Как появилась жизнь на Земле.

Содержание
Введение 3
1. История представлений о происхождении жизни 4
Теория самопроизвольного (спонтанного) зарождения 4
Теория стационарного состояния и панспермии 7
Теория биохимической эволюции происхождения жизни 8
2. Биоэволюция, микроорганизмы, развитие жизни 17
Микроорганизмы 17
Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле 23
Заключение 30
Использованная литература 32

В протеиноидных микросферах также обнаружена ферментоподобная активность, которой обладали образовавшие микросферу протеиноиды. Благодаря этим исследованиям микросферы позволяют сделать предположение, что микросферы могли быть одним из этапов биоэволюции к возникновению живой клетки. Пространственно обособленные системы с определенным уровнем структурной организации в ходе эволюции приобретали новые свойства, например, метаболизм, способность к самоподдержанию структуры и наращиванию массы, которые присущи более высокому уровню организации материи. Поэтому их можно рассматривать как зачатки тех свойств, дальнейшее развитие которых в совокупности привело к возникновению живых клеток.
Простейшими живыми организмами считаются бактерии. Они относятся к одноклеточным прокариотным микроорганизмам. Исследования в области молекулярной биологии позволили провести разделение прокариотов на археобактерии и эубактерии. Впервые бактерии были обнаружены голландским естествоиспытателем А. Левенгуком с помощью недавно созданного оптического микроскопа.
Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле
Огромную роль в изучении бактерий сыграл французский биолог Л. Пастер. Он изучал физиологию и метаболизм бактерий. Бактерии одноклеточны, клетки могут быть округлыми, иметь форму палочек, жгутов, звездочек, и пр. Бактерии обладают подвижностью, они способны прикрепляться к поверхностям и поглощать питательные вещества. Бактерии как клетки состоят из нуклеотида, рибосомы цитоплазменной мембраны. С внешней стороны могут быть поверхностные структуры в виде жгутиков или ворсинок. Генетическая информация бактерий содержится в одной бактериальной хромосоме, которая прикрепляется одним концом к цитоплазматической мембране клетки. Бактериальная хромосома отделяется от цитоплазмы мембраной и размещается в нуклеотиде.
В настоящее время описано уже более десяти тысяч видов бактерий. Основное внимание уделяется болезнетворным бактериям.
Бактерии способны осуществлять все функции, присущие живому организму, независимо от соседствующих клеток. Бактерии способны осуществлять синтез белков, жиров, углеводов, и нуклеотидов как и другие организмы. Часть бактерий может синтезировать все необходимые им органические молекулы из неорганических соединений (автотрофы), но есть бактерии, которым для синтеза и их существования необходимы органические соединения (гетеротрофы). К гетеротрофам относятся бактерии паразиты. Интересно, что потребность в азоте все бактерии может удовлетворяться за счёт молекулярного азота, что характерно для археобактерий, и за счет органических азотсодержащих соединений. По известным в настоящее время данным, бактерии чаще всего используют для синтеза аминокислот неорганические соединения азота – аммиак, нитриты и нитраты.
Энергию бактерии могут получать путем дыхания, фотосинтеза и окислительно-восстановительных реакций брожения.
С тех пор как были открыты бактерии и их способность быть источниками тяжелых заболеваний, исследование бактерий интересовало ученых с позиций их размножения. Опыты по размножению бактерий проводили в агаризованной среде в чашках Петри (рис. 2.3.). Процесс размножения бактерий дает также информацию об путях их эволюции.
Рис. 2.3. Колония бактерий в агаризованной среде
Размножение бактерий у большей части видов может происходить «равновеликим бинарным поперечным делением типа почкования» часть бактерий размножается половым процессом. Установлено, что почкование имеется у разных групп бактерий и это характерно для эволюции бактерий. Почкование заключается в формировании на материнской клетке почки, а материнская почка при этом стареет. В ходе полового процесса происходит обмен генетическим материалом, при этом часть ДНК клетки-донора переносится в клетку-реципиент. В этом процессе необходимо участие ферментов, расщепляющих и соединяющих цепи дезоксинуклеиновых кислот. Опыты позволили установить, что при половом размножении потомство бактерий имеет разнообразные признаки, связанные со смещением генов. Эти данные позволяют судить о возможных путях эволюции бактерий.
