Развитие представлений о возникновении жизни на Земле

С кишечнополостных начинается развитие централизованно-дифференцированной стадии в эволюции многоклеточной организации. На этой стадии усложнение морфофизиологической структуры идет через усиление тканевой специализации, начиная с возникновения зародышевых листков, детерминирующих морфогенез пищевой, выделительной, генеративной и других систем органов. Возникает хорошо выраженная централизованная нервная система. Одновременно совершенствуются способы полового размножения — от наружного оплодотворения к внутреннему, от свободной инкубации яиц вне материнского организма к живорождению.

Заключительным этапом в эволюции централизованно-дифференцированной стадии стало возникновение человека.

Эволюция растительного мира

В протерозойскую эру (около 1 млрд. лет назад) эволюционный ствол древнейших эукариот разделился на несколько ветвей, от которых возникли многоклеточные растения (зеленые, бурые и красные водоросли), а также грибы. Большинство из первичных растений свободно плавало в морской воде, часть прикреплялась ко дну.

Существенным условием дальнейшей эволюции растений был образование субстрата на поверхности суши в результате воздействия бактерий на минеральные вещества и под влиянием климатических факторов. В конце силурийского периода почвообразовательные процессы подготовили возможность выхода растений на сушу (41 млн. лет назад).

Первыми растениями, освоившими сушу, были псилофиты. Затем возникли другие группы наземных сосудистых растений: плауны, хвощи, папоротники, размножающиеся спорами и предпочитающие водную среду. Примитивные сообщества этих растений широко распространились в девоне. В этот же период появились и первые голосеменные, возникшие от древних папоротников и унаследовавшие от них внешний древовидный облик.

Переход к размножению семенами имел большое значение, так как освободил процесс полового размножения от связи со средой.

Значительного разнообразия достигла наземная флора в каменноугольный период. Среди древовидных широко распространились плаунообразные, достигавшие в высоту 30 м и более, из первичных голосеменных господствовали разнообразные птеридоспермы и кордаиты, напоминавшие стволами хвойные и имевшие длинные лентовидные листья. Начавшийся в пермский период расцвет голосеменных, в частности хвойных, привел к их господству в мезозойскую эру. К середине пермского периода климат стал засушливее, что во многом отразилось на изменениях в составе флоры. Сошли с арены гигантские папоротники, древовидные плауны, каламиты и исчез столь яркий для той эпохи колорит тропических растений.

Опыление насекомыми и внутреннее оплодотворение создали значительные преимущества цветковых над голосеменными, что обеспечило их расцвет в кайнозое.

Итак, можно отметить следующие основные особенности эволюции растительного мира:

1) постепенный переход  к преобладанию диплоидного поколения  над гаплоидным;

2) половое "размножение, не  зависимое от капельно-воздушной  среды; переход от наружного оплодотворения  к внутреннему, возникновение двойного  оплодотворения.

3) в связи с прикрепленным  образом жизни на суше растение  расчленяется на корень, стебель  и лист, развиваются сосудистая  проводящая система и защитные  ткани;

4) совершенствование органов  размножения и перекрестного  опыления у цветковых в сопряженной  эволюции с насекомыми – развитие  зародышевого мешка для защиты  растительного эмбриона от неблагоприятных  влияний внешней среды; возникновение  разнообразных способов распространения  семян и плодов физическими  и биологическими способами.

 

 

Эволюция животного мира

История животных изучена наиболее полно в связи с тем, что они обладают скелетом и поэтому лучше сохраняются в окаменелых остатках. Самые ранние следы животных обнаруживаются в конце докембрия (700 млн. лет назад). Предполагается, что первые животные произошли либо от общего ствола всех эукариот, либо от одной из групп древнейших водорослей. Наиболее близки к предкам простейших животных одноклеточные зеленые водоросли. Не случайно, например, эвглену и вольвокс, способных и к фотосинтезу, и к гетеротрофному питанию, ботаники относят к типу зеленых водорослей, а зоологи — к типу простейших животных.

