Реферат по биологии

 

  Теория Происхождения Жизни

 
 

   На протяжении  тысячелетий людям казалось  очевидным, что живая природа была создана такой , какой мы ее знаем сейчас ,и всегда оставалась неизменной .

   Но уже  в глубокой древности высказывались догадки о постепенном изменении ,развитии (эволюции) живой при-роды.Одним из предтеч эволюционных идей можно назвать древнегреческого философа Гераклита (6-5 вв. до н.э), кото-рый сформулировал положения о постоянно происходящих в природе изменениях "Все течет , все изменяется".

    Другой  древнегреческий мыслитель Эмпедокл - в 5 веке до н.э. выдвинул  , вероятно , одну из древнейших  теорий эволюции . Он считал ,что вначале на свет появились разрозненные части различных орга-низмов (голова,туловище,ноги). Они соединялись между собой в самых невероятных сочетаниях .Так например появились кентавры (мифические полулюди – полукони).Позднее будто бы все нежизнеспособные комбинации погибли.

    Великий  древнегреческий ученый Аристотель  выстроил все известные ему организмы в ряд по мере их усложне-ния.В 18 веке  эту  идею развил швецарский натуралист Шарль Бонне,  создав учение о "лестнице природы".На первой ступени "лестницы" находились "тонкие материи"- огонь ,вода,земля; на следующих - животные и растения по степени слож-ности их строения ,на одной из верхних ступеней -человек ,а еще выше небесное воинство и бог.Правда,  о возможности перехода "со ступени на ступень"  речи, конечно не шло, и к эволюции эта система имеет еще очень отдаленное отношение. 

    Первую последовательную теорию эволюции живых организмов разработал французский ученый Жан Батист Ламарк в книге "Философия зоологии", вышедшей в 1909  год у. Ламарк предложил ,что в течение жизни каждая особь, изменяется ,приспосабливается к окружающей среде. Приобретенные ею на протяжении всей жизни новые приз-наки передаются потомству . Так из поколения в поколение накапливаются изменения. Но рассуждения Ламарка содер-жали ошибку ,которая  заключается в простом факте : приобретенные признаки не наследуются . В конце 19-го века  немецкий биолог Август Вейсман поставил известный эксперимент .На протяжении 22-ух поколений отрезал хвосты подопытным мышам .И все равно новорожденные мышата имели хвосты ничуть ни короче , чем их предки .

    Английский  ученый Ч. Дарвин в отличие от Ламарка обратил внимание на то, что хотя любое существо изменя-ется в течение жизни , но и рождаются особи одного вида неодинаковыми . Дарвин писал , что опытный фермер различает каждую из овец даже  в большом по численности стаде. Например ,шерсть их может быть светлее или темнее, гуще или реже и т.п. В обычных условиях среды такие различия несущественны  . Но при перемене  условий жизни  эти  мелкие  наследственные  изменения могут давать преимущества их  обладателям . Среди множества бесполезных и вредных изменений могут встречаться и полезные . Рассуждая  таким  образом , Дарвин пришел к

идее естественного  отбора. Особи с полезными отличиями  лучше выживают и размножаются , передают свои признаки потомству . Поэтому  в следующем поколении процент  таких особей станет больше и.т. д.

   Таков  механизм эволюции. Дарвин писал:  ” Можно сказать , что естественный  отбор  ежедневно и ежечасно  расследует  по  всему свету  мельчайшие изменения , отбрасывая  дурные , сохраняя хорошие, работая  неслышно и невидимо …”

    Эволюция  разных видов идет с разной  скоростью .К примеру  , беспозвоночных ,относящихся к типу плече-ногих  , почти не изменились  за  последние  440 млн.

лет. А в роде  Человек , по данным палеонтологов , за последние  2 млн. лет  возникло  и вымерло несколько видов .

