Тема 6.5 Раздел 4 "Происхождение и развитие жизни на Земле" Тема урока "Происхождение и развитие жизни на Земле"
план-конспект урока

https://ratenger.com/science/biology/vozniknoveniye-zhizni-zemlya/

Существование живых организмов заставляет задуматься, как, когда и почему они появились. С древнейших времен философов и ученых интересовало, как зародилась жизнь на Земле, где появилась жизнь, изначально ли она существовала на планете Земля или была занесена из космоса?

Современная биология гласит, что живые организмы происходят только от других живых существ. Это значит, что самозарождение бактерий в бульоне или мух в мясе невозможно.

Однако жизнь не могла существовать всегда: 14 миллиардов лет назад, при возникновении Вселенной, образовалась только неживая, неорганическая материя. Зарождение жизни из неживого – основная современная научная гипотеза.

Основные гипотезы о происхождении жизни на Земле

Наука дает определение жизни как особого способа существования белковых тел и дополняет его обязательными для всех живых организмов свойствами. Это:

1. Обмен веществ и энергии с окружающей средой;
2. Способность реагировать на изменения окружающей среды;
3. Способность развиваться и расти;
4. Единство химического состава – все живые организмы состоят из одних и тех же веществ;
5. Саморегуляция, или поддержание постоянства состава;
6. Способность к самовоспроизведению;
7. Способность эволюционировать и адаптироваться к окружающей среде;
8. Клеточное строение.

Живые организмы структурно намного сложнее неживых объектов, и трудно представить, что когда-то жизнь самозародилась. Однако современные научные теории основаны именно на том, что неживое постепенно стало живым.

Панспермия

Согласно гипотезе панспермии, живые организмы зародились не на Земле, а попали на планету с метеоритами или кометами.

Иными словами, жизнь была занесена на Землю из Космоса, с какой-то другой планеты. Современные исследования показывают, что это возможно. В вакууме, при крайне низких температурах, без жидкой воды и под действием радиации выживают некоторые микроорганизмы и даже многоклеточные беспозвоночные – тихоходки.

Нуклеиновые кислоты, которые содержат информацию о живых организмах и белки, необходимые для жизни, также способны существовать в условиях космического пространства. Однако гипотеза панспермии не отвечает на вопрос, откуда появилась и где зародилась жизнь.

Химическая эволюция

Химическую эволюцию иногда называют пребиотической, или абиогенезом.

Эта гипотеза предполагает, что вещества, из которых состоят живые организмы, образовались из неорганических – аммиака, водорода, метана, угарного и углекислого газов и воды под действием высоких температур и ультрафиолета. Нуклеиновые кислоты и ферменты в этом не участвовали, поскольку их еще не существовало.

Эксперимент, проведенный Стэнли Миллером и Гарольдом Юри в 1953 году показал, что абиогенез возможен. Более того, при воздействии электрического разряда на смесь неорганических веществ получаются аминокислоты, из которых состоят белки.

После того, как Земля сформировалась около 4 миллиардов лет назад, и неорганических веществ, и электрических разрядов было достаточно для образования органики. Затем органические вещества концентрировались, взаимодействовали и усложнялись. Это описывает следующая теория.

Теория Опарина-Холдейна и гипотеза мира РНК

Ученые Александр Иванович Опарин и Джон Холдейн в 1920-1930 годах независимо друг от друга предположили, что некоторые молекулы органических веществ концентрируются в коацерватные капли. Эти капли отделены от внешней среды и обмениваются с ней веществами.

Возможность образования органических веществ из неорганических подтверждена экспериментально в опыте Миллера-Юри. Однако белки, появляющиеся при этом, неспособны к самовоспроизведению.

В 1968 году Карл Вёзе предположил, что в первичном бульоне случайно образовались молекулы РНК. Уолтер Гильберт в 1986 году дополнил это предположение идеей, что они должны были самовоспроизводиться и для этого обладать способностями ферментов. Эти структуры назвали рибозимами.

Гипотезу о том, что жизнь зародилась на основе рибозимов, называют гипотезой мира РНК.

Моделировать синтез РНК из неорганических веществ пока не удалось. Но нуклеотиды, из которых состоит РНК, способны образовываться из неорганических веществ.

Мир РНК: РНК → РНК → белок. Центральная догма молекулярной биологии: ДНК → РНК → белок. Источник: byjus.com.

