Теории эволюции живого

МИНОБРНАУКИ РОССИИ   
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт - Петербургский государственный университет сервиса и экономики»

Сыктывкарский филиал

Кафедра: «Экономики и менеджмента» 
 
 
 

     КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 
 
 

По дисциплине:  Концепции современного естествознания 

На тему: Теории эволюции живого 
 

Выполнил:_________________________________студент__3__курса

         (дата сдачи, подпись студента) 

                                 Спец. 080507 «Менеджмент организации»

                                                   Занина Елена Александровна

                                                                                  (ф.и.о. студента)

Проверил:                                                   ст.преподаватель  Веселова Е.В.                                                                                                     

                                                                  (ф.и.о., звание преподавателя) 
 
 
 

Сыктывкар 2011

Содержание

Введение 

Введение 

1. Основные подходы к проблеме возникновения жизни.

Вначале в науке вообще не  существовало проблемы возникновения жизни. Допускалась  возможность постоянного зарождения живого из неживого. Великий Аристотель (IV в. до н.э.) не сомневался в самозарождении лягушек, мышей. В III в. н.э. философ Плотин (ярко выраженный идеалист) говорил о самозарождении живых существ из земли в процессе гниения. В XVII в. голландский ученый Я.Б. Ван-Гельмонт составлял рецепты получения мышей из пшеницы и загрязненного потом белья. В. Гарвей, Р. Декарт, Г. Галилей, Ж.Б. Ламарк, Г. Гегель тоже придерживались мысли о постоянно осуществляющемся самопроизвольном зарождении живого из неживого.

Но с XVII в. стали накапливаться данные против такого понимания. В 1668 г. тосканский врач Франческо Реди доказал, что белые черви в гниющем мясе есть не что иное, как личинки мух. Через 100 лет итальянец JI. Спаллацани и русский М. Тереховский поставили под сомнение представления о самозарождении микроорганизмов. Окончательно же ученые отказались от подобных представлений лишь во второй половине XIX в. В 1862 г. Луи Пастер убедительными опытами доказал невозможность самопроизвольного зарождения простейший организмов в современных условиях и утвердил принцип «все живое из живого».

После этого одни ученые поставили вопрос об историческом возникновении жизни  в первобытных условиях Земли, другие же склонились к тому, что жизнь на нашей планете никогда не зарождалась, а была занесена на нее из Космоса, где она существует вечно. Однако такой подход просто снимает npoблему возникновения жизни. Существует также точка зрения, что жизнь возникла чисто случайно и совершенно внезапно! Американский генетик Г. Меллер (лауреат Нобелевской премии) допускает, что живая молекула, способная размножаться, могла возникнуть вдруг, случайно в результате взаимодействия простейших веществ. Он считает, что элементарная единица наследственности — ген — является и основой жизни. И жизнь в форме гена, по его мнению, возникла путем случайного сочетания атомных группировок и молекул, существовавших в водах первичного океана. Но подсчеты показываю! невероятность такого события. Трудно рассчитывать получить одну молекулу РНК вируса табачной мозаики за 10⁹ лет даже |j том случае, если бы весь Космос представлял собой реагирующую смесь нуклеотидов, входящих в РНК. Большинство ученых отказалось от такого предположения.

Ф. Энгельс  одним из первых высказал мысль, что  жизнь возникла не внезапно, а сформировалась в ходе длительной эволюции материи. Эволюционная идея положена в основу гипотезы сложного, многоступенчатого  пути развития материи, предшествовавшего  зарождению жизни на Земле, выдвинутой А.И. Опариным в 1924 г. и английским исследователем Дж. Холдейном в 1929 г.

2. Гипотеза А.И. Опарина о коацерватной стадии в процессе возникновения жизни

Коацсрваты  — это комплексы коллоидных частиц. Они могут возникать, например, из комплексных солей кобальта, кремнекислого натрия и нашатырного спирта, в растворе ацетилцеллюлозы, в хлороформе или бензоле, при смешивании растворов различных белков. Такой раствор, как правило, разделяется на два слоя — слой, богатый коллоидными частицами, и жидкость, почти свободную от них. В некоторых случаях коацерваты образуются в виде отдельных капель, видимых под микроскопом. Для их образования необходимо присутствие в растворе нескольких (хотя бы двух) разноименно заряженных высокомолекулярных веществ. Поскольку в водах первичного океана это условие было соблюдено, образование в нем коацерватов могло быть реальным.

