2. Развитие органического мира

Основные понятия:

гипотезы возникновения жизни на Земле, этапы возникновения жизни на Земле, эволюция органического мира, основные ароморфозы в эволюции растений и животных, происхождение человека, антропогенез, движущие силы и этапы эволюции человека, биосоциальная природа человека, человеческие расы, доказательства родства человека с животными, различия между человеком и животными

Проблема возникновения жизни издавна интересовала и волновала человека. Было высказано большое количество гипотез о происхождении жизни на нашей планете.

Основные идеи, объясняющие происхождение жизни на нашей планете
↓ ↓ ↓
Креационизм		Самопроизвольное зарождение		Гипотеза стационарного состояния
Жизнь на Земле создана Богом		Живые организмы возникают самопроизвольно из неживого вещества		Жизнь существовала всегда
	↓ ↓
	Гипотеза панспермии		Гипотеза биохимической эволюции (гипотеза А.И. Опарина)
	Жизнь на нашу планету занесена извне (например, с других планет)		Жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам

В 1924 г. А.И. Опарин опубликовал основные положения своей гипотезы о возникновении жизни на Земле. Согласно его гипотезе, наиболее примитивные формы возникли в воде, но этому предшествовал, огромный по времени, период формирования и развития нашей планеты.

Газово-пылевое облако → планета Земля
↓
Земля – раскаленное уплотненное тело (температура поверхности – более 1000ºС)
	↓
	Охлаждение планеты
	↓
	Ливневые дожди
	↓
	Возникновение водоемов

Абиогенное (без участия живых организмов) возникновение живой материи было возможно только в условиях древней атмосферы и отсутствия организмов. В воде были растворены неорганические вещества. На планете Земля в то время сложился неповторимый комплекс условий. Поверхность Земли еще не совсем остыла, действовали вулканы, выбрасывая из ее недр неорганические вещества, которые могли включаться в различные процессы химических превращений, протекающих в водной среде. Ливневые дожди сопровождались грозами – атмосфера была насыщена электричеством, т.е. энергией, которая могла передаваться неорганическим веществам, взаимодействующим в воде. Озонового слоя еще не было, который бы защищал Землю от ультрафиолетовых лучей. Следовательно, ультрафиолетовое излучение поступало на поверхность планеты. Это тоже энергия, которая могла использоваться для химических превращений. Под действием перечисленных факторов в водной среде происходил синтез органических веществ из неорганических.

	Комплекс условий
	↓
Достаточно высокая температура поверхности планеты	Активная вулканическая деятельность	Электрические разряды (грозы)	Ультрафиолетовое излучение
	↓
	Результат их воздействия
	↓
	Синтез органических веществ из неорганических, протекающий в водной среде

В 1953 г. предположение А.И. Опарина было экспериментально подтверждено опытами американского ученого. В результате опытов, проведенных С. Мюллером, в созданной им установке были получены аминокислоты. Сходные опыты в других лабораториях доказали возможность синтеза мономеров основных биополимеров. Было установлено, что при определенных условиях возможен синтез более сложных органических соединений: полипептидов, полисахаридов, полинуклеотидов, липидов.

Следующий этап, по мнению А.И. Опарина, - образование высокомолекулярных комплексов, коацерватов. У коацерватов проявляются некоторые признаки, характерные для живого, но это еще не живые существа.

Коацерватная капля – сгусток органических веществ
↓
Процессы, характерные для коацерватов
↓		↓			↓
Распад одной капли на две или более мелких					Увеличение размеров капли
↓					↓
Напоминает деление клетки					Напоминает процесс роста
Поглощение веществ из внешней среды		Синтез и распад молекул веществ внутри капли			Выделение веществ из капли во внешнюю среду
	↓		↓	↓
	Напоминает процесс обмена веществ

Решающая роль в превращении неживого в живое принадлежит белкам. Белковые комплексы – пробионты – стали предшественниками живого организма. Взаимодействие белков и нуклеиновых кислот привело к возникновению таких свойств живого, как самовоспроизведение, сохранение наследственной информации и ее передача следующему поколению. Пробионты можно было рассматривать как примитивные проклетки, развитие которых происходило по законам эволюции живой материи.

Дж. Холдейн в 1929 г. Выдвинул гипотезу абиогенного происхождения жизни. Первичной, по Дж. Холдейну, являлась не коацерватная капля, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству. А.И. Опарин решающую роль отводил белкам, а Дж. Холдейн – нуклеиновым кислотам.

Гипотеза Опарина – Холдейна имеет много сторонников, так как экспериментально доказана возможность абиогенного синтеза органических биополимеров. Но есть и оппоненты, которые указывают на слабую сторону этой гипотезы – нет ответа на вопрос: как произошел качественный скачок от неживого к живому?

Основные положения гипотезы А.И.Опарина о возникновении жизни на Земле:

1. Абиогенный синтез органических соединений: под действием электрических разрядов,

ультрафиолетового излучения, высокой радиации в первичном океане происходил синтез органических соединений из неорганических веществ. В результате химической эволюции образовались биологические мономеры.

2. Образование и эволюция биополимеров – полисахаридов, полипептидов, липидов,

полинуклеотидов.

3) Образование многомолекулярных комплексов – коацерватов. Коацерваты – многомолекулярные группы с единой оболочкой, которые не смешиваются с окружающим раствором; это еще не живые системы, но для них уже характерны такие признаки живого, как рост и обмен веществ с окружающей средой.

4) Образование белковых коацерватов, пробионтов – предшественников живого организма. Взаимодействие белков и нуклеиновых кислот привело к возникновению таких свойств живого, как самовоспроизведение, сохранение наследственной информации и ее передача следующим поколениям.

Сегодня существуют биохимические и геохимические данные, которые

свидетельствуют в пользу того, что образование основной массы органических соединений произошло за пределами Земли, в период, предшествовавший ее формированию. Приводятся факты, которые позволяют предположить, что абиогенный синтез органических соединений происходил в космосе:

1. По А.И. Опарину жизнь зародилась 3,5 – 3 млрд. лет назад, а согласно современным

биохимическим и геохимическим данным жизнь на Земле появилась значительно раньше.

Возможна в таком случае следующая версия, что за пределами Земли образовались органические соединения, которые были занесены на нашу планету. Например, метеориты могли принести с собой органические вещества.

2. Сейчас доказано, что химическая эволюция углерода проходит во всех космических

объектах, но уровня, необходимого для возникновения предклеточных структур, а затем и первичных организмов, эволюция может достигнуть только на планетах типа Земли.

Наиболее сложной проблемой в вопросе происхождения жизни остается вопрос:

как произошел качественный скачок от неживого к живому? В настоящее время проблема происхождения жизни не решена. Ученые продолжают искать перспективные пути ее решения.

В настоящее время существует много гипотез о происхождении жизни на Земле. Большинство из них предполагает наличие трех этапов.

Основные этапы возникновения и развития жизни на Земле:

Химическая эволюция – абиогенный синтез органических веществ: под действием электрических разрядов, ультрафиолетового излучения, высокой радиации в первичном океане происходил синтез органических соединений из неорганических веществ. В результате химической эволюции образовались биологические мономеры – низкомолекулярные органические соединения.

Предбиологическая эволюция – формирование высокомолекулярных органических соединений и создание белково-нуклеиново-липоидных комплексов. Эти комплексы получили разные названия – коацерваты, гиперциклы, пробионты, прогеноты и др. Появились первые примитивные живые организмы.

Биологическая эволюция – развитие живых организмов по законам эволюции, что привело к возникновению многообразия органической жизни на Земле.

Первые этапы эволюции жизни на Земле:

Коацерватная капля – предшественник живых существ
↓
Первые анаэробные гетеротрофные прокариоты
↓ ↓
Одноклеточные анаэробные хемотрофные прокариоты	Одноклеточные анаэробные гетеротрофные эукариоты
↓ ↓
Одноклеточные аэробные фототрофные эукариоты	Одноклеточные аэробные гетеротрофные эукариоты

Существуют две наиболее признанные :гипотезы происхождения эукариотических клеток и их органоидов:

- в результате впячивания клеточной мембраны у прокариотических клеток формировались органоиды – митохондрии, ядра, пластиды; образовались эукариотические (ядерные) клетки;

- в результате симбиоза произошло образование эукариотической клетки: вначале митохондрии, пластиды, базальные тельца ресничек и жгутиков эукариотической клетки были свободноживущими прокариотическими клетками. В процессе симбиоза они стали органоидами

Наличие собственных РНК и ДНК в митохондриях и хлоропластах свидетельствуют

в пользу гипотезы симбиотического происхождения эукариотической клетки.