Если в этой же смеси присутствует фермент репликаза, нуклеотиды соберутся в РНК, на основе которой синтезируются белки. Такая структура может воспроизводить саму себя и эволюционировать, например, вырабатывать устойчивость к ядам.

РНК также способны формировать «колонии» на пористых средах и обмениваться информацией, что способствует их эволюции.

Гипотеза мира полиароматических углеводородов

Гипотеза мира полиароматических углеводородов дополняет гипотезу мира РНК. Согласно ей, РНК появились в результате взаимодействия и накопления полиароматических углеводородов – циклических органических веществ. Они способны присоединять нуклеотиды и собираться в стопки, что похоже на строение РНК.

Органические вещества можно получить из неорганических. Однако экспериментальных подтверждений самозарождения РНК из них пока нет.

Протоклетки

Живые организмы отделены от внешней среды и поддерживают постоянство своего состава. Это обеспечивают фосфолипидные мембраны – тонкий слой жиров. Поскольку жиры гидрофобны (не пропускают воду), они концентрируются в капли.

Если жир располагается в два слоя, образуется мембрана, внутри которой может быть водная среда. В 2008 году в США в лаборатории создали протоклетку, которая втягивала нуклеотиды из окружающей среды, но они не собрались в ДНК.

В 2011 году в Японии получили протоклетку, содержащую ДНК и способную делиться. Это показывает, что теория о самозарождении жизни может быть верна: протоклетки могли появиться в естественных, а не в лабораторных условиях.

Благодаря чему зародилась жизнь на Земле

Все перечисленные гипотезы, кроме панспермии, подчеркивают, что жизнь может зародиться лишь при определенных, достаточно жестких условиях. Планета Земля просто соответствовала им. Какие же факторы обеспечили возможность для появления жизни?

Свойства Солнца

Жизнь может появиться только у звезд, время жизни которых исчисляется несколькими миллиардами лет, температурой 4000-7000 К, испускающих много ультрафиолета и достаточно жарких, чтобы жидкая вода существовала на относительно далеких от звезды планетах.

Звезда должна светить с примерно постоянной интенсивностью, иначе на планетах вокруг нее будут слишком непостоянные температуры. Наконец, звезда должна содержать много элементов помимо водорода и гелия. Солнце соответствует этим требованиям.

Расстояние от Земли до Солнца

Расстояние от Земли до Солнца составляет 147 098 291 километр. Наша планета находится в зоне обитаемости Солнца и при этом не слишком близко к нему. Это одна из причин, по которым температуры на Земле приемлемы для жизни.

Диаграмма, показывающая границы обитаемой зоны (зоны жизни) вокруг звезд, и то, как на эти границы влияет тип звезды. График включает планеты Солнечной системы (Венера, Земля и Марс), а также особо важные экзопланеты, такие как TRAPPIST-1d, Kepler-186f и нашего ближайшего соседа — Проксиму Центавра b.

Орбита Земли

Орбита Земли – почти правильный круг. Планета Земля практически все время вращается на одном и том же расстоянии от Солнца. Поэтому у нас нет сильных, резких и длительных сезонных перепадов температур.

Земля в сезонных точках своей орбиты (масштаб не учитывается).

Наклон оси

Наклон оси, как и орбита, влияет на сезонные перепады температур. Земная ось наклонена на 21,5-24,5°. Если наклон значительно выше, зимы будут очень холодными, а лето – очень жарким.

Наклон оси вращения Земли остается ориентированным в том же направлении по отношению к фоновым звездам, независимо от того, где она находится на своей орбите. Условное лето северного полушария находится в правой части этой диаграммы, где северный полюс (красный) направлен к Солнцу, зима же — слева.

Скорость вращения

Вращение Земли достаточно быстрое, чтобы суточные перепады температур также были невелики.

Наша планета делает полный оборот вокруг своей оси почти за 24 часа. Окружность Земли на экваторе составляет 40075 км — следовательно, объект на экваторе вращается со скоростью около 1670 км/час (делим земную окружность на осевой оборот). Скopocть cутoчнoгo вpaщeния будет разным при смещении oт экватора (на полюсах oкpужнocть мeньшe, потому и скорость практически равна нулю).

Масса Земли

Масса Земли достаточна, чтобы гравитация удерживала атмосферу вокруг планеты. При этом гравитация Земли относительно невелика и позволяет существовать многоклеточным организмам.

