"Биология", Пасечник В.В., Каменский А.А., Швецов Г.Г. / Под ред. Пасечника В.В.
Происхождение жизни объясняют гипотезами, а её дальнейшую историю прослеживают по изменениям организмов и среды. Согласно гипотезе биохимической эволюции, простые вещества на ранней Земле могли постепенно образовать органические молекулы и системы, похожие на предшественников клеток. Позже появились клетки, фотосинтез, эукариоты и многоклеточные организмы. Эта последовательность помогает понять, как менялась жизнь, но не означает, что эволюция шла к заранее заданной цели.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Гипотеза биохимической эволюции — научное предположение о том, как из неживой материи могли возникнуть органические вещества, а затем первые живые системы. Она помогает описать возможные этапы этого перехода, не утверждая, что все подробности уже известны.
Коацерват — капля, образованная скоплением органических молекул в воде. Такие капли могли отделять внутреннюю среду от внешней, поэтому их считают возможными предшественниками клеток. Однако коацерват не является организмом: у него нет полноценной наследственности и клеточного устройства.
Прокариоты — организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра; их наследственный материал находится в клетке без ядерной оболочки. Эукариоты имеют ядро и более сложное внутреннее строение. Появление эукариот создало возможности для усложнения клеток и возникновения многоклеточных организмов.
Эндосимбиотическая гипотеза объясняет происхождение митохондрий и пластид: их предками могли быть древние бактерии, поселившиеся внутри клетки-хозяина. Это предположение помогает понять, почему некоторые органоиды имеют собственный наследственный материал и особенности, сходные с бактериями.
Ранняя Земля отличалась от современной: в её атмосфере почти не было свободного кислорода, а поверхность испытывала сильное воздействие вулканов и излучения. Энергия молний и ультрафиолета могла запускать химические реакции между простыми веществами. Поэтому могли образовываться органические молекулы — соединения, на которых основана химия живых организмов.
Предполагаемая последовательность включала появление простых органических соединений, их объединение в более крупные молекулы и формирование обособленных систем, например коацерватов. Такие системы могли поддерживать отдельные химические реакции, но для жизни требовалось также устойчивое воспроизведение наследственной информации. Как именно возникли первые клетки и какие промежуточные этапы были решающими, учёные продолжают исследовать.
Появление клеток с обменом веществ и наследственностью стало рубежом, потому что такие системы могли воспроизводить себя. При копировании наследственной информации возникали различия, а значит, некоторые варианты могли лучше выживать и оставлять потомство. Так становилась возможной эволюция — изменение популяций организмов на протяжении поколений.
Ранними обитателями Земли были прокариоты. Позже появились организмы, способные к фотосинтезу: используя энергию света, они создавали органические вещества и выделяли кислород. Когда кислород стал накапливаться в атмосфере, среда изменилась; впоследствии возникли эукариоты, а затем многоклеточные формы жизни.
Выход организмов на сушу происходил не одновременно и требовал приспособлений к новым условиям: недостатку воды, перепадам температуры и иной опоре тела. Изменения среды создавали возможности для одних организмов и затрудняли существование других. Длительный естественный отбор и наследственная изменчивость способствовали разнообразию растений и животных, но не направляли эволюцию к заранее установленной цели.
| Этап | Главные изменения | Значение для дальнейшего развития жизни |
|---|---|---|
| Возникновение органических веществ | Из простых соединений образуются органические молекулы. | Появляются вещества, из которых могли формироваться более сложные системы. |
| Появление первых клеток | Возникают обособленные системы с обменом веществ и наследственностью. | Становятся возможны воспроизведение и биологическая эволюция. |
| Развитие фотосинтеза и изменение состава атмосферы | Фотосинтезирующие организмы выделяют кислород. | Меняется среда, создаются условия для кислородного дыхания. |
| Возникновение эукариотической клетки | Появляются клетки с ядром и сложной внутренней организацией. | Расширяются возможности специализации клеток и усложнения организмов. |
| Появление многоклеточных организмов | Клетки объединяются и могут выполнять разные функции. | Возникают организмы со сложным строением и разделением функций. |
| Освоение организмами суши | Растения и животные приспосабливаются к наземной среде. | Жизнь распространяется в новых условиях и становится разнообразнее. |
Таблица показывает последовательность крупных этапов, а не точное расписание всех событий: изменения происходили постепенно. Сопоставляйте второй и третий столбцы, чтобы увидеть, как одно новшество создавало возможности для дальнейшего развития жизни.
