Походження життя

Етапи розвитку організмів від окремих молекул — до першої клітини. Полінуклеотиди здатні спрямовувати власний синтез. Перша клітина оточує себе мембраною. Розвиток метаболічних реакцій.

Принципові відмінності вірусів

Вірусиможуть існувати тільки як внутрішньоклітинні паразити. Вони містять лише один тип нуклеїнової кислоти. Мають дуже обмежений набір ферментів, використовують обмін речовин клітини-хазяїна.

Для опису переходу неживої матерії в живу еволюціоністи користуються поняттям абіогенезу або хімічної еволюції. Еволюціоністи вважають, що “живі клітини, скоріше за все, виникли 3-3,5 млрд. років тому внаслідок спонтанної агрегації [об’єднання] молекул.”[1] Перші прості органічні молекули на Землі з’явилися у т.зв. первісному бульйоні за умов безкисневої атмосфери та електричних розрядів (блискавок). Первісний бульйон являв собою систему несолоних водойм. Атмосфера над водоймою складалася з аміаку, метану та водяної пари. Блискавки, які проходили крізь цю газову суміш, продукували перші амінокислоти, нуклеотиди, цукри та жирні кислоти, що є конструктивними блоками для всіх форм життя. Атмосфера обов’язково не містила кисню, присутність якого негайно знищувала б усі амінокислоти. У певних частинах первісного бульйону досяглася висока щільність простих органічних молекул. Тут відбувався спонтанний синтез довголанцюгових (полімерних) молекул. Для синтезу таких молекул необхідна присутність спеціальних білків-каталізаторів (ферментів). Оскільки бульйон не міг їх містити, то замість них у ролі каталізаторів синтезу (дуже повільного) могли виступати кристали та іони металів. За умови існування серед цих довголанцюгових молекул (полінуклеотиди і поліпептиди) “примітивного природного добору”, з них виокремлювалися дедалі складніші молекулярні структури. Це, як вважають, створює всі необхідні умови для випадкової формації (самозбірки) перших клітин.

Жива природа – цілісна, проте неоднорідна система, якій властива ієрархічна організація. Під системою, у науці розуміють єдність, чи цілісність, складену з безлічі елементів, що перебувають у закономірних відносинах і зв'язках один з одним.

Ієрархічною називається система, у якій частини, чи елементи, розташовані в порядку від нижчого до вищого. Так, у живій природі біосфера складається з біогеоценозів, представлених популяціями організмів різних видів, а тіла організмів мають клітинну будову. Ієрархічний принцип організації дає змогу виділити у живій природі окремі рівні, що зручно з погляду вивчення життя як складного природного явища.

Зазвичай виділяють п¢ять рівнів організації живих систем: молекулярно-генетичний; клітинний; організмовий, або онтогенетичний; популяційно-видовий; біогеоценотичний.

Рівень організації живої природи – функціональне місце біологічної структури певного ступеня складності в загальній системі живої матерії.

Очевидний зв’язок цих рівнів із типовими розмірами досліджуваних біологічних об’єктів наведено у табл. 1.

Таблиця

Рівні організації (вивчення), що виділяються в багатоклітинному організмі (за Е. Дс. Робертсом)

Розміри об’єкта	Об’єкт вивчення	Рівень організації об’єкті вивчення)
0,1 мм (100 мкм) і більше	Організм, органи	Організмовий, органний
100—10 мкм	Тканини	Тканинний
20—0,2 мкм (200 нм)	Клітини (еукаріотичні і прокаріотичні)	Клітинний
200—1 нм	Клітинні компоненти	Субклітинний
Менше 1 нм	Молекули	Макромолекулярний

Особливість даної класифікації полягає в тому, що окремі рівні ієрархічної системи життя визначаються в ній на загальній основі виділення для кожного рівня елементарної одиниці та елементарного явища.

Елементарна одиниця — це структура чи об’єкт, закономірні зміни яких, що позначаються як елементарне явище, і складають специфічний для відповідного рівня внесок у процес збереження і розвитку життя.

Молекулярно-генетичний рівень – це специфічні для живих організмів види біологічних сполук (білки, вуглеводи, нуклеїнові кислоти), їх взаємодія між собою і з неорганічними компонентами і роль в обміні речовин та енергії в організмі. Має окремі, хоча і істотні ознаки життя. Елементарною одиницею служить ген — фрагмент молекули нуклеїнової кислоти, у якому записаний певний об’єм біологічної (генетичної) інформації.

Елементарне явище полягає насамперед у процесі конваріантної редуплікації – самовідтворенні з можливістю деяких змін у змісті закодованої в гені інформації, а також реакції матричного синтезуінформаційних макромолекул

Клітинний рівень. Клітина, куди молекули входять як компоненти системи, доповнює розглянуті ознаки живого іншими, інтегрує та пов’язує їх.

Елементарною одиницею служить клітина.

Елементарне явище представлене реакціями клітинного метаболізму,що складають основу потоків енергії, речовин та інформації.

Організмовий рівень визначається тим, що будь-який вид складається з окремих особин, відносно незалежних одна від одної.