На изображении — нижняя граница зоны обитаемости с точки зрения массы планеты. Если объект меньше 2,7% массы Земли, его атмосфера «выветрится» прежде, чем на поверхности образуется жидкая вода. Авторы иллюстрации — ​​Harvard SEAS.

Наличие атмосферы

Наличие атмосферы – одно из самых важных требований к обитаемым планетам. Именно атмосфера защищает поверхность планеты и всех существ на ней от космических лучей. На планетах без атмосферы белковые организмы не могут существовать: их уничтожит радиация. Кроме того, атмосфера снижает перепады температур.

Атмосфера Земли: ее строение и примеры для понимания.

Жидкая вода

Жидкая вода – хороший растворитель и посредник в химических реакциях, обеспечивающих жизнедеятельность организмов. На Земле есть области, где жидкой воды мало – например, солончаки и Мертвое море. В этих зонах обитают только некоторые микроорганизмы, приспособившиеся к ним. Более сложная жизнь там невозможна.

Три пятых поверхности Земли находится под океаном, и дно океана так же богато рельефом, как и суша. Эта анимация имитирует падение уровня моря, постепенно раскрывая «невидимые» части поверхности.

Перечисленные критерии используются для оценки жизнепригодности планеты. Жизнепригодность – это возможность существования и самозарождения жизни.

Схема «От Большого взрыва до современного человека» вмещает в себя историю Земли и этапы зарождения жизни на планете. Источник: https://www.punditcafe.com/science/brief-history-of-planet-earth/

Когда появилась жизнь на Земле

Чтобы понять, как зародилась жизнь, необходимо знать, когда она появилась на Земле. В 2015 году в Западной Австралии обнаружили углеродсодержащие минералы возрастом 4,1 миллиарда лет. Ученые интерпретировали их как останки живых организмов.

Другие же исследователи ориентируются на останки бактерий возрастом 3,8 миллиарда лет. Жизнь на Земле должна была зародиться до этого времени. Минералы возрастом 4,1 миллиарда лет относятся к катархею, а останки бактерий – к архею. Это два эона – крупных периода существования Земли.

Катархей. 4,567-4 миллиарда лет назад

Планета Земля сформировалась около 4,567 миллиарда лет назад из протопланетного газопылевого диска.

Предполагается, что ее поверхность изначально состояла из расплавленных минералов, металлов и их соединений с другими элементами, а затем остыла.

Первичную атмосферу составляли угарный, углекислый и сернистый газы, аммиак, метан, сероводород и водород, извергающиеся из вулканов, испаряющиеся с поверхности и приносимые метеоритами. 4,4 миллиарда лет назад на Земле уже была вода, которая при остывании поверхности конденсировалась в океаны.

Эти процессы относят к эону катархею, который 4 миллиарда лет назад сменился археем. В катархее в результате столкновения с большим космическим телом появилась Луна, а земная ось наклонилась под углом 23°. Это же столкновение вызвало выброс газов, уплотнивший атмосферу и погружение уже сформировавшейся коры в мантию.

Анимация столкновения ранней Земли с гипотетической планетой Тейя (по касательной) и дальнейшего выброса вещества на околоземную орбиту, ставшего прото-Луной. Стоит иметь в виду: помимо гипотезы ударного формирования Луны существуют другие. Например: гипотезы совместной аккреции, испарения и захвата.

Остатки катархейской коры возрастом 4,4-4,28 миллиарда лет обнаружили в 2008 году в Канаде.

Архей. 4 – 2,5 миллиарда лет назад

В архее жизнь на Земле представляли безъядерные организмы, или прокариоты – археи и бактерии. Археи используют для синтеза органических веществ и получения энергии органические вещества, ионы металлов, водород, аммиак, солнечный свет и другие источники и являются автотрофами.

Их останки отличаются от останков других живых организмов составом жиров в мембранах. Предполагается, что именно археи были первыми живыми организмами на Земле.

Архей в представлении художника

Некоторые бактерии автотрофны, но среди них есть и гетеротрофы – паразиты других организмов и хищники. Однако именно автотрофные бактерии в начале протерозоя уничтожили значительную часть живых существ.

Процесс фотосинтеза – использования энергии Солнца для производства органических веществ, по всей видимости, существовал и у археев, и у бактерий. Однако среди фотосинтезирующих археев нет организмов, способных фиксировать углекислый газ и получать из него органические вещества.

