Почему первые живые организмы были анаэробными



Первые живые организмы были анаэробными гетеротрофами, не имели внутриклеточных структур и были похожи по строению на современных прокариотов. Они получали пишу и энергию из органических веществ абиогенного происхождения. Но за время химической эволюции, которая длилась 0,5-1,0 млрд лет, условия на Земле изменились. Запасы органических веществ, которые синтезировались на ранних этапах эволюции, постепенно истощались, и между первичными гетеротрофами возникала жёсткая конкуренция, которая ускорила появление автотрофов.
Самые первые автотрофы были способны к фотосинтезу, т. е. использовали в качестве источника энергии солнечную радиацию, но кислород при этом не образовывали. Лишь позднее появились цианобактерии, способные к фотосинтезу с выделением кислорода. Накопление кислорода в атмосфере привело к образованию озонового слоя, который защитил первичные организмы от ультрафиолетового излучения, но при этом прекратился абиогенный синтез органических веществ.

личие кислорода привело к образованию аэробных организмов, которые сегодня составляют большинство среди живых организмов.
Параллельно с совершенствованием обменных процессов происходило усложнение внутреннего строения организмов:              образовывались ядро, рибосомы, мембранные
органоиды, т. е. возникали эукариотические клетки (рис. 52). Некоторые первичные
гетеротрофы вступали в симбиотические отношения с аэробными бактериями. Захватив их, гетеротрофы начинали использовать их в качестве энергетических станций. Так возникли современные митохондрии. Эти симбионты дали начало животным и грибам. Другие гетеротрофы захватывали не только аэробных гетеротрофов, но и первичных фото синтетиков — цианобактерий, которые вступали в симбиоз, образуя нынешние хлоропласты. Так появились предшественники растений.
Почему первые живые организмы были анаэробными
Рис. 52. Возможный путь образования эукариотических организмов

В настоящее время живые организмы возникают только в результате размножения. Самозарождение жизни в современных условиях невозможно по нескольким причинам. Во-первых, в условиях кислородной атмосферы Земли органические соединения быстро разрушаются, поэтому не могут накопиться и усовершенствоваться. А во-вторых, в настоящее время существует огромное количество гетеротрофных организмов, которые используют любое скопление органических веществ для своего питания.
Вопросы для повторения и задания
Какие космические факторы на ранних этапах развития Земли явились предпосылками для возникновения органических соединений? Назовите основные стадии возникновения жизни согласно теории биопоэза.
к образовывались, какими свойствами обладали и в каком направлении эволюционировали коацерваты? Расскажите, как возникли пробионты. Опишите, как могло происходить усложнение внутреннею строения первых гетеротрофов. Почему невозможно самозарождение жизни в современных условиях?
Подумайте! Выполните! Объясните, почему в настоящее время на нашей планете невозможно зарождение жизни из веществ неорганической природы. Как вы считаете, почему именно море стало первичной средой развития жизни? Примите участие в дискуссии «Возникновение жизни на Земле». Выскажите свою точку зрения по этому вопросу.
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
Почему первые живые организмы были анаэробными
Эукариоты, эубактерии и архебактерии. Сравнивая последовательности нуклеотидов в рибосомных РНК (рРНК), учёные пришли к выводу, что все живые организмы нашей планеты можно разделить на три группы: эукариоты, эубактерии и архебактерии. Две последние группы — прокариотические организмы. В 1990 г. Карл Вёзе — американский исследователь, построивший на основании рРНК филогенетическое древо всех живых организмов, предложил для этих трёх групп термин «домены».
Поскольку генетический код у организмов всех трёх доменов один и тот же, была выдвинута гипотеза, что они имеют общею предка. Этого гипотетического предка назвали «прогенот», т. е. прародитель. Предполагают, что эубактерии и архебактерии могли произойти от прогенота, а современный тип эукариотической клетки, по-видимому, возник в результате симбиоза древнего эукариота с эубактериями.


Источник: myzooplanet.ru

НАЧАЛЬНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЖИЗНИ

 

Первые живые организмы были гетеротрофами и в качестве источника энергии (пищи) использовали органические соединения, находящиеся в растворенном виде в водах первичного океана.

 

Поскольку в атмосфере Земли свободного кислорода не было, они имели анаэробный (бескислородный) тип обмена, эффективность которого невелика. Появление все большего количества гетеротрофных организмов приводило к истощению вод первичного океана, в нем все меньше оставалось готовых органических веществ, которые можно было использовать в пищу.

 


 В этих условиях в преимущественном положении оказались организмы, приобретшие способность использовать энергию света для синтеза органических веществ из неорганических, а именно из СОг и N2 атмосферы. Но СОг и N2 в атмосфере находятся в инертном окисленном состоянии, а чтобы они были способны участвовать в химических реакциях, их надо восстановить, т. е. передать им электроны от других соединений.

 

Функцию передачи электронов от одного соединения к другому, по-видимому, выполнял активированный светом пигментный комплекс, предшественник современного хлорофилла. Считают, что одним из первых источников (доноров) электронов был сероводород H2S. В результате образуется элементарная сера, а водород используется для восстановления диоксида углерода до углеводов.

 

В качестве доноров водорода могут быть использованы и другие соединения, в том числе органические. Кислород в процессе фотосинтеза такого типа не выде ляется. Фотосинтез у анаэробных организмов развился на очень раннем этапе истории жизни, они долгое время существовали в бескислородной среде. Такие анаэробные фотосинтезирующие организмы сохранились до наших дней, например серные пурпурные бактерии. Очень важно отметить, что пигментный комп леке сходен с пигментами зеленых растений — хлорофиллом

 

Следующим шагом эволюции было приобретение фотосинтезирующими организмами способности использовать воду в качестве источника водорода. Автотрофное усвоение СОг такими организмами сопровождалось выделением свободного кислорода. С тех пор в атмосфере Земли постепенно начал накапливаться кислород. По геологическим данным, уже 2,7 млрд. лет назад в атмосфере в небольшом количестве имелся свободный кислород.


 

Первыми фотосинтезирующими организмами, выделяющими в атмосферу Ог, были цианобактерии (цианеи, их называют еще синезелеными водорослями). Цианобактерии способны также усваивать из атмосферы и азот. Около 2,1 млрд. лет назад существовали все фотосинтезирующие прокариоты, известные в настоящее время. К этому времени, по-видимому, возникли организмы, имевшие аэробный тип обмена.

 

Переход от первичной восстановительной атмосферы к среде, содержащей кислород,— важнейшее событие как в эволюции живых существ, так и в преобразовании минералов. Во-первых, кислород, выделяющийся в атмосферу, в верхних ее слоях под действием мощного ультрафиолетового излучения Солнца превращается в активный озон (Оз), который способен поглощать большую часть жестких — коротковолновых — ультрафиолетовых лучей, разрушительно действующих на сложные органические соединения. Во-вторых, в присутствии свободного кислорода возникает возможность энергетически более выгодного кислородного типа обмена веществ, т. е. появления аэробных бактерий. Таким образом, два фактора, обусловленных образованием на Земле свободного кислорода, вызвали к жизни многочисленные новые формы живых организмов и более широкое использование ими окружающей среды.


 

Как же повлияло накопление молекулярного кислорода в атмосфере на анаэробные организмы, положившие начало жизни на Земле? Они оказались в невыгодном положении. Одни из них вымерли, другие нашли среду обитания, лишенную кислорода, и продолжали там анаэробное существование. Третьи вступили в симбиоз с аэробными клетками. Так возникли эукариотические клетки.

 

Сущность симбиотической гипотезы возникновения эукариот состоит в следующем.

