Теория происхождения жизни. Уровни организации жизни. Основные свойства живого

1.

2.

Теории возникновения
жизни на Земле
Среди главных теорий возникновения жизни на Земле следует
упомянуть следующие:
1. Жизнь была создана сверхъестественным существом в
определенное время – теория креационизма;
2. Жизнь возникала неоднократно из неживого вещества – теория
самопроизвольного зарождения;
3. Жизнь существовала всегда–теория стационарного состояния;
4. Жизнь занесена на нашу планету извне – теория панспермии;
5. Жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся
химическим и физическим законам - биохимическая эволюция.

3.

Теория креационизма
Согласно этой теории, жизнь возникла в результате какого-то
сверхъестественного события в прошлом; ее придерживаются последователи
почти всех наиболее распространенных религиозных учений. Если наука в
поисках истины широко использует наблюдение и эксперимент, то богословие
постигает истину через божественные откровения и веру. Вера признает вещи,
которым нет доказательств в научном смысле слова. Это означает, что
логически не может быть противоречия между научным и богословским
объяснением сотворения мира. Для ученого научная истина всегда содержит
элементы гипотез, предварительности, но для верующего теологическая
истина абсолютна.
Процесс божественного сотворения мира мыслится как имевший место
лишь единожды и поэтому недоступный для наблюдения. Наука занимается
только теми явлениями, которые поддаются наблюдению, а потому она
никогда не будет в состоянии ни доказать, ни опровергнуть эту концепцию.

4.

Теория самопроизвольного
(спонтанного) зарождения
Эта теория распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве
альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель (384-322 гг. до
н.э.) придерживался данной теории, утверждающая что «природа совершает переход от
безжизненных объектов к животным с такой плавной последовательностью, поместив
между ними существа, которые живут, не будучи при этом животными, что между
соседними группами, благодаря их тесной близости, едва можно заметить различия»,
чем укрепил более раннее высказывание Эмпедокла об органической эволюции.
Согласно гипотезе Аристотеля о спонтанном зарождении, определенные «частицы»
вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может
создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало
содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует в
солнечном свете, тине и гниющем мясе.
Ван Гельмонт (1577-1664гг.) описал эксперимент, в котором он за три недели якобы
создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши ван Гельмонт считал человеческий
пот.
В 1688 г. итальянский биолог и врач Франческо Реди, живший во Флоренции, подошел к проблеме возникновения жизни более строго и подверг сомнению теорию
спонтанного зарождения. Реди установил, что маленькие белые червячки, появившиеся
на гниющем мясе, - это личинки мух.

5.

Теория самопроизвольного
(спонтанного) зарождения
Проведя ряд экспериментов, он получил данные, подтверждающие мысль о том, что
жизнь может возникнуть только из предыдущей жизни (концепция биогенеза). Однако,
его эксперименты привели к отказу от идеи самозарождения.
Первые микроскопические исследования Антона ван Левенгука усилили эту теорию
применительно к микроорганизмам, его наблюдения под микроскопом дали пищу обеим
теориям и в конце концов побудили других ученых поставить эксперименты для
решения вопроса о возникновении жизни путем спонтанного зарождения.
В 1765 г. Ладзаро Спалланцани провел следующий опыт: подвергнув мясные и овощные отвары кипячению в течение нескольких часов, он сразу же их запечатал, после чего
снял с огня. Исследовав жидкости через несколько дней, Спалланцани не обнаружил в
них никаких признаков жизни. Из этого он сделал вывод, что высокая температура уничтожала все формы живых существ, и что без них ничто живое уже не могло возникнуть.
В 1860 Луи Пастер полагал, что бактерии вездесущи и что неживые материалы легко
могут быть заражены живыми существами, если их не стерилизовать должным образом.
В результате ряда экспериментов, в основе которых лежали методы Спалланцани, Пастер
доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного
Зарождения.

6.

Теория стационарного
состояния
Согласно этой теории, земля никогда не возникала, а существовала вечно;
она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень
мало. Виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого
вида есть лишь две возможности – либо изменение численности, либо
вымирание.