А.И. Опарин предположил, что в массе коацерватных капель должен был идти отбор наиболее устойчивых в существовавших условиях. Многие миллионы лет шел процесс естественного отбора коацерватных капель. Сохранялась лишь ничтожная их часть. Способность к избирательной адсорбции постепенно преобразовалась в устойчивый обмен веществ. Вместе с этим в процессе отбора оставались лишь те капли, которые при распаде на дочерние сохраняли особенности своей структуры, т.е. приобретали свойство самовоспроизведения — важнейшего признака жизни. По достижении этой стадии коацерватная капля превратилась в простейший живой организм. Коацерватные капли были местом встречи и взаимодействия до этого независимо возникавших простых белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и липидов.

Отдельная молекула, даже очень сложная, не может  быть живой. Ученые считают, что первоначально  на молекулярном уровне могли возникать  лишь белково - и нуклеино-подобные полимеры, лишенные какой-либо биологической целесообразности своего строения. Только при объединении этих полимеров в многомолекулярные фазовообособленные системы могло возникнуть взаимосогласование их структур и биологическое функционирование новых целостных систем. Это значит, что не разрозненные части определяют собой организацию целого, а целое, продолжая эволюционировать, обусловливает целесообразность строения частей. Где-то на той же стадии возникает и естественный отбор, способствующий сохранению наиболее совершенных и целесообразных структур. Здесь много неясного, но в трудах ведущих синергетиков И. Пригожина и М. Эйгена и многих других ученых дается все более обосновываемая картина действия отбора на высокомолекулярном и надмолекулярном уровнях.

3. Этапы  химической и предбиологической  эволюции на пути к жизни

Гипотеза  А.И. Опарина способствовала конкретному изучению происхождения простейших форм жизни. Она положили начало физико-химическому моделированию процессов образования молекул аминокислот, нуклеиновых оснований, угле-1 водородов в условиях предполагаемой первичной атмосфер™ Земли. После работ немецкого исследователя С. Мюллера я других стало известно, что под воздействием физических излучений эти биоорганические молекулы могут образовываться | самых различных смесях, содержащих водород, азот, аммиак, воду, углекислый газ, метан, синильную кислоту и т.п.

Имеется ли этот исходный материал в реальном космическом пространстве? Сейчас установлено  наличие в межзвездной среде  облаков пыли и газа, в которых  обнаружены многие не органические молекулы Н₂0, NH₃, SO, SiO, H₂S и т.д. Особенно показательно присутствие в космосе таких органических соединений, как формальдегид, цианацетилен, ацетальдегид, формамид, метилформиат. Сенсацией явилось открытие космических облаков этилового спирта с температурой 200 Кис концентрацией молекул 10¹²—10¹³ в 1 см³. Подобные соединения близки к биоорганическим молекулам или легко могут превратиться в них. Таким образом, достоверно установлено, что в космосе имеются необходимые компоненты для синтеза более сложных соединений, важных для формирования белков, углеводов, нуклеиновых полимеров и липидов.

Следующие, более сложные звенья эволюционной цепочки обнаружены при изучении вещественного состава метеоритов и лунных пород, доставленных космическим  аппаратом. В них обнаружены аминокислоты, алифатические и ароматические  углеводороды, предшественники нуклеиновых кислот — аденин и гуанин, порфирин — простейший химический предшественник хлорофилла. И на земле, в древних отложениях с возрастом порядка сотен миллионов и нескольких миллиардов лет, обнаружено множество органических соединений, которые подсказывают возможные пути возникновения жизни (аминокислоты, углеводороды, порфирины и др.).

