2. Образование и эволюция биополимеров.

Дальнейшая химическая эволюция происходила при редком сочетании благоприятных условий синтеза биополимеров. Американский ученый С. Фокс в 1957 году опытным путем доказал возможность образования пептидных связей в растворе аминокислот. Экспериментально было доказано, что в водном растворе аланина в присутствии особого вида глинозема и АТФ образуются цепочки полиаланина.

Особое значение для биополимеров имеет образование РНК и ДНК – молекул, способных к самовоспроизводству. Американский биохимик Т. Чек в 1982 году открыл рибозимы – молекулы РНК, обладающие каталитической активность. Он описал явление самосплайсинга – процесса удаления интронов из молекулы РНК без участия белков – ферментов. В то же время молекула ДНК оказалась лучше приспособлена для долговременного хранения информации, так как является более устойчивой.

3. Формирование мембранных структур и эволюция пробионтов.

Следующим шагом стало объединение полимеров в дискретные группы с образованием частиц более крупного размера – коацерватных капель и формирование мембран. В результате объединения коацерватов с нуклеиновыми кислотами образовались способные к самовоспроизведению живые организмы – протобионты (пробионты).

Живые организмы – это открытые системы, способные к самовоспроизведению, обменивающиеся со средой веществом и получающие из нее энергию. Первые организмы были, по – видимому, гетеротрофами, получавшими энергию за счет анаэробного окисления органических соединений.

Появление аноксигенного фотосинтеза (пурпурные бактерии, зеленые и серные бактерии) привело к возникновению автотрофности. Возникновение оксигенного фотосинтеза привело к формированию современной атмосферы, содержащей кислород.

С момента возникновения жизни появилась связь между биологическими, геохимическими и геологическими процессами.

Развитие жизни на Земле.

В развитии жизни выделяют три этапа :

1. Эволюция прокариот.

2. Эволюция одноклеточных эукариот.

3. Переход к многоклеточности и эволюция многоклеточных организмов.

Эволюция прокариот.

Возникновение жизни произошло около 2 млрд лет назад, и с этого времени действуют важнейшие факторы эволюции: наследственная изменчивость и естественный отбор. После появления жизни сформировались три ветви: архебактерии, эубактерии (включая цианобактерии) и эукариоты (грибы, растения, животные, протисты).

Архебактерии - это прокариоты, которые имеют особые свойства:

А) – экзон – интронную структуру генов;

Б) их клеточные мембраны состоят из изопреноидов (эфиры углеводородов), не встречающихся у других организмов.

В) обитают они в экстремальных условиях – в концентрированных растворах, горячих вулканических источниках, бескислородных слоях. По – видимому, эта группа наиболее близка к пробионтам.

Эубактерии – это прикариоты, широко представленные в современной биосфере. У них:

А) геномы не имеют экзон – интронной структуры;

Б) они чрезвычайно разнообразны по метаболизму.

Важный ароморфоз – возникновение фотосинтеза.

За счет деятельности фотосинтезирующих прокариот, выделяющих кислород, около 2 млрд лет назад сформировалась атмосфера, подобная современной.

Одноклеточные эукариоты – принципиально новый этап в эволюции жизни. Согласно теории симбиогенеза, эукариоты возникли благодаря симбиозу крупной анаэробной клетки (архебактерии с ферментами гликолиза) с аэробными бактериями. Анаэробные бактерии, способные к окислительному фосфорилированию, дали начало митохондриям. Симбиоз с цианобактериями привел к появлению хлоропластов. Симбиоз с бактериями типа спирохет – к образованию жгутиков. В пользу гипотезы симбиогенеза говорит строение органелл (двумембранность), строение их ДНК и белоксинтезирующего аппарата, а также способ размножения и чувствительность к тем же антибиотикам, что и бактерии.

Эволюция эукариот.

Этот процесс связан с рядом важнейших ароморфозов: появлением митоза, полового процесса, возникновением многоклеточности.

В основе представлений о формировании многоклеточности лежит гипотеза русского ученого И. Мечникова о промежуточном предке – фагоцителле – шарообразной колонии жгутиковых, способных к фагоцитозу. В клолнии клеток возникало разделение функций (пищеварение и передвижение).