7.

Теория панспермии
Эта теория выдвигает идею о внезапном происхождении жизни. Теория панспермии
утверждает, что жизнь могла возникнуть один или несколько раз в разное время и в
разных частях Галактики или Вселенной. Для обоснования этой теории используются
многократные появления НЛО, наскальные изображения предметов, похожих на ракеты
и «космонавтов», а также (пока еще не подтвержденные) сообщения о встрече с
инопланетянами.
Многие «предшественники живого» - такие вещества, как цианогены, синильная
кислота и органические соединения, которые, возможно, сыграли роль «семян»,
падавших на голую землю. Появился ряд сообщений о нахождении в метеоритах
объектов, напоминающих примитивные формы жизни, однако доводы в пользу их
биологической природы пока не кажутся ученым убедительными.

8.

Биохимическая эволюция
Наиболее широкое признание получила гипотеза, согласно которой жизнь возникла как
результат длительной эволюции углеродных соединений. Разработка такой гипотезы
принадлежит А.И. Опарину. Несколько позднее к подобной гипотезе пришел Дж.Холдейн.
Формулировка гипотезы А.И. Опариным была сделана в 1924, Дж. Холдейном в 1929году.
В процессе становления жизни на Земле условно выделяют 4 этапа:
1. Синтез низкомолекулярных органических веществ из газов первичной атмосферы.
2. Полимеризация мономеров с образованием цепей белков и нуклеиновых кислот.
3. Образование систем органических веществ, отделенных от внешней среды мембранами;
4. Возникновение простейших клеток, обладающих свойствами живого.
Первые три этапа относят к химической эволюции, с четвертого этапа начинается
биологическая эволюция. Возможность химической эволюции подтверждена опытами в
лабораторных условиях, начало которым было положено в 1953 году С. Миллером. В
разработанной им установке из циркулирующей газовой смеси, состоящей из метана,
аммиака, водорода и паров воды, под высоким давлением и воздействием высокого напряжения был получен набор малых органических молекул.
По данным современной науки, возраст Земли оценивается в 4,6 млрд. лет, а первые
признаки жизни на ней (по данным палеонтологии) появились около 3,8 млрд. лет назад.
Первичная атмосфера имела восстановительный характер, так как состояла из свободного
водорода и его соединений (H 2O, CH 4, NH, HCN).

9.

Биохимическая эволюция
Под влиянием различных видов энергии (ультрафиолетовое и радиоактивное излучение, электрические грозовые разряды, вулканические процессы, высокая температура и
др.) из простейших соединений синтезировались молекулы аминокислот, сахаров,
азотистых оснований, жирных кислот. При концентрировании этих веществ в растворе
происходило образование биополимеров (примитивных белков и нуклеиновых кислот).
Некоторые из полипептидов обладали каталитической активностью и могли ускорить
процессы матричного синтеза полинуклеотидов. Молекулы, окруженные водной оболочкой, могли объединяться, образуя многомолекулярные комплексы – коацерваты. В первичном бульоне коацерваты обладали способностью поглощать различные вещества. Одни
коацерватные капли распадались, другие росли, изменяя свой химический состав.
Академик А.И. Опарин отмечал, что среди коацерватных капель должен был идти отбор
наиболее устойчивых в данных конкретных условиях. Достигнув определенного размера,
коацерватная капля могла распадаться на дочерние. В дальнейшем сохранялись лишь те
капли, которые обладали способностью поглощать из окружающей среды не всякие
вещества, и лишь, те которые обеспечивали им устойчивость: которые при разделении на
дочерние не утрачивали особенностей своей структуры, т.е. обладали свойством самовоспроизведения. Эволюция коацерватов завершилась образованием мембраны из фосфолипи
дов. Появление первых клеточных организмов положило начало биологической эволюции
жизни. Первые живые организмы были гетеротрофными (использовали в качестве пищи
органические вещества первичного океана), анаэробами (в атмосфере Земли не было
свободного кислорода).