Обращает  на себя внимание следующий факт. В  нашей галактике наиболее распространены водород, углерод, азот, кислород, составляющие основу живого. В земной же коре, в лунных породах и метеоритах их очень мало, а преобладают здесь кремний, алюминий, железо. Для первой, космической группы элементов характерна молекулярная форма существования и склонность к флюидному, текучему состоянию (жидкость, газ). Для планетарной группы элементов типично твердое агрегатное состояние в виде бесконечных кристаллических структур, н которых невозможно выделить отдельные молекулы.

Мертвые, застывшие, окаменевшие пространства Луны, Меркурия, Марса — результат  утраты ими подвижных флюидных элементов, осуществляющих транспортировку вещества и энергии. На Земле до сих пор продолжаются более активные химические процессы. И это благодаря остаткам флюидной группы элементов: наличию значительного количества воды, метана, аммиака, других газов и жидкостей в атмосфере, гидросфере, в твердой коре и глубинных породах, откуда легкие соединения выделяются в форме вулканических газов или в виде общего газового обмена планеты и окружающей части космоса. Химическая эволюция на поверхности планет реализуется тогда, когда энергия звездного излучения может превратиться в энергию возбуждения молекулярных структур. Поэтому решающим условием зарождения жизни на Земле явился^ фотосинтез.

Возраст нашей Земли более 4 млрд. лет, а следы остатков древних организмов насчитывают 3,2—3,8 млрд. лет. Если сей-1 час в атмосфере Земли 78% азота и 21% кислорода, то болей 3 млрд. лет назад в атмосфере Земли свободного кислорода практически не было. Тогда температура поверхности Земли была намного выше современной, а атмосфера состояла из паров воды и примеси вулканических газов (азота, углекислого газа, аммиака, метана и др.). Единственным источником ничтожных количеств кислорода были реакции фотодиссоциации молекул воды в верхних частях атмосферы под воздействием солнечной радиации. Около 3 млрд. лет назад на Земле пошли энергичные процессы окисления за счет кислорода, источниками которого явились фотосинтезирующие живые организмы. Активность биосферы, в конечном счете, и определила современный состав атмосферы Земли. Первые достоверные следы жизни обнаружены в отложениях, возраст которых около 3 млрд. лет. К ним относятся следы, оставшиеся от сине-зеленых водород^ лей в известняках Южной Африки, остатки организмов в песчаниках Канады. Но им предшествовали более древние и примитивные формы жизни, а еще ранее — стадии предбиологической и химической эволюции.

4. Новая  гипотеза об особой роли малых  молекул в первичном зарождении  белково-нуклеиновых систем

На очередном  совещании по философским вопросам cсовременной медицины в Президиуме Российской академии медицинских наук исследователи А.В. Олескин, И.В. Ботвинко и Т.А. Кировская сообщили следующее. «В последние десятилетия накапливаются данные о том, что не белок и не ДНК/РНК, вероятно, положили начало доклеточным предшественникам современной жизни — гипотетическим пробионтам. Жизнь, что представляется все более правдоподобным в свете современных данных, эволюционировала на базе динамичной игры малых молекул (органических и неорганических). Это были ионы металлов (Fe²⁺, Zn²⁺, Al³⁺, Ni⁺, Cu²⁺, Со²⁺, Mg²⁺, Са²⁺), соединения серы (дисульфиды, полисульфиды), фосфора (ортофосфат, нитрофосфат, полифосфаты), азота (особенно N0 и N₂0), а также небольшие органические молекулы типа аминов (этаноламин, холин, гисталины и др.), аминокислот (особенно глицин, гдуатамат, аспартат), углеводородов (например, этилен). ... Имеется предположение, что даже функция наследственной передачи признаков, ныне выполняемая нуклеиновыми кислотами, первоначально зависела от “неорганических генов” — матриц для синтеза молекул (вначале даже небелковой природы), построенных на основе алюмосиликатов глины. Первые биополимеры могли быть результатом авто - каталитических реакций малых молекул... Имеется общий сценарий “возникновения жизни в облаках”, где мельчайшие дождевые капли, озаренные ультрафиолетом первобытного Солнца и поглощающие частицы -* соединений металлов и неметаллов в ходе пыльных бурь, обеспечивали достаточную суммарную поверхность для фотоиндуцированного гетерогенного катализа и последующего синтеза более сложных, органических молекул, поступавших с дождевыми потоками в океан, где жизнь “дозревала” уже в соответствии с опаринским сценарием “первичного бульона” и “коацерватных капель”».

