Природничі науки покликані допомогти людству пізнати самих себе, так і навколишній світ, і, звичайно ж, з'ясувати яким чином на нашій планеті виникло життя у всіх її формах і проявах. Не вдаючись у релігійні догми про створення світу вищою духовною силою – Богом, ми вивчимо гіпотези походження живої матерії, якими оперує біологія. Основні етапи розвитку життя на Землі допоможуть нам розкрити проблему її походження та прояви в навколишньому світі.
Уявлення вчених про процесі еволюції живої природи
Якщо зібрати воєдино всі біологічні види організмів, як сучасних, так і давно вимерлих, вийде астрономічне число – до одного мільярда видів. Не дивно, що вчені, які жили в різний час, прагнули виділити основні етапи розвитку життя на Землі, що призвели до виникнення цих видів живих організмів, а також до формування сучасної картини природи. Засновник систематики Карл Лінней ще в 18 столітті в основу цієї науки поклав принцип «живе від живого», в якому стверджував, що життя може виникнути тільки від уже існуючої живої субстанції. Лінней не допускав навіть натяку на так зване самозародження організмів. Німецький біолог Е. Геккель першим висловив ідею про монофилии – походження всіх живих організмів від одного предка. Жан-Батіст Ламарк відстоював також уявлення про одноклеточной предковой формі, виникнення якої відбулося в ранні етапи розвитку життя на Землі. Підводячи підсумок всьому вище сказаному, можна стверджувати, що існуючі в науці гіпотези про походження життя класифікуються на дві групи. Перша – абиогенная, вона включає уявлення про утворення живої матерії з неживої природи (А. Опарін, Д. Холдейн, С. Міллер). Інша – біогенна, містить ідеї про появу живих істот тільки від собі подібних (Р. Вирхов, К. Лінней, Ч. Дарвін).
Мали первинні організми загальну предковую форму
Перші етапи розвитку життя на Землі, а саме абиогенний (хімічний), потім період появи біополімерів (білків і нуклеїнових кислот), названий предбиологическим і, нарешті, етап біологічної еволюції (формування первинних одноклітинних організмів). Вони були об'єднані і названі биопоэзом. Деякі дослідники (наприклад, Д. Бернал, С. Міллер) запропонували ідею про прогеноте – прабатьків, від якого відбулися архебактерії, еубактерії, ядерні клітини. Інші ж дослідники вважають, що еукаріоти виникли не від прогенота, а стали результатом симбіозу, або ж утворилися внаслідок змін зовнішньої мембрани протобионта. Розглянемо ці гіпотези більш детально.
Гіпотеза Опаріна – Холдейна
Серед безлічі наукових версій, які намагаються пояснити явище, відоме в науці як предбиологический етап розвитку життя Землі, великою популярністю користується гіпотеза коацерватних крапель. Вона сформульована російським вченим А. В. Опаріним. Схожі ідеї були висловлені і британським дослідником Д. Холдейном. Ідеї вчених перегукувалися з давно відомої в біології гіпотезою про самозародження життя.
Суть гіпотези коацерватов
Академік А. Опарін припустив, що групи молекул органічних сполук, що з'явилися в результаті процесів хімічного етапу, змогли створити досить щільну оболонку. Тим самим вони відділялися від первинного бульйону – водного середовища стародавнього океану. Ці групи молекул вчений назвав коацерватами. Вони вже були здатні до самостійного існування, продовжуючи здійснювати обмін з первинним розчином. Дуже важливим, на думку Опаріна, властивостями коацерватов ставилася їх здатність до зростання і дроблення (розмноження). Д. Холдейн, спирався на досліди Міллера-Юрі, в яких був експериментально одержано комплекс органічних речовин з суміші метану, аміаку, водню і вуглекислого газу. У нього входили молекули амінокислот і простих цукрів. Це призвело до можливості появи відокремлених структур – пробионтов.
На думку Опаріна і Холдейна, початкові етапи розвитку життя на Землі, призвели до утворення первинних комплексів – попередників клітин, забезпечили основу для подальшого процесу еволюції живої матерії. Потрібно зазначити, що для проведення експериментів вчені вдало змоделювали можливі умови, які могли бути в атмосфері і в первинному світовому океані, а саме: висока температура і тиск, іонізуюче опромінення та електричні розряди.
Пробионти та їх властивості
Найбільш ранні етапи розвитку життя на Землі – катархей, а потім і архей, ознаменувалися переходом від самоорганізуються коацерватов (пробионтов) до первинних живих клітин. Він став можливим завдяки унікальним властивостям пробионтов: здатності до утворення ізольованих мембран, можливістю до найпростішим формам розмноження, елементарних процесів обміну з зовнішнім середовищем. Самоорганізовані молекули нуклеопротеїдів, що виникли в результаті хімічного етапу, забезпечили у пробионтов прояв найважливішого властивості живої матерії – здатності до передачі спадкової інформації.
