Биология 9 класс (Пасечник). Конспекты по учебнику. Цитаты использованы в учебных целях.
Глава 7. Возникновение и развитие жизни на Земле (Взгляды, гипотезы и теории о происхождении жизни. Органический мир как результат эволюции. История развития органического мира. Урок-семинар «Происхождение и развитие жизни на Земле»). Электронная версия.
ОГЛАВЛЕНИЕ вернуться к списку конспектов
Глава 7. Возникновение
и развитие жизни на Земле
По современным представлениям на ранних стадиях существования нашей планеты изменение облика Земли было связано с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на поверхности и в глубинных слоях планеты. С возникновением жизни деятельность живого вещества, проникающего во все уголки планеты, привела к образованию биосферы.
§ 35. ВЗГЛЯДЫ, ГИПОТЕЗЫ
И ТЕОРИИ О ПРОИСХОЖДЕНИИ ЖИЗНИ
ВСПОМНИТЕ:
1. Что такое жизнь?
2. Что такое мономер?
3. Что такое макромолекулы и тонолимер?
Гипотезы о происхождении жизни.
Проблема возникновения жизни на нашей планете является одной из центральных в современном естествознании. С древнейших времён люди пытались найти ответ на вопрос, как зародилась жизнь на Земле.
Креационизм (лат. creatio — сотворение). В разные времена у разных народов были свои представления о возникновении жизни. Своё отражение они нашли в священных книгах различных религий, которые объясняют возникновение жизни как акт Творца (воля Бога). Гипотезу божественного возникновения живого можно принять только на веру, так как её нельзя экспериментально подтвердить или опровергнуть. Следовательно, она не может рассматриваться с научной точки зрения.
Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни.
С античных времён и до середины XVII в. учёные не сомневались в возможности самопроизвольного зарождения жизни. Считалось, что живые существа могут появляться из неживой материи: например, рыбы — из ила, черви — из почвы, мыши — из тряпок, мухи — из гнилого мяса, а также что одни формы могут порождать другие, например, из плодов могут образовываться птицы и животные.
Так, великий Аристотель, изучая угрей, установил, что среди них не встречаются особи с икрой или молоками. На основании этого он предположил, что угри рождаются из «колбасок» ила, образующихся от трения взрослой рыбы о дно.
Первый удар по представлениям о самозарождении жизни нанесли эксперименты итальянского учёного Франческо Реди (1626—1698), который в 1668 г. доказал невозможность самозарождения мух в гниющем мясе.
Несмотря на это, идеи самозарождения жизни сохранялись до середины XIX в. Только в 1862 г. французский учёный Луи Пастер окончательно опроверг гипотезу самозарождения жизни. Работы Л. Пастера позволили утверждать, что принцип «всё живое — из живого» справедлив для всех известных организмов на нашей планете, но они не решали вопрос о происхождении жизни.
Гипотеза панспермии.
Доказанная невозможность самозарождения жизни породила новую проблему. Если для возникновения одного живого организма необходим другой живой организм, то откуда взялся первый живой организм? Это дало толчок к возникновению гипотезы панспермии, которая имела и имеет много сторонников, в том числе и среди видных учёных. Они считают, что впервые жизнь возникла не на Земле, а была занесена каким–то образом на нашу планету. Однако гипотеза панспермии пытается лишь объяснить появление жизни на Земле. Она не отвечает на вопрос, как возникла жизнь, а переносит эту проблему в какое–то другое место Вселенной.
Отрицание факта самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возможности развития жизни в прошлом из неорганической материи.
Гипотеза биохимической эволюции.
В 20–е гг. XX в. русский учёный Александр Иванович Опарин (1894—1980) и англичанин Джон Холдейн (1892—1964) независимо друг от друга высказали гипотезу о возникновении жизни в процессе биохимической эволюции углеродных соединений, которая и легла в основу современных представлений.