Изложенный  подход представляется весьма интересным развитием гипотезы А.И. Опарина. Главное теперь — в окончательном экспериментальном подтверждении (или отрицании!) и старой, и новой гипотез. 

ЭВОЛЮЦИЯ  ЖИЗНИ И ЕЕ ОТРАЖЕНИЕ В УЧЕНИЯХ  Ж.Б. ЛАМАРКА И Ч. ДАРВИНА

1. Исторические этапы развития  жизни

История развития жизни на Земле подразделяется на Эры и периоды (системы), составляющие 3,5 млрд. лет. Отобразим ее в виде таблицы.

Этапы развития жизни на Земле 

Итак, в  Южной Африке найдены остатки, принадлежавшие уже оформившимся организмам, жившим 3,1 млрд лет назад. Это бактериоподобные образования. В более поздних отложениях (с возрастом в 2,7 млрд. лет) в Южной Родезии (на территории современного государства Зимбабве) найдены водорослевые известняки, биогенное происхождение которых не вызывает сомнений. В отложениях с возрастом 1,9 млрд. лет в районе озера Онтарио (Канада) найдены хорошо сохранившиеся остатки растений, напоминающих сине-зеленые водоросли. С этого времени, относящегося к началу протерозойской эры (периоду Саян), начинается бурное развитие жизни. Но это все еще было время господства одноклеточных водорослей и бактерий. А вот уже в период Енисей (1500—1200 млн. лет назад) начали встречаться первые многоклеточные водоросли, вслед за которыми в синийский период (1200-570 млн. лет назад) появились первые многоклеточные животные: медузы, губки, черви. Один миллиард лет назад жизнь на Земле была уже достаточно разнообразной.

В течение  протерозоя (1900-570 млн. лет назад) за счет фотосинтеза растений состав атмосферы Земли резко изменился: существенно увеличилось количество свободного кислорода, и уменьшилась масса углекислоты, перешедшей в огромные отложения углекислого кальция (толщиной в несколько сотен метров), образовавшиеся при участии водорослей. Поскольку свободный кислород оказался сильнейшим ядом для неприспособленных к нему организмов, многие их виды вымерли. От тех же видов, которые приспособились к жизни в кислородной атмосфере, произошли все современные аэробные организмы.

Указанный исторический факт ярко демонстрирует, что биосфера как целостная система  всех живых организмов вместе со средой их обитания обусловливает характер и направления эволюции отдельных видов. Более того, раз возникнув, биосфера наложила абсолютный запрет на новые попытки самозарождения жизни из неживой материи. Не менее показательно и то, что появление многоклеточных организмов тоже стало неодолимым препятствием на пути дальнейшего развития одноклеточных в том же направлении. Эволюция жизни необратима и неповторима. С появлением живых организмов полную силу набрал естественный отбор как ведущий фактор эволюции. По приблизительным расчетам американского палеонтолога Д. Симпсона, за всю историю Земли существовало примерно 500 млн. видов организмов, а сейчас насчитывается (тоже примерно) 2 млн. Это значит, что к настоящему времени выжили лишь 0,4% всех когда-либо существовавших биологических видов.

Проследим дальнейший ход развития жизни. Палеозойская эра начинается с кембрия (570—480 млн. лет назад), получившего название по месту первой находки остатков жизни этого периода. Суша в это время оставалась безжизненной (за исключением прибрежных мест, где пробивались водоросли и растения, похожие на мхи). В море обильно произрастали сине- зеленые и красные водоросли, обитали животные: первые членистоногие (трилобиты, некоторые длиной до полуметра), иглокожие (морские звезды, голотурии), черви, медузы, гидроидные полипы.

