Обучающие программы и исследовательские работы учащихся
Помогаем учителям и учащимся в обучении, создании и грамотном оформлении исследовательской работы и проекта.

Объявление

Наш баннер

Сайт Обучонок содержит исследовательские работы и проекты учащихся, темы творческих проектов по предметам и правила их оформления, обучающие программы для детей.
Будем благодарны, если установите наш баннер!
Баннер сайта Обучонок
Код баннера:
<a href="https://obuchonok.ru/" target="_blank"> <img src="https://obuchonok.ru/banners/banob2.gif" width="88" height="31" alt="Обучонок. Исследовательские работы и проекты учащихся"></a>
Все баннеры...
Тематика: 
Биология
Автор работы: 
Щукина Анастасия Валерьевна
Руководитель проекта: 
Щукина Анастасия Валерьевна
Учреждение: 
МБОУ "Гимназия имени Подольских курсантов"
Класс: 
9

В процессе проведения работы над исследовательским проектом по биологии на тему «Возникновение жизни» обучающаяся 9 класса расширила знания о том, как зарождалась первая жизнь на нашей планете с точки зрения палеонтологии, астрономии, биологии и библии.

Подробнее о работе:

В готовом исследовательском проекте по биологии на тему «Возникновение жизни» автор сделала выводы о том, что возможно, будет создана единая теория происхождения жизни, которая включит в себя несколько теорий. Автор полагает, что первоначально в земной атмосфере и Мировом океане не было свободного кислорода, и в этих условиях жили и развивались лишь анаэробные микроорганизмы. Особым шагом в эволюции живого было возникновение фотосинтезирующих бактерий, которые, используя энергию света, превращали углекислый газ в углеводные соединения, служащие пищей для других микроорганизмов.

Оглавление

Введение

  1. Понятие слова "жизнь"
  2. Как возникла жизнь?
  3. Возникновение жизни с точки зрения биологии
  4. Возникновение жизни с точки зрения палеонтологии
  5. Возникновение жизни с точки зрения астрономии
  6. Возникновение жизни с точки зрения библии
  7. Какие условия требуются для жизни?
  8. Развитие жизни: эпохи

Заключение
Список использованных источников

Введение

Тема моего проекта - Возникновение жизни.
Я выбрала эту тему, потому что на протяжении многих лет человечество пытается разгадать истинную причину и историю появления жизни на нашей планете. Именно это меня заинтересовало и я решила узнать об этом больше

Цель: узнать как зарождалась первая жизнь на нашей планете.
Актуальность темы заключается в том, что вопрос « Что такое жизнь, каково ее происхождение?» всегда составлял одну из тайн возникновения жизни, которая волновала человечество с древних времен.
Гипотеза: вода – это вещество, необходимое для возникновения жизни.

Жизнь — активная форма существования материи, в некотором смысле высшая по сравнению с её физической и химической формами существования, совокупность физических и химических процессов, протекающих в клетке, позволяющих осуществлять обмен веществ и ее деление.

Основной атрибут живой материи — генетическая инфориация, используемая для репликации. Более или менее точно определить понятие «жизнь» можно только перечислением качеств, отличающих её от нежизни.

Как же возникла первая жизнь на земле? Никто и никогда не сможет сказать нам правду, ведь жизнь зародилась задолго до нас и нам подобным. Но давайте рассмотрим как же зародилась сама Земля.
Первая эпоха - возникновения Земли и жизни на ней.

Ее называют Докембрийская Эра. Самая протяженная эпоха Земли длилась с 4,6 млрд. лет до 542 млн. лет. назад.

Мы не знаем как было, но астрофизика позволила нам изучить процесс рождения планет. В результате титанического столкновения космической пыли и энергии в одном месте, образовалась Земля. Примерно также образуется комок липкой грязи после дождя.

Комок грязи затвердел через миллиард лет, образовалась планета. Но еще миллиард лет не было жизни. Земная гора остывала на фоне грохочущих вулканов, кипящий океан лавы и кипятка медленно превращался в соленую морскую воду.

Рождение жизни


Примерно 2 миллиарда лет назад появилась жизнь. Огненная земля и углекислый воздух непригодны для жизни, но жизнь Земле подарил остывший океан. Именно под его щитом водной глади появились первые клетки, через сотни миллионов лет они научились прилипать друг к другу и создавать колонии клеток.

Колонии клеток мутировали в сложный многоклеточный организм, тысячи таких вместе породили микроскопические водоросли. Крохотные бойцы Жизни были настоящими героями мертвого мира без грамма кислорода. Эти клетки за многие годы смогли превратиться в водоросли- Строматолиты

Водоросли заполнили собой архаичный океан, а фотосинтез сделал океан легкими Земли. Тонны кислорода в минуту поднимались вверх, накапливаясь в атмосфере. Но до самого конца кембрийской эры надводный мир будет не пригоден для проживания.

Но с помощью данных водорослей на планете появился кислород, а с кислородом и новая жизнь.

Возникновение жизни с точки зрения биологии

В соответствии с принципами диалектического материализма жизнь – это «единство и борьба» двух начал: изменяющейся и передающейся по наследству информации, с одной стороны, и биохимических, структурных функций – с другой. Одно без другого невозможно – и вопрос о том, с чего жизнь началась, с информации и нуклеиновых кислот или с функций и белков, остается одним из самых сложных.

А одним из известных решений этой парадоксальной задачи является гипотеза «мира РНК», появившаяся еще в конце 1960-х и окончательно оформившаяся в конце 1980-х.
РНК – макромолекулы, в хранении и передаче информации не столь эффективные, как ДНК, а в выполнении ферментативных функций – не столь впечатляющие, как белки.

