تنمية عالم النبات

هل كان الغطاء النباتي لكوكبنا دائمًا هو الطريقة التي نراها في الوقت الحالي؟ هل النباتات التي تحيط بنا نمت دائمًا على الأرض؟ ستجد إجابات لهذه الأسئلة وغيرها في الفصل الخاص بتطور عالم النبات على الأرض.

مفهوم تطور عالم النبات.   على الأرض ، هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من النباتات البدائية والمتطورة للغاية. ظهر كل هذا التنوع في المملكة النباتية على الأرض تاريخياً ، أي أنه تطور من البسيط إلى المعقد تدريجياً على مدى فترة طويلة من وجود كوكبنا وكان مرتبطًا بالظروف البيئية المتغيرة. من الكائنات الحية الأولىتقدمية   (من اللات. progressus   - "المضي قدما" ، "التدريجي") للتنمية ، نشأت أشكال أكثر تعقيدا من النباتات. ترافق هذه العملية مع انقراض الكائنات الحية التي لم تتكيف مع الوجود في ظروف متغيرة ، وظهور أشكال جديدة أكثر تكيفًا. نشأت جميع النباتات الموجودة في عملية تغيير مستمر في صفات الأنواع ، أي نشأت في العمليةتطور   (من اللات. منشىء المنحنى   - "النشر").

التطور هو عملية لا رجعة فيها عن التغيير التاريخي (التطور) في العالم الحي.

تطور النبات   لقد بدأت على الأرض منذ وقت طويل للغاية ، منذ ظهور الكائنات الحية الأولى ، وتستمر حتى الوقت الحاضر.

منذ أكثر من 3.5 مليار سنة ، ظهر أول سكان أحياء على الأرض في محيط دافئ قديم. كانت كائنات بدائية (مثل كائنات غير متطورة وبسيطة) تشبه البكتيريا الحديثة. كانوا يتغذون على ما كان في مياه المحيط المحيطة: المواد المعدنية والعضوية المذابة (غير متجانسة).

بعد عدة آلاف من السنين ، ظهرت الكائنات الحية التي تحتوي على الكلوروفيل في خلاياها في مياه المحيط. بدأت هذه الكائنات في استخدام الإشعاع الشمسي (الإشعاع) كمصدر للطاقة لتوليف (إنتاج) المواد العضوية التي تحتاجها. لذلك ظهرت autotrophs الأولىالتي كانت قادرة على تناول الطعام من خلال التمثيل الضوئي.

إن ظهور التمثيل الضوئي هو أكبر حدث في تاريخ تطور الحياة على كوكبنا. أعطى التمثيل الضوئي طريقة جديدة للكائنات الحية المرتبطة بالتغذية الذاتية.

على الرغم من أنها استخدمت طاقة الإشعاع الشمسي ، إلا أنها لم تطلق بعد الأكسجين الحر في الغلاف الجوي ، حيث تم استخدامه بالكامل. فقط مع ظهورالبكتيريا الزرقاء مع إجراء عملية التمثيل الضوئي بقوة أكبر ، بدأ تراكم تدريجي للأكسجين في الغلاف الجوي للأرض. هذا خلق فرصة لتطوير الكائنات الحية التي تتطلب الأكسجين لعملية التنفس.

البكتيريا الزرقاء هي أقدم مجموعة من الكائنات الحية التي نشأت منذ حوالي 2.6 مليار سنة. البكتيريا الزرقاء موجودة في الوقت الحاضر. هذه كائنات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا (خيطية) في الخلايا التي لا توجد فيها نواة مشكلة. وفقًا لهذه الميزة ، بالإضافة إلى التركيب العام للخلايا ، تتم الإشارة إليهاعلى المملكةقبل النووية أو بدائيات النوى   (من اللات. حول - "قبل" ، "سابق" واليونانية.كاريون   - "الأساسية").

لفترة طويلة من الزمن ، فقط البكتيريا والبكتيريا الزرقاء سيطرت على كوكبنا. مع مرور الوقت ، أتقنوا الأرض وشكلوا طبقة من التربة الخصبة عليها ، وخلقوا محيطًا حيويًا.

منذ حوالي 1.3 مليار سنة ، ظهرت كائنات أكثر تعقيدًا من البكتيريا الزرقاء -الأخضر   و الطحالب الذهبية . لقد سكنوا مسطحات مائية منعشة ومعسولة في هذه المجموعات من الطحالب  لأول مرة على الأرض ، كانت النواة معزولة جيدًا في الخلية ، وظهرت العديد من العضيات داخل الخلايا ، ونشأ التكاثر الجنسي  - اندماج خليتين وتشكيل زيغوت ، مما يؤدي إلى كائن حي جديد.

كل الكائنات الحية في الخلايا التي توجد فيها نواة تصنف على أنهاعلى المملكةنووي أو حقيقيات النوى   (من اليونانية الاتحاد الأوروبي   - "جيد" ، "بالكامل"). النباتات والفطريات والحيوانات والبشر ممثلو حقيقيات النوى.

أثناء تطور الطحالب الخضراء (التي تعيش في المسطحات المائية العذبة أو المائلة للملوحة) ، نشأت النباتات الأرضية ذات التمثيل الضوئي العالي.

أصبحت الطحالب الخضراء أحادية الخلية أسلاف جميع مجموعات النباتات الحديثة. منها 600-700 مليون سنة ظهرت الطحالب الخضراء والبني والأحمر متعدد الخلايا في البيئة المائية. في بيئة التربة ، نشأ ممثلو مملكة أخرى - الفطر. أدى ظهور متعدد الخلايا إلى تطور أنواع مختلفة من الأنسجة.

ظهور التكاثر الجنسي وظهور كائنات متعددة الخلايا - أعظم حدث في تطور الحياة على كوكبنا .

على الرغم من ذلك ، منذ 600 مليون سنة ، كان هناك القليل من الأكسجين في الغلاف الجوي (أقل 100 مرة من الآن) ، لكنه قد تشكل بالفعلشاشة الأوزون حول الأرض. بعد 200 مليون سنة أخرى ، أصبحت شاشة الأوزون قوية لدرجة أنها تحمي السكان الأحياء من الإشعاع الشمسي المدمر. بفضل هذا ، بدأت الحياة تتطور بنشاط ليس فقط في الماء ، ولكن أيضًا على الأرض.

كانت النباتات الأولى (التي انقرضت منذ زمن طويل) والتي استقرت ما بين 450 إلى 420 مليون عام على الشواطئ الرطبة لأجسام المياه العذبة ،rhyniophyta . لقد جاءوا من الطحالب الخضراء المرفقة في قاع البركة.. تغير مستوى الماء ، وظهرت النباتات بشكل دوري في الماء ، ثم على الأرض. في Rhyniophytaيصل ارتفاعه إلى 20-25 سم ، ولم تكن هناك أوراق حقيقية ، ولكن النسيج النسقي قد تطور بالفعل  مع الثغور ، ومكافحة التجفيف ، والنسيج الميكانيكيةيقوي جسم النبات في الهواء ، مثل التكوينات الجذرية التي تربط النبات بالتربةوامتصاص الماء مع المعادن المذابة ، وهو نظام موصل بدائي. ما زالوا لا يمتلكون جذور وأوراق ، ولم يكن هناك سوى ساق أخضر وسبرانجا تطورت فيه الأبواغ.

منذ ذلك الحين ، كان تطور النباتات على طريق زيادة التكيف مع ظروف الوجود الأرضي.

بعد 100 مليون سنة ، تلاشت الأنفية ، ولكن بحلول هذا الوقت ظهرت بالفعل الطحالب ،المهرجين ، ذيل الحصان والسراخس.

منذ 350 إلى 370 مليون عام ، كان المناخ على سطح الأرض بأكمله دافئًا ورطبًا ، كما هو الحال في الدفيئة. نمت السرخس القديمة ، ذيل الحصان ، والإثارة إلى أشجار ضخمة كان لديهم بالفعل أوراق خضراء وجذور. ساق بمثابة عضو لحركة المواد الغذائية.

ظهرت كل مجموعة متنوعة من الكائنات الحية والنباتات على الأرض في عملية التطور. نشأت الكائنات الحية البدائية الأولى في مياه المحيط ، مما أدى إلى ظهور النباتات الأولى. يعد ظهور عملية التمثيل الضوئي (autotrophy) ، والعملية الجنسية ، وتعدد الخلايا أهم المراحل في تطور عالم النبات. جميع النباتات هي ممثل لسيادة حقيقيات النوى.

في قسم "تطوير عالم النبات" ، يمكنك الدراسة:

مفهوم تطور عالم النبات

مقدمة

إن مسألة متى ظهرت الحياة على الأرض لا تقلق دائمًا العلماء فحسب ، بل جميع الناس أيضًا. أصل الحياة ، وظهور الكائنات الحية هي واحدة من المشاكل المركزية للعلوم الطبيعية. الكائنات الحية ، على عكس الكائنات الحية ، لها مجموعة من السمات: التمثيل الغذائي والطاقة ، والقدرة على النمو والتكاثر ، والحفاظ على تكوين معين. بالإضافة إلى ذلك ، فهي تتميز بوجود نظام استقلابي ذاتي التنظيم (التمثيل الغذائي) وقادر على التكاثر الذاتي الدقيق لنظام التمثيل الغذائي الخاص بهم (تكرار الحمض النووي ، ونسخ المصفوفة وتوليف محدد من إنزيمات البروتين) ، إلخ.