Археи, фиксирующие углекислый раз, не фотосинтезируют. При таком фотосинтезе не выделяется кислород. Это же было верно для бактерий до появления цианобактерий, или сине-зеленых водорослей. Цианобактерии – многоклеточные прокариоты. Ископаемые строматолиты, сформированные ими, датируются 3,5 миллиардами лет назад и более.

Строматолиты – это минерализованные бактериальные маты, размеры которых составляют от 1 мм до 1000 м. Они формировались в зонах, где пресная вода с определенной периодичностью сменялась соленой.

Пример строматолитов в заливе Шарк, Австралия.

Многоклеточным организмам требуется много энергии и органических веществ, поэтому среди них выживали те, у кого энергетические процессы были наиболее эффективными.

2,7-2,8 миллиарда лет назад это привело к появлению у цианобактерий кислородного фотосинтеза. При нем энергия ультрафиолетовых лучей, испускаемых Солнцем, используется для производства глюкозы из углекислого газа и воды. Этот процесс приводит к выделению кислорода.

Современная теория гласит, что именно цианобактерии сформировали кислородную атмосферу Земли. У этой теории есть и противники. Они утверждают, что кислород в земную атмосферу попадал в результате извержений вулканов. Как бы то ни было, в палеозое произошла катастрофа, в результате которой появилась современная жизнь.

Кислородная катастрофа. Около 2,45 миллиардов лет назад.

Поначалу выделяемый цианобактериями кислород реагировал с металлами и минералами на поверхности планеты, практически не насыщая атмосферу. Он накапливался только в кислородных карманах внутри цианобактериальных матов. Затем кислород окислил атмосферные газы. И, наконец, свободный кислород накопился в атмосфере в количестве, опасном для живых организмов.

Кислород – сильный окислитель. Он реагирует как с неорганическими, так и с органическими веществами, окисляет клеточные мембраны и, попав в клетку, органеллы и ДНК.

В начале протерозоя на Земле существовали только анаэробные организмы. У них, за исключением цианобактерий, не было химических механизмов для защиты от кислорода. Обитатели глубин морей и подземных полостей, куда кислород не проникал, выжили. Остальные погибли или были вынуждены приспосабливаться.

История кислорода (современная модель)

Кислород был опасен для живых организмов протерозоя не только из-за способности окислять органику. Попадая в атмосферу, он под действием ультрафиолета превращается в озон – нестабильное соединение, при разрушении выделяющее атомарный кислород.

Озоновый слой поглощает ультрафиолет. Сейчас он обеспечивает постоянство климата и отсутствие перегревов поверхности Земли. В палеозое появление озонового слоя в атмосфере вызвало ледниковый период.

Гуронское оледенение длилось около 300 миллионов лет и, по всей видимости, было глобальным. Эту гипотезу называют гипотезой Земли-снежка. Оно было вызвано не только снижением поступления ультрафиолета, но и окислением метана.

Метан – парниковый газ. Его способность удерживать тепло в 25 раз выше, чем у углекислого газа, который образуется при окислении метана.

Гуронское оледенение в представлении художника

Таким образом, новый состав атмосферы снижал нагревание поверхности Земли и хуже останавливал ее остывание. Оледенение уничтожило те организмы, что не были приспособлены к холоду и не были изолированы, например, в геотермальных источниках.

Обилие кислорода и оледенение могли бы уничтожить жизнь на планете. Однако живые существа приспосабливаются к условиям окружающей среды. Именно это произошло в протерозое: у живых организмов возникли два серьезных изменения, которые позволили им эволюционировать в знакомые нам жизненные формы.

Протерозой. 2,5 – 0,54 миллиардов лет назад.

Колониальные и многоклеточные организмы лучше одноклеточных приспособлены и к относительно низким температурам, и к окислителям в атмосфере. Наличие тела или колонии позволяет удерживать тепло и формировать защитный слой из химических веществ или отмерших клеток. Однако многоклеточность требует большого количества энергии.

В настоящий момент самый эффективный энергетический процесс у живых организмов – кислородное дыхание.

Другие процессы – гликолиз, брожение, бесхлорофилльный, бескислородный и кислородный фотосинтез – дают меньше энергии. Кислородное дыхание возможно только при достаточном количестве кислорода и механизмов, защищающих клетку от окисления.

Эволюция живых организмов в протерозое шла именно в направлении появления многоклеточности и кислородного дыхания.

