Razvoj biljnog svijeta

Da li je vegetacija našeg planeta uvijek bila onakva kakvu vidimo trenutno? Jesu li biljke koje nas okružuju sada uzgajale na Zemlji? Na ova i druga pitanja naći ćete odgovore u poglavlju o razvoju biljnog sveta na Zemlji.

Koncept evolucije biljnog svijeta.   Na Zemlji postoji ogromno mnoštvo primitivnih i visoko razvijenih biljaka. Sva ova raznolikost biljnog kraljevstva pojavila se na Zemlji historijski, odnosno razvijala se od jednostavnog do složenog postepeno tokom dugog perioda postojanja naše planete i bila je povezana sa promjenjivim uvjetima okoliša. Na osnovu prvih organizamaprogresivan   (od lat. progressus   - "kretanjem naprijed", "progresivnim" razvojem nastali su složeniji oblici biljaka. Taj je proces praćeno izumiranjem organizama koji nisu prilagođeni za postojanje u promijenjenim uvjetima i pojavom novih oblika, više prilagođenih. Izumrle i sve postojeće biljke nastale su u procesu stalne promjene kvaliteta vrsta, tj. Nastale u procesuevolucija   (od lat. evolucija   - "raspoređivanje").

Evolucija je nepovratan proces povijesne (tekuće u vremenu) promjene (razvoja) živog svijeta.

Evolucija biljaka   Započeo je na Zemlji vrlo davno, od pojave prvih živih organizama, i nastavlja do danas.

Prije više od 3,5 milijardi godina, prvi živi stanovnici pojavili su se na Zemlji u drevnom toplom okeanu. Oni su bili primitivni (tj. Nerazvijeni, jednostavni) jednoćelijski organizmi slični modernim bakterijama. Hranili su se vodom u okolini mora: rastvorenim mineralnim i organskim tvarima (heterotrofno).

Mnogo hiljada godina kasnije organizmi sa hlorofilom u svojim ćelijama pojavili su se u vodama oceana. Takvi su organizmi počeli koristiti sunčevo zračenje (zračenje) kao izvor energije za sintezu (proizvodnju) organskih tvari koje su im potrebne. Tako su se pojavili prvi autotrofikoje su mogle jesti fotosintezom.

Nastanak fotosinteze najveći je događaj u istoriji razvoja života na našoj planeti. Fotosinteza je stvorila novi način življenja organizama povezanih sa autotrofičnom ishranom.

Prvi autotrofi, iako su koristili energiju sunčevog zračenja, još uvijek nisu ispuštali slobodan kisik u atmosferu, od kada se sve koristio. Samo s adventomcijanobakterije , energičnije provodeći fotosintezu, počelo je postepeno nakupljanje kisika u Zemljinoj atmosferi. To je stvorilo priliku za razvoj organizama kojima je potreban kisik za proces disanja.

Cijanobakterije je najstarija grupa živih organizama koja je nastala prije otprilike 2,6 milijardi godina. Cijanobakterije postoje u današnje vrijeme. To su jednoćelijski i višećelijski (vlaknasti) organizmi u ćelijama kojih nema formirano jezgro. Prema toj se značajci, kao i općenitoj strukturi ćelija nazivamonad kraljevstvomPrenuclear , ili Prokarioti   (od lat. otprilike - „prije“, „ranije“ i grčki.karion   - "jezgra").

Dugo vremena su na našem planetu dominirale samo bakterije i cijanobakterije. Vremenom su ovladali zemljom i na njoj su stvorili sloj plodnog tla, stvorili biosferu.

Prije otprilike 1,3 milijarde godina pojavili su se složeniji organizmi od cijanobakterija -zeleno   i zlatne alge . Naseljavali su se u slatkim i bočastim vodenim tijelima. U tim skupinama algi  prvi put na Zemlji jezgro je bilo dobro izolirano u ćeliji, pojavili su se mnogi unutarćelijski organeli i došlo je do seksualne reprodukcije  - fuzija dviju ćelija i stvaranje zigote, što daje novi organizam.

Svi organizmi u ćelijama kojih postoji jezgro su klasifikovani kaonad kraljevstvomNuklearna , ili Eukarioti   (s grčkog eu   - „dobro“, „u potpunosti“). Biljke, gljivice, životinje i ljudi predstavnici su eukariota.

Tijekom evolucije zelenih algi (koje žive u slatkim ili bočastim vodenim tijelima) nastale su fotosintetske više zemaljske biljke.

Jednoćelijske zelene alge postale su preci svih modernih biljnih grupa. Od njih se prije 600-700 milijuna godina u vodenom okruženju pojavile višećelijske zelene, smeđe, crvene alge. U okruženju tla nastali su predstavnici drugog kraljevstva - gljive. Nastanak višećeličnosti doveo je do razvoja različitih vrsta tkiva.

Nastanak seksualne reprodukcije i nastanak višećelijskih organizama - najveći događaj u razvoju života na našoj planeti .

Iako je tada, prije 600 milijuna godina, u atmosferi bilo malo kisika (100 puta manje nego sada), ali on se već formiraoozonski ekran oko zemlje. Nakon dodatnih 200 miliona godina, ekran ozona postao je toliko moćan da je zaštitio žive stanovnike od razorne sunčeve radijacije. Zahvaljujući tome, život se počeo aktivno razvijati ne samo u vodi, već i na kopnu.