    Конечно  , взгляды на теорию эволюции  не остались неизменными  со  времен Дарвина . К примеру,Дарвин  счел очень серьезным возражением  против своей теории , выдви-нутое   английским  инженером Ф. Дженкином  (оно получи-ло название “Кошмара Дженкина” ). Дженкин рассуждал так :допустим , у одной особи случайно появился какой-то полезный признак .Но у ее потомства этот признак “разба-вится” ровно вдвое , у следующего поколения – еще более уменьшится, пока совершенно не “растворится “  и не будет утрачен. В то время считалось , что у потомства признаки родителей могут сливаться .Это распространенное заблуж-дение опровергли только открытия Грегора Менделя , ко-торые Дарвину еще не были известны. 

    В  своей аргументации Дарвин опирался на множество примеров .    

 

     
 
 
 
 
 

   В течение  долгих веков , свято веря в акт Божественного творения ,люди ,кроме того,были твердо убеждены ,что жизнь постоянно зарождается cамопроизвольно .

  Еще древнегреческий  философ Аристотель писал ,что не только растения ,черви ,насекомые ,но даже рыбы, лягушки и мыши могут рождаться из влажной почвы или гниющего ила .

  Голландский  ученый Ян Ван Гельмонт в  17веке описал свой опыт ,утверждая ,что живые мыши якобы зарождались у него из грязного белья и горсти пшеницы ,запертых в шкафу.

  Другой натуралист  , Гриндель фон Ах ,так рассказывал о якобы наблюдавшемся им самозарождении живой лягушки: ”Хочу описать появление на свет лягушки ,которое мне удалось наблюдать при помощи микроскопа .Однажды я взял каплю майской росы и , тщательно наблюдая за ней под микроскопом, заметил ,что у меня сформировывается какое–то существо .Прилежно наблюдая на второй день ,я заметил , что появилось уже туловище ,но голова еще казалась не ясно сформированной ;продолжая свои наблюдения на третий день ,я убедился ,что наблюдаемое мною существо не что иное ,как лягушка с головой и нога–ми. Прилагаемый рисунок все поясняет”.

   В 1688 году  итальянский ученый Франческо  Реди решил проверить идею  самопроизвольного зарождения жизни.Он рассказывал о своем опыте :”Я взял четыре сосуда , поместил в один из них мертвую змею ,в другой – немного рыбы, в третий – дохлых угрей ,в четвертый – кусок телятины, плотно закрыл их и запечатал.Затем я поместил то же самое в четыре других сосуда ,оставив их открытыми .Вскоре мясо и рыба зачервивели .Можно было видеть ,как мухи

свободно залетают в сосуды и вылетают из них. Но в запечатанных сосудах я не видел ни одного червяка , хотя прошло много дней после того ,как в них была положена дохлая рыба и мясо”.

  В 1675 году  итальянский ученый Ладзаро Спалланцани   прокипятил в запаянном сосуде  крепкий мясной бульон . Прошло несколько дней ,но никаких признаков жизни в бульоне не обнаружилось.

   Наконец  ,в 1860 году Луи Пастер с помощью ряда блестящих опытов ,похожих на опыт Спалланцани , окончательно доказал ,что жизнь в современных условиях не самозарождается. Он показал ,что даже бактерии могут возникать только от других бактерий. 

         

 
 
 
 

   Опыты  Пастера не разрешили вопрос  о происхождении жизни ,а поставили его с новой остротой .Если жизнь в современных условиях не самозарождается ,то когда  и как  она возникла впервые ? Наблюдаемая нами Вселенная ,по данным современной  науки  , возникла в результате Большого Взрыва около 15-20

миллиардов лет назад .Возраст нашей планеты – около 5 миллиардов лет .Сейчас большинство ученых склоняется к мнению о том ,что жизнь зародилась на Земле на заре ее существования.

   Древнейшая  Земля весьма мало напоминала  планету , на которой мы живем .Ее атмосфера состояла из водяных паров,углекислого газа и, по одним данным ,- из азота ,по другим – из метана и аммиака .Кислорода в воздухе безжизненной планеты не было .И,надо сказать,отсутствие кислорода было необходимо для возникновения жизни . Быть может такое известное и распространенное выражение как “живительный кислород“  поменяет ваше понимание возникновения жизни в другой интерпретации как “смерт-оносный кислород”, так как он разрушительно действует на органические молекулы. Мы привыкли к его воздействию,  но на Земле и сейчас есть бактерии ,которые воспринимают кислород как яд и в его присутствии жить не могут. Кисло-родная атмосфера делает невозможным в наше время  само-зарождение жизни .