Художественное изображение жизни на дне океана, какой она могла быть в позднем протерозое.

В результате возникли эукариоты (растения, грибы, животные и протисты) – организмы, ДНК которых защищена не только клеточной мембраной и, возможно, стенкой, но и ядерной мембраной. У живых существ появились молекулярные механизмы защиты от окисления и кислородное дыхание.

Основная теория появления эукариотов – симбиотическая. Согласно ей, бактерии научились выживать внутри более крупных клеток и обеспечивали их энергией (митохондрии) или сахаром (пластиды). В ходе эволюции они стали зависимы друг от друга.

Среди эукариотов есть и одноклеточные, и многоклеточные существа. К тому же, строение их клеток и организмов различается до такой степени, что их делят на 3 царства: растения, грибы и животные (таблица 2).

Домен        Ядро        ДНК        Мембрана        Клеточная стенка        Питание        Организм

Археи        Нет        Кольцевая ДНК, связанная с белками-гистонами        Из глицерин-эфирных липидов, L-глицерин, ветвящиеся липидные хвосты с кольцами, двойная или одинарная        Нет или белковая        Автотрофы        Одноклеточные или колониальные. Есть многовидовые колонии

Бактерии        Кольцевая ДНК без гистонов        Из глицерин-сложноэфирных липидов, D-глицерин, неветвящиеся липидные хвосты, двойная.        Муреин        Автотрофы или гетеротрофы        Одноклеточные, колониальные, многоклеточные (цианобактерии)

Эукариоты. Царство растения        Есть        Линейная ДНК, связанная с белками-гистонами        Целлюлоза        Автотрофы        Одноклеточные, колониальные или многоклеточные

Эукариоты. Царство грибы.        Хитин        Гетеротрофы        Одноклеточные или многоклеточные

Эукариоты. Царство животные.        Нет        Одноклеточные, колониальные или многоклеточные

Таблица 2. Домены и царства живой природы

Таким образом, привычные нам живые организмы появились в протерозое.

Некоторые из возникших организмов – предки современных моллюсков, червей и других живых существ, другие же вымерли. В протерозое живые организмы обитали в морях, и среди них было много сидячих форм.

Это подтверждают окаменелости. 542 миллиона лет назад протерозой сменился фанерозоем – эоном, который длится до настоящего времени.

Где возникла жизнь на планете Земля

Согласно современной теории, жизнь на Земле должна была появиться либо на берегу океана, либо у горячих подводных источников. Чтобы привычная нам жизнь могла самозародиться, необходимы следующие условия:

Жидкая вода;

Ионы металлов – железо, медь, цинк, магний, марганец и другие;

Соединения азота, углерода, серы и фосфора;

Достаточно энергии, чтобы из неорганических веществ образовались органические.

Все это, кроме энергии, есть в океанической воде, поэтому жизнь должна была зародиться в океане.

В катархее и архее земная атмосфера состояла из газов, содержащих углерод, азот и серу. Вероятно, они также были растворены в воде. Берега океанов состояли из глин, поры которых могли до определенного времени заменять клеточные мембраны – отделять предшественники клеток от внешней среды и обеспечивать обмен с ней.

Энергию для реакций между веществами давали либо вулканические извержения, либо электрические разряды в атмосфере.

Необходимые для жизни соединения есть и на дне океанов, у черных курильщиков – подводных гидротермальных источников. Из них бьет очень горячая и богатая минералами вода, и около них обитают бактерии-автохемотрофы.

Черные курильщики были впервые обнаружены в 1979 году на Восточно-Тихоокеанском поднятии (21 ° северной широты) учеными из Института океанографии Скриппса. Известно, что черные курильщики существуют в Атлантическом и Тихом океанах на средней глубине 2100 метров.

Эти источники извергают геотермальную воду температурой до 400 °C. Высокое давление не позволяет воде закипеть — она находится в так называемом сверхкритическом состоянии.

Около черных курильщиков достаточно энергии, чтобы обеспечить синтез органических веществ из неорганических.

Научные гипотезы о происхождении жизни сходятся в том, что когда-то органические вещества появились из неорганических. Затем из них зародились предшественники клеток, способные самовоспроизводиться.