У бактерий открыта очень важная для понимания процессов эволюции, способность. Это способность образовывать особо устойчивые формы с замедленным метаболизмом, что позволяет сохраняться в неблагоприятных условиях. Это обеспечивается образованием покоящихся форм – эндоспор. Образование особо устойчивых форм происходит как обычное деление. Такие эндоспоры могут выдерживать 10-минутное кипячение, также известны формы, сохранившиеся в почвах, горных породах и оставшиеся жизнеспособным в течение очень длительного времени. Некоторым таким бактериям определен возраст порядка миллионов лет.
Современные сведения об истории возникновения и развития жизни на Земле, как мы уже говорили, ограничены периодом, длительность которого составляет порядка 600 млн. лет, что составляет около 10 % всего периода существования Земли. Для понимания вопросов, связанных с возникновением жизни, интересны данные молекулярной палеонтологии, изучающей органические вещества древнейших осадочных отложений. Хотя интерпретировать однозначно полученные результаты также очень сложно, поскольку мы не имеем надежных критериев. До сих пор не удается определить характер происхождения обнаруженных органических остатков, было ли это биогенное или абиогенное образование. Но крайне интересными стали находки в Южной Африке, они обнаружены в осадочных породах, возраст которых составляет около 3,5 млрд. лет. Там в породах обнаружены окаменелые остатки палочковидных структур размером 0,5x0,25 мкм, по внешнему виду напоминающие современных бактерий. Проведенное электронно-микроскопическое исследование позволило фиксировать у них двухслойную клеточную стенку, подобную клеточной стенке современных бактерий.
Кроме того в породах, возраст которых также около 3,5 млрд лет, обнаружены строматолиты, своеобразные известковые образования, являющиеся продуктами жизнедеятельности древних фотосинтезирующих организмов - цианобактерий, или синезеленых водорослей. Это очень важные открытия.
По найденным в породах ископаемых остатках видимо, принадлежащих древнейшим бактериям прокариотам или продуктами их жизнедеятельности, можно считать, что к этому времени (3,5 млрд. лет назад) были сформированы некоторые типы жизни. До нас они сохранились, только в виде остатков в древних породах. Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. Очевидно, что благодаря экспериментам по образованию полимеров из азотсодержащих неорганических полимеров сделан вывод об образовании цианобактерий, который появились в период появления в атмосфере Земли молекулярного кислорода.
Полученные данные палеонтологов, геологов и микробиологов позволяют сделать вывод, что впервые земная жизнь должна была возникнуть в промежутке между 3,5 и 4,6 млрд. лет тому назад. На основании полученных данных составлена схема развития жизни на земле и биоэволюции от первых бактерий до появления первого человека (рис. 2.4.).
В породах, образованных 3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности цианобактерий в виде цианобактериальных матов, это строматолиты. Строматолиты являются ископаемыми карбонатными породами, образовавшимися на дне мелководных водоемов, географически они обнаружены на территории Западной Австралии. Внешне эти образования напоминают исследователям останки многоклеточных эукариот, но более детальное их исследование показало, что вероятнее всего строматолиты образованы в результате жизнедеятельности нитчатых строматолитов. бесспорные свидетельства существования цианобактерий относятся ко времени 2,2—2,0 млрд лет назад. Считается, что благодаря цианобактериям в атмосфере начал накапливаться кислород, который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного аэробного дыхания другого вида бактерий.
В то же время появление кислорода в атмосфере изменило ход развития, анаэробные бактерии стали исчезать. Вероятно, что они стали вымирать и сохранялись только локально в бескислородных зонах.