   Итак ,в атмосфере древней Земли гремели грозы ,ее про-низывало жесткое ультрафиолетовое излучение

Солнца,на планете извергались вулканы .

   Под влиянием всех этих воздействий в первичном океане, покрывавшем поверхность Земли, образовывались орга-нические вещества – простейшие “кирпичики”, из которых строится все живое .В наше время  их немедленно поглоти-ли бы бактерии и грибы. Но тогда их еще не было ,и поэ-тому органические вещества накапливались ,пока весь первичный океан не превратился в“теплый разбавленный бульон”.

 

   Такое  предположение впервые высказал  в 1922 году советский биолог Александр Опарин. В 1953 году аме-риканский биолог Стенли Миллер решил проверить гипотезу Опарина и воспроизвел в специальной установке природные условия древней Земли .В стеклянном сосуде находилась нагретая вода (“океан”) и смесь газов –аммиака, метана и водорода (“первичная атмосфера”).Через “атмос-феру” проскакивали – “молнии”.Опыт продолжался в тече-ние недели .

  Через неделю  “первичный бульон” проанализировали и нашли в нем многие органические вещества ,в том числе 5 аминокислот .В другой раз в результате такого же опыта были обнаружены даже нуклеиновые кислоты – цепочки длиной до шести звеньев .

   Согласно одной гипотезе ,содержание органических веществ выше всего было в высыхающих лужах ,остав-авшихся на берегу океана после отлива .Здесь образо-вывались цепочки белков и нуклеиновых кислот .При этом чем длиннее была цепочка ,тем она была устойчивее .Она закручивалась в клубок ,который разрушался уже не так легко.

   Опарин  считал ,что главная роль в превращении неживого в живое принадлежала белкам .В “первичном бульоне” образовывались “сгустки “ белка (коацерваты) . Они могли вбирать в себя новые питательные  вещества , разбиваться на более мелкие капельки .Конечно ,они еще не были живыми .

  По словам  Опарина , расстояние от этих “сгустков” до самых примитивных бактерий ничуть не меньше ,чем от амебы до человека. Главное ,что отличало “сгустки” от клеток ,- неспособность точно воспроизводить самих себя.

 Чтобы “штамповать” одинаковые белки ,нужна матрица .В ныне живущих организмах (от бактерий и вирусов до человека ) этой матрицей служат нуклеиновые кислоты

(  РНК и  ДНК ).

  В какой  момент белковые “сгустки” “перешагнули” порог живого ? Тогда , когда включили в себя нуклеиновые кисло-ты ,которые позволили создавать хотя бы грубые , прибли-зительные копии уже имеющихся белков.Это были уже за-чатки примитивных клеток .

   Один  из скептиков высказал мнение  ,что возникновение жизни в результате перечисленных процессов столь же не правдоподобно ,как сборка самолета “Боинг – 747“ в результате урагана , пронесшегося над мусорной свалкой .Но не будем забывать ,что на протяжении длительного  времени (миллиарда лет) в огромном пространстве ,где происходил “опыт” (весь земной океан) ,самое маловероят-ное событие могло стать почти неизбежным .

 

 

 Никто точно  не знает ,когда именно возникла первая живая клетка .Возраст самых ранних следов жизни (остатков бактерий ), найденных в древних отложениях земной коры , - около 3,5 миллиардов лет . Допустим ,что возраст жизни на нашей планете – 3 миллиарда 600 миллионов лет. Для большей наглядности представим себе , что этот огромный отрезок времени уместился в пределы одних суток.

Сейчас на наших  “часах” – ровно 24 часа ,а в момент возникновения  жизни они показывали 0 часов.Каждый час вместил 150 миллионов лет ,каждая минута – 2,5 миллионов лет.

                        

 

 

  Самая древняя  эпоха развития жизни докембрийская-

длилась невероятно долго : свыше 3 миллиардов  лет . Или , по нашей шкале ,с начала суток до 8 часов вечера . Мы уже рассказали об условиях ,в которых жили первые живые организмы .Пищей им служил “первичный бульон” окружающего океана или их менее удачливые собратья . Постепенно ,однако ,в течение миллионов лет этот бульон становился все более“разбавленным”,и , наконец ,запасы питательных веществ исчерпались .