Разнообразие и количество палеонтологических документов истории животных резко возрастают в породах, датируемых менее 570 млн. лет. В течение примерно 50 млн. лет довольно быстро появляются почти все типы животных с прочным скелетом. Возникновение Типа Хордовых относится ко времени менее 500 млн. лет.

Начало палеозоя отмечено образованием многих типов животных, из которых примерно треть существует и в настоящее время. В позднее кембрийское время появляются первые рыбы. В девоне возникают челюстные рыбы в результате таких крупных эволюционных преобразований, как превращение передней пары жаберных дуг в челюсти и формирование парных плавников. Первых челюстноротых представляли две группы: лучеперые и лопастеперые рыбы. Почти все живущие рыбы — потомки лучеперых. Лопастеперые имели в плавниках костные опорные элементы, из которых развились конечности первых обитателей суши. Следовательно, все четвероногие позвоночные имеют свою далеким предком эту исчезнувшую группу рыб.

Наиболее древние представители амфибий - ихтиостеги - обнаружены в верхнедевонских отложениях (Гренландия). Они обладали пятипалыми конечностями, с помощью которых переползали по суше. Конкуренция с кистеперыми заставляла первых земноводных занимать местообитания, промежуточные между водой и сушей.

От примитивных амфибий ведут свое начало рептилии, широко расселившиеся на суше к концу пермского периода благодаря приобретению легочного дыхания и оболочек яиц, защищающих от высыхания. Первые рептилии уступили место гигантским рептилиям, динозаврам, появившимся 150 млн. лет назад. Вполне вероятно, что последние были теплокровными животными. В связи с теплокровностью динозавры вели активный образ жизни, чем можно объяснить их длительное господство и сосуществование с млекопитающими.

Уже в период господства динозавров существовала группа млекопитающих — небольших по размеру животных с шерстным покровом, возникших от одной из линий хищных рептилий — терапсид. Млекопитающие вышли на передний край эволюции благодаря таким прогрессивным особенностям, как более развитый мозг и связанная с этим большая активность, теплокровность, вскармливание потомства молоком.

Значительного разнообразия млекопитающие достигли в кайнозое, тогда же появились приматы. Третичный период был временем расцвета млекопитающих. Прогрессивная эволюция приматов оказалась уникальным явлением в истории развития жизни на Земле, в итоге она привела к возникновению человека.

Особенности эволюции животного мира:

1) прогрессивное развитие  многоклеточных организмов и  связанная с ним специализация  тканей и всех систем органов. Свободный образ жизни и способность  к перемещению в значительной  мере определили совершенствование  форм поведения, а также относительную  независимость индивидуального  развития от колебаний факторов  внешней среды на основе развития  внутренних регуляторных систем;

2) возникновение твердого  скелета: наружного — у членистоногих, внутреннего — у позвоночных. Такое разделение определило  разные пути эволюции этих типов животных. Наружный скелет членистоногих препятствовал увеличению размеров тела, именно поэтому все насекомые представлены мелкими формами. Внутренний скелет позвоночных не ограничивал увеличение размеров тела, которые постигли максимальной величины у мезозойских рептилий — динозавров и ихтиозавров;

3) возникновение органо-полостных  и совершенствование их на  централизованно-дифференцированной  стадии до млекопитающих. На этой  стадии произошло разделение  насекомых и позвоночных. Развитие  центральной нервной системы  у насекомых характеризуется| совершенствованием  форм поведения по типу наследственного  укрепления инстинктов. У позвоночных  развился головной мозг и система  условных рефлексов. Наблюдается  ярко выраженная тенденция к  повышению средней выживаемости  отдельных особей.

Данный путь эволюции позвоночных привел к развитию форм группового адаптивного поведения, заключительным событием которогo стало возникновение биосоциального существа — человека.

 

 

Эволюция биосферы

Эволюция биосферы обусловлена тремя группами факторов:

1) развитием Земли как  космического тела и протекающими  и ее недрах химическими преобразованиями;

2) биологической эволюцией  живых организмов;

3) развитием человеческого  общества.