Некоторые ученые считают, что предком прокариотических и эукариотических клеток мог быть общий предок – прогенот, то есть прародитель. В пользу этой гипотезы говорит следующий факт - наличие одинакового генетического кода во всех трех группах организмов: эукариотов, эубактерий, архебактерий

История Земли разделяется на длительные по времени промежутки – эры, которые подразделяются на периоды, а периоды – на эпохи. Название эр имеет греческое происхождение: катархей – ниже древнейшего, архей – древнейшая, протерозой – первичная жизнь, палеозой – древняя жизнь, мезозой – средняя жизнь, кайнозой – новая жизнь.

Данные о развитии жизни на Земле помогает получить палеонтология – наука об ископаемых остатках.

О жизни в архее можно судить по наличию в эту эру пород органического происхождения – графита, известняка, мрамора и др. Они являются результатом жизнедеятельности бактерий, господствующих в архее.

В архее произошли следующие ароморфозы:

Коацерватная капля	→ → →	Одноклеточный организм
Прокариотическая клетка		Эукариотическая клетка
Гетеротрофное питание		Автотрофное питание

Крупные эволюционные изменения – ароморфозы, происходят в протерозое и палеозое.

В протерозое возникли многоклеточные водоросли, среди животных – большое разнообразие кишечнополостных и губок. В протерозойских отложениях находят червей, моллюсков, примитивных членистоногих. К концу протерозоя появились все типы беспозвоночных, а также первые хордовые – тип бесчерепные. Единственный их потомок, сохранившийся до наших дней, - ланцетник. В атмосфере накапливается кислород. В палеозое произошел выход растений и животных на сушу.

Условия, способствующие выходу растений и животных на сушу:

1. накопление кислорода в атмосфере Земли;

2. затопление суши и образование заболоченных участков.

С выходом растений на сушу у растений возникают следующие приспособления:

1. дифференциация тела на ткани (проводящие, покровные и др.);

2. расчленение на вегетативные органы – стебель, листья, корни;

3. совершенствование полового процесса;

4. переход от размножения спорами к семенному размножению;

5. появление цветка и плода.

В связи с выходом животных на сушу у животных возникают следующие приспособления:

1. совершенствуется легочное дыхание;

2. появляется внутреннее оплодотворение, происходит накопление питательных веществ в яйцеклетке, размножение вне воды;

3. откладываемые яйца покрыты кожистой или известковой оболочкой;

4. совершенствуется кровеносная система (у земноводных – трехкамерное сердце не

обеспечивает полного разделения венозной и артериальной крови и к органам поступает смешанная кровь, у пресмыкающихся – трехкамерное сердце с неполной перегородкой в желудочке способствует более полному разделению крови по сравнению с земноводными, у млекопитающих – четырехкамерное сердце обеспечивает полное разделение потоков венозной и артериальной крови);

5. более прогрессивные черты строения приобретают и другие системы органов (опорно-

двигательная, нервная, выделительная, система размножения и др.).

Ароморфозы в протерозое и палеозое:

Эры	Ароморфозы
Протерозой	1) Одноклеточность – многоклеточность; 2) бесполое размножение – половой процесс; 3) двусторонняя симметрия тела и появление хорды – переход от беспозвоночных к первым хордовым животным
Палеозой	Растения: 1) дифференциация тела растений на ткани – первые наземные растения; 2) расчленение тела на вегетативные органы: стебель и листья – появление мхов; появление корня – переход к папоротникообразным; появление семени – переход к голосеменным растениям; Животные: 1) формирование наружного скелета – переход к членистоногим животным; 2) образование у позвоночных челюсти и пояса конечностей – развитие хрящевых, костистых, кистеперых рыб; преобразование плавников в конечности, воздушных пузырей в легкие – выход на сушу позвоночных животных, развитие первых земноводных (стегоцефалов); 4) внутреннее оплодотворение, накопление питательных веществ в яйцеклетке, размножение вне воды, ороговевшая кожа – развитие пресмыкающихся

В палеозойскую эру жизнь на Земле достигает удивительного многообразия. К основным итогам эволюционного процесса в палеозое можно отнести:

Растения	Животные
↓ ↓
Водоросли	Ракообразные, моллюски, кишечнополостные, черви	Водная среда
	Кистеперые рыбы
Псилофиты	Древние земноводные
Мхи	Пресмыкающиеся	Наземно-воздушная среда
Папоротникообразные	Насекомые

Мезозой называют эрой господства пресмыкающихся и голосеменных растений. Эволюция растений в мезозое:

Периоды	Основные этапы эволюции, ароморфозы
Триас Юра	Климат засушливый: вымирают древовидные папоротники, хвощи, плауны. Господство голосеменных растений. Ароморфоз – появление семени
Мел	Появление первых цветковых растений. Ароморфозы – цветок, который обеспечивал опыление; плод, защищающий семена

