Начальные этапы развития жизни на Земле

Естественные науки призваны помочь человечеству познать как самих себя, так и окружающий мир и, конечно же, выяснить каким образом на нашей планете возникла жизнь во всех её формах и проявлениях. Не вдаваясь в религиозные догмы о сотворении мира высшей духовной силой – Богом, мы изучим гипотезы происхождения живой материи, которыми оперирует биология. Основные этапы развития жизни на Земле помогут нам раскрыть проблему её происхождения и проявления в окружающем мире.

этапы развития жизни на земле

Представление ученых о процессе эволюции живой природы

Если собрать воедино все биологические виды организмов, как современных, так и давно вымерших, получится астрономическое число – до одного миллиарда видов. Неудивительно, что ученые, жившие в разное время, стремились выделить основные этапы развития жизни на Земле, приведшие к возникновению этих видов живых организмов, а также к формированию современной картины природы. Основатель систематики Карл Линней еще в 18 веке в основу этой науки положил принцип «живое от живого», в котором утверждал, что жизнь может возникнуть только от уже существующей живой субстанции. Линней не допускал даже намека на так называемое самозарождение организмов. Немецкий биолог Э. Геккель первым высказал идею о монофилии – происхождении всех живых организмов от одного предка. Жан-Батист Ламарк также отстаивал представление об одноклеточной предковой форме, возникновение которой произошло в ранние этапы развития жизни на Земле. Подводя итог всему выше сказанному, можно утверждать, что существующие в науке гипотезы о происхождении жизни классифицируются на две группы. Первая – абиогенная, она включает представления об образовании живой материи из неживой природы (А. Опарин, Д. Холдейн, С. Миллер). Другая – биогенная, содержит идеи о появлении живых существ только от себе подобных (Р. Вирхов, К. Линней, Ч. Дарвин).


начальные этапы развития жизни на земле

Имели ли первичные организмы общую предковую форму

Первые этапы развития жизни на Земле, а именно абиогенный (химический), затем период появления биополимеров (белков и нуклеиновых кислот), названный предбиологическим и, наконец, этап биологической эволюции (формирование первичных одноклеточных организмов). Они были объединены и названы биопоэзом. Некоторые исследователи (например, Д. Бернал, С. Миллер) предложили идею о прогеноте – прародителе, от которого произошли архебактерии, эубактерии, ядерные клетки. Другие же исследователи считают, что эукариоты возникли не от прогенота, а явились результатом симбиоза, или же образовались вследствие изменений наружной мембраны протобионта. Рассмотрим эти гипотезы более детально.


Гипотеза Опарина – Холдейна

Среди множества научных версий, пытающихся объяснить явление, известное в науке как предбиологический этап развития жизни Земле, большой популярностью пользуется гипотеза коацерватных капель. Она сформулирована российским ученым А. И. Опариным. Похожие идеи были высказаны и британским исследователем Д. Холдейном. Идеи ученых перекликались с давно известной в биологии гипотезой о самозарождении жизни.

биология основные этапы развития жизни на земле

Суть гипотезы коацерватов

Академик А. Опарин предположил, что группы молекул органических соединений, появившиеся в результате процессов химического этапа, смогли создать достаточно плотную оболочку. Тем самым они отделялись от первичного бульона – водной среды древнего океана. Эти группы молекул ученый назвал коацерватами. Они уже были способны к самостоятельному существованию, продолжая осуществлять обмен с первичным раствором. К очень важным, по мнению Опарина, свойствам коацерватов относилась их способность к росту и дроблению (размножению). Д. Холдейн, опирался на опыты Миллера-Юри, в которых был экспериментально получен комплекс органических веществ из смеси метана, аммиака, водорода и углекислого газа. В него входили молекулы аминокислот и простых сахаров. Это привело к возможности появления обособленных структур – пробионтов.


ранние этапы развития жизни на земле

По мнению Опарина и Холдейна, начальные этапы развития жизни на Земле, приведшие к образованию первичных комплексов – предшественников клеток, обеспечили основу для дальнейшего процесса эволюции живой материи. Нужно отметить, что для проведения экспериментов ученые удачно смоделировали возможные условия, которые могли быть в атмосфере и в первичном мировом океане, а именно: высокая температура и давление, ионизирующее облучение и электрические разряды.

Пробионты и их свойства

Наиболее ранние этапы развития жизни на Земле – катархей, а затем и архей, ознаменовались переходом от самоорганизующихся коацерватов (пробионтов) к первичным живым клеткам. Он стал возможным благодаря уникальным свойствам пробионтов: способности к образованию изолированных мембран, возможностью к простейшим формам размножения, элементарным процессам обмена с внешней средой. Самоорганизованные молекулы нуклеопротеидов, возникшие в результате химического этапа, обеспечили у пробионтов проявление важнейшего свойства живой материи – способности к передаче наследственной информации.

Характеристика первых живых организмов

Достаточно давно (приблизительно 3,5 миллиарда лет назад) образовались осадочные породы, в которых были обнаружены следы органической жизни. Они имели вид известковых оболочек цианобактерий и остатков муреиновых стенок бактериальных клеток. Геохимические условия литосферы в архейскую эру постоянно менялись, поэтому первичные экосистемы прокариот могли адаптироваться к ним путем накопления многих фенотипических вариантов. Фотосинтез, осуществляемый сине-зелеными водорослями (цианобактериями), обеспечил кардинальное изменение газового состава первичной атмосферы Земли, позволившее дальнейший выход живых существ из водной среды обитания на сушу. Деятельность первых прокариотических организмов, а ними являлись в основном серо- и железобактерии, привела к образованию не только осадочных пород, но также нефти и природного газа.

