Происхождение и развитие жизни на земле #58

Геологические эры

Палеонтология развивалась рука об руку с геохронологией, изучающей геологическую историю Земли. Изучая строение, условия возникновения и напластования осадочных пород и научившись определять их абсолютный возраст, ученые создали геохронологическую шкалу, разделив геологическую историю Земли на ряд периодов. Продолжительность этих периодов измеряется миллионами лет, все они разделены на 5 эр: архей, протерозой, палеозой, мезозой, кайнозой. Архей — самая древняя эра, а в кайнозое мы живем.

Происхождение Земли − Отцы основатели

Земля была сотворена по милости Божьей Матери, божественные аспекты которой разделились на группу «Вечных Одних», творцов (Великие Души). Кто-то из них создавал Солнце, кто-то – планеты. После завершения творения, Великая Душа создавшая Землю, фрагментировалась на Малые Души (Основателей), которые пребывают в 12 мерности, имеют личную индивидуальность и не входят в духовную иерархию космоса.

Отцы основатели способны беспрепятственно странствовать посредством мысли по просторам Вселенной. По собственному желанию они приобретают любые материальные формы, путешествуют во времени и параллельным измерениям. Основатели вырастили для себя планету, где они могут исследовать многообразие материальных форм, названную Лирой, считавшуюся колыбелью человеческого вида с райскими условиями существования (позже возрождённые на Земле).

Поэтому прародиной человечества считается созвездие Плеяд, планета Лира. Спустя сотни млн. лет после существования коренной лирианской расы методом генной инженерии, плеядеанцы воссоздали в земных условиях новое поколение древнего вида людей, которое отличалось от прародителей уровнем духовного развития, т. к. новый человек появился в 3 измерении, а его пращуры обитали в 12 мерности, находящейся в сфере Божественного Плана.

Создание человечества было вынужденным шагом в связи превращением Лиры около 1 млрд. лет назад в супер новую звезду, когда миграция лирианцев стала единственным путём спасения своего вида от погибели. Они сознательно пошли на этот выход из божественного благоволения, понизив частоту вибраций своих душ сразу на 5 пунктов — до 7 плотности, расселившись по 7 измерению. Недавно (10 млн. лет назад), продолжая экспериментировать, плеядеанцы постепенно обжили Землю.

Зарождение жизни

На заре своего существования Земля представляла собой раскаленный безжизненный шар, и только 3,5 млрд. лет назад она остыла настолько, что на ее поверхности образовалась твердая земная кора. Пары воды, содержавшиеся в первичной атмосфере, сконденсировались и стали выпадать в виде дождей, образовав древний океан, над которым возвышался единственный материк, впоследствии расколовшийся на части. В земной коре происходили постоянные изменения, сопровождавшиеся грандиозными климатическими колебаниями. Именно в океане появились первые живые организмы, напоминавшие бактерий, а потом и одноклеточные водоросли.

В древнейшей атмосфере Земли не было кислорода, однако водоросли были способны использовать энергию солнечного света для производства питательных веществ. При этом они выделяли кислород, который стал накапливаться в воздухе, создав условия для возникновения более сложно устроенных организмов.

Появление кислорода оказалось губительным для организмов, привыкших к бескислородной среде, так произошло первое на Земле вымирание. Прошло немало времени, прежде чем в океане появились первые многоклеточные организмы. Это были губки, медузы и организмы, напоминающие червей. Их остатки обнаружены в породах, возраст которых насчитывает около 600 млн. лет.

Развитие жизни на Земле было тесно связано с передвижением материков, которое влекло за собой изменения климата и уровня Мирового океана.

Французский ученый Жорж Кювье (1769—1832) — основоположник сравнительно-анатомического метода в биологии. Он применил его и к ископаемым остаткам, заложив основы палеонтологии. Согласно принципу последовательного напластования осадочных и вулканических пород, каждый нижележащий пласт старше вышележащего (если их последовательность не была нарушена). Сравнивая окаменелости из различных пластов осадочных пород, Кювье первым попытался выявить в геологической истории Земли ряд этапов с характерным для каждого из них составом животных и растений.

