Повышение эффективности обмена веществ привело к значительному ускорению эволюции жизни на Земле

Однако появились первые аэробные организмы, которые научились использовать прежде ядовитый для них кислород для дыхания. Аэробное дыхание с энергетической точки зрения гораздо эффективнее анаэробного. Так, при аэробном окислении глюкозы образуется в 19 раза больше молекул АТФ (38: 2), чем при анаэробном. Поэтому аэробные организмы быстро вытеснили анаэробных и заняли господствующее положение на Земле. Некоторые анаэробные организмы сохранились и сейчас, но обитают они лишь в тех средах, где нет кислорода, там, где аэробные организмы существовать не могут.

Для поддержания существования живых организмов необходимо нужно постоянное пополнение запасов питательных веществ. Поэтому на Земле появились первые организмы, производящие питательные органические вещества из неорганических соединений. Сами эти организмы пока не обнаружены, однако сохранились следы их жизнедеятельности - отложения некоторых органических веществ, имеющие возраст около 3,5 миллиардов лет.

Быстро размножавшиеся гетеротрофные анаэробные организмы были способы уничтожить сравнительно медленно запасы питательные вещества первичного бульона за достаточно короткий срок. Это стало причиной первого глобального экологического кризиса на Земле.

С энергетической точки зрения брожение гораздо менее эффективно, чем кислородное дыхание, поскольку при разложении одной молекулы глюкозы при кислородном дыхании образуется 38 молекул АТФ. Однако в тот период анаэробные организмы еще не испытывали конкуренции с аэробными за пищу и другие ресурсы.

Выделяемая при спиртовом этом энергия в основном рассеивается в виде тепла, но некоторая ее часть запасается в макроэргических связях но рассеивается в виде тепла, а частично концентрируется в макроэргических связях двух молекул АТФ.

Первыми обитателями Земли были анаэробные прокариотные организмы, сходные с нынешними бактериями. Однако в тот период свободного кислорода в воде и атмосфере еще не было. Поэтому для своей жизнедеятельности они использовали химическую энергию, выделяющуюся при разложении органических веществ без участия кислорода.

Возможно, земные водоемы могли быть заселены живыми организмами уже почти с самого начала их образования, т.е. когда температура оболочки планеты опустилась ниже 100оС. Согласно последним оценкам, возраст генетического кода земных организмов составляет 3,8 + 0,6 млрд. лет, что хорошо согласуется с геологическими и палеонтологическими данными. Возраст древнейших геологических пород на Земле, определенный по урановому методу, составляет около 4 - 4,5 млрд лет.

Ранее считалось, что первые организмы могли заселить водоемы, когда температура в них опустилась до 80 – 90оС, поскольку при таких температурах в современных горячих источниках суши обитают некоторые виды бактерий и сине-зеленых водорослей. После открытия бактерий, из океанических гидротермальных источников, обитающих при температуре до 105ОС, подобные представления существенно пересмотрены.

Затем в «первичном бульоне» возникли первые, самые простые живые организмы, источником энергии для жизнедеятельности которых стали органические вещества «первичного бульона».

Когда температура поверхности Земли упала ниже 100оС, на ней возникли первые водоемы. Жизнь возникла в воде, которая защищала первые организмы от смертоносного УФ-излучения, вероятнее всего, в неглубоких, хорошо прогреваемых водоемах. Неорганические вещества, находившиеся в атмосфере и воде, под воздействием энергии ультрафиолетового излучения, электрических разрядов в атмосфере и т.д. вступали в многочисленные химические реакции, В их результате образовывались простейшие органические соединения – аминокислоты, моносахариды и др. Они постепенно накапливались в водоемах, образуя т. наз. «первичный бульон», который все более концентрировался.

В начальный период существования Земли состав ее атмосферы значительно отличался от современного, он был близким к современной атмосфере планет-гигантов Солнечной системы. В ней содержались метан (СН4), аммиак (NH3), водород (H2), азот (N2), а также пары воды H2O, а свободный кислород практически отсутствовал. Поэтому не существовало и озонового слоя, который защищает поверхность Земли от губительного для всех живых существ солнечного ультрафиолетового (УФ) излучения. Радиоактивный фон был значительно выше современного, поскольку присутствовали многочисленные радиоактивные изотопы, возникшие при реакциях ядерного синтеза на Протосолнце.

Однако большинство ученых считают, что земная жизнь возникла все же на Земле. Теория пансперсии при всей ее привлекательности может объяснить лишь способ появление жизни на Земле, но не ее происхождение в другом месте.

Все живые организмы на Земле существуют в определенной природной среде, факторы которой оказывают на них огромное воздействие. Поэтому изменения условий среды в период геологической истории Земли оказывали на живые организмы огромное воздействие.

История развития жизни на Земле подразделяется на 5 крупных эр.

Архейская эра началась от образования твердой оболочки Земли (приблизительно 4,5 млрд. лет назад) и закончилась приблизительно 2,7 млрд. лет назад.

Примером анаэробного дыхания является спиртовое брожение, или разложение глюкозы дрожжами и некоторыми бактериями ( С₆Н₁₂О₆ ) на этиловый спирт ( С₂Н₅ОН ) и углекислый газ ( СО₂ ):

С₆Н₁₂О₆ → 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 2 АТФ

Первым способом образования органических был хемосинтез – или использование для образования органических веществ химической энергии, получаемой при окислении простых неорганических соединений, напр., сероводорода, выделяющихся в атмосферу при извержениях вулканов.

.

H₂S + CO₂ → С₆Н₁₂0₆ + S

Такой способ синтеза органических соединений малоэффективен с энергетической точки зрения. Однако он сохранился и у некоторых современных организмов, живущих в местах, куда не проникает солнечный свет, например, у бактерий из экосистем гидротермальных источников.

Гораздо более эффективным способом образования органических веществ является фотосинтез, в котором в качестве источника энергии используется соленчный свет. Вначале появился неоксигенный, или бактериальный фотосинтез, в котором в качестве донора водорода также использовался сероводород. Затем появился оксигенный фотосинтез, в котором в качестве донара водорода использовалась вода, запасы которой, в отличие от сероводорода (по причине снижения вулканической активности), были практически неограниченными.

Первыми оскигенными фотосинтетиками стали анаэробные бактерии. Их первые ископаемые остатки датируются возрастом 3,1 млрд. лет. Это самые древние организмы, известные на Земле. По размерам и строению они вполне сходны с нынешними цианобактериями. Оформленного клеточного ядра у них не было. Генетический материал находился в виде кольцевой молекулы ДНК, лежащей в цитоплазме.

Протерозойская эра (2,7 миллиарда лет -- 570 млн. лет назад). Важнейшим следствием появления оксигенного фотосинтеза стало образование свободного кислорода. Он начал выделяться во внешнюю среду, что привело к кардинальным изменениям природных условий на Земле и сделало возможным быстрое распространение жизни на планете и эволюцию живых организмов.

Постепенно концентрация кислорода возрастала, сначала в воде, а потом и в атмосфере. В ее верхних слоях начал постепенно образовываться озоновый слой, который защищал поверхность Земли от смертоносного УФ-излучения, что создало предпосылки для последующего выхода живых организмов на сушу.

Приблизительно 1,5 – 2 миллиарда лет назад содержание кислорода в атмосфере достигло 1 – 2% от современного уровня (точка Пастера). При такой концентрации кислорода анаэробные организмы существовать уже не могут. Так возник второй глобальный экологический кризис на Земле, приведший к вымиранию анаэробных организмов.

Предположительно около 2 млрд. лет назад появились первые эукариотные одноклеточные организмы, у которых у которых в клетке было сформированное ядро и другие органоиды. Самые ранние достоверные их находки датируются возрастом 1,4 миллиарда тел. Все эукариоты являются аэробными организмами.

Таким образом, уже на ранних стадиях эволюции жизни живые организмы на Земле разделились на прокариотов (бактерии и сине-зеленые водоросли) и протистов (одноклеточные эукариоты).

Когда содержание кислорода достигло примерно 8% от современного появились первые многоклеточные организмы. Из автотрофных протистов образовались растения, из гетеротрофных – грибы и животные. Первые достоверные находки ископаемых многоклеточных животных датируются возрастом 0,9 – 1 миллиард лет.

Дата добавления: 2014-01-07