В 70-х годах XX века зоологи обратили внимание на мелкий морской организм – трихоплакс. В 1973 году зоолог А.В. Иванов установил, что трихоплакс по своему строению соответствует гипотетической фагоцителле и является промежуточным звеном между многоклеточными и одноклеточными организмами.

Геохронологическая шкала развития жизни на Земле.

Развитие жизни принято делить на временные рамки. Наиболее крупные категории – эоны. Их всего два: криптозой (греч. Скрытая жизнь) – это архей и протерозой. И фанерозой (греч. Явная жизнь). Эоны делят на эры. Различают следующие эры:

1. Архейская – начальная.

2. Протерозойская – ранняя жизнь.

3. Палеозойская – древняя жизнь.

4. Мезозойская – средняя жизнь.

5. Кайнозойская – новая жизнь.

Эры в свою очередь делятся на периоды. Название периодов обычно образованы от названия местности, в которой впервые обнаружены их проявления.

1. Архейская эра.

Около 4 млрд. лет назад происходит образование в водах океана из неорганических веществ органических в результате действия ультрафиолетовой радиации, грозовых разрядов и химических реакций. Постепенно образуются белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты. Из них формируются коацерваты.

В результате соединения и взаимодействия коацерватов с нуклеиновыми кислотами образуются живые существа – пробионты (протоклетки), способные к самовоспроизведению.

Дальнейшая эволюция шла по пути прогрессивного усложнения гетеротрофных пробионтов, возникновения автотрофного питания и проявления свободного кислорода (предъядерные организмы – бактерии, гетеротрофы, и автотрофы, сине-зеленые).

2. Протерозойская эра.

Эра началась около 2600 млн. лет с появления эукариотических и многоклеточных организмов, а также прогрессивного усложнения животных и растений. Появляются первичные хордовые. Представлены все типы беспозвоночных животных. Растения представлены водорослями.

3. Палеозойская эра.

1. Кембрийский период.

Процветают все типы водорослей и морских беспозвоночных. Наиболее распространены трилобиты.

2. Ордовикский период.

Характерен расцветом морских беспозвоночных, трилобитов, моллюсков, панцирных рыб.

3. Силурийский период.

Характерен пышным развитием кораллов, трилобитов, появлением бесчелюстных позвоночных – щитковых. Широко распространились водоросли. В конце периода происходит выход растений на сушу – псилофиты.

4. девонский период.

Связан с расцветом щитковых. Появлением кистеперых рыб и стегоцефалов. Возникают грибы, развиваются и вымирают псилофиты. На суше распространяются высшие споровые растения.

5. Каменноугольный период (карбон)

Происходит расцвет земноводных, возникают первые пресмыкающиеся. Появляются скорпионы, пауки, летающие формы насекомых. Резко сокращается численность трилобитов. Происходит развитие высших споровых и семенных папоротников. Характерно преобладание древних плаунов и хвощей. Происходит дальнейшее развитие грибов.

6. Пермский период.

Происходит быстрое развитие пресмыкающихся. Возникают зверозубые и травоядные пресмыкающиеся. Происходит вымирание трилобитов и стегоцефалов, исчезают каменноугольные леса. Появляются первые голосеменные.

4. Мезозойская эра.

1. Триасовый период.

Начинается с расцвета пресмыкающихся. Появляются первые млекопитающие (яйцекладущие и сумчатые), динозавры, настоящие костистые рыбы. Исчезают древние семенные папоротники.

2. Юрский период.

Характерен господством пресмыкающихся. Появляются зубастые птицы – археоптерикс. Происходит расцвет головоногих моллюсков. У растений – господство голосеменных.

3. Меловой период.

Появляются высшие млекопитающие и настоящие птицы, хотя распространены зубастые птицы. Преобладают костистые рыбы. Резко сокращается численность папоротников и голосеменных. Появляются и распространяются покрытосеменные растения.

5. Кайнозойская эра

1. Нижнетретичный и верхнетретичный периоды.

Господствуют млекопитающие, птицы, появляются лемуры, долгопяты, позднее – парапитеки и дриопитеки. Достигают расцвета насекомые. Продолжают вымирать крупные пресмыкающиеся. Исчезают многие группы моллюсков. Из растений господствуют покрытосеменные растения. Сокращается флора голосеменных.

2. Антропоген.

Появляется и развивается человек. Животный и растительный мир принял современный облик.

4