Зато молекулы РНК способны и на то, и на другое, и до сих пор они служат передаточным звеном в информационном обмене клетки, и катализируют целый ряд реакций в ней. Белки неспособны реплицироваться без информации ДНК, а ДНК неспособна на это без белковых «умений». РНК же может быть полностью автономной: она способна катализировать собственное «размножение» – и для начала этого достаточно.

Исследования в рамках гипотезы «мира РНК» показали, что эти макромолекулы способны и к полноценной химической эволюции.

Взять хотя бы наглядный пример, продемонстрированный калифорнийскими биофизиками во главе с Лесли Оргелом (Lesley Orgel): если в раствор способной к саморепликации РНК добавить бромистый этидий, служащий для этой системы ядом, блокирующим синтез РНК, то понемногу, со сменой поколений макромолекул, в смеси появляются РНК, устойчивые даже к очень высоким концентрациям токсина.

Примерно так, эволюционируя, первые молекулы РНК могли найти способ синтезировать первые инструменты-белки, а затем – в комплексе с ними – «открыть» для себя и двойную спираль ДНК, идеальный носитель наследственной информации.

Протоклетки

Однако простой репликации для «нормальной жизни» недостаточно: любая жизнь – это, прежде всего, пространственно изолированный участок среды, разделяющий процессы обмена, облегчающий течение одних реакций и позволяющий исключать другие.

Иначе говоря, жизнь – это клетка, ограниченная полупроницаемой мембраной, состоящей из липидов. И «протоклетки» должны были появляться уже на самых ранних этапах существования жизни на Земле – первую гипотезу об их происхождении высказал хорошо знакомый нам Александр Опарин.

В его представлении «протомембранами» могли служить капельки гидрофобных липидов, напоминающие желтые капли масла, плавающего в воде.
В целом идеи ученого принимаются и современной наукой, занимался этой темой и Джек Шостак, получивший за свои работы Медаль Опарина.

Вместе с Катаржиной Адамалой он сумел создать своего рода модель «протоклетки», аналог мембраны которой состоял не из современных липидов, а из еще более простых органических молекул, жирных кислот, которые вполне могли накапливаться в местах возникновения первых протоорганизмов. Шостаку и Адамале удалось даже «оживить» свои структуры, добавив в среду ионы магния (стимулирующие работу РНК-полимераз) и лимонную кислоту (стабилизирующую структуру жировых мембран).

В итоге у них получилась совершенно простая, но в чем-то живая система; во всяком случае это была нормальная протоклетка (рис. 4), которая содержала защищенную мембраной среду для размножения РНК.

Эндосимбиоз


Взглянув на себя в зеркало, мы увидим: существо, с которым вы переглядываетесь, это сложнейший гибрид, возникший в незапамятные времена. Еще в конце XIX века немецко-английский естествоиспытатель Андреас Шимпер (Andreas Schimper) заметил, что хлоропласты – органеллы растительной клетки, ответственные за фотосинтез, – реплицируются отдельно от самой клетки.

Вскоре появилась гипотеза о том, что хлоропласты – это симбионты, клетки фотосинтезирующих бактерий, когда-то проглоченные хозяином – и оставшиеся жить здесь навсегда.

Разумеется, хлоропластов у нас нет, иначе бы мы могли питаться солнечным светом, как предлагают некоторые псевдорелигиозные секты. Однако в 1920-е гипотеза эндосимбиоза была расширена, включив митохондрии – органеллы, которые потребляют кислород и поставляют энергию всем нашим клеткам.

К сегодняшнему дню эта гипотеза приобрела статус полновесной, многократно доказанной теории – достаточно сказать, что у митохондрий и пластид обнаружился собственный геном, более или менее независимые от клетки механизмы деления и собственные системы синтеза белка.

В природе обнаружены и другие эндосимбионты, не имеющие за плечами миллиардов лет совместной эволюции и находящиеся на менее глубоком уровне интеграции в клетке. Например, у некоторых амеб нет собственных митохондрий, зато есть включенные внутрь и выполняющие их роль бактерии.

Есть гипотезы и об эндосимбиотическом происхождении других органелл – включая жгутики и реснички, и даже клеточное ядро: согласно мнению некоторых исследователей, все мы, эукариоты, стали результатом небывалого слияния между бактериями и археями. Эти версии пока не находят строгого подтверждения, однако ясно одно: едва возникнув, жизнь стала поглощать соседей – и взаимодействовать с ними, рождая новую жизнь.

Возникновение жизни с точки зрения палеонтологии

С помощью данной науки которая изучает древний мир, мы можем узнать что же было и существовало до нас.

Палеонтология - наука, которая реконструирует по найденным останкам, то есть окаменелостями, внешний вид древних животных и растений, их биологические особенности и т.д. На основе этих сведений палеонтологи восстанавливают ход биологических эволюций (рис. 6,7,8)

Благодаря палеонтологии мы знаем что когда то, 200 миллионов лет тому назад в Мезозойскую эру появились такие существа как - динозавры.
То, откуда появились динозавры, остается загадкой, так же, как и их гибель. Еще одна тайна – жили ли эти существа в одну эпоху с людьми или же вымерли до появления человечества?

По утверждению ученых, эры людей и гигантов разнились, хотя археологические находки в виде наскальных рисунков говорят об обратном. Сомнительными остаются сказки и легенды народов мира, в которых говорится о древних ящерах и людях.

В шестидесятых годах двадцатого столетия в Перу были найдены захоронения доинского периода. На камнях были изображены люди и динозавры, которые тесно существовали вместе. Это открытие противоречит официальной теории эволюции.

На найденных камнях был изображен зауропод с шипами. О том, что у этого существа есть шипы, ученые узнали только в девяностые годы. Помимо найденных рисунков на камнях, о существовании людей и динозавров в одну эру говорит Библия, хоть и косвенно. А еще ученые нашли следы человека рядом со следами динозавра.

