ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.01.2020
Просмотров: 2121
Скачиваний: 5
Отдельные из перечисленных свойств могут встречаться и в неживой природе, но только в совокупности эти свойства присущи именно живому и в своем единстве являются критериями отличия живого от неживого. Обобщая все изложенное, можно свести отличительные признаки живого к трем главным:
-
наличие обмена веществ (метаболизм);
-
способность к передаче наследственной информации и самовоспроизведению;
-
изменчивость, приспособляемость к среде.
Существуют переходные формы, которые объединяют в себе свойства живого и неживого, например, вирусы. С одной стороны, они состоят из белков и нуклеиновых кислот и способны к самовоспроизводству, но с другой стороны, вне чужого организма или клетки они не имеют собственного обмена веществ, не реагируют на раздражители, не способны к росту и размножению.
В науке до сих пор нет однозначного ответа на этот вопрос: «Что такое жизнь?» Приведем классическое определение жизни, сформулированное Ф. Энгельсом: "Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ, с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка". Исходя из перечисленных свойств живого, можно сформулировать современное определение жизни. Жизнь — есть форма существования высокоорганизованных неравновесных, открытых систем, в структуре которых решающую роль играют белки и нуклеотиды; эти системы способны к обмену веществ (саморегуляции), самовоспроизведению путем передачи наследственной информации и изменчивости на основе мутаций (самоорганизации).
5.3 Основные гипотезы происхождения жизни на Земле.
Биохимическая эволюция.
Проблема возникновения жизни на Земле и возможность существования ее внеземных форм является фундаментальной не только для биологии, но и для естествознания в целом. Среди основных гипотез, пытающихся объяснить возникновение жизни, наиболее известны следующие:
-
креационизм - жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время;
-
происхождение жизни из неживой природы - жизнь возникала самопроизвольно из неживого вещества;
-
панспермия - жизнь занесена на нашу планету извне;
-
биохимическая эволюция - жизнь возникла в ходе закономерного, самоусложняющегося развития природы в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам.
Креационизм. Согласно креационизму жизнь возникла в результате какого-то сверхъестественного события в прошлом. Эта концепция признает неизменность видов живых существ, ее придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений.
Происхождение жизни из неживой природы. Эта гипотеза была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму. Согласно гипотезе жизнь возникла спонтанно из неживого вещества под воздействием некоего «активного начала». Приверженцами гипотезы о самопроизвольном зарождении живых организмов из неживой природы были Аристотель, Галилей, Декарт, Гегель, Ламарк.
Панспермия (от греч. pan — все и sperma — семя). В XIX веке была выдвинута гипотеза вечного, повсеместного существования жизни в Космосе в виде «зародышей жизни», и ее космического происхождения на Земле. Эта гипотеза, как и гипотеза о самозарождении жизни, не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни, поэтому ее нельзя считать теорией возникновения жизни как таковой. Гипотеза панспермии утверждает, что жизнь могла возникнуть один или несколько раз в разное время и в разных частях Вселенной. Для обоснования этой гипотезы используется информация о многократных появлениях НЛО, наскальные изображения объектов, похожих на ракеты и «космонавтов», а также сообщения о встречах с инопланетянами. В начале XX века идею панспермии развивал русский ученый В.И.Вернадский.
Биохимическая эволюция. В современной науке принята гипотеза абиогенного (небиологического) происхождения жизни в результате процессов абиогенеза. Абиогенез - длительный процесс космической, геологической и химической эволюции. Основоположниками этой гипотезы являются русский ученый А. И. Опарин и английский естествоиспытатель Дж. Холдейн.
Согласно абиогенезу нужны четыре основных условия для появления живого из неживого:
• наличие определенных химических веществ,
• наличие источника энергии,
• отсутствие газообразного кислорода,
• длительное время.
Выделяют три основных этапа абиогенеза.
Первый этап связан с химической эволюцией. После возникновения (5 млрд. лет назад) Земля представляла собой раскаленный шар. Температура поверхности в начальный период была 4000-8000°С, и по мере остывания тяжелые химические элементы перемещались к центру Земли, а легкие скапливались на поверхности. Углерод и более тугоплавкие металлы конденсировались и впоследствии стали основой земной коры. Химические элементы взаимодействовали друг с другом и образовали молекулы неорганических веществ (воды, азота, углекислого газа, аммиака, метана, сероводорода). По мере остывания происходила конденсация водяных паров, что привело к формированию водоемов, в которых растворялись различные неорганические соединения.