С момента возникновения жизнь оформилась в виде примитивной биосферы, и с этого времени ее эволюция тесно сопряжена с возникновением разнообразных видов микроорганизмов, грибов, растений, животных. Число вымерших видов, некогда обитавших на земном шаре, определяется от одного до нескольких миллиардов. Многообразие видов, существовавших в прошлом и населяющих планету сейчас, есть результат исторического развития биосферы в целом.

Создателем современного учения о биосфере стал В.И. Вернадский.

Согласно выдвинутому В.И. Вернадским закону, названному им «вторым биогеохимическим принципом», эволюция видов и возникновение устойчивых форм жизни шли в направлении усиления биогенной миграции атомов в биосфере. Взаимосвязь эволюции органического мира с основными биогеохимическими процессами в биосфере В.И. Вернадский усматривал, прежде всего, в биогенных миграциях химических элементов, т.е. в «прохождении» их через организмы.

Основная структурная единица биосферы — биогеоценоз. Свойства биосферы в значительной мере определяются свойствами структурных единиц. Входя в состав биосферы, биогеоценозы, естественно, связаны между собой. Совокупность геологических и космических факторов существенно изменяла условия жизни на Земле. Поэтому уже с момента зарождения живое приспосабливалось к этим изменениям, что сопровождалось увеличением многообразия органических форм. Постепенно захват новых, ранее непригодных зон жизни, привел к почти полному заселению всех возможных для существования живого мест обитания. Таким образом, эволюционные преобразования биосферы, обусловленные совместным действием биотических и абиотических факторов, — необходимые условия для существования жизни на Земле.

 

 

Взгляд геологической науки на происхождение жизни на Земле

 

Многими учеными были сделаны попытки рассмотреть возникновение механизма передачи генетической и биологической информации в общей цепи химической эволюции земного вещества. И.Л. Лапидес рассмотрел процесс передачи информации при зарождении, росте и преобразовании минералов.

Наследственная информация записана различными химическими соединениями в молекулах ДНК, которая присутствует в каждой живой клетке. Как считает А.А. Багдасаров, своеобразной матрицей для молекулы ДНК служит кристаллическая решетка апатита, а кристаллы полевого шпата следует рассматривать как исходный материал для аминокислот, без которых не могут синтезироваться белки, из которых построена живая клетка. Следовательно, заключает он, точного разграничения между неживыми кристаллами минералов и живыми клетками, по-видимому, не существует.

Способность глинистых минералов изменять толщину зазоров между слоями от долей нанометра, когда вода в зазорах находится в высокоупорядоченном квазикристаллическом состоянии, до десятков нанометров, когда она «становится жидкой» и процессы обмена с внешним раствором протекают с большой скоростью является редкой, если не уникальной, в неорганическом мире (А.А. Веденов и др., 1985). Поэтому уже давно обсуждается высказанная Дж. Берналом гипотеза о том, что именно набухающие глины сыграли важнейшую роль в происхождении жизни на Земле. Поверхность частиц глины могла служить тем естественным катализатором, на котором происходило образование полипептидов (белков) из отдельных алюмокислот, присутствующих в воде в условиях молодой Земли.

Практически все вещества, входящие в состав живых клеток, в том числе белки, жиры (липиды), углеводы (полисахариды), в той или иной мере подвержены набуханию. Наиболее полно изучено набухание, так называемых амфифильных веществ, которые образуют в растворах упорядоченные надмолекулярные структуры – лиотропные жидкие кристаллы.

Лиотропные жидкие кристаллы представляют собой макроскопически однородные, но микрогетерогенные фазы, которые состоят из мицелл, «плавающих» в воде, и обладают обычно кубической (для сферических мицелл), гексагональной (для цилиндрических) или ламеллярной (для слоистых) структурами.

Поскольку поверхность мицелл, как и поверхность алюмосиликатных пластин в глине, гидрофильна (смачиваемая), структура водородных связей воды вблизи мицелл в общих чертах такая же, как и возле частиц глины.