И все это остается загадкой, так как по принятой версии люди и динозавры жили с разницей в миллионы лет, но, судя по находкам, это не так.
Ученые все еще точно не могут сказать, от кого произошли динозавры, но еще большей загадкой остается то, почему они вымерли.

Это произошло около 60 миллионов лет тому назад, в меловом периоде. Одновременно с гигантами вымерли морские рептилии, летающие представители, некоторые виды моллюсков, водорослей. По оценкам ученых, в тот период погибло около 20% сухопутных позвоночных и примерно 15% морских обитателей. Наиболее распространенная теория этого явления – падение метеорита в районе Юкатана, мексиканского полуострова.

Есть и другие версии причины вымирания динозавров (рис 9), среди которых высокая вулканическая активность. Примерно 6 миллионов лет тому назад произошло сильное извержение с гигантским излиянием магмы.

Возникновение жизни с точки зрения астрономии

Некоторые ученые астрономы утверждают об теории панспермии, так давайте же подробнее изучим эту теорию и что она из себя представляет.
Теория панспермии - это теория о внеземном происхождении жизни. Впервые эту идею высказал греческий философ Анаксагор.

А в 1865 году Х. Рихтер - ученый, родом из Германии, возродил ее. Он выдвинул предположение, что на Землю жизнь в виде зародышей простейших микроорганизмов занесли многочисленные метеориты и космическая пыль с планеты, где на тот момент уже имелась жизнь.

Сторонники теории утверждают, что условия первобытной Земли были благоприятны для развития этих микроорганизмов, и они дали начало всему разнообразию жизни. Приверженцы теории панспермии стремятся научно доказать возможность переноса жизни с планеты на планету, ведь при путешествии через космическое пространство спора бактерии столкнется со множеством испытаний.

Опасность будут составлять и холод межпланетного пространства, и сильнейшее ультрафиолетовое излучение.
Ярым сторонником этой теории был немецкий учёный Г. Рихтер (1865 г). Согласно Рихтеру, жизнь на Земле не возникала из неорганических веществ, а была занесена с других планет. В связи с этим, естественно возникал вопрос о том, насколько возможно такое перенесение жизни с одной планеты на другую через огромные пространства, их разделяющие.

Вопрос сводился к двум основным пунктам: при помощи каких сил может происходить перенос зародышей жизни с одной планеты на другую и могут ли эти зародыши сохранить жизнеспособность во время путешествия по космическому пространству. Согласно представлениям этой теории в XIX веке, споры бактерий и других микроорганизмов могли быть занесены на Землю с метеоритами.

Современные же сторонники теории панспермии полагают, что основная масса органических веществ, явившихся материалом, из которого возникали живые существа, доставлена на планету метеоритами. Советские и американские исследования в космосе позволяют считать, что, вероятность обнаружить жизнь в пределах нашей Солнечной системы ничтожна, - однако они не дают никаких сведений о возможной жизни вне этой системы.

При изучении материалов «предшественники живого» - такие вещества, как цианогены, синильная кислота и органические соединения, которые, возможно, сыграли роль «семян», падавших на голую Землю. Появился ряд сообщений о нахождении в метеоритах объектов, напоминающих примитивные формы жизни, однако доводы в пользу их биологической природы пока не кажутся учёным убедительными.

И так, мы увидели, что теория панспермии не может служить для решения вопроса о происхождении жизни, она лишь пытается объяснить появление жизни на Земле, но не её первое возникновение. В этом смысле она только отодвигает проблему, не разрешая её

Возникновение жизни с точки зрения Библии

Давайте сперва рассмотрим саму Библию, и то как же создавался человек:

«В начале сотворил Бог небо и землю.
Земля же была безвидна и пуста, и тьма над бездною, и Дух Божий носился над водою.
И сказал Бог: да будет свет. И стал свет.
И увидел Бог свет, что он хорош, и отделил Бог свет от тьмы.
И назвал Бог свет днем, а тьму ночью. И был вечер, и было утро: день один.
И сказал Бог: да будет твердь посреди воды, и да отделяет она воду от воды. И стало так.
И создал Бог твердь. И назвал Бог твердь небом. И увидел Бог, что это хорошо. И был вечер, и было утро: день второй.

И сказал Бог: да соберется вода, которая под небом, в одно место, и да явится суша. И стало так. И назвал Бог сушу землею, а собрание вод назвал морями. И увидел Бог, что это хорошо. И сказал Бог: да произрастит земля зелень, траву, сеющую семя (по роду и по подобию ее и) дерево плодовитое, приносящее по роду своему плод, в котором семя его на земле. И стало так.

И произвела земля зелень, траву, сеющую семя по роду ее, и дерево, приносящее плод, в котором семя его по роду его на земле. И увидел Бог, что это хорошо. И был вечер, и было утро: день третий.

И сказал Бог: да будут светила на тверди небесной для освещения земли и для отделения дня от ночи, и для знамений, и времен, и дней, и годов; и да будут они светильниками на тверди небесной, чтобы светить на землю. И стало так.

И создал Бог два светила великие: светило большее, для управления днем, и светило меньшее, для управления ночью, и звезды; и поставил их Бог на тверди небесной, чтобы светить на землю, и управлять днем и ночью, и отделять свет от тьмы. И увидел Бог, что это хорошо. И был вечер, и было утро: день четвертый.

И сказал Бог: да произведет вода пресмыкающихся, душу живую; и птицы да полетят над землею, по тверди небесной. И стало так. И сотворил Бог рыб больших и всякую душу животных пресмыкающихся, которых произвела вода, по роду их, и всякую птицу пернатую по роду ее. И увидел Бог, что это хорошо. И благословил их Бог, говоря: плодитесь и размножайтесь, и наполняйте воды в морях, и птицы да размножаются на земле.