Эволюция животных в мезозое:

Периоды	Основные этапы эволюции, ароморфозы
Триас	Вымирает большинство земноводных. Господство пресмыкающихся. Возникли первые млекопитающие – яйцекладущие и первые птицы. Ароморфозы – четырехкамерное сердце, совершенные легкие, шерстный и перьевой покровы
Юра	В морях – головоногие моллюски: аммониты и белемниты. Период расцвета пресмыкающихся (на суше, в воздухе, в воде). Появились сумчатые и плацентарные млекопитающие. Ароморфозы – наличие плаценты и матки, живорождение, выкармливание детенышей молоком, усложнение нервной системы
Мел	В конце мела происходит похолодание. Вымирают аммониты и белемниты, динозавры. Начинается расцвет теплокровных животных – птиц и млекопитающих

К основным итогам развития жизни в мезозое следует отнести:

- завоевание суши голосеменными растениями;

- появление покрытосеменных растений;

- биологический прогресс и вымирание древних пресмыкающихся (динозавров);

- появление первых млекопитающих;

- появление первых птиц.

Кайнозой – эра новой жизни, которая началась 67 млн. лет назад и продолжается в настоящее время. Кайнозойская эра делится на периоды: палеоген, неоген и антропоген. Антропоген длится около 2,5 млн. лет. В этом периоде живет человек. Кайнозойская эра характеризуется биологическим прогрессом насекомых, птиц, млекопитающих. В неогене на Земле распространились общие предки человекообразных обезьян и людей. Эволюционное развитие человекообразных обезьян привело к появлению человека.

Основные этапы эволюции растений. В протерозойскую эру от древнейших эукариот отделилось несколько ветвей, от которых возникли растения, грибы и животные. Одни растения этого периода свободно плавали в воде, другие прикреплялись ко дну. Многоклеточные зеленые водоросли явились исходной ветвью для наземных листостебельных растений. В связи с сокращением площади морей часть водорослей, оказавшись в новых условиях среды (в мелких водоемах и на суше), погибла. Другая часть в результате изменчивости и адаптации к наземной среде приобрела признаки, способствовавшие выживанию в новых условиях. Первые наземные растения — псилофиты (риниофиты): у них происходит образование тканей и их дифференцировка на покровные, механические и проводящие. На смену псилофитам пришли мхи, затем плауны, хвощи и папоротники, размножающиеся спорами и предпочитающие влажную среду. Их появление сопровождалось расчленением тела на вегетативные органы – стебли, листья, корни, что повышало эффективность функционирования отдельных частей растений и обеспечивало их деятельность как целостной системы. От древних семенных папоротников произошли первые голосеменные. Появление семенных растений имело большое значение для дальнейшего развития растительного мира, так как половой процесс стал независимым от наличия жидкой среды. Эволюция высших наземных растений пошла по пути все большей редукции гаплоидного поколения (гаметофита) и преобладания диплоидного поколения (спорофита) - в кайнозое появились покрытосеменные растения, которые заняли господствующее положение на Земле.

Основные этапы эволюции животного мира. От одноклеточных организмов через колониальные формы произошли многоклеточные животные. Первыми животными были губки и кишечнополостные. Древние кишечнополостные дали начало плоским червям, которые являются трехслойными животными с двусторонней симметрией тела. От древних ресничных червей произошли кольчатые черви. Древние морские многощетинковые черви стали основой для возникновения таких типов животных, как членистоногие, моллюски и хордовые: от кистеперых рыб берут начало первые наземные животные – стегоцефалы, которые привели к образованию амфибий. Преобразование плавников в конечности наземного типа и развитие легочного дыхания – ароморфозы, которые обеспечили выход первых позвоночных животных на сушу. От амфибий произошли истинно наземные животные— рептилии. Освоение суши пресмыкающимися обеспечили следующие ароморфозы – ороговевшая кожа, внутреннее оплодотворение, богатые желтком яйцеклетки, защитные оболочки яиц, предохраняющие зародыши от воздействий среды. Одна из групп рептилий дала начало млекопитающим, другая – птицам. Теплокровность, четырехкамерное сердце – ароморфозы, которые обеспечили расцвет этих организмов. Появление плаценты, внутриутробного развития плода, вскармливание детенышей молоком – ароморфозы, обеспечивавшие развитие плацентарных млекопитающих.

Антропогенез (греч. anthropos — человек, genesis — происхождение, возникновение) — происхождение и эволюция человека, становление его как вида в процессе формирования общества.