Реферат Ранние этапы развития жизни на Земле 1 Содержание Введение ................................................................................................................... 3 1. Эры образования и развития на Земле .............................................................. 4 2. Теории возникновения жизни на Земле ............................................................ 6 3. Научные исследования о развитии жизни на земле ........................................ 9 4. Моделирование возникновения жизни на земле ........................................... 10 Заключение ............................................................................................................ 12 Список литературы .............................................................................................. 14 2 Введение Нашей планете около 4,5 млрд лет, но жизнь на ней появилась не сразу. Прошло довольно большое количество времени до тех пор, пока Земля стала домом для живых организмов. Эволюция жизни началась с того момента как появился первый живой организм и не заканчивается по сей день. Ученые выделяют отдельные эры образования и развития жизни на Земле: 1. Архейская эра – самая древняя в истории Земли. 2. Протерозойская (эра «ранней жизни»). 3. Палеозойская (эра «древней жизни»). 4. Мезозойская (эра «средней жизни»). 5. Кайнозойская (эра «новой жизни»). В свою очередь, каждую эру можно разделить на определенные периоды, во время которых благодаря эволюции появлялись все новые организмы. 3 1. Эры образования и развития на Земле Архейская эра Это самая древняя и мало изученная эра за историю нашей планеты. Но несмотря на это ученым удалось доказать, что жизнь в этот период все же существовала, хоть и проявления ее были совсем незначительны. Протерозойская эра Протерозойская эра была изучена намного лучше, и нам точно известно, что в этот период на нашей планете жизнь была гораздо более разнообразна, нежели в предыдущей эре. Ученые обнаружили органические останки, которые относятся ко всем типам беспозвоночных, а так же в этот период появились первичные хордовые, подтипа бесчерепных. Палеозойская эра Ее можно поделить на несколько периодов: 1. Ордовийский. В этот период процветали морские беспозвоночные организмы, такие как трилобиты и водоросли. 2. Силурийский. Пышно развиваются кораллы, появляются бесчелюстные позвоночные организмы. Этот период знаменателен тем, что растения перебрались из водной среды на сушу. Девонский. В воде расцветают щитковые организмы, появляются кистеперые рыбы и стегоцефалы. А на суше тем временем появляется большое количество споровых растений. 3. Каменноугольный. Возрастает количество земноводных и появляются первые представители пресмыкающихся. Также в этот период можно наблюдать развитие летающих форм насекомых, пауков и скорпионов. В растительном мире тоже происходит не мало изменений: семейство папоротникообразных пополняется, появляются семенные папоротники. 4. Пермский. В этот период появляются зверозубые пресмыкающиеся. Но также вымирают трилобиты и каменноугольные леса. 4 Мезозойская эра Она делится на три основных периода: 1. Триасовый. Этот период знаменателен для животного мира, так как появляются первые млекопитающие и костистые рыбы. 2. Юрский. В этот период в животном мире процветают пресмыкающиеся и головоногие моллюски. В растительном мире же процветают голосеменные растения. 3. Меловой. В растительном мире происходят значительные изменения, господство папоротников и голосеменных постепенно заканчивается, к ним на смену приходят покрытосеменные. В животном мире все тоже меняются. Ученые находят останки птиц, относящиеся к этому периоду. Кайнозойская эра Мы живем в этой эре, и она изучена намного лучше, нежели остальные. Ученые делят ее на 3 периода: 1. Палеоген. В этот период появляются хвостатые лемуры, долгопяты, а ближе к концу периода доказано появление парапитеков и дриопитеков. Много новых представителей насекомых. Начинают вымирать крупные пресмыкающиеся и головоногие моллюски. 2. Неоген. В это период на Земле господствуют млекопитающие и птицы. 3. Антропоген. Этот период все еще продолжается, в начале периода животный и растительный мир начали принимать тот облик, в котором находятся сейчас. Земля перенесла много изменений и превратилась из безжизненной пустыни в дом для бесчисленного множества разнообразных существ. 5 2. Теории возникновения жизни на Земле Жизнь на Земле появилась более 3,5 млрд лет назад – точнее обозначить момент трудно хотя бы потому, что нелегко провести грань между «почти живым» и «живым по-настоящему». Однако можно сказать точно, что этот волшебный момент растянулся на многие, длинные миллионы лет. И все равно это было настоящее чудо. Чтобы оценить это чудо по достоинству, надо познакомиться с рядом современных теорий, описывающих разные варианты и этапы рождения жизни. Панспермия Гипотеза о занесении жизни на Землю с других космических тел имеет массу авторитетных защитников. На этой позиции стоял великий немецкий ученый Герман Гельмгольц и шведский химик Сванте Аррениус, российский мыслитель Владимир Вернадский и британский лорд-физик Кельвин. Однако наука – область фактов, и после открытия космической радиации и ее губительного действия на все живое панспермия, казалось, умерла. Самозарождение Спонтанное происхождение высокоразвитой живой материи из неживой – как зарождение личинок мух в гниющем мясе – можно связать еще с Аристотелем, который обобщил мысли множества предшественников и сформировал целостную доктрину о самозарождении. Как и прочие элементы философии Аристотеля, самозарождение было доминирующей доктриной в Средневековой Европе и пользовалось определенной поддержкой вплоть до экспериментов Луи Пастера, который окончательно показал, что для появления даже личинок мух нужны мухи-родители. Первичный бульон Это понятие тесно связано с успевшими обрести статус классических экспериментами, поставленными в 1950-х Стэнли Миллером и Гарольдом 6 Юри. В лаборатории ученые смоделировали условия, которые могли существовать у поверхности молодой Земли, – смесь метана, угарного газа и молекулярного водорода, многочисленные электрические разряды, ультрафиолет, – и вскоре более 10% углерода из метана перешло в форму тех или иных органических молекул. В опытах Миллера – Юри было получено больше 20 аминокислот, сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот. Современные вариации этих классических экспериментов используют куда более сложные постановки, которые точнее соответствуют условиям ранней Земли. Имитируются воздействия вулканов с их выбросами сероводорода и двуокиси серы, присутствие азота и т. д. Так ученым удается получать огромное и разнообразное количество органики – потенциальных кирпичиков потенциальной жизни. Главной проблемой этих опытов остается рацемат: изомеры оптически активных молекул (таких как аминокислоты) образуются в смеси в равных количествах, тогда как вся известная нам жизнь (за единичными и странными исключениями) включает лишь L-изомеры. Креационизм Сторонники креационизма (от лат. creatio [креацио] — «создание») считают, что мир в его разнообразии был создан Богом (или богами) по заранее продуманному плану. Практически все религиозные учения утверждают, что человек и все другие живые существа созданы Богом. Фактов, подтверждающих эту концепцию, не существует. Главный аргумент сторонников креационизма: целесообразность устройства живых организмов и их сообществ, хорошая приспособленность к условиям обитания. До XIX в. многие учёные-естествоиспытатели были креационистами. Основоположник систематики, шведский учёный Карл Линней считал, что все виды растений и животных существуют со времени сотворения мира и созданы Богом независимо друг от друга. Французский анатом и палеонтолог 7 Жорж Кювье полагал, что после божественного акта творения в течение истории Земли происходили обширные катастрофы (землетрясения, потопы, извержения вулканов), после которых опустошённые места заселялись организмами, пережившими катаклизмы в отдалённых местах. Эту гипотезу Кювье называют теорией катастроф. И Линней, и Кювье отрицали также изменение видов и их эволюцию. Они считали, что виды сразу были сотворены совершенными и всегда оставались такими, какими были созданы. Другие, более поздние последователи креационизма соглашались с существованием эволюционного процесса, но считали, что начало эволюции было связано с актом творения. Так как концепцию креационизма невозможно ни доказать, ни опровергнуть, её нельзя рассматривать в качестве научной гипотезы и следует относить к вопросам веры. Однозначный ответ на вопрос о возникновении жизни не может дать даже современная наука, поскольку гипотетическое знание носит вероятный, а не достоверный характер и требует обоснований. В ходе рассмотрения и доказательства одни из гипотез ложатся в основу научных теорий, другие уточняются и видоизменяются, а третьи отбрасываются, если не выдерживают проверки. 8 3. Научные исследования о развитии жизни на земле Эксперименты Гарольда Юри и Стэнли Миллера. В 1950-е годы учёные смогли воссоздать почти те же условия, которые существовали на поверхности планеты до зарождения жизни. Через смесь молекулярного водорода, угарного газа и метана пропустили небольшие электрические разряды и ультрафиолет. В результате этого метан и прочие примитивные молекулы превратились в сложные органические вещества. Исследования Санкара Чаттерджи. Учёный проанализировал большой объём информации о ранней геологической жизни планеты Земля и сопоставил известные данные с существующими теориями эволюции земной жизни. Он полагает, что ранние формы жизни образовались в глубоких кратерах, которые оставляли после себя твёрдые космические тела. 2 Теория о глине. Учёный-химик А. Дж. Кернс-Смит из университета Глазго (Шотландия) в 1985 году выдвинул теорию о том, что жизнь на Земле возникла благодаря глине. Исследователь предположил, что некие органические частицы, попав между двумя глиняными слоями, начинали активно взаимодействовать с природным материалом. Исследования в области молекулярной эволюции. Учёные активно проводят исследования, касающиеся генетики популяций, эволюционной и молекулярной биологии. последовательности) ДНК Например, стало секвенирование эффективным орудием (чтение изучения генетического родства видов. Эволюционная биология развития. Эта область науки позволяет учёным изучать, как возникновение наследственных изменений на протяжении всей истории развития жизни видоизменяло формы и функции организмов. 9 4. Моделирование возникновения жизни на земле Новое исследование Института Солка теперь дает новое представление о происхождении жизни, представляя убедительные доказательства, подтверждающие гипотезу мира РНК. Исследование, опубликованное в Известия Национальной академии наук (PNAS) 4 марта 2024 года представил фермент РНК, который может создавать точные копии других функциональных цепей РНК, а также позволяет со временем появляться новым вариантам молекулы. Эти замечательные способности позволяют предположить, что самые ранние формы эволюции могли происходить на молекулярном уровне в РНК. Полученные результаты также приближают ученых на один шаг к воссозданию жизни на основе РНК в лаборатории. Моделируя эту примитивную среду в лаборатории, ученые могут напрямую проверять гипотезы о том, как жизнь могла зародиться на Земле или даже на других планетах. Ученые могут использовать ДНК, чтобы проследить историю эволюции от современных растений и животных до самых ранних одноклеточных организмов. Но что было до этого, остается неясным. Двухцепочечные спирали ДНК отлично подходят для хранения генетической информации. Многие из этих генов в конечном итоге кодируют белки — сложные молекулярные машины, выполняющие всевозможные функции по поддержанию жизни клеток. Уникальность РНК заключается в том, что эти молекулы могут выполнять и то и другое. Они состоят из расширенных нуклеотидных последовательностей, подобно ДНК, но также могут действовать как ферменты, облегчая реакции, подобно белкам. Ученые, подобные Джойсу, исследовали эту идею в течение многих лет, уделяя особое внимание рибозимам РНК-полимеразы — молекулам РНК, 10 которые могут создавать копии других цепей РНК. В течение последнего десятилетия Джойс и его команда разрабатывали в лаборатории рибозимы РНК-полимеразы, используя форму направленной эволюции для создания новых версий, способных реплицировать более крупные молекулы. Но у большинства из них есть фатальный недостаток: они не способны копировать последовательности с достаточно высокой точностью. За многие поколения в последовательность вносится так много ошибок, что полученные цепи РНК больше не напоминают исходную последовательность и полностью утратили свою функцию. До сих пор. Последний рибозим РНК-полимеразы, разработанный в лаборатории, включает ряд важных мутаций, которые позволяют ему копировать цепь РНК с гораздо большей точностью. В этих экспериментах копируемая цепь РНК представляет собой «головку молота» — небольшую молекулу, которая расщепляет другие молекулы РНК на части. Исследователи были удивлены, обнаружив, что рибозим РНК-полимеразы не только точно копирует функциональные головкимолоты, но и со временем начали появляться новые вариации головокмолотов. Эти новые варианты действовали аналогичным образом, но их мутации облегчили их репликацию, что повысило их эволюционную приспособленность и привело к тому, что они в конечном итоге стали доминировать в популяции молотоголовых в лаборатории. Полученные результаты подчеркивают решающую важность точности репликации в обеспечении возможности эволюции. Точность копирования РНК-полимеразы должна превышать критический порог для сохранения наследственной информации на протяжении нескольких поколений, и этот порог должен был повышаться по мере увеличения размера и сложности эволюционирующих РНК. 11 Заключение Реферат, посвященный ранним этапам развития жизни на Земле, охватывает широкий и сложный период, имеющий фундаментальное значение для понимания эволюции всего живого. Изучение этого периода представляет собой сложную задачу, требующую междисциплинарного подхода, включающего геологию, химию, биологию и астрономию. Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы: Формирование Земли и возникновение жизни были тесно связаны с абиотическими процессами. Условия на молодой Земле существенно отличались от современных, и именно эти условия, такие как наличие воды, энергии, определенных химических элементов и стабильной платформы, создали предпосылки для возникновения первых органических молекул и, в конечном итоге, первых живых организмов. Процесс абиогенеза, вероятно, проходил в несколько этапов. От синтеза простых органических соединений из неорганических веществ, до формирования сложных полимеров и возникновения самовоспроизводящихся систем, каждый этап требовал определенных условий и катализаторов. Различные теории, такие как теория "первичного бульона", "мира РНК" и гидротермальных источников, предлагают разные сценарии этого процесса, каждый из которых имеет свои аргументы и недостатки. Появление первых клеток стало ключевым этапом в развитии жизни. Прокариотические клетки, не имеющие оформленного ядра, стали доминирующей формой жизни на протяжении миллиардов лет. Именно в этот период сформировались основные метаболические процессы, включая фотосинтез, который оказал огромное влияние на состав атмосферы Земли. Дальнейшая эволюция жизни на Земле была обусловлена взаимодействием с окружающей средой и генетическими изменениями. Возникновение эукариотических клеток, способных к более сложной организации и дифференциации, привело к появлению многоклеточных организмов и значительно ускорило темпы эволюции. 12 В заключение следует отметить, что изучение ранних этапов развития жизни на Земле – это непрерывный процесс, требующий дальнейших исследований. Новые открытия в области геологии, палеонтологии и молекулярной биологии постоянно расширяют наши знания о происхождении и эволюции жизни. Понимание этих процессов имеет не только фундаментальное научное значение, но и может помочь в решении важных практических задач, таких как поиск жизни за пределами Земли и разработка новых биотехнологий. 13 1. Список литературы Шопф, Дж. В. Колыбель жизни: открытие древнейших окаменелостей Земли. Москва: Мир, 2006. 2. Фридман, В. С. Возникновение жизни на Земле. Москва: Наука, 2005. 3. Мартин, У., Рассел, М. Дж. О происхождении жизни в геохимических активных источниках на щелочном конце гидротермального градиента. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 2007; 362(1486): 1887–1914. 4. Докинз, Р. Эгоистичный ген. Москва: Мир, 1993. (Раздел, посвященный происхождению жизни). 5. Кэрнс-Смит, А. Генетическая глины: гипотеза происхождения жизни. Москва: Мир, 1988. 14