10.

Биохимическая эволюция
С увеличением количества гетеротрофов органических веществ в первичном океане
становилось меньше. В преимущественном положении оказались организмы, способные
использовать для создания органических веществ энергию света. Одним из первых
источников электронов, необходимых для восстановления углекислого газа и азота, был
сероводород.
Следующим этапом эволюции было приобретение фотосинтезирующими организмами способности использовать воду в качестве источника водорода. С этого времени в атмосфере Земли начал накапливаться свободный кислород. Первыми организмами, выделившими кислород в атмосферу, были цианобактерии, или сине - зеленые водоросли. Накопление свободного кислорода в атмосфере привело к тому, что, одни из анаэробов вымерли, другие нашли среду, лишенную кислорода, третьи вступили в симбиоз с
аэробными клетками, вследствие чего возникли эукариотические клетки. Полагают, что
основой для симбиоза послужили амебоподобные клетки-гетеротрофы, которые, питаясь,
могли захватывать и мелкие бактериоподобные аэробные клетки. Бактерии-симбионты в
теле амебоподобных клеток могли оставаться невредимыми. В дальнейшем они превратились в митохондрии. К поверхности клетки-хозяина могли прикрепиться жгутикоподобные бактерии, вследствие чего возникали предшественники ныне живущих
простейших. Фотосинтезирующие бактерии-симбионты стали хлоропластами. Появились
одноклеточные водоросли. В организации живого в основном различают молекулярный,
клеточный, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, биогеоценотический (экосистемный) уровень.

11.

12.

13.

14.

15.

Молекулярный уровень.
Этот уровень является глубинным в организации живого и представлен молекулами
нуклеиновых кислот, белков, углеводов, липидов и стероидов, находящихся в клетках и,
как уже отмечено, получивших название биологических молекул. Размеры биологических молекул разнообразны. Самыми малыми биологическими молекулами являются нуклеотиды, аминокислоты и сахара. Напротив, белковые молекулы характеризуются
значительно большими размерами. Например, диаметр молекулы гемоглобина человека
составляет 6,5 нм. Биологические молекулы синтезируются из низкомолекулярных предшественников, которыми являются окись углерода, вода и атмосферный азот и которые в
процессе метаболизма превращаются в биологические макромолекулы с большой
молекулярной массой. На этом уровне начинаются и осуществляются важнейшие процессы жизнедеятельности (кодирование и передача наследственной информации, дыхание, обмен веществ и энергии, изменчивость и др.). Все макромолекулы универсальны, так как построены по одному плану независимо от их видовой принадлежности.
Являясь универсальными, они одновременно и уникальны, ибо их структура неповторима. Например, в состав нуклеотидов ДНК входит по одному азотистому основанию из
четырех известных (аденин, гуанин, цитозин и тимин), вследствие чего любой нуклеотид
или любая последовательность нуклеотидов в молекулах ДНК неповторимы по своему
составу, равно как неповторима также и вторичная структура молекулы ДНК. В состав
большинства белков входит100-500 аминокислот, но последовательности аминокислот в
молекулах белков неповторимы, что делает их уникальными.

16.

Молекулярный уровень.
Биологическим макромолекулам присущи непрерывные превращения, которые
обеспечиваются химическими реакциями, катализируемыми ферментами. На
молекулярном уровне осуществляется фиксация лучистой энергии и превращение этой
энергии в химическую, запасаемую в клетках в углеводах и других химических
соединениях, а химической энергии углеводов и других молекул – в биологически
доступную энергию, запасаемую в форме макроэнергетических связей АТФ. Наконец, на
этом уровне происходит превращение энергии макроэргических фосфатных связей в
работу – механическую, электрическую, химическую, осмотическую. Объединяясь,
макромолекулы разных типов образуют надмолекулярные структуры, примерами
которых являются нуклеопротеиды, представляющие собой комплексы нуклеиновых
кислот и белков, липопротеиды (комплексы липидов и белков), рибосомы (комплексы
нуклеиновых кислот и белков).
Таким образом, биологические молекулы обеспечивают также преемственность
между молекулярным и следующим за ним уровнем (клеточным), являясь материалом,
из которого образуются клетки. На молекулярном уровне существует все многообразие
вирусов.