   Развитие жизни зашло в тупик .Но эволюция благополучно нашла из него выход.Появились первые организмы (бактерии ),способные с помощью солнечного света  превращать неорганические вещества в органические.  

  Чтобы строить свои организмы ,всему живому требуется ,в частности , водород. Зеленые растения получают его,расще-пляя воду и выделяя кислород . Но бактерии этого делать еще не умеют . Они разлагают не воду ,а сероводород, что гораздо проще.При этом выделяется не кислород ,а сера . (Поэтому на повер-хности некоторых болот можно встре-тить пленку из серы ). Так и поступали древние бактерии . Но количество сероводорода на Земле было довольно огра-ничено .Наступил новый кризис в развитии жизни .

   Выход из него “нашли” синезеленые водоросли .Они научились расщеплять воду . Молекула воды – непростой “орешек“ не так – то легко “растащить” водород и кислород.Это в семь раз труднее ,чем расщепить сероводород.Можно сказать ,что синезеленые водоросли совершили настоящий подвиг .Это произошло 2 миллиарда 300 миллионов лет назад (по нашей шкале – около 9 часов утра ).

   Теперь  в качестве побочного продукта  в атмосферу  начал выделяться  кислород . Накопление кислорода

представляло  серьезную угрозу для жизни .Начиная с 11 часов утра новое самозарождение жизни на Земле стало  невозможным – содержание кислорода достигло 1%  от современного .А перед живыми организмами встала новая проблема - как бороться с возрастающим количеством этого агрессивного вещества .

   Но эволюция сумела преодолеть и это испытание, одержав новую блестящую победу .Около 11 часов утра на Земле появился первый организм ,вдохнувший кислород.Так возникло дыхание.

   До этого момента живые организмы жили в океане , укрываясь в водной толще от губительного для всего живого потоков солнечного ультрафиолета .Теперь благодаря кислороду в верхних слоях атмосферы возник слой озона, смягчивший излучение. Под защитой озона жизнь смогла выйти на сушу.

    Американский писатель-фантаст Клиффорд Саймак в повести “Кто там в толще скал ?” так описывает воображаемое путешествие своего героя во времени – в докембрий :”Дышать было трудно .Кислорода еще хватало , хоть и с грехом пополам ,- из-за этого он и дышал гораздо чаще обычного.Отступи он в прошлое еще на миллион лет– кислорода перестало бы хватать. А отступи еще немного дальше – и свободного кислорода не оказалось бы совсем.

   Всмотревшись в береговую кромку ,он приметил ,что она населена множеством крохотных созданий , снующих туда-сюда ,копошащихся в пенном прибрежном соре или сверлящих булавочные норки в грязи .Он опустил руку и слегка поскреб камень ,на котором сидел .На камне проступало зеленоватое пятно – оно тут же отделилось и прилипло к ладони толстой пленкой ,склизской на ощупь.

  Значит,перед ним была первая жизнь ,осмелившаяся выб-

раться на сушу ,- существа ,не готовые ,да и не способные

оторваться от подола ласковой матери - воды ,которая

бессменно пестовала  жизнь с самого ее начала .

  Здесь происходило  многое ,что даст себя знать в гряду –

щем ,но происходило тайно ,исподволь .Снующие козяв -

ки и осклизлый  налет на скалах – отважные в  своем нера-

зумии предвестники далеких дней – внушали почтение …” В течение докембрия природа сделала еще целый ряд заме-чательных “изобретений”.Около 2 часов дня (по нашей шка-ле) клетки получили ядро .Примерно тогда же возникло по-ловое размножение ,резко ускорившее темпы эволюции .

Появились первые многоклеточные существа .

  К концу докембрия (как мы помним ,это 8 часов вечера)

земные моря населяли разнообразные животные :медузы,

плоские черви  ,губки ,полипы .Все они были мягкотелыми,

лишенными скелета  .Возникновение у животных скелета -

раковин ,панцирей и т.д. – обозначило начало новой геоло-

гической эры.  