В 1924 г. А. И. Опарин опубликовал основные положения своей гипотезы происхождения жизни на Земле. Он исходил из того, что в современных условиях возникновение живых существ из неживой природы невозможно. Абиогенное (т. е. без участия живых организмов) возникновение живой материи возможно было только в условиях древней атмосферы и отсутствия живых организмов.
По мнению А. И. Опарина, в первичной атмосфере планеты, насыщенной различными газами, при мощных электрических разрядах, а также под действием ультрафиолетового излучения (кислород в атмосфере отсутствовал и, следовательно, не было защитного озонового экрана, атмосфера была восстановительной) и высокой радиации могли образовываться органические соединения, которые накапливались в океане, образуя «первичный бульон».
Известно, что в концентрированных растворах органических веществ (белков, нуклеиновых кислот, липидов) при определённых условиях могут образовываться сгустки, называемые коацерватными каплями или коацерватами. Коацерваты в условиях восстановительной атмосферы не разрушались. Из таких растворов в них могли поступать химические вещества и идти синтез новых соединений, в результате чего коацерваты могли расти и усложняться.
Коацерваты уже напоминали живые организмы, однако таковыми ещё не были, так как не имели упорядоченной внутренней структуры, присущей живым организмам, и не были способны размножаться. Белковые коацерваты рассматривались А. И. Опариным как пробионты — предшественники живого организма. Он предполагал, что на определённом этапе белковые пробионты включили в себя нуклеиновые кислоты, создав единые комплексы.
Взаимодействие белков и нуклеиновых кислот привело к возникновению таких свойств живого, как самовоспроизведение, сохранение наследственной информации и её передача последующим поколениям.
Пробионты, в которых обмен веществ сочетался со способностью к самовоспроизведению, можно уже рассматривать как примитивные проклетки.
В 1929 г. английский учёный Джон Холдейн также выдвинул гипотезу абиогенного происхождения жизни, но согласно его взглядам первичной была не коацерватная система, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству. Другими словами А. И. Опарин отдавал первенство белкам, а Дж. Холдейн — нуклеиновым кислотам.
Гипотеза А. И. Опарина — Дж. Холдейна завоевала много сторонников, так как получила экспериментальное подтверждение возможности абиогенного синтеза органических биополимеров.
В 1953 г. американский учёный Стенли Миллер (1930—2007) в созданной им установке смоделировал условия, предположительно существовавшие в первичной атмосфере Земли. В результате опытов были получены аминокислоты (соединения, из которых построены молекулы белков). Сходные опыты многократно повторялись в различных лабораториях и позволили доказать принципиальную возможность синтеза в таких условиях практически всех мономеров основных биополимеров. В дальнейшем было установлено, что при определённых условиях из мономеров возможен синтез более сложных органических биополимеров: полипептидов, полинуклеотидов, полисахаридов и липидов.
Но гипотеза А. И. Опарина — Дж. Холдейна имеет и слабую сторону, на которую указывают её оппоненты. В рамках данной гипотезы не удаётся ответить на главный вопрос: как произошёл качественный скачок от неживого к живому? Ведь для саморепродукции нуклеиновых кислот необходимы ферментные белки, а для синтеза белков — нуклеиновые кислоты.
Таким образом, в настоящее время мы не можем считать, что проблема происхождения жизни решена, а можем лишь говорить, что учёные продолжают искать наиболее перспективные пути её решения.
§ 36. ОРГАНИЧЕСКИЙ МИР
КАК РЕЗУЛЬТАТ ЭВОЛЮЦИИ
ВСПОМНИТЕ:
1. Что такое эволюция?
2. Что такое концентрация раствора?
Гипотеза биопоэза.
Вы уже знаете, что жизнь, прежде чем она достигла современного многообразия, прошла длительный путь эволюции. Гипотеза А. И. Опарина — Дж. Холдейна была принята и развивалась многими учёными. В 1947 г. английский учёный Джон Бернал (1901 —1971) сформулировал гипотезу биопоэза. Он выделил три основных этапа формирования жизни: абиогенное возникновение органических мономеров (химический), формирование биологических полимеров (предбиологический) и возникновение первых организмов (биологический) (рис. 43).