В период ордовик (480-420 млн. лет назад, по названию одного из кельтских племен) мир жизни пополнился морскими ежами, головоногими моллюсками, мшанками. Особо следует выделить появление панцирных рыб — первых представителей позвоночных животных. В систему (период) силура (420- 400 млн. лет назад; название тоже по имени одного кельтского племени) произошло важнейшее событие — массовый выход жизни на сушу. По суше распространились псилофиты — споровые растения, напоминающие плауны. Вслед за растениями на суше появились и животные, в частности огромные ракоскорпионы (до 3 м длиной). В девонской системе (400-320 млн. лет назад; название по имени графства Девоншир в Южной Англии) распространились папоротники, хвощи, возникли предки всех современных форм рыб, несколько разнообразится животный мир суши (скорпионы, клещи, насекомые). К концу палеозоя, в периоды карбон и пермь уже существуют наземные позвоночные, питающиеся членистоногими.

Для самой  возможности заселения жизнью суши необходимым условием явилось образование большого количества кислорода, превращавшегося в верхних слоях атмосферы в озон, слой которого защитил поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового облучения. Только после этого жизнь могла выйти из воды на сушу.

С триаса (225-185 млн. лет назад) начинается мезозой, средняя эра. В этот период возникают настоящие костистые рыбы, происходит, как говорят, взрывное развитие пресмыкающихся. Это время динозавров, гаттерий, черепах, древних крокодилов, ихтиозавров и других рептилий. В юрский период (185— 140 млн. лет назад) продолжалось развитие рептилий. Некоторые динозавры достигали огромных размеров: диплодок — 30 м в длину, стегозавр — более 6 м в высоту. Пресмыкающиеся освоили и море, и сушу, и воздух. Появились первые птицы, продолжалось развитие и распространение млекопитающих.

В конце  мезозоя (период мел, 140-70 млн. лет назад) происходит резкое изменение живой природы. На суше вымирают все динозавры, летающие ящеры, многие водные пресмыкающиеся. Общепринятого и окончательного объяснения этого процесса нет. Допускается, что в данный период климат стал более континентальным и сухим. Растительный покров стал беднее, а он был основой существования растительноядных ящеров, вымирание которых обусловило вымирание и хищных динозавров. Продолжавшееся около 150 млн. лет господство этих гигантов сменилось выдвижением на первый план жизненного состязания млекопитающих. Произошла очередная! крупная перестройка биосферы.

Эра новой  жизни — кайнозой — приходится на последние 70 млн. лет. Облик поверхности Земли приблизился к современному. Образовалось Тихоокеанское кольцо вулканов. В морях появились китообразные, ластоногие, крупные двустворчатые моллюски. Суша покрылась лиственными лесами, появились злаки, разнообразнее стал мир млекопитающих. Крупнейшие из них (индрикогерии) достигали 5 м высоты в загривке. 70 млн. лет назад сформировались простейшие представители отряда приматов, в составе которого позже возникли высшие, человекообразные обезьяны (антропоиды). А 5 млн. лет назад появились австралопитеки — обезьянолюди, эволюция которых примерно 2-3 млн. лет назад привела к первым видам рода человеческого. Вид же современного человека (Ношо sapiens, человек разумный), наделенного мышлением, языком (речью) и способностью создавать и систематически использовать искусственные орудия труда, имеет возраст в 40 тыс. лет (возможно, что раза в два больше).

Приведенная картина биологической эволюции в основном вполне достоверна, документирована  палеонтологическими и археологическими находками.

2. Ламаркистская эволюционная гипотеза

Развитие  биологии XVII—XVIII вв. подготовило ее к принятию идеи изменчивости органического мира. Наиболее развернутое ее выражение в первые годы XIX в. дал Ж.Б. Ламарк. Он допускал, что простейшие организмы постоянно самозарождаются из неживой природы и способны изменяться под действием среды, становясь все более сложными. У животных активное упражнение органов ведет к их совершенствованию, а ослабленное их употребление — к деградации. Приобретенные в ходе индивидуального развития свойства, по Ламарку, передаются потомству. Животных он наделял внутренним стремлением к определенным изменениям, целям. Поэтому концепцию Ламарка называют автогенетической и телеологической. Ламарк был деистом, допуская и творение мира Богом, и развитие природы по ее собственным законам (тоже созданным творцом).