 

Полагают, что основой для симбиоза послужили амебоподобные крупные гетеротрофные клетки. В процессе питания вместе с органическими молекулами, находящимися в окружающей среде, они могли захватывать и мелкие бактериоподобные аэробные клетки, способные дышать кислородом. Такие бактерии могли функционировать и внутри клетки-хозяина, производя энергию.

 

Те амебоподобные хищники, в теле которых аэробные бактерии оставались невредимыми, оказались в более выгодном положении, чем клетки, получившие энергию анаэробным путем. В дальнейшем бактерии- симбионты превратились в митохондрии. На возможность такого пути возникновения митохондрий указывает существование в наше время амеб, у которых нет митохондрий. Их роль выполняют бактерии-симбионты. Когда к поверхности клетки-хозяина прикрепилась другая группа симбионтов — жгутикоподобные бактерии, сходные с современными спирохетами, подвижность и способность к нахождению пищи у такой клетки резко возросли. Так возникли примитивные животные клетки — предшественники ныне живущих жгутиковых простейших.


 

Образовавшиеся подвижные эукариоты путем симбиоза с фотосинтезирующими прокариотическими организмами (возможно, цианобактериями) дали начало водорослям, т. е. растениям. Фотосинтезирующие бактерии-симбионты стали хлоропластами.

 

Таким образом, возникновение жизни на Земле носит закономерный характер, и ее появление связано с длительным процессом химической эволюции, происходившей на нашей планете.

 

Формирование структуры, отграничивающей организм от окружающей среды,— мембраны — способствовало появлению живых организмов и ознаменовало начало биологической эволюции. Как примитивные живые организмы, возникшие около 3 млрд. лет назад, так и более сложно устроенные в основе своей организации имеют клетку. Следовательно, клетка представляет собой структурную единицу всех живых организмов вне зависимости от уровня их организации.

 

Таковы основные черты возникновения и начальные этапы развития жизни на Земле .

 

Источник: bibliotekar.ru

16. Развитие жизни на Земле


Вспомните!

Что изучает наука палеонтология?

Какие эры и периоды в истории Земли вам известны?

Около 3,5 млрд лет назад на Земле наступила эпоха биологической эволюции, которая продолжается и сейчас. Менялся облик Земли: разрывая единые массивы суши, дрейфовали континенты, вырастали горные цепи, из морских глубин поднимались острова, длинными языками ползли с севера и с юга ледники. Возникали и исчезали многие виды. Чья-то история была скоротечна, а кто-то сохранялся практически в неизменном виде на протяжении миллионов лет. По самым скромным оценкам, сейчас на нашей планете обитает несколько миллионов видов живых организмов, а за всю долгую историю Земля видела примерно в 100 раз больше видов живых существ.

В конце XVIII в. возникла палеонтология – наука, изучающая историю живых организмов по их ископаемым остаткам и следам жизнедеятельности. Чем глубже расположен слой осадочных пород с окаменелостями, следами или отпечатками, пыльцой или спорами, тем древнее эти ископаемые организмы. Сравнение окаменелостей различных пластов горных пород позволило выделить в истории Земли несколько временных периодов, которые отличаются друг от друга особенностями геологических процессов, климатом, появлением и исчезновением определённых групп живых организмов.

Источник: dom-knig.com

Эволюция и происхождение жизни на Земле


Предыдущая12345678910111213141516Следующая

Чтобы облегчить поиск внеземной жизни, продолжим обзор жизни на нашей планете.

Поговорим о том, как она возникла и как происходило её дальнейшее развитие вплоть до появления того колоссального разнообразия видов, которое мы наблюдаем в настоящее время. Все современные живые организмы, как показано на рис. 2.13 и в несколько модифицированной форме на рис. 3.1, произошли от последнего общего предка.

А каким был этот наш последний общий предок? Учёные пока ещё не уверены во всех деталях, но это, безусловно, была довольно примитивная прокариотическая клетка, у которой генетическая информация содержалась в ДНК, а весь спектр разнообразных функций, как и сегодня, выполнялся белками.

Таким образом, это была белковая жизнь с участием ДНК и РНК. Живой организм столь сложной организации не мог возникнуть непосредственно из неживой материи, а следовательно, ещё до появления нашего последнего общего предка должна была происходить существенная эволюция.

Это отражено на рис. 3.1, где древо жизни продолжено назад в прошлое вплоть до возникновения самой жизни.

Боковыми ветвями, которые предшествуют появлению нашего общего предка и в конце концов отмирают, показаны формы жизни, коренным образом от него отличающиеся. Прекращение этих ветвей означает их исчезновение. Мы не располагаем никакими следами таких живых организмов, тем не менее вполне вероятно, что они могли существовать.


Многие потомки последнего общего предка также вымерли, что опять-таки показано ограниченной длиной ветвей древа на рис.

3.1. В пределах ветвей, дошедших до нашего времени, тоже есть исчезнувшие участки. Это более ранние виды, из которых возникли современные формы. В целом, огромное большинство видов живых организмов исчезло с лица Земли. Именно эту часть истории жизни на нашей планете – эволюцию жизни от последнего общего предка до настоящего времени – мы рассмотрим в первую очередь.

А затем вернёмся к общему предку и отправимся назад во времени, двигаясь по направлению к истинному моменту зарождения.

3.1. Процесс эволюции

Представление о том, что все разнообразные формы жизни, существующие на Земле, развились от единого общего предка, имеет долгую историю и подтверждается палеонтологическими данными. Сложнее обстоит дело с механизмом, посредством которого происходит эволюция. Этим механизмом является естественный отбор.

Идею естественного отбора, весьма революционную для своего времени, выдвинули два человека.

Уэльский натуралист Алфред Рассел Уоллес собрал множество данных в полевых условиях. В 1858 г. он послал свою статью по вопросам эволюции английскому естествоиспытателю Чарлзу Роберту Дарвину. В ней Уоллес, по существу, описал неопубликованную теорию эволюции путём естественного отбора, принадлежавшую самому Дарвину и также основанную на огромном объёме наблюдательных фактов.

В результате написанные Уоллесом и Дарвином статьи были зачитаны в июле того же года на заседании Линнеевского общества в Лондоне. А уже в 1859 г. Дарвин опубликовал свой труд «Происхождение видов путём естественного отбора», и эта идея стала известна в мире.

Почему первые живые организмы были анаэробными

Рис 3.1

Эволюция путём естественного отбора происходит за счёт случайных отклонений, возникающих между родителями и их потомством.

Многие из таких изменений не имеют особых последствий, тогда как другие несут с собой какие-либо повреждения, приводящие к сокращению продолжительности жизни, или бесплодию, или ещё каким-нибудь биологическим дефектам. Некоторые отклонения (мутации) могут оказаться полезны для организма.

Предположим, что у одного из потомков возникает какая-то мутация, благодаря которой он может произвести больше отпрысков, чем в среднем. Часть этих отпрысков или даже все они унаследуют это отклонение, а значит каждый из них также произведёт на свет большее потомство.

Так данное изменение закрепляется в популяции. Следовательно, эволюция путём естественного отбора происходит через серию крошечных шажков благодаря какому-то отклонению, результатом которого является большее число потомков. Таким путём от одного общего предка может развиться огромное множество видов. Примером естественного отбора служит изменение цвета моли, которой питается хищник, скажем птица.

Если мутация влечёт за собой изменение цвета, обеспечивающее лучшую маскировку, тогда данное отклонение, по всей вероятности, окажется эволюционно закреплённым.

Можно проследить действие естественного отбора на протяжении нескольких поколений; у вида с коротким периодом воспроизведения это можно сделать в течение человеческой жизни.

Таковы организмы в категориях Bacteria и Archaea, у которых период воспроизведения составляет часы или дни. Что касается более длинных периодов времени, то о механизме эволюции можно делать теоретические заключения, хотя свидетельства о том, что эволюция происходила, зафиксированы в палеонтологической летописи. Например, можно представить себе, как по прошествии многих поколений мало-помалу в результате естественного отбора из чувствительного к свету пятна на коже образовался глаз.

