II. Основные этапы развития живых организмов

Отмеченные обстоятельства говорят в пользу вывода о том, что основная масса сложных органических веществ, как родоначальников жизни образовалась за пределами Земли, в период, предшествовавший ее образованию.

В последнее десятилетие получены космохимические данные, указывающие на широкие возможности возникновения органических веществ как предшественников жизни в космических условиях. Так:

- большая часть молекул, обнаруженных в межзвездных облаках, относится к простейшим соединениям углерода;

- органические соединения достаточно большой сложности присутствуют непосредственно в телах Солнечной системы, например, в метеоритах, возраст которых оценивается около 4,5-4,6 млрд. лет (как и Земли).

- исследования последнего времени показали, что органическое вещество содержится не во всех метеоритах, а только в довольно ограниченной группе, относящейся к углистым хондритам. В них обнаружены: спирты, аминокислоты, органические полимеры, пурины и пиримидины, сернистые и хлорные соединения.

!!! Все органические соединения метеоритов - абиогенного происхождения.

В свою очередь, доказано, что метеориты – это осколки астероидов, а большинство изученных астероидов имеет состав углистых хондритов. Следовательно, они содержат много органических веществ, которые являются одной из причин их темной окраски и низкой отражательной способности.

Таким образом: данные по космохимии метеоритов и астероидов свидетельствуют о том, что образование органических соединений в Солнечной системе на ранних стадиях ее развития было типичным и массовым явлением.

Химическая эволюция (в современном видении космохимии)

↓

На последних стадиях остывания солнечной туманности (когда железа, силикаты и сульфиды конденсировались в виде пылевых частиц)

↓

Происходили процессы формирования простейших органических соединений (эти процессы протекали при температуре ниже 500 ⁰К, когда совершались реакции меду Н₂, СО и простейшими соединениями N)

↓

2СО + 2Н₂ → СН₄ + СО₂ СО₂ + 4Н₂ → СН₄ + 2Н₂О N₂ + 3Н₂ → 2 NН₃ (в определенных областях туманности могла возникнуть водоро-метан-аммиачная смесь газов)

↓

Катализаторами этих процессов выступали магнетит (Fe₃O₄) и гидратированные силикаты, которые образовались раньше. (именно на поверхности силикатных зерен и магнетита синтезировались органические соединения)

↓

Эти зерна вошли позже в состав углистых хондритов

↓

Вместе с углистыми хондритами органические соединения попали на Землю во время ее формирования

Вывод: Синтез довольно сложных органических соединений как предшественников живого вещества был закономерным этапом в химической эволюции Солнечной системы в период формирования планет. Но на сколько химическая эволюция вещества продвинулась в условиях космоса неизвестно!

Можно предположить два пути

Химическая эволюция, начавшись в космосе, продолжалась в условиях Земли и в относительно короткие сроки привела к образованию первых примитивных организмов

Образование первых сложных молекул ДНК, лежащих в основе наследственности, произошло в космических условиях, а полная реализация возможностей ДНК наступила в первых водоемах нашей планеты, содержащих растворенные вещества.

!Но, если первые зародыши жизни и не возникли в космических условиях, то космический синтез органических веществ создал в ранней Земле неограниченную кормовую азу для первых гетеротрофных организмов, или точнее их предков.

Вывод: Первая биосфера в истории Земли носила восстановительный гетеротрофный характер.

Вопрос о развитии живых организмов на Земле волновал многих ученых, которые пытались предложить разные критерии периодизации истории жизни.

Так, Р. Маттей (1954 г) предложил подразделял историю жизни на два этапа:

1-й – Этап формирования типов и классов (длился 1 млрд. лет). В то время возникли все основные типы организации, движущей силой эволюции был не отбор, а захват макромутантами еще не занятых зон жизни и крупных экологических ниш. Это была эпоха господства „макромутации” и „типогенеза”.

2-й – Этап дифференциации популяций и видообразования. Начался с того момента, когда плотность пригодных для жизни зон стала достаточно высокой и естественный отбор приобрел большее значение. На этом этапе по существу ничего нового уже не возникало, а лишь реализовались ранее накопленные генетические возможности.

Ви́ктор Владисла́вович Кова́льский (1963 г.) – русский биогеохимик, предлагал выделять три этапа в истории живой природы: протобиосферу, биосферу и ноосферу. Однако, предложенная схема отражает только наиболее крупные этапы в истории биосферы.

Д. И. Сапожников (1959 г.) предложил пять основных этапов в эволюции живого, базируясь на эволюции типов питания (обмена веществ):

1-й - Этап первичных гетеротрофов. Происходило постепенное преобразование гетеротрофов, способных усваивать соединения, только очень богатые энергией, в гетеротрофов, способных использовать продукты диссимиляции первичных форм.