3. Сущность дарвиновской эволюционной теории

Основные  положения теории Ч. Дарвина были опубликованы в 1859 г. в книге «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». В 1871 г. Ч. Дарвин опубликовал труд «Происхождение человека и половой подбор». Здесь общая теория эволюции конкретизирована в процессе решения вопроса о естественном происхождении человека из животного мира. Основные понятия теории Дарвина — изменчивость живых организмов, борьба за существование, естественный отбор. Все начинается с изменения отдельных особей, индивидуальная изменчивость основа эволюционного процесса. Дарвин выделил две основные формы изменчивости — определенную и неопределенную. Определенная изменчивость возникает как прямой результат данных конкретных воздействий внешней среды и служит приспособлением именно к тем условиях, в которых она возникла. При исчезновении вызвавших ее условий определенная изменчивость организмов не передается их потомкам. Неопределенная изменчивость не имеет прямого приспособительного значения, возникает случайно у немногих особей, но устойчиво передается потомству. Именно неопределенная изменчивость играет главную роль в видообразовании.

Термин  «борьба за существование» сам по себе неудачен, антропоморфен, взят из социальной жизни людей и не соответствует всему многообразию форм взаимодействий организмов друг с другом и с абиотической, неживой средой, которые реально и составляют полный объем обозначаемого этим термином понятия. В природе имеется и прямая борьба на уничтожение, и нейтральное сосуществование и содействия организмов разных видов, взаимовыгодное для каждого из них. Показательно, что с упрочением биологического эволюционного учения Ч. Дарвина возник так называемый «социальный дарвинизм» с обратным переносом понятия «борьба за существование» в социологию с целью объяснить социальные антагонизмы людей их зоологическим, чисто природным индивидуализмом и эгоизмом. Так или иначе, но применительно ■ дарвиновской теории необходимо различать «борьбу» как таковую, в узком смысле слова и «жизненное состязание». Приводят такой пример: борьба — это отношение разнородных существ: баран и волк не состязаются, а борются. Состязаний (а, следовательно, и отбор) может происходить между ближайшими по организации особями при недостатке условий существования. Бой охотничьих собак с волком: обе собаки борются с волком, находясь между собой в состязании.

Широко  понимаемое жизненное состязание в  связи с изменчивостью и приспосабливаемостью органов и заложены в основе дарвинизма. Ведущую роль в эволюции Дарвин отводил  взаимодействиям «живого с живым». Неизбежность борьбы за существование  он выводил из противоречия между  потребностями организмов и ограниченностью средств дня их удовлетворения. Это противоречие разрешается достаточно просто — выживанием лишь наиболее приспособленных и вымиранием «неудачников». Понятно важнейшее значение именно внутривидовой конкуренции, в ходе которой и отбираются особи с наиболее полезными приспособлениями. Именно по этому пути и происходит образование новых видов.

Таким образом, мы пришли к третьему основному  понятию дарвинизма — естественному отбору, который означает дифференцированную размножаемость организмов с разной степенью приспособленности к условиям среды. Естественный отбор — это переживание наиболее приспособленных. Причем приспособленность может быть самой разной. В одних случаях выживают самые сильные, в других самые мелкие, в третьих — самые высокоорганизованные, а нередко — и самые примитивные (паразиты, например). Понятие «естественный отбор» Дарвин сформулировал по аналогии с хорошо известным ему искусственным отбором, осуществляемым не природой, а самими людьми. При искусственном отборе могут отбираться такие признаки, которые вредны самим растениям и животным по отношению к их естественным условиям существования, но выгодны, полезны для человека. В ходе же естественного отбора закрепляются только те свойства организмов, которые полезны для них в дачных условиях.

Приспособление  как синоним адаптации — это  вообще особенности строения и признаки организма, соответствующие условиям или образу его жизни, это все, что обеспечивает соответствие органа выполняемой функции. Приспособление понимается и как сам исторический процесс, в ходе и результате которого возникает приспособление — адаптация. Под индивидуальной приспособляемостью понимается благоприятная для особи или вида индивидуальная реакция, остающаяся в рамках нормы реакции, свойственной данному виду организмов. Понятие органической целесообразности охватывает всю совокупность приспособлений — как исторически сложившихся в филогенезе, так и возникающих в онтогенезе, индивидуальном развитии организма.

Заключение.