Развитие и сущность идей происхождения жизни на земле

Рассмотрим несколько теорий более подробно:

Идея самопроизвольного происхождения.

В античной науке все было предельно ясно и вопроса о происхождении жизни не возникало. Дело в том, что ученые допускали возможность зарождения живого из неживого. В этом состоит сущность теории самопроизвольного зарождения жизни. Даже Аристотель утверждал, что лягушки самозарождаются. Ученый-философ Платон, живший в 3 веке до н.э. не сомневался в том, что живые существа самозарождаются в процессе гниения, в почве. Идея была настолько убедительна, что без особых проблем просуществовала до средних веков.

Готовые работы на аналогичную тему

• Курсовая работа Возникновение жизни на Земле 400 руб.
• Реферат Возникновение жизни на Земле 240 руб.
• Контрольная работа Возникновение жизни на Земле 210 руб.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость
Идея происхождения жизни по принципу «живое – от живого».

В 17 веке ученые наконец взялись за ум, вследствие чего было проведено множество опытов, доказывающих несостоятельность теории самопроизвольного зарождения жизни. Так в опытах тосканского врача Франческо Реди, черви не зарождались на гниющем мясе сами по себе, для этого нужны были мухи. А в растворах, которые подвергли кипячению, не могли зарождаться микроорганизмы. В 60-х годах девятнадцатого века выдающийся ученый Луи Пастер окончательно расставил все точки над i и своими опытами доказал, что микроорганизмы, населяющие органические растворы начинают там размножаться только после того, как будет занесен зародыш. В стерильных же растворах жизни нет.

Идея космического происхождения жизни или панспермия.

Параллельно с опытами Пастера, немецкий ученый Г.Рихтер предположил, что жизнь на Землю могла быть занесена из космоса. По этой теории, зародыши первых форм жизни могли попасть на поверхность Земли вместе с метеоритами или космической пылью, после чего начали развиваться в благоприятных условиях, эволюционировали и дали начало всему живому на Земле. Эта теория быстро стала популярной, и широко обсуждалась в научных кругах. Сторонниками теории панспермии были такие ученые как Г. Гельмгольц, У Тoмпсoн. Однако, теория не получила научного обоснования: нельзя было объяснить каким образом микроорганизмы не погибли в пространстве космоса, подвергаемые ультрафиолетовому излучению.

Лень читать?

Задай вопрос специалистам и получи ответ уже через 15 минут!

Задать вопрос

Гипотеза А. И. Опарина.

В 1924 году была выпущена книга советского ученого А.И. Опарина, которая назвалась «Происхождение жизни». В книге был подробно рассмотрен и описан эксперимент, в котором Александр Иванович доказал, что органические вещества могут образовываться из неорганических абиогенным путем. При воздействии электрических разрядов, энергии тепла, ультрафиолетовых лучей, из газовых смесей, содержащих пары воды, аммиака и метана, образовывались органические вещества. По мнению автора, то же самое происходило и в первичной гидросфере Земли. Под влиянием схожих факторов, углероды эволюционировали, накопились в первичном бульоне гидросферы и способствовали образованию так называемых коацерватных каплей, которые в вою очередь по-разному реагировали на окружающую среду. Атмосфера тоже изменялась и со временем, из восстановительной, способствующей эволюции, перетекла в окислительную, какой она и является по сей день.

Замечание 1

Теория Опарина дала толчок изучению биохимической эволюции жизни, благодаря этой теории стало больше экспериментов, в которых моделируются процессы образования аминокислот и углеводородов.

Палеозой

Примерно 580-570 млн. лет назад начался кембрийский период, продолжавшийся 70 млн. лет. Наступила очень важная эпоха развития органической жизни, ознаменовавшаяся возникновением и развитием новых форм животных, имеющих скелет из соединений кальция и кремнезема. За сравнительно короткий период времени (около 100 млн. лет) появились представители большинства основных групп животных, известных современной науке (одноклеточные радиолярии и фораминиферы, брюхоногие моллюски, плеченогие, иглокожие и др.). Широко распространились трилобиты, которые стали предками всех нынешних членистоногих. Животные освоили морское дно и толщу воды, прибойную полосу океана.

Это был настоящий эволюционный взрыв, причины которого до сих пор непонятны. Многие возникшие виды буквально тут же вымерли, не сумев приспособиться к условиям обитания. В ордовикском и силурийском периодах жизнь становилась все более разнообразной. Широко распространились морские лилии, появились примитивные хордовые — предки позвоночных животных, а затем и первые рыбы, у которых жаберные дуги преобразовались в усаженную зубами пасть, а тело было покрыто мощным панцирем. К концу силура жизнь шагнула и на сушу — примитивные растения стали осваивать прибрежную полосу.

Девонский период был временем величайших катаклизмов и активного движения материков. В этот период толщу морей уже бороздили акулы и скаты, кистеперые и лучеперые рыбы. Настоящими хозяевами морей стали головоногие моллюски аммониты, тело которых было спрятано в спирально закрученную раковину, разделенную множеством перегородок. На суше распространились папоротники и плауновые, появились первые голосеменные растения, ее начали осваивать первые клещи, пауки, примитивные насекомые, а вслед за ними на сушу потянулись и первые земноводные.

В каменноугольном периоде (карбоне) поймы рек и заболоченные пространства покрывали настоящие леса, состоящие из гигантских плаунов, хвощей, древовидных папоротников и голосеменных растений. Очень разнообразны были насекомые, среди них появилось множество летающих форм. Карбон стал эпохой расцвета земноводных, среди которых были и мелкие насекомоядные животные, и хищники размером с крокодила. В пермском периоде хвойные растения заселили внутриматериковые области.

Пресмыкающиеся активно осваивали сушу, среди них были и мелкие виды, и огромные травоядные формы самого причудливого облика. А в лесах уже появились предки современных млекопитающих. Конец пермского периода ознаменовался грандиозными геологическими катаклизмами: сталкивались материки, появлялись горные хребты. Не все животные смогли приспособиться к быстро изменяющимся условиям, и около половины их семейств вымерло.

Абиогенез

Ниже в общих чертах описан предположительный сценарий происхождения жизни согласно теории абиогенеза.

Возраст Земли составляет около 4,5 млрд. лет. Жидкая вода на планете, так необходимая для жизни, по оценкам ученых появилась не ранее 4 млрд. лет назад. При этом 3,5 млрд. лет назад жизнь на Земле уже существовала, что доказано обнаружением пород таких возрастов со следами жизнедеятельности микроорганизмов. Таким образом, первые простейшие организмы возникли относительно быстро — менее чем за 500 млн. лет.

Порода со следами деятельности древних простейших

Когда Земля только образовалась, ее температура могла достигать 8000 °C. При остывании планеты металлы и углерод как наиболее тяжелые элементы конденсировались и образовывали земную кору. В то же время происходила вулканическая активность, кора двигалась и сжималась, на ней образовывались складки и разрывы. Гравитационные силы приводили к уплотнению коры, при этом выделялась энергия в виде тепла.

Легкие газы (водород, гелий, азот, кислород и др.) не удерживались планетой и уходили в космос. Но в составе других веществ эти элементы оставались. До тех пор, пока температура на Земле не упала ниже 100 °C, вся вода находилась в парообразном состоянии. После снижения температуры испарение и конденсация повторялись множество раз, шли сильные ливни с грозами. Горячая лава и вулканический пепел, оказавшись в воде, создавали разные условия среды. В каких-то могли протекать определенные реакции.

Таким образом, физические и химические условия на ранней Земле были благоприятны для образования органических веществ их неорганических. Атмосфера была восстановительного типа, свободного кислорода и озонового слоя в ней не было. Поэтому на Землю проникали ультрафиолетовое и космическое излучение. Другими источниками энергии были теплота земной коры, которая еще не остыла, извергающиеся вулканы, грозы, радиоактивный распад.