По известным геологическим данным содержание кислорода в атмосфере достигло 1% от его содержания в современной атмосфере только в период среднего протерозоя, к этому времени можно отнести возникновение первых аэробных прокариот. Об этом свидетельствуют найденные в отложениях, возраст которых определяется георадиоактивным методом в 2 млрд. лет, звездчатые образования. Такие образования присущи существующей сейчас аэробной свободноживущей бактерии Metallogenium. Этот организм откладывает на поверхности клеток окислы железа, в природе бактерии этого типа встречается при разных концентрациях кислорода и сейчас присутствие подобных бактерий является индикатором присутствия в среде молекулярного кислорода.
По данным исследователей первые эукариоты обнаружены в породах, датируемых происхождением около 1,5 млрд. лет назад. На основании этих наблюдений сделано заключение, что прокариоты были единственными обитателями нашей планеты в течение двух третей времени биоэволюции Земли. Появление прокариот и их жизнедеятельность привела к накоплению в атмосфере молекулярного кислорода, а также к обогащению лито- и гидросферы органическими веществами.
Следующим этапом биоэволюции бактерий стал появления эукариот. Считается, что они возникли в результате симбиогенеза из бактериальных клеток около 1,9-1,3 млрд. лет назад.
В результате биоэволюции появившиеся эукариоты эволюционируют быстрее, чем предыдущие виды бактерий. Это связывают с тем, что из-за отсутствия полового процесса происходил горизонтальный перенос генов, что замедляло эволюционный процесс.
Рис. 2.4. Временная диаграмма развития жизни на Земле

 
Заключение
Вопросы о возникновении жизни на Земле интересуют людей многие столетия, и уже в древности были сформулированы различные гипотезы о происхождении человека, хотя долгое время предлагаемые гипотезы являлись предметом философских рассуждений. В настоящее время на базе исследований с использованием современных методов анализа учеными рассматривается как наиболее достоверная гипотеза о биохимической эволюции материи.
Развитие медицины, химии и биологических дисциплин позволили определить возможность образования органических веществ из простых элементов, распространенных в нашей Вселенной – углерода, водорода, кислорода, азота, серы и фосфора. Синтез метана, аммиака, цианистого водорода, оксида углерода, сероводорода мог протекать благодаря температурным условиям, в которых планета Земля находилась долгое время, которое характеризовалось высоким уровнем радиации, УФ-излучения. Далее проходили процессы биохимических мономеров, из которых путем конденсации образовывались полимерные соединения. Образовавшиеся биохимические полимеры стали исходными компонентами для образования живых организмов.
Простейшими живыми организмами были простейшие микроорганизмы бактерии, следы которых обнаружены сейчас в разных частях Земли в ископаемых породах. В дальнейшем происходил процесс эволюции бактерий, который имел физиолого-биохимическое направление. Полученные в настоящее время данные о строении и жизнедеятельности простейших бактерий показывает, что несмотря примитивность строения, для них характерны все биохимические процессы – питание, метаболизм, размножение. Правда до сих пор нет однозначного ответа на вопрос как из гипотетической протоклетки возникла первичная клетка, способная к самовоспроизведению. Дискуссионным остается вопрос о том, на каком этапе эволюционного процесса нуклеиновые кислоты сформировались как информационные молекулы.
Таким образом эволюция протоклетки привела к образованию первичной клетки и микроорганизмам. В дальнейшем происходила биоэволюция бактерий, которая привела к образованию многоклеточных живых организмов и далее возникновению животных и человека.
Использованная литература
1. Карпенков С.X. Концепции современного естествознания. М: ЮНИТИ, 1997.
2. Карпенков С.X. Концепции современного естествознания. Практикум. - М.: ЮНИТИ, 1998.
3. Нетрусов А.И. Микробиология. М.: Академия. - 2006. – 352 с.:
4. Никитина Е.В. Микробиология. СПб.: ГИОРД. - 2008. – 368 с.
5. Опарин А.И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. М.: Наука. – 1968. – 345 с.
Одноклеточные прокариотические организмы представляют собой маленькие клетки без ядра и органоидов.
Эукариоты, характерные для всех животных и большинства растений, обладающие оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой
Архебактерии – группа древних микроорганизмов.
Яновская М. И. Пастер. Серия ЖЗЛ. − 1960. − 368 с.
33