На Земле вскоре после формирования планеты были подходящие условия для этих процессов: жидкая вода, соединения углерода, азота, серы и фосфора, металлы и много энергии. Однако ученые допускают, что белки, нуклеиновые кислоты или даже споры бактерий попали на Землю из Космоса. В таком случае они сходным образом появились на какой-то иной планете.

После зарождения жизни из неживого новые живые организмы происходили от предыдущих. При этом они эволюционировали – приспосабливались к условиям окружающей среды на протяжении многих поколений. Разные приспособления дали начало разным доменам: археям и бактериям. После того, как в атмосфере Земли появился кислород, живым организмам потребовалась защита от него.

Вероятно, так появились эукариоты. Развитие способов защиты от кислорода и его использования привело к появлению многоклеточных организмов, обитавших в океанах. Позднее они освоили сушу, где продолжают эволюционировать.

Филогенетическое дерево иллюстрирует эволюционные связи между различными организмами. Животные разбиты на две большие группы: Дейтеростомия (вторичноротые) и Протостомия (род когтистых рыб), разделенные около семисот миллионов лет назад. Дерево наглядно показывает, насколько далеко современные виды ушли от общих предков. Источник инфографики: http://nationalgeographic.org.

Ученые допускают, что подобные процессы происходят не только на Земле, но и на некоторых планетах в других звездных системах.

Вероятность того, что планета обитаема, оценивают по критериям жизнепригодности планет.

Материал по теме: Поиск внеземных цивилизаций.

На 2020 год известно более 4000 экзопланет, на которых потенциально может существовать жизнь. 24 из них пригодны для жизни больше, чем Земля. Но пока что живые организмы вне Земли науке не известны.

Выводы

Для появления живых организмов необходима жидкая вода и неорганические соединения углерода, азота, серы и фосфора.

Органические вещества получаются при реакциях неорганических под действием электричества или нагревания.

Некоторые органические вещества – РНК и ДНК при наличии специальных белков воспроизводят сами себя и способны эволюционировать.

Живые организмы возникли, когда неживые капли органических веществ отделились от окружающей среды полупроницаемыми липидными мембранами и приобрели способность к самовоспроизведению.

После самозарождения жизни новые живые организмы появлялись только как потомки предыдущих живых организмов.

Живые организмы в ходе эволюции приспосабливались к окружающей среде и развивались.

Живые организмы способны изменять окружающую среду и приспосабливаться к ее изменениям.

Возникновение и развитие жизни — ответы на вопросы

Благодаря чему жизнь на Земле не была уничтожена катастрофами – ледниковыми периодами, периодами жары, обилием кислорода?

Биосфера – часть Земли, в которой обитают живые организмы, достаточно обширна. В почве жизнь существует до глубины 7,5 км, в океанах – до 10-11 км, в атмосфере – до 20 км. Это значит, что при большинстве катастроф где-то на Земле останутся живые организмы. Если остальные погибнут, они займут освободившиеся экологические ниши и приспособятся к новым условиям. Именно способность эволюционировать позволила жизни на Земле существовать после множества катастроф.

Почему жизнь появилась именно на Земле?

В Солнечной системе Земля – единственная планета, на которой есть условия для существования белковой жизни. Температуры на Земле умеренные, а суточные и сезонные перепады между ними относительно невелики благодаря расстоянию до Солнца, наклону оси, скорости вращения и атмосфере. Для сравнения, на Марсе в условиях разреженной атмосферы летом суточная температура колеблется от -53 до 22°С, а зимой – от -103° до -43°C. На планетах без атмосферы перепады температур еще сильнее. На газовых гигантах слишком высокая скорость ветра и атмосферное давление. На ледяных планетах, теоретически, могут обитать бактерии-хемосинтетики, однако в настоящее время ученым достоверно не известна ни одна ледяная планета. До 2006 года к ним относили Плутон.

В какой эре появились млекопитающие?

Синапсиды, к которым относятся млекопитающие, в том числе, человек, появились в каменноугольном периоде эры палеозоя эона фанерозоя. Они отделились от котилозавров – предков современных пресмыкающихся и птиц.

Когда жили динозавры?

В мезозое – второй эре фанерозоя. После триасово-юрского вымирания, когда погибло около 50% видов, динозавры освоили освободившиеся экологические ниши. Среди них были наземные, водные и летающие. Большинство из них вымерло во второе мезозойское вымирание – мел-палеогеновое. В третьей эре фанерозоя – кайнозое их место заняли млекопитающие и птицы.

В какой среде появились членистоногие?

