Краткое содержание: Параграф § 22 / Биология 11 класс

Начальные этапы развития органического мира

Начальные этапы развития органического мира на Земле до сих пор остаются наименее изученными вопросами в биологии. В земной коре практически не сохранились палеонтологические свидетельства существования самых первых организмов – пробионтов. До конца мезозойской эры очень мало сведений о появлении первых одноклеточных организмов, а также о предпосылках и механизмах возникновения многоклеточных организмов.

Возникновение и развитие жизни на Земле

Атмосфера первичной Земли не содержала кислорода, и все процессы жизнедеятельности первых пробионтов были анаэробными, то есть их метаболизм осуществлялся путем брожения. Усложнение пробионтов началось с формирования оболочки, состоящей из диффузных фосфолипидов и белков. Эта мембрана защищала пробионтов от внешних воздействий и способствовала избирательному накоплению веществ, что создало условия для протекания внутри ферментативных реакций обмена веществ. Фактически это стало границей, отделившей пробионтов от других одноклеточных организмов, напоминавших современные прокариоты – бактерии и актиномицеты.

В ходе эволюции постепенно усложнялись процессы жизнедеятельности. Одним из важнейших событий стало создание органических веществ, необходимых для питания гетеротрофных организмов. В результате фотосинтеза в атмосфере Земли появился кислород, изменивший условия жизни. Образовались организмы, которые способны жить и размножаться в присутствии кислорода – аэробы. Накопление кислорода стало предпосылкой для появления клеток с аэробным дыханием, которое энергетически в 19 раз эффективнее брожения. Появление кислорода в верхних слоях атмосферы привело к формированию озонового экрана, защитившего поверхность Земли от губительных ультрафиолетовых лучей и создавшего условия для выхода организмов из воды на сушу.

Эволюция первых клеток

Первые одноклеточные организмы, появившиеся около 3,8–3,5 млрд лет назад, были безъядерными (прокариотами). Их генетический аппарат, по-видимому, был представлен молекулами РНК. Позднее генетический аппарат перешел к молекулам ДНК, которые обладают более стабильной и совершенной структурой и могут копироваться с большей точностью. РНК стала выполнять роль посредника между молекулами ДНК и белками в процессе реализации генетической информации.

Появление эукариот

Существует несколько гипотез о происхождении ядерных (эукариотных) клеток. Первая, так называемая аутогенная гипотеза, предполагает, что эукариотная клетка возникла из прокариотной путем впячивания ее плазмалеммы и образования внутриклеточных мембранных органоидов (ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы и др.). Вторая, наиболее популярная, – гипотеза симбиогенеза (эндосимбиотическая теория), сформулированная американским ученым Линн Маргулис. Согласно этой гипотезе, эукариотная клетка возникла в результате нескольких актов симбиоза первичных прокариотных организмов. Например, одна группа анаэробных гетеротрофных пробионтов вступила в симбиоз с аэробными гетеротрофными бактериями, и так образовались эукариотные клетки, у которых роль энергетических органоидов выполняли митохондрии. Другая группа пробионтов объединилась с первыми фотосинтезирующими цианобактериями, и так появились эукариотные клетки с хлоропластами.

В пользу гипотезы симбиогенеза свидетельствует сходство митохондрий и хлоропластов с свободноживущими бактериями: наличие у них собственных ДНК, РНК, рибосом и способность к полуавтономному существованию внутри клетки. Появление эукариот стало крупнейшим ароморфозом в развитии жизни на Земле. Эукариоты обладали стабильным генетическим аппаратом, и, кроме того, у них кардинальным образом изменились все функции: размножение, рост, питание и защита. Это обеспечило условия для развития целой системы новых организмов.

Дальнейшее усложнение над органных биологических систем – биогеоценозов, построенных из сообществ организмов и компонентов неорганической природы, происходило уже на основе сложившейся системы эукариот. Последние научные исследования свидетельствуют о том, что в древнейших горных породах возрастом около 4 млрд лет, то есть почти одновозрастных с самой планетой, уже встречаются сообщества микроорганизмов различных видов, населявшие древнюю Землю.

Основные ароморфозы

Крупнейший ароморфоз в развитии жизни на Земле связан с появлением фотосинтеза. Изначально фотосинтезирующие организмы были анаэробными, использующими Солнце как источник энергии, а углекислый газ восстанавливался сероводородом. Позднее появились организмы, подобные современным цианобактериям, которые фотосинтезировали, используя воду в качестве источника водорода, и выделяли кислород. Другим ароморфозом было появление автотрофных организмов, использующих углекислый газ и химическую энергию. Этот тип метаболизма представлен современными хемосинтезирующими бактериями: нитрифицирующими, водородными, серобактериями, железобактериями и т. п. Эволюция метаболизма ускорилась благодаря конкуренции за пищевые ресурсы, что создало предпосылки для появления одноклеточных организмов с автотрофным способом питания.