И был вечер, и было утро: день пятый.
И сказал Бог: да произведет земля душу живую по роду ее, скотов, и гадов, и зверей земных по роду их. И стало так. И создал Бог зверей земных по роду их, и скот по роду его, и всех гадов земных по роду их. И увидел Бог, что это хорошо.

И сказал Бог: сотворим человека по образу Нашему и по подобию Нашему, и да владычествуют они над рыбами морскими, и над птицами небесными (и над зверями), и над скотом, и над всею землею, и над всеми гадами, пресмыкающимися по земле.
И сотворил Бог человека по образу Своему, по образу Божию сотворил его; мужчину и женщину сотворил их.

И благословил их Бог, и сказал им Бог: плодитесь и размножайтесь, и наполняйте землю, и обладайте ею, и владычествуйте над рыбами морскими (и над зверями), и над птицами небесными (и над всяким скотом, и над всею землею), и над всяким животным, пресмыкающимся по земле.

И сказал Бог: вот, Я дал вам всякую траву, сеющую семя, какая есть на всей земле... и всякое дерево, у которого плод древесный, сеющий семя; — вам сие будет в пищу; а всем зверям земным, и всем птицам небесным, и всякому (гаду) пресмыкающемуся по земле, в котором душа живая, дал Я всю зелень травную в пищу. И стало так.

И увидел Бог все, что Он создал, и вот, хорошо весьма. И был вечер, и было утро: день шестой.
Так совершены небо и земля и все воинство их.
И совершил Бог к седьмому дню дела Свои, которые Он делал, и почил в день седьмый от всех дел Своих, которые делал.

И благословил Бог седьмой день, и освятил его...
И создал Господь Бог человека из праха земного, и вдунул в лице его дыхание жизни, и стал человек душею живою.

И насадил Господь Бог рай в Едеме на востоке, и поместил там человека, которого создал. И произрастил Господь Бог из земли всякое дерево, приятное на вид и хорошее для пищи, и дерево жизни посреди рая, и дерево познания добра и зла».

Эта теория хороша для неграмотных религиозных людей. Некоторые люди могут обеспечить рождение человечества, но не более тогою. Пара Адами и Евы имеет тот же генотип, что и друг у друга, и является своего рода генетическим родственником. В самой библии так же упоминается, что сексуальные контакты между близкими родственниками запрещены, и подобные действия приравниваются к смертному греху не способному к созидательному процессу.

Если говорить обобщающе, то генетически родственные мужчина и женщина не могут гарантировать генетическое разнообразие всего вида, даже если возможное потомство будет развивается в разных природных условиях или имеет различные мутации. Но в любом случае Библия - драгоценный источник, полностью раскрывающий тайну происхождения жизни на земле.

Другими словами, если внимательно изучить текст Библии, то можно обнаружить, что последующие 6 дней сотворения мира на самом деле являются описанием процесса терроформирования поделенным на шесть ступеней операции с вытекающими последствиями, разделенного на шесть этапов действий и последовавших за ними последствий.

Этот процесс довольно длительный, даже при наличии необходимой технологии. Единственный правильный момент в Библии заключается в том, что наш мир был создан, он был создан искусственно, но он не находится за пределами власти природы...

Условия для создания жизни


Трудно точно сказать, сколько сотен миллионов лет назад создались условия для возникновения жизни на Земле— появилась влага, определенные устойчивые температуры и первичные углеродные соединения, послужившие основой для создания белковых тел новым свойством — самообменом.

Как известно, современная жизнь может развиваться и существовать в довольно узких температурных границах. Известны полярные водоросли красный снег, способные расти даже при минус 30 градусах, и водоросли горячих источников, существующие при плюс 70—90 градусах. Эти температуры и нужно рассматривать как возможные температурные пределы условий, в которых могла зародиться жизнь.

По мере остывания земной коры на нашей планете постепенно возникали и усложнялись различные химические соединения. Синтетическая химия помогает выяснить условия, необходимые для возникновения жизни на Земле. Достижения химии полностью подтверждают предполагаемый ход развития материи от неживого вещества к живому.

Например, знаменитый русский химик А. М. Бутлеров в 1861 году, соединив формалин (ядовитое вещество, в состав которого входят углерод, водород, кислород) с водным раствором извести, получил сахаристое вещество. Позднее были искусственно получены и жиры. А академику А. Н. Баху впервые удалось синтезировать вещества, близкие к простейшим белкам.

Также для появления жизни на Земле нужны вполне определенные материальные основы — химические элементы-органогены и в первую очередь углерод, так как именно он лежит в основе жизни. Этот элемент обладает рядом свойств, делающих его незаменимым для образования живых систем.

Углерод способен образовывать разнообразные органические соединения, число которых достигает нескольких десятков миллионов. Среди них — насыщенные водой, подвижные, низкоэлектропроводные, скрученные в цепи структуры. Соединения углерода с водородом, кислородом, азотом, фосфором, серой и железом обладают хорошими каталитическими, строительными, энергетическими, информационными и иными свойствами.
Наряду с углеродом к «кирпичикам» живого относятся кислород, водород и азот. Ведь живая клетка состоит на 70% из кислорода, углерода в ней — 17%, водорода — 10%, азота — 3%. Элементы-органогены принадлежат к наиболее устойчивым и распространенным во Вселенной химическим элементам. Они легко соединяются между собой, вступают в реакции и обладают малым атомным весом. Их соединения легко растворяются в воде.

Эти элементы, очевидно, поступили на Землю вместе с космической пылью, которая стала материалом для «строительства» планет Солнечной системы. Еще на стадии формирования планет возникли углеводороды, соединения азота, в первичных атмосферах планет было много метана, аммиака, водяного пара и водорода.

Они, в свою очередь, стали сырьем для получения сложных органических веществ, входящих в состав белков и нуклеиновых кислот (аминокислот и нуклеотидов). Огромную роль в появлении и функционировании живых организмов играет вода, ведь они на 90% состоят из воды. Поэтому вода является не только средой, но и обязательным участником всех биохимических процессов. Вода обеспечивает метаболизм клетки и терморегуляцию организмов.

Кроме того, водная среда как уникальная по своим упругим свойствам структура позволяет всем определяющим жизнь молекулам реализовать свою пространственную организацию. Поэтому жизнь зародилась в воде, но даже выйди из моря на сушу, она сохранила внутри живой клетки океаническую среду.

Наша планета богата водой и расположена на таком расстоянии от Солнца, что необходимая для жизни основная масса воды находится в жидком, а не в твердом или газообразном состоянии, как на других планетах. На Земле поддерживается оптимальная температура для существования жизни, основанной на углероде.

Наши знания о ранее живших организмах невелики. Ведь миллиарды особей, представлявших самые разные виды, исчезли, не оставив после себя никаких следов. По оценкам некоторых палеонтологов, в ископаемом состоянии до нас дошли останки только 0,01% всех видов живых организмов, населявших Землю.

Среди них — только те организмы, которые могли сохранить структуру своих форм путем замещения или в результате сохранности отпечатков. Все прочие виды до нас просто не дошли, и о них мы не сможем узнать ничего и никогда.

Долгое время считалось, что возраст древнейших отпечатков живых организмов, к которым относятся трилобиты и другие высокоорганизованные водные организмы, составляет 570 млн. лет. Позже были найдены следы намного более древних организмов — минерализовавшихся нитчатых и округлых микроорганизмов примерно десятка различных видов, напоминающих простейших бактерий и микроводорослей.

Возраст этих останков, найденных в кремнистых пластах Западной Австралии, был оценен в 3,2—3,5 млрд. лет. Эти организмы, видимо, имели сложную внутреннюю структуру, в них присутствовали химические элементы, соединения которых были способны участвовать в процессе фотосинтеза.

Данные организмы бесконечно сложны по сравнению с самым сложным из известных органических соединений абиогенного происхождения. Нет сомнений, что это не самые ранние формы жизни и что существовали их более древние предшественники.
Таким образом, истоки жизни на Земле уходят в тот «темный» первый миллиард лет существования нашей планеты, который не оставил следа в ее геологической летописи.

Данную точку зрения подтверждает и тот факт, что известный биогеохимический цикл углерода, связанный с фотосинтезом, в биосфере стабилизировался более 3,8 млрд. лет назад. Это позволяет считать, что фотоавто-трофная биосфера существовала на нашей планете не менее 4 млрд лет назад.

Однако по данным цитологии и молекулярной биологии, фотоавтотрофные организмы были вторичными в процессе эволюции живого вещества. Автотрофному способу питания живых организмов должен был предшествовать гетеротрофный способ как более простой. Автотрофные организмы, строящие свое тело за счет неорганических минеральных веществ, имеют более позднее происхождение.

Об этом свидетельствуют следующие факты:

  • все современные организмы обладают системами, приспособленными к использованию готовых органических веществ как исходного строительного материала для процессов биосинтеза;
  • преобладающее число видов организмов в современной биосфере Земли может существовать только при постоянном снабжении готовыми органическими веществами;
  • у гетеротрофных организмов не встречается никаких признаков или рудиментарных остатков тех специфических ферментных комплексов и биохимических реакций, которые характерны для автотрофного способа питания.

Таким образом, можно сделать вывод о первичности гетеротрофного способа питания. Древнейшая жизнь, вероятно, существовала в качестве гетеротрофных бактерий, получавших пищу и энергию за счет органического материала абиогенного происхождения, образовавшегося еще раньше, на космической стадии эволюции Земли.

Следовательно, начало жизни как таковой отодвигается еще дальше, за пределы каменной летописи земной коры, более чем на 4 млрд. лет назад.
Говоря о древнейших организмах на Земле, также следует отметить, что по типу своего строения они были прокариотами, возникшими вскоре после появления археклетки.

В отличие от эукариотов они не имели оформленного ядра, и ДНК располагалась в клетке свободно, не отделяясь от цитоплазмы ядерной мембраной. Различия между прокариотами и эукариотами гораздо глубже, чем между высшими растениями и высшими животными: и те и другие относятся к эукариотам.

Представители прокариотов живут и сегодня. Это бактерии и сине-зеленые водоросли. Очевидно, первые организмы, жившие в очень жестких условиях первоначальной Земли, были похожи на них.

Развитие жизни: эпохи

Зарождение жизни на Земле произошло около 3,8 млрд. лет назад, когда закончилось образование земной коры. Ученые выяснили, что первые живые организмы появились в водной среде, и только через миллиард лет произошел выход на поверхность суши первых существ.

Формированию наземной флоры способствовало образование у растений органов и тканей, возможность размножаться спорами. Животные также значительно эволюционировали и приспособились к жизни на суше: появилось внутреннее оплодотворение, способность откладывать яйца, легочное дыхание.

Важным этапом развития стало формирование головного мозга, условных и безусловных рефлексов, инстинктов выживания. Дальнейшая эволюция животных дала основу для формирования человечества.

Деление истории Земли на эры и периоды, дает представление об особенностях развития жизни на планете в разные временные промежутки. Ученые выделяют особо значимые события в формировании жизни на Земле в отдельные отрезки времени – эры, которые делятся на периоды.

Существует пять эр:

  • Архейская
  • Протерозойская
  • Палеозойская
  • Мезозойская
  • Кайнозойская

Архейская эра

Архейская эра - самый древний этап жизи. Она началась около 4 млрд лет назад с бурлящих вулканов на раскаленной безжизненной Земле, на которую непрерывно падали метеориты из космоса, и продлилась примерно 1,5 млрд лет. К окончанию этого периода в морях нашей планеты уже появились первые живые существа. Именно с архейской эры начинается земная эволюция.

Считают, что около 4 млрд. лет назад наша планета столкнулась с небесным телом, и следствием было формирование спутника Земли – Луны. Это событие стало значимым в развитии жизни, стабилизировало ось вращения планеты, поспособствовало очищению водных структур.

Как следствие, на глубине океанов и морей зародилась первая жизнь: простейшие, бактерии и цианобактерии.

Протерозойская эра

Вслед за архейской наступила протерозойская эра. Ее считают самой длительной в истории Земли.

На рубеже двух периодов облик планеты сильно изменился.
Огромные области суши уходили под воду океана, а из морей поднимались молодые горы. Хотя поверхность Земли никто не осваивал, в океане уже развивалась жизнь. Неизбежные при этом обломки горных пород, равно как и существование первых организмов, вели к образованию осадочных залеганий.

Во времена протерозоя земная кора росла, а в ней ломались и заново формировались новые континентальные плиты.
Едва появившись, живые организмы стали вступать в сложные биологические отношения друг с другом. Не довольствуясь простым извлечением энергии и пищи из окружающей среды, они создавали пищевые цепи и вступали друг с другом в симбиоз.

Все это закономерно привело к усложнению самих живых клеток. Раньше (в архее) существовали только одноклеточные прокариоты — те организмы, у которых клеточное ядро еще не сформировалось (от греческого «прокариот» — доядерный).

Их строение значительно проще, а ДНК представлена не хромосомами, а одной-единственной кольцевой молекулой. Так устроены и сине-зеленые водоросли, и бактерии, и другие обитатели Земли того времени. Преимуществом прокариот является их исключительная неприхотливость к условиям жизни.

Они и сейчас селятся на подводных вулканах, в кислых или щелочных водоемах — была бы только влага. В протерозойскую эру возникли первые эукариотические клетки (то есть такие, у которых есть ядро и ДНК, свернутая в хромосомах).

Появилось гораздо больше возможностей перемешивать гены — живые организмы стали быстро меняться, приспосабливаясь к внешней среде. Устойчивость и разнообразие жизни возрастали.

Палеозойская эра


После протерозоя наступает новый геологический этап земного развития, который называют палеозойской эрой. Он продолжался примерно 289 млн лет: начался около 541 и закончился 252 млн лет назад.

Облик Земли в этот период, как и раньше, продолжал меняться: поднимались и опускались под воду горы, перестраивался климат, жизнь то стремительно развивалась, то переживала новые катастрофы.
Уже в самом начале палеозоя эволюция живых организмов привела к появлению нового полезного приспособления: в течение короткого периода времени многие существа обзавелись внешним минеральным скелетом.

Экзоскелет- защищал от опасностей внешней среды и помогал поддерживать форму тела постоянной, преодолевая земное притяжение, что стало особенно важным при выходе первых обитателей моря на сушу в недалеком будущем.

Наличие у животных раннего палеозоя экзоскелетов облегчало жизнь в будущем палеонтологам, изучающим древнюю фауну, — в отложениях тех времен они стали обнаруживать не только косвенные признаки жизнедеятельности, но и прямые указания на существование древних организмов.

Появление в атмосфере и гидросфере достаточного количества свободного кислорода обеспечило жителей палеозоя источником доступной энергии. Ею воспользовались губки, моллюски, кораллы, трилобиты и плеченогие, сшивая из растворенных в морской воде солей прочные панцири или синтезируя специальную полисахаридную броню — хитин.

Это новое приспособление оказалось столь удачным, что разные формы жизни одновременно воспользовались внешним скелетом независимо друг от друга.

Трилобиты — древнейшие членистоногие, обитавшие в мелководных морях палеозойской эры. Некогда эти организмы были очень многочисленны, но потом их становилось все меньше, и в итоге они вымерли. Кроме трилобитов, времена расцвета переживали и другие членистоногие.

Из палеозойских ракообразных можно выделить аномалокарисов — гигантских креветок, у которых по бокам были гибкие лопасти для плавания.

Постепенно биосфера развивалась, сообщества становились сложнее, а пищевые цепочки длиннее. Палеозойской жизни уже не грозила вероятная катастрофа протерозойских времен, когда слишком разросшиеся водоросли могли убить большую часть жителей океана.

Теперь в ответ на рост количества водорослей размножились и травоядные животные, а следом — хищники, которые ими питались. Хищники палеозойской эры становились крупнее — ракоскорпион птериготус, например, вырастал до 2 м и обладал внушительными клешнями.

Палеозойская эра включает шесть периодов.
Кембрийский период (530 – 490 млн. лет назад) характеризуется возникновением представителей всех видов растений и животных. Океаны населяли водоросли, членистоногие, моллюски, появились первые хордовые (хайкоуихтис). Суша оставалась незаселенной. Температура сохранялась высокой.

Ордовикский период (490 – 442 млн. лет назад). На суше появились первые поселения лишайников, а мегалограпт (представитель членистоногих) стал выходить на берег для откладывания икры. В толще океана продолжают развиваться позвоночные, коралловые, губки.

Силурийский период (442 – 418 млн. лет назад). На сушу выходят растения, у членистоногих формируются зачатки легочной ткани. Завершается образование костного скелета у позвоночных, появляются сенсорные органы. Идет горообразование, формируются разные климатические зоны.