Этап химической эволюции.
На этом этапе происходил абиогенный синтез органических мономеров. Древняя атмосфера Земли была насыщена вулканическими газами, в состав которых входили оксиды серы и азота, аммиак, оксиды углерода (И и IV), пары воды и ряд других компонентов. Активная вулканическая деятельность, сопровождавшаяся выбросами больших масс радиоактивных компонентов, сильные и частые электрические разряды во время постоянных гроз, а также ультрафиолетовое излучение способствовали образованию органических соединений. Древняя атмосфера не содержала свободного кислорода, поэтому органические соединения не окислялись и могли накапливаться в тёплых водоёмах, постепенно усложняться, формируя «первичный бульон». Продолжительность этих процессов составляла десятки миллионов лет.
Этап предбиологической эволюции.
На этом этапе сложные органические соединения формировали белково–нуклеиново–липоидные комплексы (учёные называли их по–разному: коацерваты, пробионты и т. д.). В результате появились первые примитивные живые организмы, которые под действием естественного отбора и дали начало всему органическому миру на Земле. Жизнь, очевидно, развивалась в водной среде на некоторой глубине, так как единственной защитой от ультрафиолетового излучения была вода.
Этап биологический эволюции.
Большинство учёных считают, что первые примитивные живые организмы были близки по строению к прокариотам. Они питались органическими веществами «первичного бульона», т. е. были гетеротрофами.
При увеличении численности гетеротрофных прокариотических клеток запас органических соединений в первичном океане истощался. В этих условиях обострилась конкуренция между древними прокариотами, которая, с одной стороны, способствовала усложнению их строения, с другой — привела к появлению новых способов получения энергии для жизненных процессов. Так возникло, например, автотрофное питание (фотосинтез). Организмы, способные к синтезу органических веществ, получали значительные преимущества в конкурентной борьбе.
В результате фотосинтеза в земной атмосфере начал накапливаться кислород, что сделало принципиально возможной жизнь на суше, защитив её от губительных ультрафиолетовых лучей.
§ 37. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА
ВСПОМНИТЕ:
1. Что такое микро– и макроэволюция?
2. Что такое эволюция органического мира?
Изучение истории Земли.
Учёные считают, что Земля как планета существует более 5 млрд лет. История Земли разделяется на длительные промежутки времени — эры. Эры подразделяются на периоды, периоды — на эпохи (рис. 44). Названия эр имеют греческое происхождение: катархей (ниже древнейшего), архей (древнейший), протерозой (первичная жизнь), палеозой (древняя жизнь), мезозой (средняя жизнь), кайнозой (новая жизнь).
Данные о развитии жизни на Земле помогает получить палеонтология. Учёные–палеонтологи, применяя современные научные методы, устанавливают возраст слоёв земной коры, в которых обнаружены ископаемые остатки организмов. Самые ранние достоверные следы жизни обнаружены в древних отложениях земной коры возрастом около 4 млрд лет.
Ранние этапы развития жизни.
Жизнь зародилась в начале архея. Сведения о ранних этапах развития жизни очень скудны. Это объясняется тем, что в большинстве случаев организмы того периода не имели твёрдого скелета и практически не оставили следов. В ранних архейских породах обнаружены остатки прокариотических организмов бактерий и цианобактерий (синезелёных водорослей). Предполагается, что в конце архейской эры возникли эукариотические одноклеточные, а затем и колониальные организмы.
В протерозое — эре ранней жизни — продолжалось усложнение организмов, совершенствовались способы питания и размножения. Широкого распространения и многообразия достигали водоросли. Среди животных возникло большое разнообразие кишечнополостных и губок. К концу протерозойской эры появились все типы беспозвоночных, а также первые хордовые. Практически вся жизнь была сосредоточена в водной среде. Суша была безжизненна, лишь по берегам водоёмов в результате деятельности бактерий и других микроорганизмов происходили процессы почвообразования. Продолжалось накопление кислорода в атмосфере и обогащение кислородом вод, что способствовало появлению более высокоразвитых гетеротрофных организмов.