              

   Палеозойская  эра ,начавшаяся 570 миллионов лет назад ,

длилась 340 миллионов  лет .(То есть ,по нашей шкале ,с

начала девятого вечера до половины одиннадцатого .)Уче-

ные делят ее на шесть периодов .

  Самый ранний  из них – кембрий (он продолжался 70 мил -

лионов лет).Как мы уже сказали ,в этот период у самых разнообразных животных начинает развиваться скелет,

будь то раковина ,панцирь или просто колючие шипики .

Видимо ,мягкотелось становится к этому моменту слиш-

ком небезопасной.

   Творчество  природы ,создающей новые формы жизни ,в

кембрии необычайно плодотворно и разнообразно :почти

все типы животного  царства получают своих первых пред-

ставителей .Хордовых ,например,представляют существа,

похожие на современного ланцетника .Пропуская воду через жаберные щели ,они таким образом процеживают

из ила съедобные частички. Как ни трудно нам представить моря без рыб ,но в морях кембрия их еще не было .Моря были густо заселены знаменитыми трилобитами – вымер-шими предками пауков , скорпионов и клещей . 

  За кембрием  следует ордовик (он длился 60 миллионов лет).В море по – прежнему процветают трилобиты .Появ-

ляются первые позвоночные – родичи современных  миног и

миксин .Челюстей у них еще нет , но строение рта позво -

ляет хватать  живую добычу ,что ,конечно ,гораздо выгод-

нее  ,бесконечного процеживания ила .

   В следующем  периоде – силуре (30 миллионов лет )на сушу выходят первые растения (псилофиты) ,покрывая берега зеленым  ковром высотой до 25 сантиметров .Вслед за ними на сушу начинают переселяться животные , приу -

чаясь дышать атмосферным воздухом ,- многоножки ,чер-

ви ,пауки и скорпионы.

   В морях  трилобитов уже теснят гигантские  ракоскор -

пионы ,длина которых порой превышает 2 метра . У поз-

воночных появляется новый ,неизвестный прежде орган –

челюсти , развившиеся из безобидных жаберных щелей бес-

черепных (например ,ланцетника ) .Чтобы добыча не   ус -

кользнула из их челюстей ,рыбы приобретают одновремен -

но парные плавники ,увеличивающие  маневренность .

  Следующий период – девон (60 миллионов лет ).Сушу заселяют плауны,папоротники ,хвощи ,мхи .В их зарослях уже живут первые насекомые.

  Выбираются  на сушу и позвоночные .Как и почему это происходит ?Климат в девоне был сухой ,температура в

течение года резко  изменялась.Многие водоемы  пересыха -ли  .Некоторые рыбы стали на время засухи зарываться в ил.Для этого нужно было уметь дышать атмосферным  воздухом .Но особенно многообещающей для дальнейшей

эволюции оказалась  группа кистеперых рыб .Помимо легоч-

ного дыхания  они имели подвижные мускулистые  плав-ники, похожие на лапы .С их помощью они ползали по дну . Чтобы не погибнуть в пересохшем водоеме , кистеперые рыбы отправлялись в сухопутные странствия в поисках  воды . При этом они путешествовали на довольно большие  расстояния .Естественно ,выживали те,которые лучше могли двигаться по суше.Правда ,слабых легких для дыха-ния было недостаточно .Как еще дышать , если жабры на суше не годятся ?Только через кожу.Поэтому рыбья чешуя уступила место гладкой влажной коже .

  Так в  девоне кистеперые рыбы постепенно  покинули  род - 
 

ную стихию и  дали начало первым земноводным –  стегоце-

фалам (панцирноголовым).

   Вслед  за девоном наступил карбон ,или каменноугольный

период (65 миллионов  лет).Впервые огромные пространст-

ва суши покрылись  болотистыми лесами из древовидных  папоротников ,хвощей и плаунов .

  Глядя на  современные небольшие плауны  ,трудно  пове -

рить ,что их предки (например ,чешуедрев ,или лепидоден-

дрон ) достигали 40 метров в высоту и 6 метров в обхвате.

  Из падавших в воду и постепенно превращавшихся в уголь

стволов образовались залежи каменного угля .Самый цен-

ный уголь (антрацит) получился из скоплений множества

спор ,которые роняли в воду деревья того времени.     