وفقًا للمفاهيم الحديثة ، تعد الحياة أحد أشكال وجود المادة التي تنشأ بشكل طبيعي في ظل ظروف معينة في عملية تطورها. يمكن التعبير عن جوهر الأفكار المختلفة حول أصل الحياة في ثلاثة مفاهيم رئيسية. أحدهما هو المعتقدات الدينية المثالية حول خلق جميع الكائنات الحية من الخالق غير الحي ، والآخر هو التولد الأحيائي 1 والثالث هو التكاثر الحيوي 2.
^

تاريخ الأفكار حول أصل الحياة على الأرض

  في نظرية التكوُّن ، يوجد مقاربتان مختلفتان اختلافًا جوهريًا: الأفكار المادية الساذجة لليونانيين القدماء حول الجيل العفوي للكائنات الحية من الطبيعة غير الحية والأفكار المادية الجدلية الحديثة حول الأصل الطبيعي للحياة. على وجه الخصوص أرسطو  من حيث المبدأ ، التزم بالأفكار المادية حول تخليق الكائنات الحية من الطبيعة غير العضوية. ومع ذلك ، تحولت وجهات نظره ووجهات نظر أتباعه في العصور الوسطى إلى أفكار ميكانيكية حول التوليد التلقائي للأشكال العضوية المتطورة للغاية (كل من النباتات والحيوانات) مباشرةً من المواد غير العضوية (الأوساخ والطمي والعرق ، وما إلى ذلك) ، فضلاً عن تكوين أشكال أخرى ( على سبيل المثال ، الإوز ، الأغنام - من ثمار الأشجار).

كانت الضربة الأولى لأفكار الجيل العفوي هي تجارب عالم فلورنسا الطبيعي فرانشيسكو ريدي ، الذي أثبت استحالة توليد عفوي من الذباب في اللحوم. جنبا إلى جنب مع الأوعية المفتوحة التجريبية مع اللحوم ، وقال انه يستخدم السيطرة ، وترتبط الشاش ولا يمكن الوصول إليها من قبل الذباب. في أوعية التحكم ، لا يمكن أن تفرز الدود (يرقات الذباب) ومع ذلك ، فإن هذه التجارب التي أجراها فرانشيسكو ريدي لم تستطع دحض مفاهيم الجيل العفوي التي أنشئت منذ قرون.

بعد سنوات قليلة من التجارب ، فرانشيسكو ريدي ، عالم هولندي ^ أنتوني ليفنجوك اكتشاف كائنات مجهرية يمكن ملاحظة "جيلها التلقائي" في قطرة من الماء النقي. هذا الاكتشاف الذي قام به أنتوني ليفنجوك للعالم الصغير أعطى زخماً لتطوير الأفكار حول التوليد التلقائي ، ولكن بالفعل على مستوى العالم الصغير. إن تجارب العالم الإيطالي لازارو سبالانزاني ، التي أظهرت استحالة التوليد التلقائي للكائنات الحية المجهرية في سوائل المغذيات والمرق بعد غليها في معقمات محكمة الغلق ، لم تقدم إجابة نهائية. اعتراضًا على استنتاجات Lazzaro Spallanzani ، اعتقد العلماء أنه في تجاربه ، كان الوصول إلى أوعية المبدأ النشط ، المفترض أنه موجود في الهواء والضروري للتوليد التلقائي ، قد تم إعاقة. فقط التجارب البارعة للعالم الفرنسي البارز في علم الأحياء المجهرية لويس باستور كانت قادرة على إقناع جميع المتشككين وسحق فكرة التوليد التلقائي.

لأول مرة ، تم اشتقاق تعريف التولد الحيوي على أساس التجارب ^ لويس باستور. قام بتسخين المرق في قارورة بطرف طويل منحني ، حيث استقرت جميع جراثيم الكائنات الدقيقة الموجودة في الهواء التي تدخل القارورة بعد غليان المرق. لم يتداخل هذا التصميم للقارورة مع وصول الهواء ، أي "مبدأ نشط". بقيت القارورة معقمة لعدة أشهر ، ولكن بمجرد ترطيب الركبة المرق مع المرق ، بدأ التطور المكثف للكائنات الحية الدقيقة في القارورة. لعبت تجارب لويس باستور دورًا مهمًا في فضح الأفكار حول التوليد التلقائي وساعدت في تأسيس فرضية التولد الحيوي. تمت صياغة قانون "جميع الكائنات الحية من المعيشة" ، والذي كان ذا أهمية كبيرة لتطور العلوم البيولوجية ، وفي الوقت نفسه استبعد أكثر من نصف قرن من إمكانية النظر في المسار غير الحيوي (من الطبيعة غير العضوية) لظهور المادة الحية. التخليق الحيوي كفرضية عن أصل الحياة لا يعطي إجابة مادية على السؤال حول أصول ظهور المادة العضوية في الكون. ومع ذلك ، يمكن أن يشرح ماديًا أصل الحياة على الأرض من خلال استعمارها مع جراثيم الكائنات الحية الدقيقة وغيرها من أشكال الحياة الدنيا.
^

فرضيات أصل الحياة على الأرض

بسرعة إلى الأمام إلى 4 مليارات سنة. لا يحتوي الجو على أكسجين حر ، إنه فقط في تكوين الأكاسيد. لا توجد أصوات تقريبًا باستثناء صفير الرياح ، وانبهار الماء ينفجر مع الحمم البركانية وتأثير النيازك على سطح الأرض. لا نباتات ولا حيوانات ولا بكتيريا. ربما هذا هو ما تبدو عليه الأرض عندما ظهرت الحياة عليها؟ على الرغم من أن هذه المشكلة كانت منذ فترة طويلة مصدر قلق لكثير من الباحثين ، إلا أن آرائهم حول هذا الموضوع تختلف على نطاق واسع. يمكن أن تشهد الصخور على الظروف على الأرض في ذلك الوقت ، لكنها انهارت منذ فترة طويلة نتيجة للعمليات الجيولوجية وحركات قشرة الأرض.

وفقًا لستانلي ميلر ، وهو متخصص معروف في مجال مشكلة ظهور الحياة ، يمكن للمرء أن يتحدث عن أصل الحياة وبداية تطورها من لحظة تنظيم الجزيئات العضوية إلى هياكل يمكنها أن تتكاثر. لكن هذا يثير تساؤلات أخرى: كيف نشأت الجزيئات ؛ لماذا يمكنهم التكاثر الذاتي والتجميع في تلك الهياكل التي أدت إلى الكائنات الحية ؛ ما هي الشروط اللازمة لهذا؟

في عام 1924 ، عالم الكيمياء الحيوية الروسي ^ ألكساندر إيفانوفيتش أوبارين وفي وقت لاحق ، في عام 1929 ، طرح ج. هالدان فرضية حول ظهور الحياة نتيجة للتطور الطويل لمركبات الكربون ، والتي شكلت أساس المفاهيم الحديثة. انطلق ألكساندر إيفانوفيتش أوبارين من حقيقة أن ظهور الكائنات الحية من الطبيعة غير الطبيعية أمر مستحيل في الظروف الحديثة. ربما كان حدوث الكائنات غير الحية في المادة الحية فقط في ظروف الجو القديم. يمكن إثبات ذلك بشكل منطقي من خلال تحليل تاريخ الأرض وتكوين الغلاف الجوي.

عمر الأرض حوالي 5 مليارات سنة. من المفترض أن الشمس والكواكب في النظام الشمسي نشأت من سحابة من الغبار الكوني. بسبب الحركة (الدوران) وقوى الجاذبية ، زادت الجزيئات الجديدة أكثر فأكثر من كتلة الأرض. في الوقت نفسه ، زادت قوى الجاذبية ، وزادت كثافة الأرض وحدث تسخينها. مثل أي جسم ساخن ، يتم تبريد الأرض ، وتمريرها من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة ، ثم بدأت قشرة صلبة تتشكل على سطحها. نتيجة لهذه العمليات ، حدثت تفاعلات كيميائية ، واستقرت المواد الثقيلة في الوسط وشكلت جوهر الأرض وأخف وزنا - القشرة. بسبب قوى الجاذبية ، عقدت الأرض قذيفة الغاز. كما يبرد والبحار والمحيطات التي تشكلت من بخار الماء المكثف تتكثف في الغلاف الجوي العلوي. تم تبخير الماء بشكل مكثف من سطح الأرض الدافئ ، والبحار الساخنة والمحيطات ، التي عادت مرة أخرى على شكل غزير ، حيث تكثفت في الجو العلوي. كل هذا رافقه عواصف رعدية. تعتبر التصريفات الكهربائية المتكررة والقوية أحد مصادر الطاقة التي يمكن استخدامها في التوليف غير العضوي للمركبات العضوية. للغرض نفسه ، يمكن أن يكون مصدر الطاقة هو الأشعة فوق البنفسجية الصلبة (بسبب نقص الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض ، وبالتالي شاشة الأوزون) ، والإشعاع عالي الطاقة والطاقة الحرارية لأمعاء الأرض.

يتفق معظم الباحثين على أن عملية تكوين الغلاف الجوي تنطوي على ردود فعل تشكلت العديد من المركبات الغازية. أهمها هي هيدريدس (الميثان ، الأمونيا ، المياه الغازية) ، وكذلك الهيدروجين وبعض الغازات الأخرى ، ولكن في حالة الغياب التام للأكسجين الغازي.

وفقا لأحد الفرضيات ، بدأت الحياة في قطعة من الجليد. على الرغم من أن العديد من العلماء يعتقدون أن ثاني أكسيد الكربون الموجود في الجو حافظ على ظروف الدفيئة ، يعتقد آخرون أن الشتاء ساد على الأرض. في درجات الحرارة المنخفضة ، تكون جميع المركبات الكيميائية أكثر ثباتًا وبالتالي يمكن أن تتراكم بكميات أكبر من درجات الحرارة العالية. كانت شظايا النيازك التي تم إحضارها من الفضاء الخارجي ، والانبعاثات من المصادر الحرارية المائية والتفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء التفريغ الكهربائي في الغلاف الجوي هي مصادر الأمونيا والمركبات العضوية مثل الفورمالديهايد والسيانيد. الوصول إلى مياه المحيطات ، تجمدت معها. في كتلة الجليد ، تتقارب جزيئات المواد العضوية عن كثب ودخلت في تفاعلات أدت إلى تكوين جليكاين وأحماض أمينية أخرى. كان المحيط مغطى بالجليد ، الذي كان يحمي المركبات المشكلة حديثًا من التدمير بواسطة الأشعة فوق البنفسجية. يمكن لعالم الجليد هذا أن يذوب ، على سبيل المثال ، عندما يسقط نيزك ضخم على الكوكب.

