Виникнення біосфери і початок її еволюції

Питання про виникнення біосфери нерозривно пов’язаний з іншим питанням – як з’явилася на Землі життя? Це питання – найскладніший у науці. Життя – явище планетарне, тому пошуком відповіді на нього зайняті вчені різних спеціальностей – біологи, фізики, хіміки, філософи. Існує кілька теорій виникнення життя на Землі, а отже і біосфери. Розглянемо деякі з них.

Теорії виникнення життя на Землі. Відповідно до згаданої вище теорії креаціонізму, життя на Землі була створена Богом як одного разу доконаний акт (рис. 235). Переконання прихильників цієї теорії грунтуються на вірі. Креаціонізм не висуває ніяких наукових доказів і нічого спільного з наукою не має.

Теорія самовільного зародження життя стверджує, що живе здатне зароджуватися з неживого за певних умов. Спростування цього були отримані в дослідах італійського лікаря Франческо Реді (рис. 236).

У 1668 р він поставив досвід, взявши кілька банок з широким горлом, в які помістив мертвих змій. Частина банок він накрив щільною матерією, інші залишив відкритими. Незабаром налетіли мухи і відклали яйця на мертвих змій у відкритих банках, з яких потім вийшли личинки. У накритих матерією банках личинок не виявилося, так як мухи не могли в них проникнути і відкласти яйця (рис. 236). Отже, зробив висновок Ф. Реді, личинки з’явилися з яєць, відкладених мухами, а не мимовільно зародилися з мертвих змій, як було прийнято вважати в той час.

Відповідно до теорії панспермії (від грец. Пан – все і сперма – насіння) життя на Землі має позаземне, т. Е. Космічне походження. Активними прихильниками і розробниками цієї теорії виникнення життя були шведський хімік Сванте Август Арреніус (рис. 237) і В. І. Вернадський.

Зародки простих організмів, наприклад бактерій, так звані “насіння життя”, згідно теорії панспермії, потрапляють на Землю разом з метеоритами і космічним пилом (рис. 238). І потім вони дають початок життя. Це припущення грунтується на стійкості спор деяких бактерій до сонячної радіації, космічного вакууму і низьких температур. Грунтуючись на теорії панспермії, можна припустити існування організмів і на інших планетах, що володіють відповідними для цього умовами.

Теорія біопоеза (від грец. Біос – життя і поезіс – становлення) розглядає виникнення живого на Землі як результат хімічної еволюції неорганічних сполук вуглецю. Ця теорія є загальноприйнятою в сучасній науці. Відповідно до неї, виникнення життя на будь-якій планеті неминуче, якщо створюються і існують досить тривалий час два необхідних для цього умови – певні неорганічні сполуки та джерела енергії. У виникненні життя ця теорія виділяє три етапи: 1) синтез органічних сполук з неорганічних; 2) утворення з органічних мономерів біологічних полімерів; 3) формування з біологічних полімерів мембранних структур і перших клітин.

Хімічна еволюція і поява пробіонтов. Земля й інші планети Сонячної системи утворилися близько 5 млрд років тому з газопилової хмари, що складався з атомів водню, гелію, вуглецю, кисню, азоту та фосфору (рис. 239). При обертанні хмара ущільнюється і розігрівалося, в результаті чого сформувалися Сонце і планети. Подальше охолодження Сонця і планет призвело до формування їх структур. Так, у Землі утворилися кора, мантія, ядро і первинна атмосфера, що складалася з метану, аміаку, вуглекислого газу, чадного газу, водню і парів води. Кисню в первинній атмосфері Землі не було. Завдяки конденсації пари води сформувався первинний океан.

Внаслідок електричної енергії в безкисневих умовах на Землі потім міг початися синтез органічних сполук – білків з неорганічних. Цю гіпотезу висунув в 1924 р російський вчений Олександр Іванович Опарін (рис. 240). Його припущення згодом отримало експериментальне підтвердження.

У 1953 р американські вчені Стенлі Міллер і Гарольд Юрі сконструювали установку, в якій були відтворені умови древньої Землі, її первинні атмосфера і океан (рис. 241). У реакційній колбі через суміш газів (метану, аміаку, водню) і пари води при температурі 80 ° С пропускали електричний розряд потужністю в 60 тисяч вольт, еквівалентний кількості енергії, отриманої Землею за 50 млн років. Через тиждень в конденсаті, що утворився при охолодженні, були виявлені прості органічні сполуки – молочна кислота, сечовина та амінокислоти.

Отже, першим кроком на шляху хімічної еволюції міг стати абіогенний (поза живих систем) синтез простих органічних речовин з неорганічних у безкисневих умовах древньої Землі.

Другий крок на шляху хімічної еволюції – формування з простих органічних сполук більш складних. Так, з мономерів, наприклад амінокислот, повинні були утворитися полімери – білки (рис. 242). Про механізми подібного роду процесів вчені досі сперечаються і не можуть прийти до єдиної думки. На думку Опаріна, цей процес міг відбуватися шляхом коацервації (від лат. Коацерватус – накопичений, зібраний) – мимовільного поділу водного розчину амінокислот на відокремлені від води білкові краплі (рис. 243).

Третім, завершальним кроком на шляху хімічної еволюції було формування з біологічних полімерів мембранних структур і перших клітин. Поштовхом до цього могло послужити хвилювання плівки, що складається з молекул абиогенно синтезованих білків і липи-дов, викликане вітром. Плівка прогиналася і утворювала мембранні пухирці. Бульбашки видувалися вітром і падаючи назад на поверхню плівки, покривалися другий мембраною (рис. 244). Так, по всій видимості, могли сформуватися мембранні структури, подібні з плазматичною мембраною клітини.

Протягом мільйонів років мембрани удосконалювалися, що призвело до виникнення пробіонтов (від лат. Про – попереду і грец. Біос – життя). Їх, на думку Опаріна, можна вважати попередниками справжніх клітин, так як в них ще не відбувалися складні процеси обміну речовин і точна передача генетичної інформації. Перехід близько 3,8-3,5 млрд років тому від пробіонтов до справжніх клітинам, що володіли цими найважливішими ознаками живого, означав появу життя і початок біологічної еволюції.

Початок еволюції біосфери. Всі існуючі в даний час на Землі організми нерозривно пов’язані один з одним і з навколишнім їх неживою природою тісними взаємозв’язками. Уявити поява в минулому на нашій планеті якихось ізольованих від навколишнього середовища одиночних перших організмів просто неможливо. По всій видимості, життя на Землі відразу виникла у формі якогось первинного біоценозу, вже включеного в біогеохімічний круговорот. Цей біоценоз об’єднував якісь примітивні одноклітинні організми, розрізнялися за способами харчування. Серед них обов’язково повинні були бути і автотрофні і гетеротрофні організми – виробники, споживачі і руйнівники органічних речовин. Первинний біоценоз був пов’язаний з неживою природою древньої Землі в єдиний біогеоценоз. Подальша еволюція біосфери йшла в напрямку виділення з цього первинного біоценозу окремих організмів, які потім об’єднувалися вже в інші спільноти.

Таким чином, тільки вже включені в біогеохімічний круговорот і потік енергії в біосфері організми могли стійко існувати і еволюціонувати на нашій планеті.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 3.00 out of 5)

Виникнення біосфери і початок її еволюції