Второй этап возникновения жизни связан с появлением белковых веществ (биополимеров). Земная жизнь имеет углеродную основу (см. химию). А. И. Опарин в своей работе «Происхождение жизни» (1924 г) высказал мнение, что органические вещества — основа жизни — могли возникнуть из более простых углеродных соединений при их концентрации в первичном океане. Подобную идею в 1927 году предложил английский естествоиспытатель Дж. Холдейн. Источником энергии для реакции синтеза органических веществ были солнечная радиация и тепло Земли. Излучение беспрепятственно проникало на Землю, поскольку озонового слоя в первичной атмосфере еще не было. В первичной атмосфере не было и кислорода. Кислород, будучи сильным окислителем, моментально разрушил бы органические соединения, поэтому его отсутствие облегчало синтез биополимеров.
В 1953 г. Стэнли Миллер (США) предпринял попытку экспериментальной проверки гипотезы Опарина–Холдейна. В установке он смоделировал условия, предположительно существовавшие на ранней Земле. Смесь газов (водяные пары, метан, аммиак и водород) в течение недели подвергали воздействию электрических разрядов высокого напряжения, после чего в «ловушке» было обнаружено 15 аминокислот. Позднее в подобных экспериментах были синтезированы простые нуклеиновые кислоты.
Органические вещества, накапливаясь в океане, образовали «первичный бульон», затем они стали объединяться в студнеобразные сгустки — коацерваты (от лат. coacervus — сгусток). За счет физико-химических процессов, происходивших в «первичном бульоне», коацерватные капли увеличивались в размерах, получили способность делиться на части, поглощать вещества из окружающей среды, т.е. приобрели признаки роста, размножения и обмена веществ. Однако коацерваты не были способны к самовоспроизводству и саморегуляции.
Третий этап возникновения жизни связан с формированием у органических соединений способности к самовоспроизводству. Началом жизни следует считать возникновение стабильной самовоспроизводящейся органической системы с постоянной последовательностью нуклеотидов. Поглощение коацерватами металлов привело к образованию ферментов, ускоряющих биохимические процессы, а появление границ между коацерватами и окружающей средой (полупроницаемых мембран) обеспечило стабильность коацерватов.
Возникновение жизни объясняется взаимодействием нуклеиновых кислот (ДНК) и белков. В результате включения их в коацерват могла возникнуть примитивная клетка, способная к росту и размножению. Нуклеиновые кислоты являются носителями генетической информации, а белки служат катализаторами химических реакций, протекающих внутри коацервата. Таким образом, сложная открытая органическая система приобрела основные признаки живого – способность к самоорганизации, саморегуляции и самовоспроизводству, и стала прообразом единицы живого - клетки.
Биологическая эволюция. Биологическая эволюция начинается с возникновения клеточной организации и идет по пути совершенствования строения и функций клетки, образования многоклеточных организмов, разделения живого на царства растений, животных, грибов с последующей их дифференциацией на виды.
Жизнь на Земле возникла 3,5 млрд. лет назад. В это время появились первые живые клетки – прокариоты. Прокариоты – это безъядерные клетки. Они представлены бактериями и сине-зелеными водорослями. Прокариоты могли жить без кислорода и в качестве питательных веществ использовали вещества «первичного бульона». «Первичный бульон» истощался, и в процессе эволюции преимущества получали те клетки, которые могли использовать солнечный свет для самостоятельного синтеза необходимых веществ (фотосинтез). Так появились автотрофы, а в первичную атмосферу стал поступать кислород.
1,5 - 2 млрд. лет назад появляются эукариоты – организмы, клетки которых содержат ядро. Примерно 1 млрд. лет назад произошло разделение эукариотов на растительные и животные клетки.
Следующим существенным шагом в биологической эволюции стало появление 900 млн. лет назад полового размножения. Половое размножение значительно повышает видовое разнообразие, приспособляемость и способствует ускорению эволюции.
Появление первых многоклеточных организмов произошло примерно 800 млн. лет назад. У них развиваются органы и ткани, происходит дифференциация их функций.
500 – 440 млн. лет назад появляются первые плотоядные и позвоночные, а примерно 410 млн. лет назад живые организмы выходят на сушу.
Важным моментом биологической эволюции является появление и развитие нервной системы и мозга, что позволило организмам увеличить разнообразие реакций на воздействие окружающей среды.
В условиях похолодания в начале кайнозоя значительное эволюционное преимущество получили теплокровные животные.
Примерно 8 млн. лет назад начали формироваться современные семейства млекопитающих. В этот период появились разнообразные виды приматов и тем самым сложились предпосылки для начала антропогенеза. Антропогенез — часть биологической эволюции, которая привела к появлению вида Homo sapiens.
2 – 3 млн. лет назад началось очередное вымирание лесов. Одна из групп антропоидных обезьян постепенно стала осваивать открытые пространства. Предположительно от этих обезьян произошли люди.
Сейчас жизнь на земле представлена клеточными и доклеточными формами. Доклеточные организмы - это вирусы и фаги, клеточные разделяют на четыре царства: микроорганизмы, грибы, растения и животные.
5.4 Клетка как элементарная единица живого
Значительным достижением биологии стало создание теории клеточного строения живых организмов. Раздел биологии, который занимается изучением клетки, называется цитология. Понятие «клетка» было введено английским ботаником Р.Гуком в 1665 г. Основные положения и принципы клеточной теории разработали немецкие ученые М.Шлейден и Т.Шванн в середине XIX в.
Клетка – элементарная биологическая единица, структурно – функциональная основа всего живого. Клетка осуществляет самостоятельный обмен веществ, способна к делению (воспроизводству) и саморегуляции. Каждая клетка является микроносителем жизни, поскольку в ней заключена такая генетическая информация, которая достаточна для воспроизведения всего организма. Число клеток у человека составляет примерно 5 1014
Все клетки живых организмов подразделяются на два вида: прокариоты - безъядерные клетки, и эукариоты – клетки с ядром. Простейшие организмы, состоящие из одной или небольшого числа клеток, состоят из клеток прокариотов. Это бактерии и некоторые водоросли. Большинство клеток прокариотов имеют размер около 1 —5 мкм.
Эукариотическая клетка намного больше, она имеет диаметр около 25 мкм. Таким образом, в нее может поместиться более 10 тысяч клеток прокариотов.
Все клетки эукариоты имеют похожий химический состав и сходное строение. В структуре клетки выделяют ядро, цитоплазму, мембрану (оболочку).
Ядро клетки содержит хромосомы, состоящие из молекул ДНК и присоединенных к ним белков. С помощью клеточного ядра осуществляются хранение и передача наследственной информации.
Цитоплазма - полужидкая, бесцветная масса сложного строения. Она обеспечивает взаимодействие всех составляющих клетки. Цитоплазма содержит соляной раствор с молекулами РНК, включения и органеллы. К включениям относятся запасы питательных вещества (жир, гликоген) и продукты, выводимые из клетки. Органеллы - постоянные компоненты цитоплазмы, которые выполняют определенные функции. Органеллу можно назвать клеточным органом. В клетке человека обнаружено более 10 органелл.
Мембрана отделяет содержимое клетки от внешней среды, выполняет барьерную функцию, обеспечивает избирательную проницаемость веществ и метаболизм.
Метаболизм (обмен веществ) — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Метаболизм служит основой гомеостаза. Гомеостаз - постоянство состава клетки.
У клеток разный срок существования. Жизненный цикл любой клетки завершается делением и продолжением жизни в обновленном виде, или гибелью. Различают два способа деления клеток: митоз и мейоз. Митоз – деление клеточного ядра на два дочерних с наборами хромосом, идентичными набору хромосом родительской клетки. Мейоз – деление клеточного ядра на четыре дочерних ядра, в каждом из которых содержится вдвое меньше хромосом, чем в родительской клетке. Такой способ деления характерен только для половых клеток.
Клетки образуют ткани (нервная, мышечная и т.д.), а несколько типов тканей - органы (сердце, легкие и пр.). Группы органов, связанные с решением каких-то общих задач, называют системами организма.
5.5 Роль и функции ДНК и РНК как основы жизни
В состав клетки входят макромолекулы следующих основных органических соединений: углеводов, липидов (жиров), белков, нуклеиновых кислот.
Углеводы — органические соединения, состоящие из одной или нескольких молекул простых сахаров. Углеводы выполняют в основном энергетическую функцию. При их сжигании организм получает основную часть необходимой энергии (при распаде 1 г углеводов выделяется около 18 кДж). Кроме этого, углеводы в виде сахара дизоксирибоза и рибоза входят в состав нуклеиновых кислот.
Липиды (жиры) — жироподобные органические соединения. Основные функции липидов следующие: структурная (входят в состав мембран), резервная энергетическая (при распаде 1 г жира выделяется около 39 кДж), термоизоляционная, защитная, регуляторная (участие в обмене веществ, гормональном обмене, обеспечение относительного постоянства химического состава всех частей организма).