أو ربما نشأت الحياة في مناطق النشاط البركاني؟ بعد تشكيلها مباشرة ، كانت الأرض عبارة عن كرة تنفيس الصهارة. أثناء الانفجارات البركانية والغازات المنبعثة من الصهارة المنصهرة ، تم نقل مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية اللازمة لتخليق الجزيئات العضوية إلى سطح الأرض. وهكذا ، يمكن أن تتفاعل جزيئات أول أكسيد الكربون ، بمجرد ظهورها على سطح معادن البايرايت ذات الخصائص الحفزية ، مع المركبات التي تحتوي على مجموعات الميثيل وتشكل حمض الأسيتيك ، الذي يتم بعد ذلك تصنيع مركبات عضوية أخرى.
^

تشكيل المركبات العضوية الأولية

وللمرة الأولى ، تمكن العالم الأمريكي ستانلي ميلر من الحصول على جزيئات عضوية - الأحماض الأمينية - في الظروف المختبرية ، لمحاكاة تلك التي كانت موجودة على الأرض البدائية ، في عام 1952. ثم أصبحت هذه التجارب ضجة كبيرة ، واكتسب مؤلفها شهرة عالمية. حاليًا ، يواصل البحث في مجال الكيمياء البريبايوتية (قبل الحياة) في جامعة كاليفورنيا. كان التثبيت الذي أجريت عليه التجربة الأولى عبارة عن نظام من القوارير ، حيث كان من الممكن الحصول على تفريغ كهربائي قوي بجهد 100 كيلو فولت. ملأ ميلر هذه القارورة بالغازات الطبيعية - الميثان والهيدروجين والأمونيا ، التي كانت موجودة في الغلاف الجوي للأرض البدائية. في القارورة أدناه ، كانت هناك كمية صغيرة من المياه تحاكي المحيط. اقترب التفريغ الكهربائي من قوته من الصواعق ، وتوقع ميلر أن تتشكل مركبات كيميائية تحت نشاطه ، والتي ، ثم تسقط في الماء ، ستتفاعل مع بعضها البعض وتشكل جزيئات أكثر تعقيدًا. النتيجة تجاوزت كل التوقعات. عند إيقاف تشغيل الماكينة في المساء والعودة في صباح اليوم التالي ، وجد Miller أن الماء في القارورة قد أصبح لونه أصفر. ما تشكل كان مرق الأحماض الأمينية - اللبنات الأساسية للبروتينات. وهكذا ، أظهرت هذه التجربة مدى سهولة تشكيل المكونات الأساسية للحياة. كل ما هو مطلوب كان مزيجًا من الغازات ، محيطًا صغيرًا وبرقًا صغيرًا.

^

ما هي الحياة؟

  ما هي عناصر النظام اللازمة لخصائص الكائن الحي؟ يعتقد عدد كبير من علماء الكيمياء الحيوية وعلماء البيولوجيا الجزيئية أن جزيئات الحمض النووي الريبي تمتلك الخصائص الضرورية. الأحماض الريبية هي جزيئات خاصة. يمكن للبعض منهم تكرار المعلومات أو تغييرها أو نقلها ، وبالتالي يمكنهم المشاركة في الانتقاء الطبيعي. صحيح أنهم ليسوا قادرين على تحفيز عملية النسخ المتماثل بأنفسهم ، على الرغم من أن العلماء يأملون في العثور على جزء من الحمض النووي الريبي مع هذه الوظيفة في المستقبل القريب. وتشارك جزيئات الحمض النووي الريبي الأخرى في "قراءة" المعلومات الوراثية ونقلها إلى الريبوسومات ، حيث يتم تصنيع جزيئات البروتين ، والتي تشارك فيها جزيئات الحمض النووي الريبي من النوع الثالث.

وبالتالي ، يمكن تمثيل النظام الحي الأكثر بدائية بواسطة جزيئات الحمض النووي الريبي التي تتضاعف وتتحول وتنتقي بشكل طبيعي. في سياق التطور القائم على الحمض النووي الريبي ، ظهرت جزيئات الحمض النووي المتخصصة - حماة المعلومات الوراثية - وجزيئات البروتين الأقل تخصصًا التي أخذت وظائف المحفزات لتوليف جميع الجزيئات البيولوجية المعروفة حاليًا.

في وقت ما ، وجد "نظام حي" من الحمض النووي ، الحمض النووي الريبي ، والبروتين ملجأ داخل كيس يتكون من غشاء دهني ، وهذه البنية ، التي كانت أكثر حماية من التأثيرات الخارجية ، كانت بمثابة نموذج أولي للخلايا الأولى. أما بالنسبة لتاريخ وتسلسل حدوث هذه الخلايا الأولية ، فلا يزال هذا لغزًا. بالإضافة إلى ذلك ، وفقًا لتقديرات احتمالية بسيطة ، لا يوجد وقت كافٍ للانتقال التطوري من الجزيئات العضوية إلى الكائنات الأولى - فقد ظهرت الكائنات الحية البسيطة الأولى فجأة.

لسنوات عديدة ، اعتقد العلماء أن الحياة بالكاد قد نشأت وتطورت في وقت تتعرض فيه الأرض باستمرار إلى تصادم مع المذنبات والنيازك الكبيرة ، وقد انتهت هذه الفترة منذ حوالي 3.8 مليار سنة. في الآونة الأخيرة ، تم اكتشاف آثار الهياكل الخلوية المعقدة ، التي لا يقل عمرها عن 3.86 مليار سنة ، في أقدم الصخور الرسوبية على الأرض الموجودة في الجزء الجنوبي الغربي من جرينلاند. هذا يعني أن الأشكال الأولى من الحياة قد نشأت قبل ملايين السنين من توقف قصف كوكبنا بواسطة أجسام كونية كبيرة. ولكن بعد ذلك سيناريو مختلف تماما هو ممكن. جاءت المادة العضوية إلى الأرض من الفضاء الخارجي إلى جانب النيازك وغيرها من الأشياء خارج كوكب الأرض التي قصفت الكوكب لمئات ملايين السنين من بدايته. في الوقت الحاضر ، يعد التصادم مع نيزك حدثًا نادرًا إلى حد ما ، ولكن حتى الآن ، لا تزال الصلات نفسها تمامًا كما في فجر الحياة تأتي إلى الأرض من الفضاء مع مادة الكواكب.

يمكن أن تلعب الأجسام الفضائية التي تسقط على الأرض دورًا رئيسيًا في أصل الحياة على كوكبنا ، لأنه وفقًا لبعض الباحثين ، يمكن أن تظهر خلايا مثل البكتيريا على كوكب آخر ثم تصل إلى الأرض مع الكويكبات. تم العثور على أحد الأدلة المؤيدة لنظرية أصل الحياة خارج كوكب الأرض داخل نيزك ، في شكل يشبه البطاطس ويسمى ALH84001. في البداية ، كان هذا النيزك جسيمًا من قشرة المريخ ، والذي تم إلقاؤه في الفضاء نتيجة انفجار عندما اصطدم كويكب ضخم بسطح المريخ ، الذي حدث قبل حوالي 16 مليون عام. وقبل 13 ألف عام ، بعد رحلة طويلة داخل النظام الشمسي ، هبطت هذه القطعة من صخرة المريخ في شكل نيزك في القطب الجنوبي ، حيث تم اكتشافها مؤخرًا. خلال دراسة مفصلة للنيزك ، تم العثور على هياكل على شكل قضبان داخلها ، تشبه البكتيريا المتحجرة في الشكل ، مما أدى إلى نقاش علمي ساخن حول إمكانية الحياة في أعماق قشرة المريخ.
^

تطور الحياة على الأرض

  في الوقت الحالي ، وربما في المستقبل ، لن يكون العلم قادرًا على الإجابة على سؤال حول شكل الكائن الأول الذي ظهر على الأرض - الجد الذي نشأت منه الفروع الرئيسية الثلاثة لشجرة الحياة. أحد الفروع هو حقيقيات النوى ، حيث تحتوي خلاياها على نواة مشكلة تحتوي على مادة وراثية ، وعضيات متخصصة: الميتوكوندريا التي تنتج الطاقة ، والفراغات ، إلخ. الطحالب والفطريات والنباتات والحيوانات والبشر كائنات حية حقيقية النواة.

الفرع الثاني هو البكتيريا - الكائنات أحادية الخلية بدائية النواة (النووية) التي ليس لديها نواة وعضيات واضحة. وأخيرًا ، فإن الفرع الثالث هو كائنات أحادية الخلية ، تسمى الأقواس ، أو الأركاب ، التي تتمتع خلاياها بنفس البنية الموجودة في بدائيات النوى ، ولكن مع بنية كيميائية مختلفة تمامًا من الدهون.

العديد من البكتيريا قادرة على البقاء في ظروف بيئية ضارة للغاية. بعضها من الياف حرارية ويعيش فقط في الينابيع الحارة بدرجة حرارة 90 درجة مئوية وأعلى ، حيث تموت الكائنات الحية الأخرى ببساطة. شعور رائع في مثل هذه الظروف ، هذه الكائنات أحادية الخلية تستهلك الحديد والمواد المحتوية على الكبريت ، وكذلك عدد من المركبات الكيميائية السامة لأشكال الحياة الأخرى. وفقًا للعلماء ، فإن الكائنات الأثرية الحرارية التي تم العثور عليها هي كائنات بدائية للغاية ، ومن الناحية التطورية ، هم أقرباء من أكثر أشكال الحياة القديمة على الأرض. ومن المثير للاهتمام أن الممثلين العصريين لجميع فروع الحياة الثلاثة ، الأكثر تشابهًا مع أسلافهم ، ويعيشون اليوم في أماكن ذات درجة حرارة عالية. بناءً على ذلك ، يميل بعض العلماء إلى الاعتقاد ، على الأرجح ، أن الحياة قد نشأت قبل حوالي 4 مليارات عام في قاع المحيط بالقرب من الينابيع الحارة التي تبث تيارات غنية بالمعادن والمواد عالية الطاقة. تتفاعل هذه المركبات مع بعضها البعض ومع مياه المحيط العقيمة آنذاك ، والتي تدخل في مجموعة واسعة من التفاعلات الكيميائية ، وقد أدت إلى جزيئات جديدة بشكل أساسي. لذلك ، على مدى عشرات الملايين من السنين في هذا "المطبخ الكيميائي" ، تم إعداد أكبر طبق - الحياة. وقبل حوالي 4.5 مليار سنة ، ظهرت كائنات أحادية الخلية على الأرض ، واستمر وجودها الوحيد طوال فترة ما قبل الكمبري.

وقع تطور التطور ، الذي أدى إلى ظهور كائنات متعددة الخلايا ، في وقت لاحق ، منذ ما يزيد قليلاً عن نصف مليار سنة. على الرغم من أن حجم الكائنات الحية الدقيقة صغير جدًا لدرجة أن المليارات يمكنها احتواء نقطة ماء واحدة ، إلا أن حجم عملها ضخم.

من المعتقد أنه في البداية لم يكن هناك أكسجين مجاني في الغلاف الجوي للأرض والمحيط العالمي ، وفي ظل هذه الظروف ، كانت الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية تعيش وتطورت. كانت هناك خطوة خاصة في تطور الكائنات الحية هي ظهور بكتيريا التمثيل الضوئي ، والتي ، باستخدام طاقة الضوء ، حولت ثاني أكسيد الكربون إلى مركبات كربوهيدراتية ، والتي تعمل كغذاء للكائنات الحية الدقيقة الأخرى. إذا كانت التركيبات الضوئية الأولى تنبعث الميثان أو كبريتيد الهيدروجين ، فإن المسوخات التي ظهرت ذات مرة بدأت تنتج الأكسجين أثناء عملية التمثيل الضوئي. مع تراكم الأكسجين في الغلاف الجوي والمياه ، احتلت البكتيريا اللاهوائية ، التي تعتبر ضارة لها ، مجالات خالية من الأكسجين.

في الحفريات القديمة الموجودة في أستراليا ، التي يبلغ عمرها 3.46 مليار عام ، تم اكتشاف بنى تعتبر بقايا البكتيريا الزرقاء - أول الكائنات الحية الدقيقة الضوئية. يتضح الهيمنة السابقة للكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية والبكتيريا الزرقاء بواسطة ستروماتوليت الموجودة في المياه الساحلية الضحلة من المسطحات المائية المالحة غير الملوثة. في الشكل ، تشبه الصخور الكبيرة وتمثل مجتمعًا مثيرًا للاهتمام من الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في صخور الحجر الجيري أو الدولوميت التي تشكلت نتيجة لوظائفها الحيوية. على عمق بضعة سنتيمترات من السطح ، تتشبع الستروماتوليت بالكائنات الحية الدقيقة: البكتيريا الزرقاء الضوئية التي تنتج الأكسجين تعيش في الطبقة العليا ؛ البكتيريا الموجودة الأعمق التي تتحمل إلى حد ما الأكسجين ولا تحتاج إلى ضوء ؛ في الطبقة السفلى توجد بكتيريا لا يمكنها العيش إلا في حالة عدم وجود الأكسجين. هذه الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في طبقات مختلفة ، تشكل نظامًا يجمع بين العلاقات المعقدة بينها ، بما في ذلك الطعام. وراء الفيلم الميكروبي ، يتم اكتشاف صخرة تتشكل نتيجة تفاعل بقايا الكائنات الحية الدقيقة الميتة مع كربونات الكالسيوم الذائبة في الماء. يعتقد العلماء أنه عندما لم تكن هناك قارات على الأرض البدائية ، وفقط أرخبيل البراكين البرج فوق سطح المحيط ، كانت المياه الضحلة تزخر بالستيروماتوليتات.

نتيجة لنشاط البكتيريا الزرقاء الضوئية ، ظهر الأكسجين في المحيط ، وبعد حوالي مليار سنة ، بدأ يتراكم في الغلاف الجوي. في البداية ، تفاعل الأكسجين المشكل مع الحديد المذاب في الماء ، مما أدى إلى ظهور أكاسيد الحديد ، والتي عجلت تدريجياً في القاع. لذلك على مدى ملايين السنين ، بمشاركة الكائنات الحية الدقيقة ، نشأت رواسب ضخمة من خام الحديد ، والتي يتم منها صهر الصلب اليوم.

ثم ، عندما خضع الجزء الأكبر من الحديد في المحيطات للأكسدة ولم يعد بإمكانه ربط الأكسجين ، دخل الجو في شكل غازي.

بعد أن خلقت عملية التمثيل الضوئي للبكتيريا الزرقاء مصدرًا معينًا من المواد العضوية الغنية بالطاقة من ثاني أكسيد الكربون وأثرت جو الأرض بالأكسجين ، ظهرت بكتيريا جديدة - إيروبس ، لا يمكن أن يوجد إلا في وجود الأكسجين. يحتاجون إلى أكسجين (حرق) المركبات العضوية ، ويتم تحويل جزء كبير من الطاقة التي تم الحصول عليها إلى شكل متوافر بيولوجيًا - أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). هذه العملية مفيدة للغاية من الناحية الحيوية: تحلل البكتيريا اللاهوائية جزيء الجلوكوز واحصل على جزيئين ATP فقط ، والبكتيريا الهوائية باستخدام جزيئات الأكسجين - 36 ATP.

مع ظهور كمية كافية من الأكسجين لنمط الحياة الهوائية ، ظهرت خلايا حقيقية النواة أيضًا ، على نقيض البكتيريا ، نواة وعضيات مثل الميتوكوندريا والليزوزومات والبلاستيدات الخضراء ، حيث تحدث تفاعلات التمثيل الضوئي ، في الطحالب والنباتات العليا.

أظهرت دراسات البقايا الأحفورية للكائنات الحية في الصخور ذات الأعمار الجيولوجية المختلفة أنه لمئات الملايين من السنين بعد ظهور أشكال الحياة حقيقية النواة تم تمثيلها بواسطة كائنات أحادية الخلية كروية مجهرية مثل الخميرة ، واستمر تطورها التطوري بوتيرة بطيئة للغاية. لكن منذ ما يزيد قليلاً عن مليار سنة ، ظهرت أنواع جديدة من حقيقيات النوى ، مما يدل على حدوث قفزة حادة في تطور الحياة.

بادئ ذي بدء ، كان هذا بسبب ظهور التكاثر الجنسي. وإذا تضاعفت البكتيريا وحقيقيات النوى أحادية الخلية ، مما أدى إلى إنتاج نسخ متطابقة وراثيا من أنفسهم وليس بحاجة إلى شريك جنسي ، فإن التكاثر الجنسي في كائنات حية حقيقية النواة أكثر تنظيماً يحدث على النحو التالي. اثنين من الصبغيات ، مع وجود مجموعة واحدة من كروموسومات الخلايا الجنسية للوالدين ، دمج ، تشكل zygote يحتوي على مجموعة مزدوجة من الكروموسومات مع جينات كلا الشريكين ، مما يخلق فرصا لمجموعات الجينات الجديدة. أدى ظهور التكاثر الجنسي إلى ظهور كائنات جديدة دخلت ساحة التطور.

تم تمثيل ثلاثة أرباع الوقت الكامل لوجود الحياة على الأرض بشكل حصري بواسطة الكائنات الحية الدقيقة ، حتى حدثت قفزة نوعية في التطور ، مما أدى إلى ظهور كائنات عالية التنظيم ، بما في ذلك البشر. سنتتبع المعالم الرئيسية في تاريخ الحياة على الأرض.

^ منذ أربعة مليارات سنة نشأت الحمض النووي الريبي في ظروف غامضة. من الممكن أن تكونت من جزيئات عضوية أبسط ظهرت على الأرض البدائية. ويعتقد أن جزيئات الحمض النووي الريبي القديمة كانت لها وظائف حاملة للمعلومات الوراثية ومحفزات البروتين ، فقد كانت قادرة على التكاثر (المضاعفة الذاتية) ، وتحورها وتعرضت للانتقاء الطبيعي. في الخلايا الحديثة ، لا تظهر الحمض النووي الريبي أو لا تظهر هذه الخصائص ، ولكنها تلعب دورًا مهمًا للغاية كوسيط في نقل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى الريبوسومات التي يحدث فيها تخليق البروتين.

^ 3.9 مليار سنة مضت   ظهرت كائنات وحيدة الخلية ، والتي ربما تشبه البكتيريا والبكتيريا الحديثة. تتميز كل من الخلايا القديمة والحديثة بدائيات النواة بأنها بسيطة نسبيًا: فهي لا تحتوي على نواة مزخرفة وعضيات متخصصة ، جزيئات الحمض النووي DNA - حاملات المعلومات الوراثية ، والريبوسومات التي يحدث فيها تخليق البروتين ، ويتم إنتاج الطاقة على الغشاء الخلوي المحيط بها. القفص.

^ قبل ملياري سنة   ظهرت خلايا حقيقية النواة معقدة عندما قامت الكائنات أحادية الخلية بتعقيد بنيتها بسبب امتصاص خلايا بدائية النواة أخرى. واحد منهم - البكتيريا الهوائية - تحولت إلى الميتوكوندريا - محطات الطاقة من التنفس الأكسجين. وبدأت أخرى - وهي بكتيريا التمثيل الضوئي - في إجراء عملية التمثيل الضوئي داخل الخلية المضيفة وأصبحت البلاستيدات الخضراء في خلايا الطحالب والنباتات. تتكون الخلايا حقيقية النواة التي تحتوي على هذه العضيات ونواة معزولة بوضوح ، بما في ذلك المادة الوراثية ، من جميع أشكال الحياة المعقدة الحديثة - من القوالب إلى البشر.

