Для ответа на этот вопрос очень продуктивной оказалась гипотеза советского академика А.И.Опарина. Возраст Земли составляет 5 — 7 млрд. лет. Все планеты проходят стадию раскаленного тела, температура на поверхности Земли в это время была более 4000ºС. Когда температура снизилась и стала меньше 100ºС, вода, находившаяся в первичной атмосфере Земли образовала мировой океан. В первичной атмосфере не было кислорода, атмосфера была "восстановительной". В ней были пары воды, аммиак, сероводород, метан, двуокись углерода, водород.
В 1924 году А.И.Опарин предположил, что появлению живых организмов предшествует абиогенное образование в атмосфере и океане органических соединений за счет энергии мощных грозовых разрядов, жесткого ультрафиолетового и радиоактивного излучения.
Ученые считают, что первые примитивные клетки (прокариоты) появились в водной среде Земли 3,0 – 3,5 млрд. лет назад. Они питались синтезированными абиогенно органическими веществами или менее удачливыми своими собратьями; энергетические потребности удовлетворяли за счет брожения, т.е. были анаэробными гетеротрофами. Отбор среди клеток велся на способность получать энергию и вещества из окружающей среды более эффективным путем и обращать их на создание потомства.
При увеличении численности гетеротрофных прокариотических клеток запас органических соединений в первичном океане истощался. В этих условиях значительное преимущество при отборе должны были приобрести организмы, способные к автотрофности, т.е. к синтезу органических веществ из неорганических за счет реакций окисления и восстановления. Видимо, первыми автотрофными организмами были хемосинтезирующие бактерии. Следующим этапом было развитие реакций с использованием солнечного света – фотосинтез.
Для первых фотосинтезирующих бактерий источником электронов был сероводород (H2S). Значительно позже у цианобактерий (синезеленых водорослей) развился более сложный процесс получения электронов из воды. В результате в качестве побочного продукта фотосинтеза в земной атмосфере начал накапливаться кислород. Это явилось предпосылкой для возникновения в ходе эволюции аэробного дыхания. Способность синтезировать при дыхании большее количество АТФ позволяла организмам расти и размножаться быстрее, а также усложнять свои структуры и обмен веществ.
Считают, что предками эукариот были прокариотические клетки. Согласно теории клеточного симбиоза, эукариотическая клетка представляет сложную структуру, состоящую из нескольких прокариотических клеток, которые взаимодополняют друг друга в пределах общей клеточной мембраны (рис. 1.5). Целый ряд данных свидетельствует о происхождении митохондрий и хлоропластов, а возможно, и жгутиков от ранних прокариотических клеток, ставших внутренними симбионтами большей по размерам анаэробной клетки. Объем эукариотических клеток по сравнению с прокариотическими, как правило, в 1000 раз больше. Соответственно в эукариотических клетках больше разнообразного клеточного материала.
Глубокие преобразования в строении и функционировании значительно увеличили эволюционные возможности эукариот, которые, появившись всего 0,9 млрд. лет назад, смогли достигнуть многоклеточного уровня и сформировать современную флору и фауну. Для сравнения следует сказать, что с момента появления первых прокариотических клеток (3,5 млрд. лет назад) до появления первых эукариотических клеток потребовалось около 2,5 млрд. лет
ЗАДАНИЕ:
1. Напишите, какой тип питания и почему был присущ первым клеточным формам (прокариотам).
Тип питания – гетеротрофы.
Причина: в атмосфере и первичном бульоне не было свободного кислорода, поэтому они использовали готовые соединения, растворенные в водах первичного океана.
2. Выберите и впишите пропущенное в утверждении слово.
Первым простейшим живым организмам был присущ (анаэробный, аэробный, смешанный) тип обмена.
3. Выберите и подчеркните правильный вариант второй части утверждения.
В соответствии с современными представлениями возникновение и прогрессивная эволюция первичных фотосинтезирующих прокариот была обусловлена истощением запасов органических веществ в океане;
4. Выберите и подчеркните правильный вариант окончания утверждения. Аргументируйте свой выбор.
В основу фотосинтетического механизма многоклеточных растений лег:
А) фотосинтез синезеленых водорослей;
Б) бактериальный фотосинтез.
Именно синезеленые водоросли впервые стали выделять кислород в атмосферу, усваивая, как и растения, СО2.
5. Назовите организмы, которые первыми на планете стали выделять при фотосинтезе свободный кислород.
Синезеленые водоросли.
6. Укажите важнейшие последствия накопления кислорода в атмосфере Земли для эволюции живых существ.
Во-первых, кислород, находящийся в верхних слоях атмосферы, превращается в озон, который поглощает вредное ультрафиолетовое излучение. Во-вторых, в присутствии кислорода, возникли аэробные бактерии, а от них – остальные организмы.
7. Известно, что молекулы воды и многих органических веществ (тем более, живые организмы) разрушаются под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения. Ответьте, какой защитный геофизический механизм сформировался на раннем этапе эволюции жизни на Земле.
Возникновение озонового слоя.
8. Изложите кратко сущность современной точки зрения на происхождение эукариотических одноклеточных организмов.
Эукариоты возникли в результате совместного взаимополезного сосуществования (симбиоза) различных прокариот. Аэробные бактерии играли роль современных митохондрий, цианеи – хлоропластов. Ядро возникло из нуклеоида бактерий.
9. Охарактеризуйте плоидность генома первых эукариотических одноклеточных организмов и отметьте его прогрессивные черты по сравнению с таковым для прокариот.
Плоидность генома прокариот – диплоидный.
Преимущества такого генома: это увеличило генетическое разнообразие потомков, образующихся в результате полового размножения.
10. Напишите, что такое половой процесс, какова его генетическая основа и значение для дальнейшей эволюции эукариот.
Половой процесс – процесс слияния двух гаплоидных половых клеток (гамет), приводящий к образованию диплоидной зиготы.
Генетическая основа: половые клетки имеют одинарный набор генов, зигота – двойной, новое поколение имеет рекомбинированный набор генов, доставшийся от родительских клеток.
Эволюционное значение: увеличение разнообразия живых организмов благодаря созданию новых комбинаций генов.
11. Изложите сущность гипотезы И. И. Мечникова о происхождении многоклеточных организмов.
Многоклеточные произошли от колониальных одноклеточных организмов – жгутиковых. В ходе эволюции шла специализация клеток колонии, образовывались ткани, постепенно колония превращалась в примитивный одноклеточный организм.
12. Укажите основные отличия гипотезы происхождения многоклеточных Э. Геккеля от гипотезы И. И. Мечников.
Геккель считал, что дифференцировка функций клеток колонии на ткани произошла вследствие впячивания группы клеток внутрь колонии. Мечников считал, что внутренняя пищеварительная ткань в колонии образовалась путем фагоцитоза – клетки захватывали добычу и перемещались внутрь колонии для переваривания.