В атмосфере присутсвовали метан, оксиды углерода, аммиак, сероводород, цианистые соединения, а также пары воды. Из них синтезировались ряд простейших органических веществ. Далее могли образовываться аминокислоты, сахара, азотистые основания, нуклеотиды и другие более сложные органические соединения. Многие из них послужили мономерами для будущих биологических полимеров. Отсутствие в атмосфере свободного кислорода благоприятствовало протеканию реакций.

Химическими опытами (впервые в 1953 г. С. Миллер и Г. Юри), моделирующих условия древней Земли, была доказана возможность абиогенного синтеза органических веществ из неорганических. При пропускании электрических разрядов через газовую смесь, имитировавшую первобытную атмосферу, в присутсвии паров воды были получены аминокислоты, органические кислоты, азотистые основания, АТФ и др.

Следует отметить, что в древней атмосфере Земли простейшие органические вещества могли образовываться не только абиогенно. Они также заносились из космоса, содержались в вулканической пыли. Причем это могли быть достаточно большие количества органики.

Низкомолекулярные органические соединения накапливались в океане, создавая так называемый первичный бульон. Вещества адсорбировались на поверхности глинистых отложений, что повышало их концентрацию.

В определенных условиях древней Земли (например на глине, склонах остывающих вулканов) могла происходить полимеризация мономеров. Так образовались белки и нуклеиновые кислоты — биополимеры, ставшие в последствии химической основой жизни. В водной среде полимеризация маловероятна, так как в воде обычно происходит деполимеризация. Опытом была доказана возможность синтеза полипептида из аминокислот, соприкасающихся с кусками горячей лавы.

Далее биополимеры могли смываться дождями в первичный бульон. Это предохраняло их от разрушения под действием ультрафиолетового излучения (озонового слоя еще не было).

Следующий важный шаг на пути происхождения жизни – образование в воде коацерватных капель (коацерватов

) из полипептидов, полинуклеотидов, других органических соединений. Подобные комплексы снаружи могли иметь слой, имитировавший мембрану и сохраняющий их стабильность. Опытным путем в коллоидных растворах были получены коацерваты.

Белковые молекулы амфотерны. Они притягивают к себе молекулы воды так, что вокруг них образуется оболочка. Получаются коллоидные гидрофильные комплексы, обособленные от водной массы. В результате в воде образуется эмульсия. Далее коллоиды сливаются между собой и образуются коацерваты (процесс называется коацервацией). Коллоидный состав коацервата зависел от состава среды, в которой он образовывался. В разных водоемах древней Земли образовывались разные по химическому составу коацерваты. Какие-то из них были более устойчивыми и могли в определенной степени осуществлять избирательный обмен веществ с окружающей средой. Происходил своего рода биохимический естественный отбор.

Коацерваты способны избирательно поглощать из окружающей среды некоторые вещества и выделять в нее некоторые продукты протекающих в них химических реакций. Это напоминает обмен веществ. По мере накопления веществ коацерваты росли, а при достижении критических размеров распадались на части, каждая из которых сохраняла черты исходной организации.

В самих коацерватах могли происходить химические реакции. При поглощении коацерватами ионов металлов могли образовываться ферменты.

В процессе эволюции остались лишь такие системы, которые были способны к саморегуляции и самовоспроизведению. Это знаменовало наступление следующего этапа происхождения жизни – возникновение протобионтов

(по некоторым источникам это то же самое, что коацерваты) — тел, имеющие сложный химический состав и ряд свойств живых существ. Протобионты можно рассматривать как наиболее устойчивые и удачно получившиеся коацерваты.