Характеристика перших живих організмів
Досить давно (приблизно 35 мільярда років тому) утворилися осадові породи, у яких були виявлені сліди органічного життя. Вони мали вигляд вапняних оболонок ціанобактерій і залишків муреинових стінок бактеріальних клітин. Геохімічні умови літосфери в архейську еру постійно змінювалися, тому первинні екосистеми прокаріотів могли адаптуватися до них шляхом накопичення багатьох фенотипових варіантів. Фотосинтез, здійснюваний синьо-зеленими водоростями (цианобактериями), забезпечив кардинальна зміна газового складу первинної атмосфери Землі, що дозволило подальший вихід живих істот з водного середовища існування на сушу. Діяльність перших прокариотических організмів, а ними були переважно сіро - і залізобактерії, призвела до утворення не лише осадових порід, а також нафти і природного газу.
Чому стало можливим поява эукариотических кліток
Як ми вже згадували раніше, фотосинтетична активність зелених і пурпурових серобактерий, а також залізобактерій сприяло формуванню екрануючого озонового шару і появи аеробних эукариотических кліток. Іншими словами, перші 3 етапи розвитку життя Землі призвели до утворення біоценозів, що містять одноклітинні і багатоклітинні эукариотических організми. Більшість вчених схильні вважати, що їхнє виникнення відбулося близько 600 мільйонів років тому. Спочатку ядерні організми були представлені одноклітинними жгутиковими формами. У результаті дивергенції від них відбулися перші рослини – водорості, а також найпростіші і гриби. Цікавою є думка деяких дослідників про те, що прокаріоти є тупиковою гілкою еволюції, так як вони практично не змінилися в перші етапи розвитку життя на Землі. Біологія висуває дві причини, що пояснює відсутність еволюційного розвитку без'ядерних організмів.
До першої з них відноситься нездатність прокариотических клітин до підвищення організації і до диференціації. Друга причина – жорсткий ригідний спадковий матеріал прокаріотів, представлений єдиною кільцевою молекулою ДНК, званої плазміди.
Симбіоз, який призвів до революційних змін у природі
Появи ядерних клітин у наукових колах прийнято пояснювати з позиції симбиогенеза – теорії, запропонованої А. Шимпером. Так формування клітинного ядра, наявність якого служить головною ознакою еукаріотів, а також утворення хлоропластів і мітохондрій стало можливим в результаті трансформації деяких аеробних бактерій. Проникнувши в первинну клітину з спадковим речовиною, відокремленим мембраною, бактерії синхронізували свій обмін речовин з клітиною хазяїна. В результаті вони втратили здатність до самостійного існування поза клітини і стали її обов'язковими органеллами. Вартим уваги є й гіпотеза, що пояснює появу хлоропластів. Адже не можна забувати, що саме виникнення цих органоїдів забезпечило феномен автотрофного живлення і процесу фотосинтезу. Слідом за А. Шимпером, такі відомі російські вчені, як К. С. Мережковський, Б. М. Козо-Полянський та інші звернули увагу на групу фотосинтезуючих бактерій, здатних до симбіозу з гетеротрофними клітинами. Потрапивши в цитоплазму, вони, мабуть, асимілювалися з клітинним метаболізмом і стали функціонувати в якості органоїдів, згодом названих хлоропластами. Самі ж гетеротрофние клітини видозмінилися в одноклітинні зелені водорості, ставши першими автотрофними эукариотами.
Біогеоценози вендського періоду
Отже, співіснування відразу декількох видів без'ядерних організмів – бактерій - могло привести до формування нової живої системи – эукариотической клітини. Продовжуючи вивчати перші етапи розвитку життя на Землі, зупинимося на вендском періоді протерозойської ери, яка прийшла на зміну архею. У водному середовищі – основний колиски життя на планеті, сформувалися перші біогеоценози. Продуцентами в них були фотосинтезирующие бактерії, а також одноклітинні і колоніальні зелені водорості. Вони виділяли кисень, синтезували органічні речовини, якими користувалися гетеротрофние організми: одноклітинні найпростіші, а також багатоклітинні форми: кишечнополостні і трилобіти. Вендским періодом закінчуються перші етапи розвитку життя на Землі. Епох і періодів, наступними за ним, належало здійснити подальші процеси еволюції живої природи, в основі яких лежала спадкова мінливість і природний відбір.