^ قبل 1.2 مليار سنة   حدث انفجار في التطور بسبب ظهور التكاثر الجنسي وتميز ظهور أشكال الحياة منظمة للغاية - النباتات.
^

الجدول الجيولوجي

عصر		الفترات و المدة (بملايين السنين)	عالم الحيوان والنبات
الاسم والمدة (بملايين السنين)	عمر (بملايين السنين)
سينوزويك (حياة جديدة) ، 67	67	الأنثروبوجين ، 1.5	ظهور وتطور الرجل. لقد افترض العالم الحيواني والنباتي مظهرًا عصريًا.
		نيوجين ، 23.5	هيمنة الثدييات والطيور
		بالوجين ، 42	ظهور الليمور الذيل ، tarsiers ، في وقت لاحق - parapithecus ، driepithecus. الإزهار السريع للحشرات. يستمر انقراض الزواحف الكبيرة. تختفي مجموعات كثيرة من رأسيات الأرجل. هيمنة كاسيات البذور.
الدهر الوسيط (الحياة الوسطى) ، 163	230	ميلوفا ، 70	ظهور أعلى الثدييات والطيور الحقيقية ، على الرغم من الطيور المسننة لا تزال شائعة. الأسماك العظمية تسود. الحد من السراخس وعاريات البذور. ظهور وانتشار كاسيات البذور
		الجوراسي ، 58	هيمنة الثدييات. ظهور الأركيوبتركس. ازدهار رأسيات الأرجل. هيمنة عاريات البذور.
		الترياسي ، 35	بداية ذروة الزواحف. ظهور الثدييات الأولى ، الأسماك العظمية الحقيقية.
العصر الحجري القديم (الحياة القديمة) ، 340	ربما 570	بيرم ، 55	التطور السريع للزواحف. ظهور الزواحف الزواحف. انقراض ثلاثية الطبقات. اختفاء غابات الفحم. النباتات الغنية من عاريات البذور.
		الفحم ، 75-65	ذروة البرمائيات. ظهور الزواحف الأولى. ظهور أشكال الطيران من الحشرات والعناكب والعقارب. انخفاض ملحوظ في ثلاثية الطبقات. ازدهار السرخس. ظهور سرخس البذور.
		ديفونيان ، 60	ذروة الذبيحة. ظهور الفرشاة. ظهور stegocephals. التوزيع على أراضي الجراثيم الأعلى.
		سيلوريان ، 30	التطور الرائع للشعاب المرجانية ، ثلاثية الطبقات. ظهور الفقاريات الفكية - القرمزي. خروج النباتات إلى الأرض - psilophytes. الطحالب واسعة الانتشار.
		اوردوفيكي ، 60 كامبريان ، 70	اللافقاريات البحرية تزدهر. على نطاق واسع trilobite ، الطحالب.
Proterozoic (حياة مبكرة) ، أكثر من 2000	2700		البقايا العضوية نادرة ونادرة ، ولكنها تنطبق على جميع أنواع اللافقاريات. ظهور الحبال الأولية هو نوع فرعي من الأحجار الكريمة.
Archean (الأقدم في تاريخ الأرض) ، حوالي 1000	ربما\u003e 3500		آثار الحياة تكاد لا تذكر

1 التولد التلقائى  - تكوين مركبات عضوية شائعة في الطبيعة الحية ، خارج الجسم دون مشاركة الإنزيمات ؛ ظهور الأحياء من غير الأحياء.

2 نشوء حيوي- تكوين المركبات العضوية بواسطة الكائنات الحية ؛ تعميم تجريبي ينص على أن جميع الكائنات الحية تأتي من الكائنات الحية.

مقدمة .................................................................. 3

1. ظهور الكائنات الحية ...................................................... 4

2. مراحل تطور الحياة ودورها في تطور الأرض .............................. 7

3. Vernadsky عن دور المادة الحية في تطور قذيفة الأرض و

المحيط الحيوي ..............................................................................

الخلاصة .......................................................................... 14

قائمة الأدبيات المستخدمة ........................................................... 16

مقدمة

نشأ عالم حي على كوكب الأرض بعد وقت قصير من تكوينه - حوالي 3.5 مليار سنة - نتيجة للتنظيم الذاتي من النظم الكيميائية غير الحية. منذ ذلك الوقت ، تمر الكائنات الحية في السكان والمجتمعات والأحياء الحيوية بتطور تاريخي لا رجعة فيه - التكاثر النسيجي. يحدث التطور البيولوجي بشكل متوازٍ ومترابط مع إعادة الهيكلة الجيولوجية للأرض.

يشمل التنوع البيولوجي المُشكل مجموعات شابة تطورية ، وكذلك مجموعات قديمة خلقت أنواعًا تمكنت من كسب النضال من أجل الوجود مع كائنات جديدة أكثر تعقيدًا وتحتل مجالات بيئية حرة. لذلك ، على الأرض الحديثة ، مجموعة متنوعة من الكائنات الحية ، من البكتيريا والفيروسات إلى النباتات والحيوانات العليا ، تتعايش بأمان وتتفاعل في الاحياء الحيوية المعقدة.

عمل المادة الحية في المحيط الحيوي متنوع للغاية. تحتضن المادة الحية وتعيد تنظيم جميع العمليات الكيميائية للغلاف الحيوي. المادة الحية هي أقوى قوة جيولوجية تنمو بمرور الوقت. يتم ترحيل العناصر الكيميائية على سطح الأرض وفي المحيط الحيوي ككل إما بمشاركة مباشرة من المادة الحية (الهجرة الحيوية) أو يحدث في بيئة تكون خصائصها الجيوكيميائية (O 2 ، CO 2 ، H 2 S ، إلخ) ناتجة بشكل رئيسي عن المادة الحية ، سواء تلك التي تعيش حاليا في النظام المعطى ، وتلك التي عملت على الأرض عبر التاريخ الجيولوجي.

الغرض من هذا العمل هو الكشف عن دور الكائنات الحية في تطور الأرض.

مهام العمل:

• صف مظهر الكائنات الحية ؛
• النظر في مراحل تطور الحياة ودورها في تطور الأرض ؛
• لتحليل أعمال فيرنادسكي "حول دور المادة الحية في تطور قشرة الأرض".

1. ظهور الكائنات الحية

منذ العصور القديمة وحتى العصور الوسطى ، اعتقد العديد من الفلاسفة والعلماء أن الكائنات الحية يمكن أن تنشأ من المادة غير الحية. لكن هذا الفكر المهم بشكل أساسي لم يتلق أي دليل.

وضع عالِم الأحياء المجهرية الفرنسي الشهير لويس باستور حداً للجدل الدائر حول الجيل العفوي للحياة ، مما يثبت أنه حتى الميكروبات - أصغر الخلايا الحية الحرة - لا يمكن أن تنشأ من وسط المغذيات المغلي الميت. لقد توصل إلى القارورة الشهيرة بعنق طويل على شكل حرف S ، ولكن بعد غليان المرق ، على الرغم من حقيقة أن الرقبة ظلت مفتوحة ومتاحة لـ "قوة الحياة" ، لم تبدأ الميكروبات.

انتصر القانون: كل الكائنات الحية هي من الكائنات الحية. ولكن هل هذا يعني أن الحياة لا يمكن أن تنشأ على الأرض من ركيزة غير حية في عصور ما قبل التاريخ ، عندما لم تكن هناك كائنات حية ، وربما كان تكوين سطح الأرض مختلفًا عما كان عليه الحال في العصر الحديث.

هناك فرضية مثيرة للاهتمام عن الخلود للحياة ، والتي في مفاهيم الفيزيائي السويدي الكيميائي في أواخر القرن 19th Arrhenius يعرف باسم نظرية panspermia. وفقًا لهذه الفرضية ، تكون الحياة موجودة دائمًا في الفضاء على شكل أصغر جراثيم الكائنات الحية الدقيقة التي تنتقل بين الكواكب والمجرات المكونة من المذنبات والنيازك والأجسام الكونية الأخرى التي تعبر مسافات كبيرة.

هناك أيضًا نظرية للبسبرميا الموجَّه ، والتي تنص على أن الحياة في شكل كائنات بسيطة قد جلبت إلى الأرض من قبل الأجانب ، والتي تنتظرنا من حيث التنمية بمليارات السنين.

في علم الأحياء الحديث ، هناك طريقتان لشرح هذه الآليات ، وبناءً على ذلك ، يوجد نموذجان للأصل الحيوي المنشأ: نماذج مصفوفة المرق والقشرة الصلبة.

يفترض نموذج bouac-coacervate أن المواد العضوية المعقدة قد نشأت في المحاليل (في "المرق") ، والتي تشكلت منها coacervates - السلف المباشر للبروتوسيل. بالفعل في عام 1802 ، أعربت لامارك عن فكرة التنوّع التلقائي للعيش تحت تأثير "السوائل" - الحرارة والكهرباء. في وقت لاحق ، عبر تشارلز داروين في إحدى رسائله الخاصة عن فكرة التوليد التلقائي للحياة على الأرض في نوع من "البركة الدافئة الصغيرة". لقد افترض أن الحياة نشأت من جزيئات المواد الكيميائية التي تتفاعل تحت تأثير الضوء والحرارة والكهرباء لإنتاج مركبات معقدة. في الوقت نفسه ، لاحظ داروين أن هذا لم يكن ممكنًا إلا في عصر الأرض البدائية ، حيث أنه في الظروف الحديثة سيصبح أي كائن جديد ضحية للمنافسة أو الافتراس من جانب الكائنات الموجودة.

في عشرينيات القرن العشرين ، تم تطوير فرضية ظهور الحياة على أساس التطور الكيميائي بالتفصيل من قبل الأكاديمي الروسي أ. أو. أوبارين ، وبشكل مستقل عنه ، جيه. هولدن الأمريكي ، وتلقى لاحقًا بعض التأكيد التجريبي. في التفسير الحديث ، وفقًا لهذه الفرضية ، نشأت الحياة من مواد غير عضوية في عدة مراحل ، وتحول التطور الكيميائي إلى تطور بيولوجي.

يتم تحديد عمر الأرض في 5-7 مليارات سنة. في هذه الفترة المبكرة ، كان كوكبنا سحابة غبار ساخن الغاز. منذ حوالي 4 مليارات سنة ، تشكلت القشرة. منذ حوالي 3.6 مليار سنة ، نشأت الحياة بالفعل. وفقًا للبيانات الجيولوجية ، كانت الكائنات الحية الأولى - البكتيريا والطحالب الخضراء المزروعة - تقطن مياه المحيطات: البحار ، البحيرات ، الحمامات ، الحرارة المائية (نقاط خروج الغاز الساخن). ولكن ظهور الكائنات الحية الدقيقة سبقه تطور كيميائي طويل ، وخلاله ، في المرحلة الأولى ، تم توليف البوليمرات الحيوية العضوية من مواد غير عضوية.

وفقا لأوبارين ، منذ 4 مليارات سنة ، كان جو الأرض يتكون من الأمونيا (NH 3) ، والميثان (CH 4) ، وثاني أكسيد الكربون (CO 2) وبخار الماء (H 2 O). وفقًا للبيانات الحالية ، قد تكون الأمونيا والميثان غائبة ، لكن لم يتم استبعاد وجود الهيدروجين (H 2) والكلور (Cl 2) والنيتروجين (N 2) وكبريتيد الهيدروجين (H 2 S). هربت الغازات من مركز تبريد "سحابة" الأرض. لم يصل الأكسجين إلى الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى أكسدة المواد المختلفة على طول الطريق. عندما انخفضت درجة حرارة السطح إلى أقل من 100 درجة ، بدأت فترة من الأمطار الساخنة ، وشكلت محيطات العالم والعديد من البحار والخزانات الضحلة.

في عام 1953 ، تمكن طالب الدراسات العليا الأمريكي الشاب س. ميلر من التكاثر في التوليف الاصطناعي المنشأ للقارورة من المواد العضوية. من الميثان والأمونيا والهيدروجين والماء عند درجة حرارة 80 درجة مئوية ، عند ارتفاع الضغط وعندما يتم نقل تفريغ كهربائي قدره 60 ألف فولت ، حصل على الأحماض الدهنية واليوريا وحمض الخليك ، والأهم من ذلك ، سلائف البروتين المباشر - الأحماض الأمينية. في وقت لاحق ، قام الأمريكي S. Fox ، عند تسخين خليط من الأحماض الأمينية ، بتوليف البروتين نفسه - في شكل بولي ببتيد بسيط. كما تم الحصول على النيوكليوتيدات ، وهي سلائف الحمض النووي والحمض النووي الريبي.

وهكذا ، قدمت نظرية أوبارين هولدن موكبًا منتصرًا في مختبرات الكيميائيين الحيويين في منتصف القرن العشرين. ومع ذلك ، ظهرت نسخة بديلة يمكن جلب المادة العضوية إلى الأرض كجزء من المذنبات والنيازك. ولكن كن الأمر كذلك ، من المادة العضوية إلى الخلية الأبسط - مسافة كبيرة. كما يتخيل أوبارين ، في المرحلة الثانية من التطور الكيميائي ، كانت المواد العضوية مركزة في قطرات كثيفة - coacervates.

ينبع نموذج المصفوفة الصلبة لأصل الحياة من حقيقة أن المواد العضوية لم تتشكل في محلول ، ولكن على مراحل صلبة من المعادن. يمكن أن يعمل السطح المعدني كعامل حفاز ، أي تسريع تفاعل التوليف بشكل كبير ، وفي نفس الوقت كعينة (مصفوفة) للتركيب الكيميائي الذي تم تصنيعه عليه.

العلم الحديث لديه بالفعل ما يكفي من المعرفة لتأكيد: نشأت الحياة على الأرض البدائية بطريقة طبيعية تماما كعملية للتنظيم الذاتي ، على أساس تحويل ركائز غير عضوية إلى مجمعات الجزيئات العضوية ، وكذلك إلى الخلايا الأولية. بالنسبة للآليات المحددة لتشكيل المجمعات العضوية ، كما تظهر المادة الأخيرة ، من الواضح أن المستقبل هو لنماذج المصفوفة الصلبة ، والتي من بينها نموذج مصفوفة الأباتيت هو الأكثر إنتاجية.

2. مراحل تطور الحياة ودورها في تطور الأرض

كما هو مذكور أعلاه ، تعود آثار الحياة الأولى على الأرض إلى حوالي 3.6 مليار أو 3600 مليون سنة. وهكذا ، نشأت الحياة بعد وقت قصير من تكوين قشرة الأرض. تتم دراسة تاريخ تطور الحياة وفقًا للجيولوجيا وعلم الحفريات ، حيث يتم الحفاظ على العديد من الحفريات التي تنتجها الكائنات الحية في بنية سطح الأرض. هذه هي ما يسمى الصخور الرسوبية التي تحتوي على طبقات ضخمة من الطباشير والأحجار الرملية وغيرها من الصخور ، والتي تمثل الرواسب السفلية لقذائف فورمينيفيرا أحادية الخلية والشعاب المرجانية والرخويات وهياكل عظمية من السيليكون وبقايا صلبة أخرى للكائنات الحية.

كانت التغييرات في أشكال الحياة على الأرض تتماشى مع إعادة الهيكلة الجيولوجية لهيكل وتضاريس قشرة الأرض ، والتكوين الجوي ، وحدود المحيطات والعمليات الجيولوجية الأخرى. تحدد هذه التغييرات إلى حد كبير اتجاه وديناميات التطور البيولوجي. وفقًا لأهم أحداث التطور الجيولوجي في تاريخ الأرض ، يتم تمييز الفواصل الزمنية الكبيرة - العصور ، الفترات داخلها ، الفترات داخل العصور ، إلخ. سنتعقب أيضًا أهم الأحداث التي تغير المحيط الحيوي الكوكبي لكوكبنا خطوة بخطوة

بعد ذلك ، ستجعل فترة تطور الحياة على الأرض بأكملها عامًا مشروطًا واحدًا من تقويمنا - بدءًا من 1 يناير (3600 مليون عام) ، عندما تشكلت أول الخلايا الأولية ، حتى 31 ديسمبر (0 سنة) ، عندما نعيش. كما ترون ، يتم عادةً العد التنازلي للوقت الجيولوجي بالترتيب العكسي.

عصر Archean (عصر الحياة القديمة) - من 3600 مليون سنة إلى 2600 مليون سنة ، وطول مليار سنة - حوالي ربع تاريخ الحياة بالكامل (في تقويمنا الشرطي هو يناير وفبراير ومارس وعدة أيام من أبريل). في عصر الأركان ، ظهرت خلايا مؤيدة للنواة وخلايا حقيقية النواة مع أنواع مختلفة من التغذية وإمدادات الطاقة وتم تحديد الانتقال إلى كائنات متعددة الخلايا.

عصر البروتيروزويك (عصر الحياة المبكرة) - من 2600 إلى 570 مليون سنة - أطول عصر ، يغطي حوالي ملياري سنة ، أي أكثر من نصف تاريخ الحياة بالكامل (في التقويم الشرطي ، هذه هي الفترة من أبريل إلى أوائل نوفمبر). تميزت نهاية البروتيروزويك أيضًا بحدث جيولوجي مهم للغاية ، مما أثر بشكل كبير على مزيد من التطور البيولوجي. خلال عصر البروتيروزويك ، تم استبدال هيمنة بدائيات النوى بهيمنة حقيقيات النواة ، وكان هناك انتقال جذري من أحادي الخلية إلى متعدد الخلايا ، وتم تشكيل جميع الأنواع الأساسية للمملكة الحيوانية.

عصر الباليوزويك (عصر الحياة القديمة) - من 570 إلى 230 مليون سنة - بطول إجمالي يبلغ 340 مليون سنة. أدت الفترة التالية من البناء الجبلي المكثف ، الذي يفصل بين البروتيروزويك والباليوزويك ، إلى حدوث تغيير في التخفيف من سطح الأرض. في منتصف المحيط السابق ، وقفت القارات ، كانت المناطق البرية السابقة تحت الماء. في ظل هذه الظروف ، تم تحديد مصير معظم مجموعات الكائنات بشكل جذري. انقرضت بعض المجموعات ، لكن البعض الآخر قام بتكييف وتطوير موائل جديدة بعد التغيرات في سطح الأرض والمناخ. تجدر الإشارة إلى أن معظم مجموعات الكائنات التي نشأت في العصور السابقة تواصل التعايش مع المجموعات الناشئة الناشئة حديثًا ، على الرغم من أن العديد منها يقلل حجمها. لقد انفصلت الطبيعة عن أولئك الذين لا يستوفون الشروط المتغيرة ، ولكنهم يحتفظون بالخيارات الأكثر نجاحًا ، قم بتحديد وتطوير الأكثر ملائمة منهم ، بالإضافة إلى إنشاء نماذج جديدة.

النتيجة الكلية للعصر الباليوزوي هي تسوية الأرض بالنباتات والفطر والحيوانات. في الوقت نفسه ، فإن هؤلاء وغيرهم ، والثالث أثناء تطورهم ، يصبحون معقدًا من الناحية التشريحية ، واكتساب أجهزة هيكلية ووظيفية جديدة من أجل التكاثر ، والتنفس ، والتغذية ، والمساهمة في تطوير موئل جديد. التطور يتبع مسار التقدم في التشكل. تنتهي الحفريات القديمة في 7 ديسمبر في التقويم. الطبيعة في عجلة من أمرها ، وتيرة التطور في مجموعات عالية ، وتوقيت التحولات يتقلص ، ولكن الزواحف الأولى لا تظهر إلا على المسرح ، ووقت الطيور والثدييات لا يزال بعيدًا.

عصر الدهر الوسيط (عصر الحياة الوسطى) - من 230 إلى 67 مليون سنة - بطول إجمالي يبلغ 163 مليون سنة. صعود الأراضي ، التي بدأت في الفترة السابقة ، لا يزال مستمرا. هناك بر الرئيسى واحد. مساحتها الإجمالية كبيرة للغاية - أكبر بكثير مما هي عليه في الوقت الحاضر. وتغطي القارة مع الجبال ، ويتم تشكيل جبال الأورال ، والتاي وغيرها من سلاسل الجبال. المناخ أصبح أكثر جفافا. عصر الحقبة المتوسطة يسمى بحق عصر الزواحف. على مدى 160 مليون عام ، نجوا من ذروة حياتهم ، وهو أوسع تباعد في جميع الموائل وأصبح منقرضًا في المعركة ضد العناصر التي لا مفر منها. على خلفية هذه الأحداث ، اكتسبت الكائنات ذات الدم الحار - الثدييات والطيور - مزايا هائلة ، بعد أن انتقلت إلى تطوير المجالات الإيكولوجية المحررة. لكنها كانت بالفعل حقبة جديدة. قبل "السنة الجديدة" كان 7 أيام.

عصر حقب الحياة الحديثة (عصر حياة جديدة) - من 67 مليون سنة إلى الوقت الحاضر. هذا هو عصر النباتات المزهرة والحشرات والطيور والثدييات. في هذا العصر ، ظهر الإنسان أيضًا.

وهكذا ، فإن كل إعادة تعمير واسعة النطاق لاحقة لسطح الأرض تستتبع التحولات التطورية الحتمية في العالم الحي. كل تبريد جديد أدى إلى انقراض غير لائق. حدد الانجراف القاري الفرق في معدلات واتجاهات التطور في العزلات.

من ناحية أخرى ، أثر التطور والتكاثر التدريجي للمجموعات النباتية والحيوانية على التطور الجيولوجي ذاته.

3. فردنسكي حول دور المادة الحية في تطور قشرة الأرض والمحيط الحيوي

لقد واجه فيرناديسكي مشاكل دراسة دور المادة الحية في تطور قشرة الأرض والمحيط الحيوي من خلال دراسات في الجيوكيمياء ودراسة تطور قشرة الأرض. كان أول من يفهم أن وجه الأرض بالكامل ، ومناظرها الطبيعية ، وكيمياء المحيط ، وهيكل الغلاف الجوي - كل هذا نتاج للحياة. نتيجة لذلك ، نشأ انضباط علمي جديد - الكيمياء الحيوية.

كان ينبغي أن تكون أساس هذه الصورة لتطور الأرض كجسم فلكي بعض الفرضيات الأولية ، والتي تحدد حقيقة تكوين الحياة على كوكبنا. لم يتعامل فيرنادسكي على وجه التحديد مع مشكلة أصل الحياة ، فحصر نفسه في ذكر حقيقة تجريبية: نشأت الحياة على الأرض. بالنسبة إلى كل الكائنات الحية الموجودة (بما في ذلك الكائنات المجهرية) ، قدم مصطلح المادة الحية ، واكتشف تركيبته الكيميائية الكاملة ، وذهب إلى دراسة جميع العمليات الكيميائية وعمليات الطاقة التي تحدث في قشرة الأرض التي توجد فيها المادة الحية ، أي في المحيط الحيوي.

الغلاف الحيوي هو قشرة الأرض ، التي يتم تحديد تكوينها وهيكلها وطاقتها من خلال النشاط المشترك للكائنات الحية. صاغ مصطلح المحيط الحيوي من قبل E. Suess (1875) ، الذي فهمه كفيلم رقيق للحياة على سطح الأرض ، والذي يعرف إلى حد كبير "وجه الأرض". يعود الفضل في خلق عقيدة شاملة للغلاف الحيوي إلى فيرنادسكي.

يغطي المحيط الحيوي جزءًا من الغلاف الجوي حتى ارتفاع شاشة الأوزون (20-25 كم) ، وجزءًا من الغلاف الصخري ، وخاصة قشرة التجوية ، والغلاف المائي بأكمله. يقع الحد الأدنى في المتوسط \u200b\u200bعلى بعد 2-3 كم تحت سطح الأرض و 1-2 كم تحت قاع المحيط. نظرت فيرنادسكي إلى المحيط الحيوي كمنطقة للحياة ، بما في ذلك ، إلى جانب الكائنات الحية ، موائلها. وحدد سبعة أنواع مختلفة ، ولكن مترابطة جيولوجيا من المواد: المادة الحية ، المغذيات (المعادن القابلة للاحتراق ، الحجر الجيري ، وما إلى ذلك ، أي مادة تم إنشاؤها ومعالجتها بواسطة الكائنات الحية) ، مادة خاملة (تشكلت في عمليات لا الكائنات الحية فيها المعنية) ، المادة الحيوية (التي تنشأ في وقت واحد من الكائنات الحية وفي عملية الطبيعة غير العضوية ، مثل التربة) ، المادة المشعة ، الذرات المتناثرة والمواد ذات الأصل الكوني (النيازك ، الغبار الكوني).

الصلة المركزية في مفهوم فيرناديسك للغلاف الحيوي هي فكرة المادة الحية. "الكائنات الحية هي وظيفة في المحيط الحيوي وترتبط ارتباطًا وثيقًا ماديًا وحيويًا بها ، فهي قوة جيولوجية ضخمة تحددها. لكي نكون مقتنعين بهذا ، يجب أن نعبر عن الكائنات الحية كشيء كامل وموحد. وهكذا ، فإن الكائنات الحية الممثلة تمثل المادة الحية ، أي مجمل جميع الكائنات الحية الموجودة حاليًا ، معبر عنها عدديًا في التركيب الكيميائي الأولي ، في الوزن ، في الطاقة. كتب V.I. يرتبط بالبيئة بالتيار الحيوي للذرات: التنفس ، التغذية والتكاثر. فيرندسكي في كتابه "التركيب الكيميائي للغلاف الحيوي للأرض وبيئتها".

يتم توزيع المادة الحية بشكل غير متساو في المحيط الحيوي. يحدث الحد الأقصى في المناطق القريبة من سطح الأرض والغلاف المائي ، حيث تعيش النباتات الخضراء والكائنات غير المتجانسة على حسابها (الكائنات الحية التي تستخدم المواد العضوية الخارجية) كمصدر للكربون. يحدث أكثر من 90٪ من جميع الكائنات الحية في المحيط الحيوي ، والتي تتكون أساسًا من الكربون والأكسجين والنيتروجين والهيدروجين ، في النباتات البرية (97-98٪ من الكتلة الحيوية للأرض).

تقدر الكتلة الكلية للمادة الحية في المحيط الحيوي بـ 1.8-2.5 · 10 18 جم (من حيث المادة الجافة) ولا تشكل سوى جزء صغير من كتلة المحيط الحيوي (3 · 10 24 جم). ومع ذلك ، فإن فيرنادسكي ، بالاعتماد على العديد من البيانات ، اعتبر المادة الحية أقوى العوامل الجيوكيميائية والطاقة ، وهي القوة الرائدة في تطور الكواكب.

المصدر الرئيسي للنشاط الكيميائي الحيوي للكائنات الحية هو الطاقة الشمسية ، والتي تستخدم في عملية التمثيل الضوئي من قبل النباتات الخضراء وبعض الكائنات الحية الدقيقة لخلق المواد العضوية التي توفر الغذاء والطاقة لجميع الكائنات الأخرى. بفضل نشاط الكائنات الضوئية ، منذ حوالي ملياري سنة ، بدأ تراكم الأكسجين الحر في الجو ، ثم تشكلت طبقة الأوزون ، التي تحمي من الإشعاع الكوني الصلب. تدعم عملية التمثيل الضوئي وتنفس النباتات الخضراء تركيب الغاز الحديث في الغلاف الجوي. يعتبر ظهور الأكسجين في الغلاف الجوي الرئيسي الخالي من الأكسجين للأرض أهم مرحلة في تطور المحيط الحيوي.

إن الحياة على الأرض في الفترة المرئية من الناحية الجيولوجية كانت موجودة دائمًا في شكل مجمعات منظمة معقدًا لمختلف الكائنات الحية (الأحياء الحيوية). في الوقت نفسه ، ترتبط الكائنات الحية وبيئتها ارتباطًا وثيقًا ، وتتفاعل مع بعضها البعض ، وتشكل أنظمة متكاملة - الجينات الحيوية الحيوية. توفر التغذية والتنفس والتكاثر للكائنات الحية وعمليات تكوين وتراكم وتحلل المواد العضوية المرتبطة بها دورة مستمرة من المادة والطاقة. ترتبط هجرة ذرات العناصر الكيميائية - دوراتها البيوجيوكيميائية ، والتي تمر خلالها ذرات معظم العناصر الكيميائية بأوقات لا تحصى خلال المادة الحية - بهذه الدورة.

أثناء تطور الحياة ، تم استبدال مجموعات متعددة من الكائنات الحية مرارًا وتكرارًا بمجموعات أخرى ، ولكن في الوقت نفسه ، كانت هناك دائمًا نسبة ثابتة إلى حد ما من الأشكال التي تؤدي وظائف جيوكيميائية معينة.

إن النشاط المشترك للمادة الحية على الأرض يدعم باستمرار البيئة غير العضوية الضرورية لوجود الحياة ، أي التوازن النسبي (قدرة النظم البيولوجية على تحمل التغيرات والحفاظ على ثبات التكوين والخصائص) في المحيط الحيوي ، وهو أحد الخصائص المميزة التي اعتبرها V.I. Vernadsky التنظيم. لذلك ، يمكن تعريف المحيط الحيوي أيضًا بأنه نظام ديناميكي معقد يلتقط الطاقة ويتراكم وينقلها من خلال التمثيل الغذائي بين المادة الحية والبيئة.

وهكذا ، يتم التعبير عن تاريخ المادة الحية على مدار الوقت في تغيير بطيء في أشكال الحياة ، وأشكال الكائنات الحية ، المرتبطة باستمرار وراثيا ، من جيل إلى آخر ، دون انقطاع. لعدة قرون ، تم التعبير عن هذه الفكرة كتخمين. في عام 1859 ، تلقى أخيرًا تبريرًا قويًا في المذهب العظيم لـ C. Darwin (1809-1882) حول تطور الأنواع (النباتات والحيوانات ، بما في ذلك البشر).

واحدة من الروابط المركزية في مفهوم المحيط الحيوي هي عقيدة المادة الحية. في عملية تطور الأنواع ، زادت الهجرة من الذرات ذات المنشأ الحيوي ، أي طاقة المادة الحية في المحيط الحيوي ، عدة مرات وتستمر في النمو ، للعناصر. تتميز المادة الحية أيضًا بارتفاع معدل التفاعلات الكيميائية مقارنة بالمادة غير الحية ، حيث تكون العمليات المماثلة أبطأ بآلاف وملايين المرات.

من خصائص المادة الحية أن مركباتها الكيميائية ، وأهمها البروتينات ، مستقرة فقط في الكائنات الحية. بعد الانتهاء من عملية الحياة ، تتحلل المادة العضوية الحية الأصلية إلى المكونات الكيميائية. توجد المادة الحية على هذا الكوكب في شكل تناوب مستمر بين الأجيال ، ويرتبط بسببه المكوّن حديثًا وراثياً بالمادة الحية في العصور الماضية. هذه هي الوحدة الهيكلية الرئيسية للغلاف الحيوي ، والتي تحدد جميع العمليات الأخرى لسطح قشرة الأرض. تتميز المادة الحية بوجود عملية تطورية. يتم تشفير المعلومات الجينية لأي كائن حي في كل من خلاياها.

تشكل المحيط الحيوي الحديث نتيجة لتطور طويل تحت تأثير مزيج من العوامل الكونية والجيوفيزيائية والجيوكيميائية. كان المصدر الأولي لجميع العمليات التي تجري على الأرض هو الشمس ، ولكن التمثيل الضوئي لعب دورًا رئيسيًا في تكوين المحيط الحيوي وتطوره. يرتبط الأساس البيولوجي لنشوء المحيط الحيوي بظهور الكائنات الحية التي يمكنها استخدام مصدر خارجي للطاقة ، في هذه الحالة طاقة الشمس ، لتكوين مواد عضوية من أبسط المركبات اللازمة للحياة.

اليوم ، نظام وجهات النظر حول المحيط الحيوي الذي أنشأه V. I. Vernadsky ، والذي يشير إلى J. B. وأشار لامارك إلى أنه "قدم لنا فكرة عن دور المحيط الحيوي في تاريخ كوكبنا".

لأول مرة ، أعرب V. I. Vernadsky عن فكرة الوظائف الجيولوجية لـ "المادة الحية" ، ممثلة في مجمل العالم العضوي بأسره في شكل "كل واحد لا ينفصلان". في عام 1919 ، قدم V.I. Vernadsky أحد تعريفاته الأولى للمادة الحية: "باسم المادة الحية ، أعني مجموع الكائنات الحية والنباتات والحيوانات ، بما في ذلك البشر". بعد ذلك ، أوضح هذا التعريف. تتعلق التحسينات بأحكام حول تحويل (تحويل) أشكال مختلفة من الطاقة ، ودورها في عمل "المادة الحية" ودور "المادة الحية" في تاريخ العناصر الكيميائية على الأرض. وفقًا لفيرنادسكي ، فإن المادة الحية هي تلك الصلة التي تجمع بين تاريخ العناصر الكيميائية وتطور الكائنات الحية والبشر ، وكذلك تطور المحيط الحيوي بأكمله.

قائمة الأدبيات المستخدمة

1. فونسوفسكي إس في صورة العلم الحديث للعالم. - م: نورما ، 2008. - 686 صفحة.
2. جوريلوف إيه. مفهوم العلم الحديث. - م: الوحدة ، 2007 - 632.
3. جيه Fakeberg. ما العالم مصنوع من. -م .: مير ، 1989.299 ق.
4. كاربينكوف مفاهيم العلوم الحديثة. كتاب مدرسي للمدارس الثانوية. -M:: KnoRus ، 2007. -412s.
5. مفاهيم العلوم الحديثة. - م: المدرسة الثانوية ، 2004. -455.
6. Kolchinsky E.I تطور المحيط الحيوي. - م: المعرفة ، 2001. - 259أ.
7. روزافين جي. مفهوم العلم الحديث. - م: نورما ، 2007 - 395.
8. Sadokhin A.P. مفاهيم العلوم الحديثة: دليل. -Omega-L ، 2008. -632s.

سوخانوف مفاهيم العلوم الحديثة. كتاب مدرسي للمدارس الثانوية. -م .: دروفا ، 2007 -642s.

الكائنات الحية ظهرت على الأرض خلال أول مليار سنة من وجودها

تشير الحفريات القديمة إلى أن الحياة على الأرض كانت موجودة لمعظم تاريخ كوكبنا. في غرب أستراليا ، اكتشف علماء الحفريات تشكيلات معدنية خاصة تسمى stromatolites ، والتي تشكلت على ما يبدو نتيجة لنشاط البكتيريا قبل 3.4 مليار سنة على الأقل ، وبقايا البكتيريا الأحفورية ، التي يبلغ عمرها حوالي 3.5 مليار سنة تشير الدلائل الأخرى إلى أن الحياة يمكن أن تنشأ قبل ذلك بكثير ، خلال مئات الملايين من السنين الأولى بعد تبريد سطح الأرض وتصلبه.

مسألة كيف ولدت الحياة هي واحدة من أكثر المشاكل العلمية إثارة للاهتمام والتعقيد. ليس لدينا حتى الآن أي دليل أحفوري على وجود الحياة قبل 3.9 مليار سنة ، حيث لم يتم اكتشاف رواسب رسوبية قديمة. من الصعب للغاية إعادة تهيئة الظروف التي نشأت في ظلها أقدم الكائنات الحية ، لأن معرفتنا بالظروف الكيميائية والفيزيائية على الأرض في العصور القديمة بعيدة عن الاكتمال. على الرغم من ذلك ، طرح الباحثون عددًا من الفرضيات حول كيفية ظهور الكائنات ذاتية التكاثر والبدء في التطور. على الرغم من عدم وجود فرضية واحدة مقبولة بشكل عام ، فقد نجح العلم في إلقاء بعض الضوء على هذه القضايا الأساسية.

أظهرت المئات من التجارب المعملية التي أجريت منذ الخمسينيات من القرن العشرين أن أبسط المركبات الكيميائية المتاحة على الأرض ، بما في ذلك الماء والغازات البركانية ، يمكن أن تشكل العديد من الجزيئات التي تشكل اللبنات الأساسية للخلايا الحية ، بما في ذلك الجزيئات المواد التي تشكل البروتينات والحمض النووي وأغشية الخلايا. تحتوي النيازك القادمة من الفضاء أيضًا على بعض هذه اللبنات الأساسية ، وقد وجد علماء الفلك الذين يستخدمون التلسكوبات الراديوية العديد من هذه الجزيئات في الفضاء بين النجوم.

من أجل أن تنشأ الحياة ، يجب أن تتحقق ثلاثة شروط. أولاً ، ينبغي تشكيل مجموعات من الجزيئات القادرة على التكاثر الذاتي. ثانياً ، يجب أن يكون لنُسخ هذه المجمعات الجزيئية تباين ، بحيث يمكن لبعضها استخدام الموارد بشكل أكثر فعالية ومقاومة نشاط البيئة بنجاح أكثر من غيرها. ثالثًا ، كان يجب أن يكون هذا التباين موروثًا ، مما يسمح لبعض الأشكال بزيادة عددية في ظل الظروف البيئية المواتية.

لا أحد يعرف حتى الآن أي مجموعة من الجزيئات تفي أولاً بالشروط المذكورة أعلاه ، لكن العلماء أظهروا المبدأ المحتمل لهذه العمليات من خلال دراسة جزيئات مادة تسمى RNA. في الآونة الأخيرة ، كان من الممكن معرفة أن بعض جزيئات الحمض النووي الريبي يمكنها تسريع معدل التفاعلات الكيميائية عدة مرات ، بما في ذلك رد فعل تكاثر عناصر جزيئات الحمض النووي الريبي الأخرى. إذا كانت جزيئات مثل الحمض النووي الريبي قادرة على التكاثر الذاتي (ربما بمساعدة جزيئات أخرى) ، فإنها يمكن أن تخلق الأساس لظهور كائن حي بسيط للغاية. إذا تبين أن هذه المجمعات ذاتية التكاثر محاطة بحويصلات مكونة من أغشية من مواد كيميائية معينة ، فإنها يمكن أن تشكل الخلايا الأولية - أقدم أشكال أبسط الخلايا. قد تؤدي التغييرات التي تحدث مع الجزيئات إلى ظهور أشكال ، على سبيل المثال ، تتكاثر في بيئة معينة بشكل أكثر كفاءة. وبالتالي ، سيبدأ عمل الانتقاء الطبيعي ، مما سيمكّن الخلايا الأولية التي لها خصائص جزيئية مفيدة من التكاثر بنجاح أكبر وتصبح أكثر صعوبة.

من أجل طرح فرضية معقولة عن أصل الحياة ، يجب الإجابة على العديد من الأسئلة. لا يدري الباحثون الذين يدرسون أصل الحياة حتى مجمعات المركبات الكيميائية التي يمكن أن تبدأ في إعادة إنتاج نفسها. حتى لو تمكنا من إنشاء خلية حية في المختبر على أساس مركبات كيميائية بسيطة ، فإن هذا لن يعني أن الشيء نفسه حدث في الطبيعة ، على أرض صغيرة ، منذ مليارات السنين. لكن المبادئ الكامنة وراء المصادر الكيميائية للحياة ، وكذلك التفاصيل المحتملة لعملية حدوثها ، هي ، مثل الظواهر الطبيعية الأخرى ، موضوع البحث العلمي. يوضح تاريخ العلوم أنه حتى الأسئلة المعقدة مثل السؤال عن كيفية ظهور الحياة يمكن أن تصبح متاحة للحل العلمي نتيجة لتطوير النظريات وتطوير معدات جديدة واكتشاف حقائق جديدة.