Мембрана могла образоваться следующим образом. Жирные кислоты соединялись со спиртами и образовывали липиды. Липиды формировали пленки на поверхности водоемов. Их заряженные головки обращены в воду, а неполярные концы — наружу. Плавающие в воде белковые молекулы притягивались к головкам липидов, в результате чего образовывались двойные липопротеиновые пленки. От ветра такая пленка могла изгибаться, и образовывались пузырьки. В эти пузырьки могли быть случайно захвачены коацерваты. Когда такие комплексы снова оказывались на поверхности воды, то покрывались уже вторым липопротеиновым слоем (за счет гидрофобных взаимодействий, обращенных друг к другу неполярных концов липидов). Общая схема мембраны сегодняшних живых организмов представляет собой два слоя липидов внутри и два слоя белков, расположенных по краям. Но за миллионы лет эволюции произошло усложнение мембраны за счет включения белков, погруженных в липидный слой и пронизывающих его, выпячивание и впячивание отдельных участков мембраны и др.

В коацерваты (или протобионты) могли попадать уже существующие молекулы нуклеиновых кислот, способные к самовоспроизведению. Далее в некоторых протобионтах могла произойти такая перестройка, что нуклеиновая кислота стала кодировать белок.

Эволюция протобионтов — это уже не химическая, а предбиологическая эволюция. Она привела к усовершенствованию каталитической функции белков (они стали выполнять роль ферментов), мембран и их избирательной проницаемости (что делает протобионт устойчивым набором полимеров), возникновению матричного синтеза (переноса информации с нуклеиновой кислоты на нуклеиновую кислоту и с нуклеиновой кислоты на белок).
Этапы происхождения и эволюции жизни

Одной из самых больших загадок происхождения жизни остается вопрос: как РНК стала кодировать аминокислотную последовательность белков. В вопросе фигурирует РНК, а не ДНК, так как считается, что сначала рибонуклеиновая кислота играла не только роль в реализации наследственной информации, но и отвечала за ее хранение. ДНК ее заменила позже, возникнув из РНК путем обратной транскрипции. ДНК лучше подходит для хранения информации и более устойчива (менее склонна к реакциям). Поэтому в процессе эволюции именно она была оставлена в качестве хранителя информации.

В 1982 г. Т. Чеком была открыта каталитическая активность РНК. Кроме того РНК могут синтезироваться в определенных условиях даже при отсутствии ферментов, а также образовывать свои копии. Поэтому можно предположить, что РНК были первыми биополимерами (гипотеза РНК-мира). Какие-то участки РНК случайно могли кодировать полезные для протобионта пептиды, остальные участки РНК в процессе эволюции стали вырезаемыми интронами.

В протобионтах возникла обратная связь — РНК кодирует белки-фермены, белки-ферменты увеличивают количество нуклеиновых кислот.

Мезозой

В триасовом периоде основной группой животных на Земле становятся динозавры, освоившие разнообразнейшие места обитания. Появились лягушки, черепахи, крокодилы, первые млекопитающие. В морях возросла доля моллюсков — двустворчатых, брюхоногих, головоногих. Господство динозавров продолжалось и в юрский период, среди отложений этого времени найдены остатки первого пернатого животного — археоптерикса.

В меловом периоде пейзажи уже напоминали современные, в лесах уже росли сосны и кедры, дубы и березы, с цветка на цветок перелетали бабочки, щебетали птицы, шныряли ящерицы и насекомоядные млекопитающие. К концу мелового периода заметно похолодало, что привело к вымиранию многих групп морских животных. В это же время исчезли динозавры.

Кайнозой

65 млн. лет назад началась кайнозойская эра, которая делится на третичный и четвертичный периоды (в котором мы живем). На суше господствующее положение заняли млекопитающие, в морях — костные рыбы, в растительном мире преобладали покрытосеменные растения. На Земле прошла череда оледенений. Несколько миллионов лет назад из животного царства выделились прямоходячие приматы (гоминиды), эволюция которых в итоге привела к возникновению Homo sapiens (человека разумного).

Поделиться ссылкой

Гипотезы возникновения жизни на Земле

Перенесёмся на 4 миллиарда лет назад. Атмосфера не содержит свободного кислорода, он находится только в составе окислов. Почти никаких звуков, кроме свиста ветра, шипения извергающейся с лавой воды и ударов метеоритов о поверхность Земли. Ни растений, ни животных, ни бактерий. Может быть, так выглядела Земля, когда на ней появилась жизнь? Хотя эта проблема издавна волнует многих исследователей, их мнения на этот счёт сильно различаются. Об условиях на Земле того времени могли бы свидетельствовать горные породы, но они давно разрушились в результате геологических процессов и перемещений земной коры.

Как считает известный специалист в области проблемы возникновения жизни Стэнли Миллер, о возникновении жизни и начале её эволюции можно говорить с того момента, как органические молекулы самоорганизовывались в структуры, которые смогли воспроизводить самих себя. Но это порождает другие вопросы: как возникли молекулы; почему они могли самовоспроизводиться и собираться в те структуры, которые дали начало живым организмам; какие нужны для этого условия?

В 1924 году русским биохимиком
Александром Ивановичем Опариным
, а позднее, в 1929 году, Дж. Холдейном была высказана гипотеза о возникновении жизни как результате длительной эволюции углеродных соединений, которая легла в основу современных представлений. Александр Иванович Опарин исходил из того, что возникновение живых существ из неживой природы невозможно в современных условиях. Абиогенное возникновение живой материи, возможно, было только в условиях древней атмосферы. Доказать это можно логически, проанализировав историю возникновения Земли и формирования атмосферы.

Возраст Земли составляет около 5 миллиардов лет. Предполагается, что Солнце и планеты Солнечной системы возникли из облака космической пыли. За счёт движения (вращения) и сил гравитации всё новые и новые частицы увеличивали массу Земли. При этом силы гравитации возрастали, плотность Земли увеличивалась и происходило её разогревание. Как и всякое разогретое тело, Земля остывала, переходила из газообразного в жидкое состояние, а затем на её поверхности начала формироваться твёрдая корка. В результате этих процессов происходили химические реакции, тяжёлые вещества оседали к центру и образовывали ядро Земли, а более лёгкие — оболочку. За счёт сил гравитации Земля удерживала газовую оболочку. По мере её охлаждения из конденсировавшихся в верхних слоях атмосферы водяных паров образовались моря и океаны. С разогретой поверхности Земли, горячих морей и океанов интенсивно испарялась вода, которая, конденсируясь в верхних слоях атмосферы, опять возвращалась в виде обильных ливней. Всё это сопровождалось грозами. Частые и мощные электрические разряды — один из источников энергии, который мог использоваться для абиогенного синтеза органических соединений. Для таких же целей источником энергии могли служить жёсткое ультрафиолетовое излучение (из-за отсутствия в атмосфере Земли кислорода, а значит, и озонового экрана), радиация высоких энергий и тепловая энергия земных недр.

Большинство исследователей сходятся на том, что в процессе образования атмосферы участвовали реакции, сформировавшие многочисленные газообразные соединения. Основными из них являются гидриды (метан, аммиак, вода газообразная), а также водород и некоторые другие газы, но при полном отсутствии газообразного кислорода.

Согласно одной из гипотез жизнь началась в кусочке льда. Хотя многие учёные полагают, что присутствующий в атмосфере углекислый газ обеспечивал поддержание тепличных условий, другие считают, что на Земле господствовала зима. При низкой температуре все химические соединения более стабильны и поэтому могут накапливаться в больших количествах, чем при высокой температуре. Занесенные из космоса осколки метеоритов, выбросы из гидротермальных источников и химические реакции, происходящие при электрических разрядах в атмосфере, были источниками аммиака и таких органических соединений, как формальдегид и цианид. Попадая в воду Мирового океана, они замерзали вместе с ней. В ледяной толще молекулы органических веществ тесно сближались и вступали во взаимодействия, которые приводили к образованию глицина и других аминокислот. Океан был покрыт льдом, который защищал вновь образовавшиеся соединения от разрушения под действием ультрафиолетового излучения. Этот ледяной мир мог растаять,
например, при падении на планету огромного метеорита (рис. 1).