Чтобы открыть естественный отбор, не нужно было знать, как именно возникают отклонения в потомстве.

Теперь мы знаем, что это происходит по-разному, о чём говорилось в разд. 2.4.4. Сюда относятся мутации в ДНК, вызываемые различными причинами, а также изменение ДНК при половом размножении.

Можно было бы подумать, что эволюция неизменно приводит к возрастанию числа видов. Однако это не так: одни виды появляются, другие исчезают. Согласно оценкам, в ходе истории Земли вымерло около 99% видов живых организмов, и они уже никогда больше не появятся.

Заметим, что вымирание – это конец данной линии, и ни один представитель этого вида не дожил до сегодняшнего дня. Одна из причин исчезновения – появление другого вида, лучше приспособленного к экологической нише, чем существующий вид, который поэтому начнет испытывать нехватку пищи или будет уничтожен каким-либо иным путём. Другой причиной является изменение условий окружающей среды (например, глобальное потепление).

В этом случае вид как целое не может ни продолжать своё существование в новых условиях, ни мигрировать туда, где климат ещё близок к тому, к которому он хорошо приспособлен. Ещё одной, менее катастрофичной причиной может быть эволюция вида с переходом его в другие формы при исчезновении первоначальной.

Наряду с относительно стабильной скоростью вымирания, в истории Земли отмечено несколько эпизодов, когда менее чем за миллион лет исчезала большая доля всех видов.

Эти случаи называют массовыми вымираниями. В каждом из них формировалось «экологическое пространство», которое могли заселить новые виды, а стало быть, каждое массовое вымирание характеризуется не только колоссальной потерей видов, но и возникновением огромного количества новых видов.

Для описания таких событий существует термин «пунктирная эволюция». Несмотря на то, что при каждом массовом вымирании эволюция отбрасывалась назад, на протяжении большей части истории Земли разнообразие и сложность форм жизни в целом возрастали.

Впрочем, это было, вероятно, не более чем следствие относительной простоты биосферы во время обитания последнего общего предка, а вовсе не проявлением какого-то принципа «прогресса» в эволюции.

Эволюция – пунктирная или какая-то другая – происходила, начиная со времени существования нашего последнего общего предка, и определила структуру древа жизни. Но к какому времени можно отнести все эти крупные события? Нам нужно иметь какую-либо временную ось для описания биологической истории Земли, и мы поговорим о ней в следующем разделе.

Жизнь на Земле со времени последнего общего предка

3.2.1. Основные события и их хронометраж

Почему первые живые организмы были анаэробными

Рис 3.2

На рис. 3.2 изображена временная ось для жизни на Земле, где возраст событий

Почему первые живые организмы были анаэробными

Рис 3.3

установлен изотопным методом, который мы рассмотрим в разд.

3.2.4. Начало временной оси совпадает с образованием Земли 4,6 млрд. лет назад, когда сформировались также Солнце и остальные тела Солнечной системы (разд. 1.2). Вспомним, что планеты земной группы, и Земля в том числе, подверглись интенсивной бомбардировке приходящими из космического пространства каменными и ледяными планетезималями, изувечившими всю поверхность нашей планеты (рис.

3.3). Бомбардировка продолжалась приблизительно до 3,9 млрд. лет назад, после чего стала довольно быстро ослабевать, по-видимому, из-за уменьшения количества планетезималей. Вероятно, на своём последнем этапе бомбардировка была достаточно сильной, поэтому даже если некоторые формы жизни возникали в какую-либо предшествующую эпоху более слабой бомбардировки, они вряд ли смогли бы уцелеть. Однако живые организмы могли появиться вскоре после 3,9 млрд.

лет назад. Имеются ли у нас прямые доказательства существования жизни в ту эпоху?

Предыдущая12345678910111213141516Следующая



Источник: ekoshka.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.