Девонский период (418 – 353 млн. лет назад). Характерно образование первых лесов, преимущественно папоротниковых. В водоемах появляются костные и хрящевые, амфибии стали выходить на сушу, формируются новые организмы – насекомые.

Каменноугольный период (353 – 290 млн. лет назад). Появление земноводных, происходит опускание материков, в конце периода было значительное похолодание, что привело к вымиранию многих видов.
Пермский период (290 – 248 млн. лет назад).

Землю населяют пресмыкающиеся, появились терапсиды – предки млекопитающих. Жаркий климат привел к образованию пустынь, где смогли выжить только стойкие папоротники и некоторые хвойные.

Мезозойская эра

Мезозойская эра началась 250 млн лет назад и длилась 185 млн лет. На протяжении этого временного периода земные континенты постепенно принимали привычные для нас очертания.

В начале мезозоя произошло очень значимое событие — земная кора оказалась рассечена глубокими трещинами. Как и прежде, эти разломы явились каналами выхода на поверхность расплавленной магмы. Когда буйство земных недр прекратилось, образовавшиеся глубокие впадины заполнила вода.

Если бы у нас была машина времени, путешествие в мезозойскую эру показалось бы, возможно, самым удивительным. На теплом ветру шумели необъятные хвойные леса, густо поросшие папоротниками, в них водились грозные ящеры, которые весили больше, чем несколько современных слонов. Невиданные чудовища заселили моря, а иные освоили даже воздух.

Нам сложно даже представить себе тех гигантских животных, которым принадлежала Земля 225–65 млн лет назад. Засушливый климат начала мезозоя, исчезновение многих озер и болот, наступление пустынь — все эти события поставили точку в существовании многих жителей суши, так и не сумевших окончательно преодолеть зависимость от водоемов. Эпоха земноводных на нашей планете закончилась.

Новыми хозяевами жизни стали пресмыкающиеся. Из тех времен до сегодняшних дней дожили черепахи и гаттерии.
Вначале появились относительно небольшие динозавры (от греческих слов «дейнос» — ужасный и «заурос» — ящер), рост которых достигал 5–6 м. Название этим существам предложил английский биолог Ричард Оуэн в 1842 г.

После описания первых найденных в то время окаменелых костей, казавшихся невероятными из-за своих размеров, он пришел к выводу, что они принадлежали «ужасным ящерам». С течением времени исследователи не уставали удивляться разнообразию форм тела, образу жизни и гигантским размерам ящеров.

Установившийся на Земле теплый климат и распространение новых (образованы голосеменными растениями) лесов вызвали бурный всплеск эволюции динозавров — все новые и новые их виды заселяли сушу, пресные водоемы, моря и атмосферу.

Уже в середине мезозоя земля содрогалась под поступью ящеров (самые внушительные по размерам животные всегда травоядные), длина тела которых вместе с хвостом достигала 25–30 м, а вес — 50 т.

Чтобы еще лучше представлять себе размеры древних динозавров, вспомним синего кита — крупнейшее на Земле современное животное. Это 33-метровый гигант, вес которого может достигать 150 т. В мезозойской эре самым знаменитым хищником был тираннозавр Рекс с длиной тела более 15 м.
Мезозойская эра делится на 3 периода:

Триасовый период (248 – 200 млн. лет назад). Развитие голосеменных растений, появление первых млекопитающих. Раскол суши на континенты.
Юрский период (200 – 140 млн. лет назад). Возникновение покрытосеменных растений. Появление предков птиц.
Меловой период (140 – 65 млн. лет назад). Покрытосеменные (цветковые) стали господствующей группой растений. Развитие высших млекопитающих, настоящих птиц.

Кайнозойская эра

Кайнозойская эра является самой последней из геологических эр Земли, она длится и по сей день. Она ведет свой отсчет с момента массового вымирания динозавров (65 млн лет назад).
Когда начался этот период, на нашей планете не было по-настоящему высоких гор: старые хребты уже опустились, а новые еще не поднялись.

Это наложило определенный отпечаток на климат Земли и дальнейшее развитие биосферы. Мы знаем, что в начале кайнозойской эры климат был достаточно теплым, но примерно через 40 млн лет похолодало, и он стал умеренным. В кайнозое произошло важнейшее событие земной истории — появление разумной жизни.

Мир динозавров остался в прошлом. Во времена кайнозоя началось бурное развитие млекопитающих и птиц. Вместе с этим продолжалось победное шествие цветковых растений, которые быстро приспосабливались к меняющимся условиям земной жизни. Число и разнообразие их видов непрерывно росло. Одновременно с ними существовали и хвойные, несмотря на то что им пришлось оставить многие экологические ниши, а число их видов уменьшилось.

Когда миновало похолодание рубежа мезозоя и кайнозоя (то самое похолодание, которое, очевидно, и стоило жизни динозаврам), на некоторое время восстановился жаркий и влажный климат, при котором теплолюбивые растения произрастали на Земле повсюду. В те времена каштаны, магнолии и лавры могли расти даже в Заполярье!

В лесах Евразии камфорные и фиговые деревья, платаны, пальмы, тисы, гигантские секвойи и сосны, отмирая, превращались в отложения бурого угля.

Очередное похолодание, которое началось более 20 млн лет назад, постепенно отодвинуло теплолюбивую флору к экватору. На территории Центральной Европы зашумели широколиственные леса из дубов, платанов, каштанов и других деревьев умеренно-теплого климата.

К северу господствовали сосны и тисы. По мере того как холода наступали, некоторые виды растений, которые привыкли к прежнему теплу, исчезали.

Около 20 млн лет назад теплолюбивые леса стали отступать к экватору и появился новый для нашей планеты вид ландшафта — степи.
Отныне здесь установился достаточно засушливый климат, а эволюция растений породила специальные травы для заселения открытых пространств — злаки.