17.

18.

Клеточный уровень
Этот уровень организации живого представлен клетками, действующими в качестве
самостоятельных организмов (бактерии, простейшие и др.), а также клетками
многоклеточных организмов. Будучи способными к жизни, росту и размножению, клетки
являются основной формой организации живой материи, элементарными единицами, из
которых построены все живые существа (прокариоты и эукариоты). Надмолекулярные
структуры на этом уровне формируют мембранные системы и органеллы клеток (ядра,
митохондрии и др.). Специфичность клеточного уровня определяется специализацией
клеток, существованием клеток в качестве специализированных единиц многоклеточного
организма. На клеточном уровне происходит разграничение и упорядочивание процессов
жизнедеятельности в пространстве и во времени, что связано с приуроченностью
функций к разным субклеточным структурам. На основе различий в строении клеток в
органическом мире выделяют прокариоты (ц. бактерий) и эукариоты (ц. грибы, ц.
растения, ц. животные).

19.

20.

Тканевый уровень
Совокупность клеток, идентичных по строению и
функциям, составляет ткань. Большое сходство между
всеми организмами сохраняется и на этом уровне: у
многоклеточных животных выделяют всего четыре
основные ткани (эпителиальные, соединительные,
нервная, мышечная), у растений их шесть (покровные,
основные, механические, проводящие, выделительные,
образовательные)

21.

22.

Органный уровень
У многоклеточных организмов объединение нескольких одинаковых тканей,
сходных по строению, происхождению и функциям, образует органный уровень. В
составе каждого органа встречается несколько тканей, но среди них одна наиболее
значительная. Отдельный орган не может существовать как целостный организм.
Несколько органов, сходных по строению и функциям, объединяясь, составляют
систему органов, например пищеварения, дыхания, кровообращения и т. д.

23.

24.

Организменный уровень
Этот
уровень
представлен
самими
организмами
–
одноклеточными
и
многоклеточными растительной и животной природы. Организмы уникальны в природе,
потому что уникален их генетический материал, детерминирующий развитие, функции и
взаимоотношение их с окружающей средой.
Живой
организм
–
целостная
биологическая
система,
состоящая
из
взаимозависимых соподчиненных элементов, взаимоотношения и особенности строения
которых определены их функционированием как целого. Главные отличия живых
организмов – способность к саморегуляции (сохранению строения, состава и свойств) и
способность к самовоспроизведению (многократному повторению своих характеристик
в поколениях). По определению акад. М.В. Волькенштейна «Живые тела, существующие
на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот».

25.

26.

Популяционно- видовой
уровень
Этот уровень определяется видами растений, животных и микроорганизмов,
существующими в природе в качестве живых звеньев.
Видом - считается совокупность особей, обладающих наследственным сходством
морфологических, физиологических и биохимических особенностей, свободно
скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным
условиям жизни и занимающих в природе определенную область – ареал.
Популяция – элементарная единица вида и эволюции. Популяционный состав видов
чрезвычайно разнообразен. В составе одного вида может быть от одной до многих
тысяч популяций, представители которых характеризуются самым различным
местообитанием, занимают разные экологические ниши и характеризуются
определенным генофондом. В популяции начинаются элементарные эволюционные
преобразования, выработка адаптивных форм.

27.

28.

Биоценотический.
Биогеоценотический (экосистемный)
уровень
Представлен биогеоценозами, составной частью которых является биоценоз.
Биогеоценоз – однородный участок земной поверхности с определенным составом
живых организмов (биоценоз) и неживых компонентов (приземный слой атмосферы,
солнечная энергия, почва и др.), объединенных обменом веществ и энергии в единый
сложный природный комплекс.
Понятие биогеоценоз введено В.Н. Сукачевым (1940 г.). Получило распространение
главным образом в отечественных трудах. За рубежом, особенно в англоязычных
странах, чаще используется термин, предложенный в 1935 году англ. ученым Тенсли
«экосистема», хотя он многозначен и употребляется также по отношению к
искусственным комплексам организмов и абиотических компонентов (аквариум,
космический корабль), к отдельным частям биогеоценоза (гниющий пень с
населяющими его организмами). Совокупность всех входящих в биогеоценоз живых
организмов составляет биоценоз. Каждый вид использует часть энергии, содержащейся в
органических веществах. Остатки используются другими живыми организмами, образуя
сложные цепи питания. Любой биоценоз включает:
продуценты (растения);
консументы (животные)
редуценты (микроорганизмы, живущие за счет органических веществ и разлагающие
их до минеральных компонентов).

29.

Биоценотический.
Биогеоценотический
(экосистемный) уровень
Необходимое условие существования биогеоценоза – постоянный приток солнечной
энергии.
Каждый
биогеоценоз
характеризуется
определенной
однородностью
абиотических условий и составом биоценоза. При определении границ наземных
биоценозов главное значение придается характеру растительности.
Биогеоценоз – незамкнутая (открытая) динамическая система (любой биогеоценоз не
остается в неизменном виде, эволюционирует). Однако ему присуща определенная
устойчивость во времени (результат длительной адаптации живых компонентов друг к
другу и неживым компонентам среды).

30.

31.

Биосферный уровень.
Этот уровень является высшей формой организации живого (живых систем). Он
представлен биосферой, в которой осуществляется объединение всех вещественноэнергетических круговоротов в глобальный круговорот веществ и энергии.
Биосфера – совокупность всех биогеоценозов (экосистем) Земли. Включает все живое
и неживое, связанное с жизнью. Совокупность всех живых организмов планеты
составляет живое вещество биосферы.
Границы биосферы определяются наличием условий для жизни.
Биосфера охватывает:
поверхность Земли;
верхнюю часть литосферы (твердой оболочки Земли);
гидросферу (всю);
нижнюю часть атмосферы (тропосферу). Крайних пределов достигают бактерии,
споры грибов (обнаружены на высоте 20 км в атмосфере, на глубине 4 км в земной коре,
11 км на дне океанических впадин). Верхняя граница обусловлена озоновым экраном, не
пропускающим жесткое УФ излучение, губительно воздействующее на живые
организмы. Нижняя находится в литосфере и определяется границей осадочных и
базальтовых пород. Наибольшая концентрация жизни находится на границах сфер: у
границ соприкосновения литосферы и атмосферы (почва), гидросферы и атмосферы
(верхние слои мирового океана), литосферы и гидросферы (дно мирового океана). В.И.
Вернадский их называл «пленками жизни».

32.

Биосферный уровень.
Все живые организмы на планете в процессе своей жизнедеятельности преобразуют
геологические оболочки и определяют «лик» Земли.
Круговорот веществ и превращения энергии обуславливают стабильность
биосферы. Зеленые растения (продуценты), используя световую энергию Солнца
создают органические вещества – первичную продукцию. Первичная продукция
используется животными, грибами (консументы). В результате чего создается
вторичная продукция.
Первичная и вторичная продукция разрушается бактериями и грибами (редуценты)
до минеральных веществ. Между разными уровнями организации живого существует
диалектическое единство. Живое организовано по типу системной организации, основу
которой составляет иерархичность систем. Переход от одного уровня к другому связан
с сохранением функциональных механизмов, действующих на предшествующих
уровнях, и сопровождается появлением структуры и функций новых типов, а также
взаимодействия, характеризующегося новыми особенностями.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

42.

43.

44.

45.

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

Самоорганизация
– упорядоченность в
строении,
функциях,
процессах
жизнидеятельности
Адаптация – приспособление к условиям
окружающей среды
Ритмичность
–
приспособления
к
периодически изменяющимся условиям
существования
Целостность – составляющие биосистему
дискретные части интегрированы в единое
целое