Возникновение и развитие жизни на земле. Химический, предбиологический и социальный этап

Возраст Земли, определенный различными методами, насчитывает 6-7 млрд лет, однако ни один из методов не является точным. Должно было пройти около 3 млрд лет, прежде чем на Земле возникла жизнь. Высказывалось много гипотез о происхождении Земли, согласно которым Солнце и планеты Солнечной системы образовались внутри космического облака. Масса Земли была первоначально очень мала, но в силу гравитации все больше частиц притягивалось и масса увеличивалась и уплотнялась. Из-за увеличения плотности частиц начала повышаться температура Земли, а затем наступило охлаждение, продолжавшееся в течение миллионов лет и сопровождавшеесяобразованием химических веществ. Более тяжелые вещества оседали к центру, образуя ядро Земли, а более легкие образовали оболочку Земли. По мере охлаждения поверхность Земли затвердевала, исключая места вулканической деятельности. Благодаря большим размерам Земля имела силу притяжения, достаточную, чтобы удержать окружавшие ее газы. Это были совсем другие газы, нежели те, которые содержатся в современной атмосфере. В древней атмосфере Земли содержались вода (преимущественно в виде пара, поскольку температура Земли была высокой, чему способствовали распад радиоактивных соединений и поток ультрафиолетового излучения Солнца), пар, водород, аммиак и метан. Высоко над Землей водяной пар конденсировался, образуя тучи, и выпадал в виде дождя на горячие скалы. Свободного кислорода не было, он соединялся с железом, алюминием, кремнием и другими элементами, образуя минералы в земной коре, а также входил в состав воды и таких газов, как оксид углерода (СО) и окись углерода (СО2). Свободный кислород появился в атмосфере Земли много позже, когда возникла жизнь и развился процесс фотосинтеза. По-видимому, не было в атмосфере тогда и молекулярного азота (N2), он образовался позже в результате окисления аммиака кислородом. Содержание углерода в первичной атмосфере можно объяснить его образованием при взаимодействии карбидов (соединений углерода с металлами) с водой, в результате чего возникает метан (СН4) и другие углеводороды.

Когда интенсивность радиоактивных, радиохимических и химических процессов стала снижаться, началось охлаждение планеты, но поверхность долгое время оставалась горячей, продолжалась активная вулканическая деятельность - образовывались горы и глубокие впадины. При температуре ниже 100 C стали изливаться дожди, образовывались моря и океаны. В горячей дождевой воде растворялись NH3, CO2, CH4, HCN из атмосферы, а также соли и другие вещества, вымываемые из поверхностных слоев Земли. Между веществами, растворенными в первобытном океане, неизбежно должны были происходить химические реакции, в результате которых могли образоваться органические соединения.

Этап химической эволюции. На этом этапе происходил абиогенный синтез органических мономеров. Вы уже знаете, что древняя атмосфера Земли была насыщена вулканическими газами, в состав которых входили оксиды серы, азота, аммиак, оксиды и двуоксиды углерода, пары воды и ряд других веществ. Активная вулканическая деятельность, сопровождавшаяся выбросами больших масс радиоактивных компонентов, сильные и частые электрические разряды во время практически не прекращающихся гроз, а также ультрафиолетовое излучение способствовали образованию органических соединений, Древняя атмосфера не содержала свободного кислорода, поэтому органические соединения не окислялись и могли накапливаться в теплых и даже кипящих водах различных водоемов, постепенно усложняться по строению, формируя так называемый «первичный бульон». Продолжительность этих процессов составляла многие миллионы и десятки миллионов лет.

Этап предбиологической эволюции. На этом этапе протекали реакции полимеризации, которые могли активизироваться при значительном увеличении концентрации раствора (пересыхание водоема) и даже во влажном песке. В конечном счете сложные органические соединения формировали белково-нуклеиново-липоидные комплексы (ученые называли их по-разному: коацерваты, гиперциклы, про- бионты, прогеноты и т. д.). В результате предбиологического естественного отбора появились первые примитивные живые организмы, которые вступили в биологический естественный отбор и дали начало всему органическому миру на Земле. Жизнь, очевидно, развивалась в водной среде на некоторой глубине, так как единственной защитой от ультрафиолетового излучения была вода.

Биологический этап эволюции. Большинство ученых считают, что первые примитивные живые организмы были близки по строению к прокариотам, Они питались органическими веществами «перечного бульона», т. е. были гетеротрофами. Самой древней формой обмена веществ являлся, по-видимому, гликолиз.

При увеличении численности гетеротрофных прокариотических клеток запас органических соединений в первичном океане истощался. В этих условиях обострилась конкуренция между древними прокариотами, которая, с одной стороны, способствовала усложнению их строения, с другой — привела к появлению новых способов получения энергии для жизненных процессов. Так произошли крупные ароморфозы — появление автотрофного способа питания (хемосинтез и фотосинтез) и фиксация атмосферного азота. Организмы, способные к автотрофности, т. е. к синтезу органических веществ из неорганических за счет реакций окисления и восстановления, получили значительные преимущества в конкурентной борьбе.

В результате фотосинтеза в земной атмосфере начал накапливаться кислород. Это привело к смене восстановительной атмосферы планеты на окислительную, что явилось предпосылкой для возникновения нового типа энергетических процессов — дыхания, отличающегося от гликолиза и брожения значительно большим выходом энергии и ставшего вследствие этого основой более быстрого и эффективного типа обмена веществ. Способность синтезировать при дыхании большее количество АТФ позволила организмам расти и размножаться быстрее, а также усложнять свои структуры и обмен веществ.

Поиск по сайту: