около 400 млн лет назад, и с тех пор не менялись. Костистых рыб сегодня большинство, они преобладают в современных водоемах. У них есть плавательный пузырь, регулирующий глубины их погружения. Следующий шаг в эволюции животных был вызван появлением двоякодышащих рыб, живших в периодически высыхавших водоемах. Легкие помогали им выжить в периоды засухи. В наши дни сохранилось лишь три вида таких рыб. Некоторые пресноводные двоякодышащие рыбы дали начало земноводным, которые могут удаляться далеко от природных водоемов, но для размножения они должны возвращаться в воду. Это произошло в девоне. Тогда же, очевидно, появились первые насекомые. У них роль каркаса играл не внутренний скелет, а наружная хитиновая оболочка. Кроме того, насекомые обладают сложной нервной системой с большим количеством относительно самостоятельных нервных центров. В их жизни большую роль играют врожденные реакции (у позвоночных идет развитие головного мозга, что дает возможность преобладания условных рефлексов над безусловными). Предки насекомых, пауков и скорпионов вышли на сушу сразу вслед за растениями Выход жизни на сушу был связан с серьезнейшими изменениями ее форм, ведь на суше вес тел больше, чем в воде, в воздухе не содержится питательных веществ, которые есть в воде в растворенном виде. Кроме того, воздух иначе пропускает свети звук, а концентрация кислорода в нем выше, чем в воде. Таким образом, жизнь должна была приспособиться к новым условиям, выработав соответствующие приспособления. Первыми, полностью приспособившимися к условиям суши позвоночными, стали рептилии. Их яйца были покрыты твердой скорлупой, не боялись высыхания, были снабжены пищей и кислородом для эмбриона.Первые рептилии походили на небольших ящериц. Они начали активное завоевание суши в карбоне (350—285 млн лет назад). В следующем, пермском периоде (285— 230 млн лет назад) они полностью преобладали на суше. 27 Мезозойская эра (230—67 млн лет назад) также проходила под властью рептилий, в числе которых были как хищники, так и травоядные. Среди них в триасовом периоде (230—195 млн лет назад) появились динозавры, размеры 27 Войткевич Г.В. «Рождение Земли: учебное пособие для учащихся школ, лицеев, колледжей», Ростов-на- Дону: Феникс, 1996.С.416. 23 которых сильно варьировались от мелких животных величиной с кошку до 30- метровых гигантов, весивших 40— 50 т. Они жили на суше (тираннозавры, игуанодоны, стегозавры, трицератопсы и др.), в воде (бронтозавры, диплодоки, ихтиозавры, плезиозавры), в воздухе (птерозавры, птеродактили). В юрском периоде (195—137 млн лет назад) от одной из ветвей рептилий появились птицы, которых Т. Гекели в силу их родства с рептилиями назвал «взлетевшими рептилиями». Птицы, как и рептилии, несут яйца, но в меньших количествах, они заботятся о своем потомстве, у них постоянная высокая температура тела. Переходной формой между рептилиями и птицами стал археоптерикс. В конце мелового периода (67 млн лет назад) произошло массовое вымирание мезозойских рептилий. Причина этого до сих пор не ясна, хотя существуют многочисленные версии, среди которых возможное падение гигантского метеорита, вызвавшее глобальное похолодание и изменение климата. В новых условиях преимущество в естественном отборе получили птицы, а также млекопитающие, возникшие еще в триасовом периоде. Но в те времена они были небольшими, преимущественно насекомоядными животными. Лишь в кайнозойскую эру начался период их господства на Земле. Это было связано с тем, что в условиях похолодания важнейшим условием выживания стала теплокровность, обеспечившая постоянно высокую температуру тела и постоянство внутренней среды организма. Поскольку млекопитающие являются живородящими животными и вскармливают своих детенышей молоком, это обеспечивает лучшую сохранность молодняка и возможность размножения в разнообразных условиях. Кроме того, у них развитая нервная система, способная обеспечить разнообразные формы приспособления к окружающей среде. Первые насекомоядные млекопитающие дали начало плацентарным и сумчатым млекопитающим, которые развивались одновременно. В первой половине кайнозоя господствовали сумчатые. Но позже, в неогеновом периоде (27—3 млн лет назад), они были вытеснены более высокоорганизованными плацентарными млекопитающими. Поэтому в наши дни сумчатые сохранились лишь в Австралии, Новой Гвинее и Южной Америке. Среди плацентарных млекопитающих были китообразные и грызуны, летучие мыши, приматы и т.д. Существовавшие в те времена хищнокопытные разделились, образовав хищников и копытных животных. Во второй половине кайнозоя плацентарные млекопитающие стали господствующей группой животных на Земле. Эволюция млекопитающих проходила в течение всей кайнозойской эры. Большую роль в этом сыграло разделение континентов, что привело к обособлению животных и формированию частично изолированных 24 зоогеографических областей, в которых до сих пор сохранились некоторые реликтовые животные. Так, в эпоху господства сумчатых отделилась Австралия, сохранившая представителей этих животных до наших дней. В отделившейся позже Южной Америке сохранились реликты начала кайнозойской эры, среди которых существовали опоссумы, броненосцы и ленивцы. Важнейшим этапом в эволюции жизни на Земле стало появление отряда приматов, предки которых были известны с мелового периода. Они походили на современных лемуров. Около 80 млн лет назад возникли приматы, обитавшие на деревьях. В палеогене (67—27 млн лет назад) приматы разделились на низших и человекообразных обезьян. Те, в свою очередь, дали начало непосредственным предкам человека. 28 Таким образом, постепенно в кайнозое сформировались предпосылки, необходимые для появления человека. Среди них — стадный образ жизни, который вели некоторые млекопитающие. Он сформировал привычку будущего социального общения, проходившего без потери индивидуальности членов этого коллектива. Это был важнейший шаг вперед по сравнению с насекомыми, которые тоже жили большими коллективами, но при этом полностью теряли свою индивидуальность. Следующий шаг жизнь на Земле сделала уже с появлением человека — разумного существа, обладающего способностью к целенаправленному изменению окружающего мира, созданию собственного искусственного мира культуры. 28 Садохин А.П. «Концепции современного естествознания: учебное пособие» - 3-е изд. - М.: Издательство "Омега-Л", 2008.С.305. 25 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Жизнь — одно из сложнейших явлений природы. Со времен глубокой древности она казалась таинственной и непознаваемой.Вопрос об происхождении жизни на Земле с незапамятных времен волнует людей, и очень жаль, что он ещѐ далѐк от разрешения. На протяжении веков менялись взгляды на эту проблему, выдвигались разнообразные гипотезы и теории. Бывали и абсурдные теории, но некоторые из них получили широкое распространение и доминировали в те или иные периоды развития естествознания. Вот почему по вопросам ее происхождения всегда шла острая борьба между материалистами и идеалистами. Приверженцы идеалистических взглядов считали (и считают) жизнь духовным, нематериальным началом, возникшим в результате божественного творения. Материалисты же, напротив, полагали, что жизнь на Земле могла возникнуть из неживой материи путем самозарождения или занесения из других миров, т.е. является порождением других живых организмов. По современным представлениям, жизнь — это процесс существования сложных систем, состоящих из больших органических молекул и неорганических веществ и способных самовоспроизводиться, саморазвиваться и поддерживать свое существование в результате обмена энергией и веществом с окружающей средой. Все современные гипотезы происхождения жизни и попытки ее моделирования «в пробирке» исходят из этих двух фундаментальных свойств живой материи. Экспериментально удалось установить основные этапы, по которым могла возникать жизнь на Земле: синтез простых органических соединений, синтез полимеров, близких к нуклеиновым кислотам и белкам, образование первичных живых организмов. Собственно, биологическая эволюция начинается с образования клеточной организации и в дальнейшем идет по пути совершенствования строения и функций клетки, образования многоклеточной организации, разделения живого на царства растений, животных, грибов с последующей их дифференциацией на виды. С накоплением человеком знаний об окружающем мире, развитием естествознания изменялись взгляды на происхождение жизни, выдвигались 26 новые гипотезы. Однако и сегодня вопрос о происхождении жизни еще окончательно не решен. Существует множество гипотез происхождения жизни.