Не боящиеся сильных ветров и образующие плотный слой дерна, злаки быстро захватывали гигантские пространства пампасов, саванн, прерий и степей и становились доминирующими растениями степного пояса по всему миру. Злаковые травы — прекрасная пища для степных растительноядных млекопитающих, которые тоже быстро заселили этот новый вид ландшафта.

Существенные изменения не обошли стороной и мир менее высокоразвитых беспозвоночных животных. Некоторые древние формы не дожили до кайнозойской эры, например аммониты. Другие, напротив, проявили чудеса приспособляемости и дали начало большому количеству совершенно новых видов. Так, например, около 20 млн лет назад на Земле появились двустворчатые моллюски — устрицы, гребешки, спондилы.

Как только на планете эволюционировали приматы, а среди них сформировались человекообразные обезьяны, открылся прямой путь к появлению человеческого разума — самой, может быть, невероятной загадки Земли.

Сначала возникли древние человекообразные обезьяны, которые считаются нашими ближайшими родственниками в животном мире — дриопитеки и австралопитеки.
В дальнейшем от них произошел первый из видов нового рода — человек умелый, названный так за способность к изготовлению примитивных орудий.

Заканчивается эта эволюционная линия видом, который называется человек разумный, то есть нами. С его приходом Земля стала быстро меняться. Человек разумный оказал на планету такое влияние, что заключительный, длящийся по сей день этап кайнозойской эры, назвали антропогеном (от греческих слов «антропос» — человек и «генезис» — возникновение).

Кайнозойская эра состоит из трех периодов:
Нижнетретичный период или палеоген (65 – 24 млн. лет назад). Исчезновение большинства головоногих моллюсков, появляются лемуры и приматы, позднее парапитеки и дриопитеки. Развитие предков современных видов млекопитающих – носорогов, свиней, кроликов и др.

Верхнетретичный период или неоген (24 – 2,6 млн. лет назад). Млекопитающие населяют сушу, водные просторы, воздух. Появление австралопитеков – первых предков людей. В этот период сформировались Альпы, Гималаи, Анды.

Четвертичный период или антропоген (2,6 млн. лет назад – наши дни). Знаменательное событие периода – появление человека, сначала неандертальцев, а вскоре Человек разумный. Растительный и животный мир обрел современные черты

Исследование происхождения жизни на Земле

Прочитав об опытах Опарина в домашних условиях, я решила провести опыт Опарина самостоятельно. Для этого я взяла талую воду и наполнила ею две емкости. Одна емкость была прозрачной и открыта для доступа света, тепла и воздуха, а вторая непрозрачная и закрыта плотно крышкой.

Первую емкость я поместила на подоконнике, а вторую поставила в место, которое недоступно для света и тепла.
Результат оценила через 2 месяца. В емкости, которая стояла на подоконнике зародились живые организмы.

Я взяла образцы из разных емкостей и изучила их под микроскопом.
Под микроскопом я посмотрела капли из разных емкостей. Данный опыт Опарина показал, что, возможно, жизнь зародилась в воде древнего мирового океана нашей планеты, под воздействием солнечного света и тепла.

Заключение

Гипотеза: «Вода – это вещество, необходимое для возникновения жизни» подтвердилась. На данное время нельзя однозначно трактовать происхождение жизни. Поскольку есть доказательства как одной, так и второй теории. Для того чтобы точно установить как возникла жизнь нужны еще исследования. Только после их проведения можно будет установить, какая из этих теорий верна.

Возможно, будет создана единая теория происхождения жизни, которая включит в себя несколько теорий.

Полагают, что первоначально в земной атмосфере и Мировом океане не было свободного кислорода, и в этих условиях жили и развивались лишь анаэробные микроорганизмы. Особым шагом в эволюции живого было возникновение фотосинтезирующих бактерий, которые, используя энергию света, превращали углекислый газ в углеводные соединения, служащие пищей для других микроорганизмов.

Если первые фотосинтетики выделяли метан или сероводород, то появившиеся однажды мутанты начали вырабатывать в процессе фотосинтеза кислород. По мере накопления кислорода в атмосфере и водах анаэробные бактерии, для которых он губителен, заняли бескислородные ниши.

Если предположить, что в этот период все органические соединения находились в первичном океане Земли, то более сложные органические соединения могли образоваться на поверхности океана в виде тонкой пленки и на прогреваемом солнцем мелководье.

Бескислородная среда облегчала синтез полимеров из неорганических соединений. Кислород как сильнейший окислитель разрушал бы возникающие молекулы. Сравнительно несложные органические соединения начали объединяться в крупные биологические молекулы. Образовались ферменты – белковые вещества-катализаторы, которые способствуют возникновению или распаду молекул.

В результате активности ферментов возникли важнейшие «первоэлементы жизни» — нуклеиновые кислоты, сложные полимерные вещества (состоящие из мономеров). Мономеры в нуклеиновых клетках расположены таким образом, что несут определенную информацию, код, заключающийся в том, что каждой аминокислоте, входящей в белок, соответствует определенный набор из трех нуклеотидов, так называемый триплет нуклеиновой кислоты.

На основе нуклеиновых кислот уже могут строиться белки и происходить обмен с внешней средой веществом и энергией. Симбиоз нуклеиновых кислот образовал «молекулярно-генетические системы управления».

Список использованных источников

  1. «Почему и потому» Энциклопедия для детей. М.: Росмен-Пресс,2005.
  2. Большая иллюстрированная энциклопедия. Изд.:Ридерз Дайджест, 2009.


Если страница Вам понравилась, поделитесь в социальных сетях:

Объявление

Статистика