Первые членистоногие появились в водной среде – в океанах, в палеозое. В ордовике некоторые из них вслед за растениями начали осваивать сушу. В каменноугольном периоде появились крылатые насекомые. В пермском периоде в ходе вымирания погибло 83% всех видов насекомых, но оставшиеся эволюционировали и дали начало новым видам.

Где на Земле могут существовать живые организмы?

Археи и бактерии – практически в любых условиях, в том числе горячих источниках, засоленных территориях, в атмосфере, на дне океана и глубоко под землей. У них есть приспособления, позволяющие выжить там, где все остальные организмы погибнут. Именно это позволяет предполагать, что археи и бактерии были первыми живыми организмами на Земле.

Почему океан — благоприятная среда для появления жизни?

Главное условие существования жизни – наличие жидкой воды. При этом просто вода без каких-либо добавок не подходит: большинство клеток живых организмов функционируют при концентрации NaCl 0,9%, а у остальных есть приспособления к нехватке или избытку воды. Согласно современным данным, жидкая вода присутствовала на Земле по крайней мере с архея, а возможно, с катархея. В ней были растворены соли минеральных веществ, необходимые живым организмам. Вероятно, древний океан был богат органическими веществами. Вода, тепло и органические вещества создают благоприятную среду для живых организмов.

Напоследок рекомендуем посмотреть видеоролик «Краткая история Земли в 6 минутах»:

Источник: https://ratenger.com/science/biology/vozniknoveniye-zhizni-zemlya

Подготовить сообщение на темы

1. Основные гипотезы о происхождении жизни на  земле    

2 Кроссворд по теме « Возникновение жизни на Земле»

1. Процесс взаимополезного сосуществования организмов.
2. Ткань, образовавшаяся из наружных клеток многоклеточного организма, и выполняющая несколько функций: восприятия, защиты, движения.
3. Ткань, согласно гипотезе И.И.Мечникова, образовавшаяся из клеток, которые захватив добычу перемещались внутрь колонии.
4. Первичные органические полимеры.
5. Первые простейшие организмы на Земле, у которых наследственный материал находился прямо в цитоплазме. 6.Бескислородный тип обмена веществ.
6. Организмы способные использовать для синтеза органических веществ из неорганических веществ энергию света.
7. Организмы, использовавшие в качестве источника энергии (пищи) готовые органические соединения.
8. Белковоподобные вещества.
9. Организмы, клетки которых имеют настоящее ядро окруженное оболочкой, двойной набор наследственных задатков.
10. Многомолекулярные комплексы, окруженные водной оболочкой, отделяющей их содержимое от основного раствора.
11. Структура, ограничивающая организм от окружающей среды.
12. Первые фотосинтезирующие организмы, выделяющие в атмосферу кислород.
13. Колониальные жгутиковые.
14. Ученый, выдвинувший гипотезу о происхождении многоклеточных организмов от колониальных жгутиковых.
15. Ученый выдвинувший гипотезу, суть которой заключалась в дифференцировке клеток колонии на пищеварительную и покровную функцию, в результате впячивания группы клеток внутрь.

Теории происхождения жизни

Теория креационизма (лат. creatio - творение)

С самого раннего момента своего появления человечество наделяло природу особыми свойствами: существовал тотемизм - поклонение какому-либо животному или растению как своему мифическому защитнику. С течением времени появились монотеистические религии, в которых утверждалось, что настоящий мир создан творцом в результате акта сверхъестественного творения.

За всю историю существования человечества сторонниками этой теории не было приведено ни одного подтверждающего доказательства. Справедливо отметить, что и опровергнуть эту теорию невозможно. Основополагающим моментом здесь являются не факты, а вера.

Теория стационарного состояния

Согласно данной теории, жизнь никто и ничто не создал(о) - жизнь, как и Вселенная, существует вечно, не имея точки начала и конца. Отдельные тела в этой системе - галактики, звезды, небесные тела и живые организмы - рождаются и умирают.

Теория панспермии (греч. pan — всё и sperma — семя)

После формирования и остывания нашей планеты на ее поверхности сложились условия благоприятные для развития жизни. Теория панспермии гласит о том, что жизнь на нашу планету была занесена извне, из космоса с падением метеороида или астероида. На Землю попали зачатки живого - споры бактерий, вирусы.

Теория самозарождения

Сторонники этой теории считали (или считают, если такие еще остались)), что жизнь способна самозарождаться из неживого. Еще Аристотель считал, что личинки, из которых появляются мухи, самозарождаются в гниющем мясе. Эти представления были довольно долго распространены и популярны.

Особое внимание обратим на витализм (лат. vitalis — жизненный) - учение о существовании нематериальной сверхъестественной жизненной силы, управляющей жизненными явлениями. Витализм и теория самозарождения тесно взаимосвязаны.

Особенно активно эти идеи обсуждались в конце XVI века, когда апогея достигла легенда о гомункулусе. Свой рецепт "приготовления" гомункулуса Парацельс описывает так: "Возьмите сперму и заставьте ее гнить 7 суток в запечатанной тыкве, а затем в течение 40 недель в лошадином желудке, ежедневно добавляя кровь. В результате произойдет живой ребенок, как дитя, родившееся от женщины".

Кажется что-то таинственное и магическое скрыто за этими древними строками, однако это всего лишь остроумная шутка, на которую попались многие, даже из числа наших современников. Первым аргументированно попытался опровергнуть теорию самозарождения жизни Франческо Реди в 1668 году.

Опыт Франческо Реди состоял в доказательстве того факта, что в плотно закрытых банках, куда не могут попасть мухи, не развиваются и черви - их личинки. В таких банках мясо гниет, но не "производит" червей. Ранее Уильям Гарвей, английский медик, постулировал: "Все живое происходит из яйца".

Казалось бы, теория самозарождения опровергнута - точка. Но хитрые виталисты обвинили Франческо Реди в том, что закрыв банки тканью, он предотвратил доступ в них жизненной силе, и, естественно, жизнь в них не зародилась. Так что теория самозарождения пошатнулась, не более, но выстояла этот удар.

Лишь спустя почти 200 лет - в 1862 году - Луи Пастер нанес сокрушительный удар по виталистам, окончательно развенчав теорию самозарождения. Пастер кипятил в S-образной колбе молоко, в котором находились микроорганизмы. После кипячения колбы оставляли на открытом воздухе. За счет S-образной колбы бактерии оседали на стенках, не достигали молока: процессы брожения и гниения не начинались.

Это был сокрушительный удар по виталистам! Они не могли обвинить Пастера, как Франческо Реди, в том, что жизненная сила не проникает в колбу, так как просвет S-образной колбы сообщался с внешней средой. Таким образом, Луи Пастер доказал, что зарождение микроорганизмов в гниющих бульонах не является самозарождением жизни, а возникает только при непосредственном сообщении бульона с воздухом.

В честь Луи Пастера процесс тепловой обработки пищевых продуктов называется пастеризацией. Она представляет собой нагревание жидких продуктов до 60-70 °C в течение 60 минут, в результате чего болезнетворные микроорганизмы погибают. Это позволяет сохранить продукты свежими на долгое время.

Гипотеза А.И. Опарина абиогенного происхождения жизни

Одним из первых в 1924 году научно пытался обосновать появление жизни на земле советский ученый Опарин, а через 5 лет в - 1929 году - Дж. Холдейн. Согласно теории Опарина, жизнь представляет собой закономерный этап эволюции химических соединений - молекулярных преобразований, их полимеризации, возникновение более сложных по строению веществ. Процессы возникновения жизни по Опарину делятся на 3 этапа:

• Возникновение органических веществ из неорганических. Образование первичного бульона
• Усложнение строения веществ (появление белков, нуклеиновых кислот). Формирование коацерватов - капель с большой концентрацией коллоида
• Возникновение самовоспроизводящихся организмов, появление в них матричного синтеза на основе РНК, затем и ДНК

В результате таких преобразований из первичного бульона возникли первые прокариотические клетки.

Теорию Опарина и Холдейна подверглась проверке на практике. Первые эксперименты провел С. Миллер, пытавшийся синтезировать органические вещества из неорганических. Миллер использовал колбу, в которой непрерывно циркулировали метан, аммиак, водород и угарный газ (CO) - когда-то составлявшие атмосферу Земли (кислород в ее составе отсутствовал).

По итогам эксперимента в системе появились аминокислоты, сахара, жиры и даже предшественники нуклеиновых кислот.

С точки зрения вероятности возникновение жизни весьма маловероятно, однако учитывая очень долгое время (1 млрд. лет от появления Земли) вероятность такого события значительно возрастает.