как ни была бы сомнительна любая из теорий о развитии жизни на земле, каждая теория имеет право на существование раз имеет сторонников. Но человечество не остановится на этом - оно будет искать единственно правильную теорию. Человечество поставило перед собой серьѐзную и интересную задачу, теперь появилась проблема на нее ответить. 27 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 1. Аллен Р.Д. Наука о жизни – М.:Просвещение, 1981 – 302с. 2. Барг О.А. Живое в едином мировом процессе. Пермь, Изд-во Перм. ун-та, 1993. –227 с. 3. Вернадский В.И. Живое веществоМ.: Наука, 1978. –363 с. 4. Войткевич Г.В. Рождение Земли: учебное пособие для учащихся школ, лицеев, колледжей, Ростов-на-Дону : Феникс, 1996 –476с. 5. Волков М.С. История Земли. Жизнь на Земле. / М.С. Волков. – М.: Прибой, 2007. –260 c. 6. Качоровский И.Б. Жизнь и работа на Земле и в небе / И.Б. Качоровский. –М.:Моркнига, 2010. –384 c. 7. Марков А.В. Рождение сложности М.: Астрель: Corpus, 2010. - 552 с 8. Павлов В.Б. День рождения Луны В.Б.Павлов. Казань.: Типография ООО Печатный двор, 2013. 212 с 9. Подчиненкова Д.П., Алексеева М.В., Тюрина С.Г., Френкель Е.Э. Происхождение и сущность жизни. История проблемы // VII Международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум 2015» [ ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС ]. Режим доступа: https://www.scienceforum.ru/2015/1382/21897 10. Рассел Джесси История жизни на Земле/ Джесси Рассел – М.: Книга по требованию, 2012. – 75 с. 11. Розанов В.А. Биология человека и основы генетики: Учебное пособие для студентов-психологов. - Изд. 2-е, исправл. и дополн. - Одесса: ВМВ, 2012. – 436 с. 12. РупертМэтьюс Как начиналась жизнь. Из серии книг «Что было до нашей эры». Волгоград: «Книга», 1992 год. – 250 с. 13. Садохин А.П. Концепции современного естествознания: учебное пособие - 3-е изд. - М.: Издательство "Омега-Л", 2008 – 383 с. 14. Схема биохимической эволюции по А.И. Опарину [ ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС ]. Режим доступа: http://wsyakayawsyachina.narod.ru/. 28 15. Теория закономерного происхождения жизни путем биохимической эволюции [ ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС ]. Режим доступа: http://www.lifebiology.ru/. 16. Теория креационизма [ ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС ]. Режим доступа: http://glazastik.com/. 17. Теория Креационизма [ ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС ]. Режим доступа:http://alefsia.ru/. 18. Теория панспермии [ ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС ]. Режим доступа: http://www.discoverbiology.ru/. 19. Теория стационарного состояния [ ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС ]. Режим доступа: https://oaogpk.ru/. 20. Теория случайного однократного происхождения жизни [ ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС ]. Режим доступа: http://www.timebiology.ru/. 21. Формирование и развитие биосферы [ ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕСУРС ]. Режим доступа: http://www.lifebiology.ru/ 22. Фолсом К.Э. Происхождение жизни. Пер. с англ. Кирпотина Д. В.; Под ред. и с предисл. Г. А. Деборина. – М.: Мир, 1982. – 160 с. 23. Френкель Е.Н. Концепции современного естествознания: физические, химические и биологические концепции : учеб. пособие. – Ростов н/Д: Феникс, 2014. – 246 с. 24. Шпинар З.В. История жизни на Земле / З.В. Шпинар. – М.: Артия, 1977. – 158 с. 25. Эттенборо Дэвид Жизнь на Земле / Дэвид Эттенборо. – М.: Мир, 1984. – 174с. |