Развитие жизни в палеозое.
В палеозое — эре древней жизни — выделяют следующие периоды: кембрийский (кембрий), ордовикский (ордовик), силурийский (силур), девонский (девон), каменноугольный (карбон) и пермский (пермь) (см. рис. 44).
В начале палеозоя жизнь господствовала в основном в водной среде. На суше по-прежнему жили бактерии и цианобактерии.
В морях кембрия были распространены многочисленные водоросли. Животный мир был представлен коралловыми полипами, губками, червями, различными иглокожими и членистоногими.
В морях ордовика были распространены различные членистоногие и головоногие моллюски. Появились первые бесчелюстные позвоночные.
В силуре произошло два знаменательных события: выход растений и беспозвоночных на сушу. Первые наземные растения — риниофиты занимали промежуточное положение между водорослями и наземными сосудистыми растениями. Очевидно, в силуре появились грибы и первые лишайники.
В девоне широко распространились хвощи, плауны, папоротники. Первыми наземными беспозвоночными были многоножки и паукообразные, появились примитивные челюстноротые рыбы. От них произошли настоящие акулы и кистепёрые рыбы. От кистепёрых, способных дышать атмосферным воздухом и переползать из водоёма в водоём, используя плавники, произошли первые земноводные, или амфибии.
В обширных болотистых лесах карбона земноводные достигли своего наибольшего разнообразия. В этот период появляются первые примитивные насекомые — тараканы, жесткокрылые, стрекозы. В карбоне возникли примитивные формы рептилий, которые заселяли более сухие места. Хвощи, плауны и папоротники в каменноугольный период достигли наибольшего расцвета. Этому способствовал тёплый и влажный климат карбона.
В пермский период климат стал суше и прохладнее. Это привело к вымиранию крупных папоротниковидных. Среди растений господствующее положение на суше заняли голосеменные растения. В этот период вымерли многие крупные морские моллюски, трилобиты, насекомые и паукообразные, крупные рыбы. Погибли и многие земноводные. В то же время представители класса рептилий стали многочисленными и многообразными.
Развитие жизни в мезозое.
Мезозой — эру средней жизни — справедливо называют эрой господства голосеменных растений и пресмыкающихся, завоевавших воду, сушу и воздух. В мезозойской эре выделяют триасовый, юрский и меловой периоды.
В триасе климат стал более сухим, сократилось количество водоёмов. Это способствовало значительному расцвету голосеменных и пресмыкающихся, в том числе и динозавров. Появилось множество различных насекомых.
В юрский период динозавры достигли пика своего разнообразия и поистине стали властелинами планеты, также появились первые птицы.
В меловой период возникли и быстро распространились покрытосеменные растения, вытесняя голосеменные. В середине мелового периода появились сумчатые и плацентарные млекопитающие. В конце мелового периода произошло массовое вымирание многих видов животных. В морях и на суше исчезли многие виды, в том числе и динозавры.
Быстрое вымирание многих видов в конце мелового периода трудно объяснить. Большинство учёных связывают это с изменением климата. В условиях общего похолодания преимущества получили теплокровные — птицы и млекопитающие, расцвет которых пришёлся на следующую, кайнозойскую эру.
Развитие жизни в кайнозое.
Кайнозой — эра новой жизни. Она началась 67 млн лет назад и продолжается до настоящего времени. В кайнозойской эре выделяют следующие периоды: палеоген, неоген и антропоген. Мы живём в антропогене, который длится около 2,5 млн лет. Антропоген ещё называют четвертичным периодом.