Елементарною одиницею є особина у її розвитку від моменту зародження до припинення існування як живої системи, що дає змогу також назвати цей рівень і онтогенетичним.

Елементарне явище полягає у закономірних змінах організму в індивідуальному розвитку.

Популяційно-видовийрівень визначається взаємовідносинами організмів одного виду між собою всередині популяції. Тут діють закони внутрішньовидових та внутрішньопопуляційних відносин.

Елементарною одиницею служить популяція — сукупність особин одного виду.

Елементарне явище – еволюційно значущі зміни генофонду.

Біоценотичний рівень. У процесі спільного історичного розвитку на певній території з організмів різних систематичних груп утворюються динамічні, стійкі в часі співтовариства — біогеоценози, що служать елементарною одиницею біогеоценотичного (екосистемного) рівня.

Елементарне явище представлено потоками енергії та кругообігами речовин.

Біогеоценози, розрізняючись за видовим складом і характеристиками абіотичної своєї частини, об’єднані на планеті в єдиний комплекс — простір поширення життя, або біосферу.

Закони, які характерні для більш високих рівнів організації живого світу, не виключають дії законів, властивих більш низьким рівням.

Існують дві головні гіпотези, що по-різному пояснюють появу життя на Землі.

1. Гіпотеза панспермії - життя занесене з космосу у вигляді спор мікроорганізмів, або планета навмисно «заселена» розумними прибульцями з інших світів згідно з припущенням.

2. Абіогенне (таке, що відбувається без участі організмів) утворення органічних речовин з неорганічних– життя виникло на Землі у результаті сприятливої сукупності фізичних і хімічних умов.

Головними етапами виникнення і розвитку життя були:

утворення атмосфери з газів (метану, оксиду і діоксиду вуглецю, аміаку, сірководню, ціаністих сполук), що могли служити «сировиною» для синтезу органічних речовин і пари води;

абіогенне утворення простих органічних речовин, в тому числі мономерів (амінокислот, цукрів, азотистих основ, АТФ та інших мононуклеотидів) біологічних полімерів;

полімеризація мономерів у біологічні полімери, насамперед білки (поліпептиди) і нуклеїнові кислоти (полінуклеотиди);

утворення передбіологічних форм складного хімічного складу — протобіонтів з деякими властивостями живих істот;

виникнення найпростіших живих форм з усією сукупністю головних властивостей життя – примітивних клітин;

біологічна еволюція виниклих живих істот.

Походження еукаріотичної клітини

Викопні рештки клітин еукаріотичного типу виявлені в породах, вік яких не перевищує 1,0—1,4 млрд. років. Більш пізніше виникнення, а також подібність загалом їх основних біохімічних процесів (самоподвоєння ДНК, синтез білка на рибосомах) змушують думати про те, що еукаріотичні

І

ІІ

клітини пішли від предка, що мав прокаріотичну будову.

Рис. Походження еукаріотичної клітини згідно з симбіотичною (I) та інвагінаційною (II) гіпотезами:

1 – анаеробний прокаріот (клітина-хазяїн); 2 – прокаріоти, що мають мітохондрії; 3 – синьо-зелена водорость (майбутній хлоропласт); 4 –спірохетоподібна бактерія (майбутній джгутик); 5 – примітивний еукаріот із джгутиком; 6 – рослинна клітина; 7 – тваринна клітина з джгутиком; 8 – аеробний прокаріот (майбутня мітохондрія); 9 – аеробний прокаріот (клітина - родоначальниця відповідно до інвагінаційної гіпотези); 10 – інвагінації клітинної оболонки, що дали ядро і мітохондрії; 11 – примітивний еукаріот; 12 – інвагінація клітинної оболонки, що дала хлоропласт; 13 – рослинна клітина; а – ДНК прокаріотичної клітини; б – мітохондрія; в – ядро еукаріотичної клітини; г – джгутик; д – хлоропласт

Найпопулярніша нині симбіотична гіпотеза походження еукаріотичних клітин, відповідно до якої (рис. 1 (І)) основою, чи клітиною-хазяїном, в еволюції клітини еукаріотичного типу послужив анаеробний прокаріот, здатний лише до амебоїдного руху.

Згідно з інвагінаційною гіпотезою, предковою формою еукаріотичної клітини був аеробний прокаріот.

Еволюційні можливості клітин еукаріотичного типу незрівнянно вищі, ніж прокаріотичного. Це зумовлено такими особливостями еволюції еукаріотичної клітини:

- ядерний геном еукаріотів у багато разів перевершує за розмірами геном прокаріотів;

- складніший механізм регуляції життєдіяльності клітини;

- використання біологічної інформації частинами;

- наявність у еукаріотичних клітин еластичної оболонки;

- аеробне дихання;

- виникнення в еволюції мітозу як механізму відтворення в поколіннях генетично подібних клітин;

- поява такого способу поділу клітин, як мейоз, що дає можливість зберегти сталість хромосом у ряді поколінь.

Завдяки названим особливостям еукаріотичний тип клітинної організації за 1 млрд років еволюції дав широку розмаїтість живих форм – від одноклітинних найпростіших до ссавців і людини.

Дата добавления: 2014-11-20