  Сжигая в печке каменный уголь ,мы чувствуем тепло сол-

нечных  ,падавших на Землю без малого треть миллиарда

лет назад.Под ними грелись наши далекие предки  - земно-

водные ,царствовавшие в карбоне.

  Впервые жизнь ,освоившая воду и сушу ,сделала шаг и в  

третью стихию – воздух .Первыми и единственными ,кто

поднялся в  воздух в лесах каменноугольного периода ,были

насекомые .Порой они вырастали до невероятных .Размах

крыльев некоторых  стрекоз достигал 70 сантиметров  .А в

зарослях помимо пауков и скорпионов стали встречаться,

например, тараканы (размером с морскую свинку).

  Жизнь сумела  окончательно оторваться от породившей

ее водной стихии .Почти одновременно это удалось репти-

лиям и семенным папоротникам ,предкам хвойных.У расте-

ний появились  семена вместо спор ,у яиц рептилий – скор -

лупа .Зародыши в семени и яйце были защищены оболочка -ми ,обеспечены пищей .Из яиц рептилий вылуплялся уже не беспомощный головастик ,а уменьшенная копия роди-теля.

  Рептилиям уже не нужна была голая кожа для дыхания –

вполне хватало  легких.Они “заковались обратно в панцирь”

из чешуи или  роговых щитков.

  Последний  период эры древней жизни –  пермь,или   пермс -кий  период (55 миллионов лет) .Климат стал холоднеее и суше .Влажные леса из папоротников и плаунов исчезли .

Вместо них  появились и широко разрослись хвойные  .

  Земноводных  все больше теснили рептилии ,шедшие к

своему господству на планете.

 
 

 

 Мезозойская  эра наступила 230 миллионов лет  назад и дли-лась 163 миллиона лет  .(То есть с половины одиннадцатого вечера до половины двенадцатого по нашей шкале.) Она де-лится на 3 периода :триас (35 миллионов лет),юру, или юр-ский период (58 миллионов лет),и мел ,или меловой период (70 милллионов лет).

  В морях  еще в пермский период окончательно  вымерли трилобиты .Но это не было закатом морских беспозвоноч-

ных .Напротив: на смену каждой вымершей форме прихо-

дило несколько  новых .В течение мезозойской эры океаны

Земли изобиловали  моллюсками :белемнитами ,похожими   

на кальмаров (их ископаемые раковины зовут “чертовы-

ми пальцами “), и аммонитами .Раковины некоторых  ам -

монитов достигали 3 метра в диаметре .Ни у кого больше

на нашей планете  ,ни до того ,ни позднее,не было таких

колоссальных  раковин !

  В лесах  мезозоя господствовали хвойные  ,похожие на

современные сосны  и кипарисы , а также саговники .Мы

привыкли видеть насекомых ,вьющихся над цветами .Но

такое зрелище  стало возможным лишь с середины мезо-

зоя ,когда на Земле расцвел первый цветок .К меловому пе-

риоду цветковые  растения уже начали теснить хвойные

и саговники  .

  Мезозой  ,особенно юру ,можно назвать царством репти-

лий .Но еще в самом начале мезозоя ,когда рептилии толь-

ко шли к  своему господству ,рядом с ними появились   мел-

кие, покрытые шерстью теплокровные животные – млеко-

питающие .Долгие 100 миллионов лет они жили рядом с ди-

нозаврами ,почти незаметные на их фоне ,терпеливо до -

жидаясь своего часа .

  В юре  у динозавров появились и другие  теплокровные со-

перники – первоптицы (ахеоптериксы).Они имели еще очень много общего с рептилиями :например,челюсти,

усеянные острыми  зубами .В меловом  периоде от них произошли и настоящие птицы .

  В конце  мелового периода климат на  Земле стал холоднее.

Природа уже  не могла прокормить животных ,весивших

более десяти килограммов  .(Правда ,есть научные теории,

иначе объясняющие  вымирание динозавров.)Началось мас-

совое вымирание (растянувшееся ,однако ,на миллионы лет) гигантов – динозавров. Теперь освободившееся место