2-й – Этап гетеротрофных усвоителей углекислого газа. Возникла автогетеротрофность, т. е. автотрофность в отношении аминокислот и витаминов при способности усваивать аммиачный азот.

3-й – Этап хеморедукторов. Усвоение углекислого газа осуществлялось за счет энергии неорганического вещества в анаэробных условиях.

4-й – Этап фоторедукторов. Появилась способность к фоторедукции (т.е. использование световой энергии для различных окислительно-восстановительных реакций)

5-й – Этап фотосинтетиков. Происходило становление фотосинтеза: повышение окислительно-восстановительного потенциала; появление и совершенствование железосодержащих ферментных систем; включение в обмен свободного молекулярного кислорода.

По мере становления механизма фотосинтеза анаэробиоз сменялся аэробиозом и в атмосфере начал накапливаться биогенный кислород, что оказало в дальнейшем существенное влияние на ход всех геологических, геохимических и биологических процессов в биосфере.

Однако в предложенной схеме нет временного обозначения этапов эволюции типа обмена веществ, связанных с коренными переменами в биосфере.

Александр Васильевич Сидоренко (1978 г) – советский геолог, сделал попытку связать эволюцию живого с эпохами повышенного накопления в осадках органического вещества. Среди важнейших событий органической эволюции, обусловивших крупные эпохи осадкообразования он назвал:

- возникновение фотосинтеза и прокариот (3,7—3,5 млрд. лет тому назад),

- появление эукариот (1,9—1,6 млрд. лет),

- массовое развитие колониальных форм (1,6—1,3 млрд. лет),

- возникновение митоза, мейоза, метафитов и метазоев (1,0—0,9 млрд. лет),

- экспансия многоклеточных (0.6—0.5 млрд. лет).

Михаил Андреевич Голубец (1982 г.) – украинский биолог, выделил следующие наиболее крупные переломные этапы в истории биосферы:

1-й - Этап гетеротрофной биосферы в условиях восстановительной обстановки

2-й – Этап существования организмов в условиях окислительной обстановки

3-й – Этап антропогенного воздействия на процессы биосферы

Георгий Александрович Заварзин (1984 г.) – советский микробиолог, выделят четыре этапа эволюции биосферы в зависимости от доминирования различных геохимических процессов:

1-й – Этап фотохимических реакций в примитивной атмосфере у поверхности Земли

2-й – Этап существования цианобактериальных сообществ, их анаэробное разложение, формирование строматолитов, окисление резервуаров восстановленных веществ – до 3,5 млрд. лет назад

3-й – Этап циклического механизма, обусловленного эукариотными водорослями и беспозвоночными океана – примерно 1,5 – 2,0 млрд. лет назад

4-й – Этап циклического механизма, обусловленного высей наземной растительностью и грибами, а также животными, ведущий к формированию гумуса – около 0,4 млрд. лет назад

Виктор Абрамович Ковда (1985 г.) – российский почвовед, с учетом эволюции жизни и эволюции биокосных систем планеты выделяет следующие основные этапы развития биосферы Земли и их продолжительность, лет назад:

1-й – Этап сгущения межзвездного вещества и образования планеты Земля – 4,5 – 5,0 млрд. лет

2-й – Этап безжизненного геологического развития – 4,5 – 3,0 млрд. лет

3-й – Этап появления автотрофных бактерий в водах суши и в океане, начало примитивного скального и подводного почвообразования – 3,0 – 2,5 млрд. лет

4-й – Этап начала фотосинтеза, развития водорослей, лишайников, мхов, формирования первоначальной биосферы и усложнения примитивного почвообразования – 1,5 – 1,0 млрд. лет

5-й – Этап развития и господства лесной растительности на суше, формирования кислородной атмосферы, мощных аллитных кор выветривания, болотно-аккумулятивного и кислого почвенного покрова, развития биосферы - 0,5 – 0,3 млрд. лет

6-й – Этап остепнения суши, появления травянистой растительности, оформления современного лика материков, природных зон, биосферы, развитого почвообразования, постепенного похолодания, сухости – 100 – 30 млн. лет

7-й – Этап ледниковых и межледниковых эпох, появление человека – 3 – 2 млн. лет назад

8-й – Этап послеледнековой эпохи – 20 – 10 тыс. лет.

9-й – Этап агрикультуры и техногенно-индустриальной эпохи – 10 тыс.лет – наше время.

Эдуард Израилевич Колчинский (1990 г.) – предложил выделять эволюционно-биосферные формации: катархейская эобионтная, архейская эобионтная, протерозойская прокариотная, протерозойская эукариотная и т.д.

На данном этапе развития научных знаний важную роль в установлении общей последовательности развития живого, в выделении основных преобразований флоры и фауны Земли, в описании смен групп организмов и т. д. сыграла современная геохронология.

Дата добавления: 2015-06-27