Основные этапы развития жизни на Земле

Планета Земля прежде чем стала такой какой мы её сейчас наблюдаем, прошла длительный путь эволюции.

Гипотезу о возникновении жизни в результате биохимической эволюции углеродных соединений, то есть гипотезу Опарина–Холдейна поддерживают большинство биологов эволюционистов.

Данная гипотеза основана на предположении о химической эволюции, которая постепенно переходит к биохимической, а затем и к биологической эволюции. То есть основана на трёх эволюционных этапах. Два первых этапа мы рассмотрели с вами на прошлом уроке.

Итак, на первом этапе химической эволюции из первичного бульона Земли в условиях сильных грозовых разрядов и высокой радиации образовались органические соединения – мономеры. Этот факт доказывают экспериментальные исследования американского учёного Стенли Миллера.

Затем из мономеров формировались полимеры – белковые вещества макромалекулы.

Образование белково-нуклеиново-липоидных комплексов и есть второй этап биохимической эволюции.

Из таких комплексов формировались коацерватные капли – сгустки неживого существа. 

Коацерваты которые были способны к примитивному росту и обмену в ходе дальнейшей эволюции превратились в пробионты – предшественников живого организма.

Только те пробионты в которых возникли связи между белками и нуклеиновыми кислотами приобрели способность более точно передавать наследственную информацию.

Такие пробионты с маточной наследственностью может быть множились. И именно возникновение наследственности представляло собой переход от химической эволюции к биологической.

Таким образом на третьем этапе эволюции в результате естественного отбора появились первые примитивные организмы, которые дали начало всем организмам, обитающим на Земле.

Предполагалось что первые примитивные организмы уже на первых этапах развития различались по способу питания. Такое различие обуславливалось недостатком питательных веществ.

Поэтому одни питались абиогенными органическими веществами первичного бульона, и энергию получали путём их сбраживания. Учёные считают, что это были первичные прокариоты (бактерии, например), то есть организмы, клетки которых не имеют оформленного, ограниченного мембраной ядра. А по способу питания являлись анаэробными гетеротрофами.

Анаэробы — это микроорганизмы, которые развиваются при отсутствии в окружающей их среде свободного кислорода.

А другие организмы использовали энергию солнечно света, то есть были автотрофами.

То есть организмами, которые для жизнедеятельности использовали неорганические вещества. Таким образом они получили преимущество, когда запас органических веществ в первичном океане истощался.

Из-за фотосинтеза в атмосфере начал накапливаться кислород, благодаря чему в ходе эволюции появились предпосылки для нового более эфективного способа получения энергии – дыхания.

И уже в процессе дыхания организмы начали синтезировать большее количество аденозин трифосфорной кислоты, благодаря которой они начали расти, размножаться и усложнять своё строение.

Однако каким образом сформировалась клетка? Существует две наиболее объективные гипотезы происхождения эукариотической клетки и её органоидов, то есть клетки, которая содержит ядро.

Строение клетки

Каждая эукариотическая клетка снаружи окружена плазмолеммой (цитоплазмотической мембраной) – клеточной оболочкой.

Внутреннюю среду клетки составляет цитоплазма.

В центре клетке расположено ядро — это важнейшая составная часть клетки. Она содержит молекулы ДНК и поэтому выполняет две главные функции: хранение и воспроизведение генетической информации и регуляцию процессов обмена веществ, протекающих в клетке.

В клетке также находится эндоплазматическая сеть ─ это разветвлённая сеть каналов и полостей.

На мембранах шероховатой эндоплазматической сети располагаются рибосомы, которые необходимы для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК.

Цистерны комплекса Гольджи соединены с каналами эндоплазматической сети.

Синтезированные на мембранах эндоплазматической сети белки, полисахариды, жиры транспортируются к комплексу, собираются внутри его структур и "упаковываются" в виде секрета, готового к выделению, либо используются в самой клетке в процессе её жизнедеятельности.

Важными органоидами клетки является митохондрии. Они имеют двумембранное строение. На складках внутренней мембраны – кристах находятся многочисленные ферменты, участвующие в энергетическом обмене. Основная функция митохондрий - синтез АТФ.

Лизосомы ─ небольшие овальные тельца, которые содержат около 30 ферментов, способных расщеплять белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды и др. вещества.

Центриоли – это цилиндрические белковые структуры, расположенные вблизи ядра клеток.

Центриоли играют важную роль в клеточном делении: от них начинается рост микротрубочек, образующих веретено деления.

Итак, по одной из гипотез образование органоидов эукариотической клетки произошло путём впячивания клеточной мембраны.

Либо путём выпячивания содержимого пробионтов, в результате чего развивались мембраноподобные структуры.

Но большинство учёных склоняются к мнению что эукариотическая клетка возникла путём симбиоза – сожительства различных существ.

То есть путём столкновения первичной клетки и органоидов, которые сформировались отдельно от неё. Другими словами, согласно этой гипотезе хлоропласты, митохондрии и базальные тельца были когда-то свободноживущими прокориотическими клетками. А органоидами они стали в процессе симбиоза.

Действительно хлоропласты и митохондрии современных клеток имеют собственную ДНК и способны воспроизводиться. В отличие от линейных молекул, хлоропластная ДНК и митоходриальная ДНК представляют собой замкнутую кольцевую двуспиральную молекулу.

По строению РНК митохондрий сходны с РНК пурпурных бактерий, а РНК хлоропластов сходны с РНК цианобактерий. 

Однако каким бы путём не возникла клетка, важным ароморфозом её эволюции было обособление ядра.

Именно появление клетки с ядром и цитоплазмой привело к мощному ускорению биологической эволюции.

Итак, химическая эволюция за три с половиной миллиарда лет привела лишь к образованию многомолекулярных систем.

А биологическая эволюция всего за полтора миллиарда лет породила не только многообразный мир современных флоры и фауны, но и высший продукт материи – мыслящего человека.

В последние годы изучая строения РНК и сравнивая последовательность нуклеотидов РНК в рибосомах, учёные пришли к выводу что все живые организмы можно отнести к трём типам: эубактериям, архебактериям и эукариотам.

То есть считается что изначально сформировался «прогенот» общий предок всех организмов, а затем из него в результате эволюции образовались прокариоты: эубактерии, архебактерии и эуркариоты.

Эукариоты представлены ядерно-цитоплазматическим компонентом эукариотной клетки, включившим в себя в качестве эндосимбионтов представителей разных групп эубактерий, превратившихся в митохондрии и хлоропласты.

То есть предполагается что эубактерии и архебактерии могли произойти от прогенота, а эукариотические клетки возникли в результате симбиоза древнего эукариота с эубактериями.