этапы развития жизни на земле эрам

Почему стало возможным появление эукариотических клеток

Как мы уже упоминали ранее, фотосинтетическая активность зеленых и пурпурных серобактерий, а также железобактерий способствовала формированию экранирующего озонового слоя и появлению аэробных эукариотических клеток. Иными словами, первые 3 этапа развития жизни Земле привели к образованию биоценозов, содержащих одноклеточные и многоклеточные эукариотических организмы. Большинство ученых склонны считать, что их возникновение произошло около 600 миллионов лет тому назад. Вначале ядерные организмы были представлены одноклеточными жгутиковыми формами. В результате дивергенции от них произошли первые растения – водоросли, а также простейшие и грибы. Интересным представляется суждение некоторых исследователей о том, что прокариоты являются тупиковой ветвью эволюции, так как они практически не изменились в первые этапы развития жизни на Земле. Биология выдвигает две причины, объясняющее отсутствие эволюционного развития безъядерных организмов.

предбиологический этап развития жизни земле

К первой из них относится неспособность прокариотических клеток к повышению организации и к дифференциации. Вторая причина – жесткий ригидный наследственный материал прокариот, представленный единственной кольцевой молекулой ДНК, называемой плазмидой.

Симбиоз, приведший к революционным изменениям в природе

Появления ядерных клеток в научных кругах принято объяснять с позиции симбиогенеза – теории, предложенной А. Шимпером. Так формирование клеточного ядра, наличие которого служит главным признаком эукариотов, а также образование хлоропластов и митохондрий стало возможным в результате трансформации некоторых аэробных бактерий. Проникнув в первичную клетку с наследственным веществом, обособленным мембраной, бактерии синхронизировали свой обмен веществ с клеткой хозяина. В итоге они потеряли способность к самостоятельному существованию вне клетки и стали её обязательными органеллами. Заслуживающей внимания является и гипотеза, объясняющая появление хлоропластов. Ведь нельзя забывать, что именно возникновение этих органоидов обеспечило феномен автотрофного питания и процесса фотосинтеза. Вслед за А. Шимпером, такие известные российские ученые, как К. С. Мережковский, Б. М. Козо-Полянский и другие обратили внимание на группу фотосинтезирующих бактерий, способных к симбиозу с гетеротрофными клетками. Попав в цитоплазму, они, по-видимому, ассимилировались с клеточным метаболизмом и стали функционировать в качестве органоидов, в последствии названных хлоропластами. Сами же гетеротрофные клетки видоизменились в одноклеточные зеленые водоросли, став первыми автотрофными эукариотами.

3 этапа развития жизни земле

Биогеоценозы вендского периода

Итак, сосуществование сразу нескольких видов безъядерных организмов – бактерий - могло привести к формированию новой живой системы – эукариотической клетки. Продолжая изучать первые этапы развития жизни на Земле, остановимся на вендском периоде протерозойской эры, которая пришла на смену архею. В водной среде – основной колыбели жизни на планете, сформировались первые биогеоценозы. Продуцентами в них являлись фотосинтезирующие бактерии, а также одноклеточные и колониальные зеленые водоросли.

Они выделяли кислород, синтезировали органические вещества, которыми пользовались гетеротрофные организмы: одноклеточные простейшие, а также многоклеточные формы: кишечнополостные и трилобиты. Вендским периодом заканчиваются первые этапы развития жизни на Земле. Эрам и периодам, следующими за ним, предстояло осуществить дальнейшие процессы эволюции живой природы, в основе которых лежала наследственная изменчивость и естественный отбор.

Основные этапы развития жизни на Земле: таблица
Существует целый комплекс наук, изучающих основные этапы развития жизни на Земле, все они рассматривают этот вопрос разносторонне, ведь это фундаментальная проблема естествознания. Очень важно значение палеонтологии, изучающей остатки растений и ...
далее
Этапы развития жизни на Земле: эры, периоды, климат
Каждого из нас порой волнуют такие вопросы, на которые сложно найти ответы. К ним относится понимание смысла своего существования, устройство мира и многое другое. Полагаем, что каждый однажды задумывался по поводу развития жизни на Земле. Эры, ...
далее
Происхождение жизни на Земле: теория Опарина простыми словами
Почти сто лет назад А. Опарин представил миру идею, объясняющую процесс зарождения первой клетки и происхождение жизни на Земле, что подкрепило эволюционную теорию Дарвина. Имеет ли теория Опарина право на жизнь в современном научном мире?
далее
Протерозойская эра: тернистый путь земной эволюции
Протерозойская эра, длившаяся примерно два миллиарда лет, сыграла немаловажную роль в формировании того мира, каким мы знаем его теперь. Этот самый продолжительный геологический период, занявший почти половину общей истории планеты, ознаменовался ...
далее
Современные представления о возникновении жизни
Жизнь на Земле появилась не внезапно. На протяжении миллионов лет постепенно формировались условия, сделавшие ее возможной. Теории возникновения жизни напоминают фантастические рассказы: настолько невероятным кажется, что, несмотря на все ...
далее

Материалы по теме: