Возникновение живого вещества
Возникновение жизни и биосферы – это одна из наиболее сложных, но в то же время важных в научном и философском значении проблем современного естествознания. По этому вопросу существует множество гипотез, однако все их разнообразие можно свести к двум основным группам – это гипотезы панспермии либо земного происхождения жизни.
Согласно первой группе гипотез, жизнь сформировалась вне Земли и была впоследствии на нее занесена из космоса. Однако сторонники этой гипотезы не отвечают на вопрос, как именно возникло живое вещество. Определенная вероятность заноса органики на нашу планету имеется, поскольку на некоторых метеоритах иногда находят следы органической материи. Вероятно, найдены на метеоритах аминокислоты могли образоваться в результате постепенной химической эволюции.
Большинство ученых склоняются все же к гипотезе о земном происхождении жизни.
До начала XX века существовало множество теорий по данному вопросу, но ни одна из них не подтверждалась какими-либо фактами.
В начале XX века (1924) советский биохимик А.И. Опарин, предложил для объяснения происхождения жизни, собственную теорию биохимической эволюции. Согласно этой теории, невозможное в настоящее время, самозарождение жизни было возможно в условиях первобытной Земли, под воздействием уникальных для начального периода ее существования физико-химических процессов. Таким образом, эта теория предполагает весьма длительный период химической эволюции.
Близкие к теории Опарина взгляды развивал кембриджский профессор Холдейн. Сущность его гипотезы состояла том, что на первобытной Земле накопились огромные объемы простейших органических соединений, образовав «первичный бульон» или «протобульон». Таким образом, высокомолекулярные органические вещества могли образоваться из простейших соединений, содержавшихся в первичной атмосфере (метана, аммиака, двуокиси углерода и водяных паров), источником энергии для этих реакций были солнечное излучение и электрические разряды атмосферы. За счет процессов абиогенного синтеза в океане скопились значительные запасы органических соединений, послуживших источником возникновения первых примитивных форм жизни.
В 1953 году Стенли Миллер создал экспериментальную модель условий, существовавших на Земле до появления жизни. Аппарат Миллера состоял из двух стеклянных колб, которые были соединены в замкнутую цепь. В одной из них находилось устройство, имитирующее грозовые разряды – два электрода, между которыми происходит разряд при напряжении около 60 тысяч вольт; в другой колбе находилась кипящая вода. Аппарат Миллера заполнялся смесью газов предположительно образовывавших существовавшую на древней Земле, так называемую вторичную, атмосферу:
- метаном,
- водородом,
- аммиаком.
Аппарат работал в течение недели, затем были исследованы продукты реакции. В основной массе случайных соединений, которые образовались из исходных компонентов, было обнаружено некоторое количество органических веществ, в их числе и некоторые аминокислоты – глицин и аланин.
Вскоре исследования были многократно повторены другими учеными. При этом выяснилось, что видоизменение условий эксперимента позволяет получать и другие виды аминокислот, а также простые нуклеиновые кислоты.
Впоследствии немецкие ученые обнаружили, что в гидротермальных источниках в тех регионах, где существует высокая вулканическая активность, при температуре в пределах 80-120 С из простейших соединений: воды, угарного газа и циановодорода, образуются разнообразные органические вещества, включая аминокислоты, сахара и липиды. Катализатором происходящих в геотермальных водах реакций являются твердые фрагменты железа и никеля.
Ученые считают, что в подобных или близких условиях мог совершаться абиогенный синтез и на наиболее ранних этапах развития Земли, тем более, что в то время вулканические явления были более активны.
Основные этапы эволюции биосферы
После появления живого вещества, следующим важным этапом в эволюции биосферы было появление фотосинтезирующих организмов, т.е. явления автотрофности (первые организмы были гетеротрофами). Затем возникли эукариотические одноклеточные организмы – предки всех многоклеточных. Многоклеточные возникли в течение протерозойской эры, которая окончилась 570 млн. лет назад. В конце этой эры уже существовали фораминиферы, радиолярии, кремниевые губки, кишечнополостные, черви и некоторые морские членистоногие. Все эти существа не имели твердого скелета и поэтому очень редко обнаруживаются в ископаемом состоянии. Поэтому вся геологическая история до конца протерозойской эры еще называется криптозоем, или временем скрытой жизни.
В начале фанерозоя – «времени явной жизни» (около 600 млн. лет назад) сразу у многих неродственных между собой представителей водной фауны появился наружный или внутренний скелет. В это время существовала уже разнообразная фауна беспозвоночных, появились первые хордовые.
В силурийском периоде палеозойской эры живые организмы начали осваивать сушу. В начале следующего - девонского периода среди растительности доминировали папоротникообразные, позже появились и голосеменные. К концу этого периода на сушу вышли первые позвоночные – земноводные.
В последнем – пермском – периоде палеозойской эры появились первые пресмыкающиеся, от которых сразу же отделилась группа, давшая начало в триасовом периоде мезозойской эры млекопитающим. Одновременно появились первые динозавры. Они достигли расцвета в юрском периоде, одна из групп пресмыкающихся в это время эволюционировала в птиц. В последнем периоде мезозойской эры – меловом – появились покрытосеменные растения. В конце этого периода произошло массовое вымирание многих рептилий (в том числе динозавров), морских беспозвоночных и других организмов.
В последнюю эру - кайнозойскую - органический мир за 70 млн. лет приобрел современные черты Ведущую роль среди растений заняли покрытосеменные, возникли формы, близкие к современным. Среди животных на суше господство перешло к млекопитающим.
Таким образом, биосфера находится в постоянной динамике. Современные зональные и региональные особенности распределения растительного и животного мира во многом имеют исторические причины.