В палеогене климат был ровным, тропическим. В это время уже сформировались практически все основные группы цветковых растений. Млекопитающие заняли господствующее положение, приспособившись к различным условиям жизни на суше, в воздухе и в воде, они как бы заменили мезозойских пресмыкающихся. Сумчатые и плацентарные млекопитающие развивались параллельно. От каких–то групп плацентарных насекомоядных произошли хищники и примитивные копытные.
В неогене появились хоботные, парно– и непарнокопытные, все группы современных хищников и китообразные. От разных групп насекомоядных независимо произошли рукокрылые, приматы, грызуны и другие отряды млекопитающих. Чрезвычайно разнообразным и многочисленным стал мир птиц и костных рыб. В середине неогена широко распространились общие предковые формы человекообразных обезьян и людей.
В антропогене произошло мощное похолодание. Территории Евразии и Северной Америки четырежды подвергались мощным оледенениям. Последний ледниковый период закончился около 10 тыс. лет назад. Распространялись растения и животные, приспособленные к холодному климату. Среди животных этого периода наиболее известны мамонты, шерстистые носороги, пещерные медведи, саблезубые тигры, бизоны, овцебыки и др. Вымирание крупных млекопитающих антропогена учёные связывают с охотой древнего человека. Они истребили мамонтов, шерстистых носорогов, большерогих торфяных оленей и др. Исчезновение многих хищников объясняют тем, что человек уничтожил крупных копытных, которыми они питались.
Около 10 тыс. лет назад человек от собирательства и охоты перешёл к земледелию и скотоводству. С этого времени основные изменения, происходящие в биосфере, так или иначе связаны с хозяйственной деятельностью человека.
§ 38. УРОК–СЕМИНАР
«ПРОИСХОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ»
ВСПОМНИТЕ:
1. Как можно определить понятие «жизнь»?
2. Что представляет собой Земля как космическое тело?
3. Кого называют «живые ископаемые»?
Цель семинара: обсудить современные проблемы происхождения и развития жизни на Земле.
План семинара:
- Гипотезы о происхождении Земли.
- Каменная летопись Земли.
- Лестница жизни.
- Живые ископаемые.
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 7
Вопрос о возникновении и развитии жизни на нашей планете интересовал человека с самых древних времён. Существует несколько гипотез о происхождении жизни:
- креационизм — божественное сотворение живого;
- самопроизвольное зарождение — живые организмы возникают самопроизвольно из неживого вещества;
- гипотеза панспермии — жизнь занесена на нашу планету извне;
- гипотеза биохимической эволюции — жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам.
Сейчас большинство учёных поддерживают гипотезу абиогенного зарождения жизни в процессе биохимической эволюции.
В настоящее время нельзя считать, что проблема происхождения жизни решена, а можно лишь говорить, что продолжается поиск наиболее перспективных путей её решения.
Жизнь, прежде чем она достигла современного многообразия, прошла длительный путь, в котором различают три этапа: химическая, предбиологическая и биологическая эволюция.
Земля как планета существует более 5 млрд лет. Её история разделяется на длительные промежутки времени — эры. Эры — на периоды, периоды — на эпохи.
Биологическая эволюция продолжается на Земле уже около 4 млрд лет. За это время появилось бесчисленное множество форм живых организмов — от прокариот до человека.
В настоящее время основные изменения, происходящие в биосфере, так или иначе связаны с хозяйственной деятельностью человека.
Для того чтобы проверить, как вы усвоили материал главы, выполните тестовые задания в рабочей тетради. Если вы сомневаетесь в правильности своих ответов, повторите материалы соответствующих параграфов.
ОГЛАВЛЕНИЕ вернуться к списку конспектов
Биология 9 класс (Пасечник). Конспекты по учебнику. Цитаты использованы в учебных целях.
Глава 7. Возникновение и развитие жизни на Земле.
- 35. Взгляды, гипотезы и теории о происхождении жизни
- 36. Органический мир как результат эволюции
- 37. История развития органического мира.
- 38. Урок-семинар «Происхождение и развитие жизни на Земле».