Задача 1. Расположите в правильной последовательности: появление эукариот, образование органических веществ, развитие фотосинтеза, возникновение первых клеток. Нужно восстановить переход от химических процессов к усложнению живых систем. Сначала определим, какое событие могло произойти до появления организмов, а какое требует уже существующих клеток.
Ответ: образование органических веществ → возникновение первых клеток → развитие фотосинтеза → появление эукариот.
Задача 2. Объясните, как появление фотосинтеза могло повлиять на состав атмосферы и условия существования организмов. Важно не только назвать выделяемое вещество, но и связать изменение атмосферы с последствиями для живых существ. Рассуждаем от процесса внутри организмов к изменению среды.
Ответ: фотосинтез привёл к выделению кислорода, его накоплению в атмосфере и появлению новых условий для организмов.
Задача 3. Сопоставьте гипотезу биохимической эволюции и эндосимбиотическую гипотезу: какой этап происхождения и развития жизни объясняет каждая из них и какие аргументы её поддерживают? Не следует смешивать появление первых живых систем с происхождением отдельных органоидов. Для сравнения отдельно назовём предмет каждой гипотезы и свидетельства в её пользу.
Ответ: биохимическая эволюция объясняет возможное возникновение первых живых систем, а эндосимбиоз — происхождение митохондрий и пластид; каждую гипотезу поддерживают разные научные данные.
Ошибка: считать, что гипотеза биохимической эволюции полностью объясняет происхождение жизни. Так думают, потому что у гипотезы есть последовательная модель возможных этапов. Проверьте себя: различайте предложенное объяснение и окончательно установленный факт — переход к первым клеткам всё ещё изучают.
Ошибка: называть коацерват живым организмом. Обособленную каплю легко принять за клетку, потому что у неё есть граница и внутреннее содержимое. Проверьте себя вопросом, есть ли у неё клеточное строение, наследственность и полноценный обмен веществ: одного внешнего сходства недостаточно.
Ошибка: связывать появление кислорода с возникновением самой жизни. Путаница возникает потому, что кислород важен для многих современных организмов. Проверьте последовательность: первые организмы появились раньше, а кислород стал накапливаться позднее благодаря фотосинтезу.
Ошибка: представлять эволюцию как заранее заданное движение к усложнению. Сложные современные организмы могут создавать впечатление, будто всё развитие вело к ним. Проверьте себя: естественный отбор зависит от наследственных различий и условий среды, поэтому у эволюции нет общей заранее поставленной цели.
Для понимания темы нужны знания о строении клетки и различиях между прокариотами и эукариотами. Основы наследственности помогают понять, как признаки передаются и почему наследственная изменчивость создаёт материал для эволюции. Естественный отбор объясняет, почему в данных условиях одни варианты организмов оставляют больше потомства.
Историю жизни связывают с геологической историей Земли: изменения планеты создавали новые условия для организмов. Последовательность появления групп помогает объяснять эволюцию живого мира. Знания о клеточном строении и эндосимбиозе пригодятся при изучении органоидов, разнообразия организмов и происхождения эукариот.
Как учёные объясняют появление первых органических веществ на Земле?
На ранней Земле действовали молнии, ультрафиолетовое излучение и вулканическая активность. Эти источники энергии могли запускать реакции между простыми веществами, в результате которых образовывались органические соединения. Это научная гипотеза, детали которой продолжают изучать.
Почему коацерваты не считают живыми клетками?
Коацерват — обособленная капля органических молекул, но у неё нет полноценного клеточного строения. Она не обладает системой наследственности и самостоятельным обменом веществ, необходимыми живой клетке.
Какие изменения в атмосфере связаны с появлением фотосинтеза?
При фотосинтезе некоторые организмы выделяли кислород, и со временем он стал накапливаться в атмосфере. Это изменило условия среды и позволило распространиться организмам, использующим кислородное дыхание.
В чём состоит эндосимбиотическая гипотеза?
Она предполагает, что митохондрии и пластиды произошли от древних бактерий, поселившихся внутри клетки-хозяина. Со временем бактерии и клетка стали взаимозависимыми. Гипотезу поддерживают особенности этих органоидов, в том числе собственная ДНК.
Почему развитие жизни нельзя считать движением к заранее заданной цели?
Эволюция не планирует будущие формы организмов и не стремится к усложнению. Её ход зависит от наследственной изменчивости и условий среды: одни варианты помогают выживать и оставлять потомство, другие — нет.
§ 38. Урок-семинар "Происхождение и развитие жизни на Земле"