Prve biljke (danas već izumrle), koje su se naselile pre 450–420 miliona godina na vlažnim obalama slatkovodnih tela, bile surinophytes . Poticale su od zelenih algi pričvršćenih na dnu ribnjaka.. Nivo vode se mijenjao, biljke se povremeno pojavljuju u vodi, a zatim i na kopnu. Rinofitidostigavši \u200b\u200bvisinu od 20-25 cm, nije bilo pravih listova, ali se unutrašnje tkivo već razvilo  sa stomatama, protiv isušivanja, mehanička tkanina, ojačava tijelo biljke u zraku, formirane u korijenu koji pričvršćuju biljku na tloi apsorbiraju vodu sa otopljenim mineralima, primitivni provodni sistem. Još nisu imali korijenje i lišće, postojale su samo zelene stabljike i sporangije u kojima su se razvijale spore.

Od tada je evolucija biljaka na putu sve većeg prilagođavanja uvjetima zemaljskog postojanja.

Poslije 100 miliona godina, nosorozi su izumrli, ali do ovog vremena mahovi su se već pojavili,skočni zglob, potkovi i paprati.

Prije 350-370 miliona godina klima je bila na cijeloj površini Zemlje topla i vlažna, poput staklenika. Drevni paprati, potkovi i uzbuđenja prerasli su u ogromna stabla. Već su imali zeleno lišće i korijenje. Stabljika je djelovala kao organ za kretanje hranjivih sastojaka.

Sva raznolikost živih organizama i biljaka na Zemlji pojavila se u procesu evolucije. Prvi primitivni organizmi nastali su u vodama oceana, rađajući prve biljke. Pojava fotosinteze (autotrofija), seksualni proces i višećelijska su najvažnije faze u razvoju biljnog svijeta. Sve biljke su predstavnici nadmoći eukariota.

U odjeljku "Razvoj biljnog svijeta" možete proučavati:

Koncept evolucije biljnog svijeta

Uvod

Pitanje kada se život pojavio na Zemlji uvijek je brinulo ne samo znanstvenike, već i sve ljude. Porijeklo života, pojava živih bića jedan je od centralnih problema prirodne znanosti. Živi organizmi, za razliku od neživih, imaju kombinaciju atributa: metabolizam i energiju, sposobnost rasta i razvoja, reprodukcije i održavanja određenog sastava. Pored toga, karakterizira ih prisutnost samoregulirajućeg metaboličkog sustava (metabolizma) te su sposobni precizno samostalno reproducirati vlastiti metabolički sustav (umnožavanje DNK, kopiranje njegove matrice i posebno određena sinteza protein-enzima) itd.

Prema modernim konceptima, život je jedan od oblika postojanja materije koji prirodno nastaje pod određenim uvjetima u procesu svog razvoja. Suština različitih ideja o porijeklu života može se izraziti u tri glavna koncepta. Jedno od njih su idealistička religijska vjerovanja o stvaranju svih živih bića od neživeg Stvoritelja, drugo je abiogeneza 1, a treće je biogeneza 2.
^

Istorija ideja o porijeklu života na Zemlji

  U teoriji abiogeneze postoje dva bitno različita pristupa: naivne materijalističke ideje starih Grka o spontanom generiranju živih organizama iz nežive prirode i moderne dijalektičke materijalističke ideje o prirodnom podrijetlu života. Posebno Aristotel  u načelu se držao materijalističkih ideja o abiogenezi živih bića neorganske prirode. Međutim, njegova stajališta i stavovi njegovih srednjovjekovnih sljedbenika pretvorili su se u mehanističke ideje o spontanom stvaranju visokorazvijenih organskih oblika (i biljaka i životinja) izravno iz neorganske materije (prljavštine, mulja, znoja itd.), Kao i o stvaranju drugih nekim oblicima ( na primjer, guske, ovce - od plodova drveća).

Prvi udarac idejama spontane generacije zadali su eksperimenti firentinskog prirodnog naučnika Francesca Redija koji su dokazali nemogućnost spontane generacije muha u mesu. Uporedo s eksperimentalnim otvorenim posudama s mesom, koristio je kontrolu, vezan gazom i nepristupačan muhama. U kontrolnim posudama, crvi (ličinke muva) nisu se mogli mrijestiti. Međutim, ti eksperimenti Francesca Redija nisu mogli opovrgnuti ideje spontane generacije koje su se stoljećima uspostavljale.

Nekoliko godina nakon eksperimenata, Francesco Redi, holandski naučnik ^ Anthony Levenguk otkrili mikroskopska bića čija se „spontana generacija“ mogla primijetiti u kapljici čiste vode. Ovo otkriće Anthonyja Levenguka iz mikrotalasnog svijeta dalo je poticaj razvoju ideja o spontanoj generaciji, ali već na nivou mikrokvijeta. Eksperimenti talijanskog znanstvenika Lazzara Spallanzanija koji je pokazao nemogućnost spontanog stvaranja mikroskopskih živih bića u hranjivim tekućinama i bujonima nakon što su ih ključali u zapečaćenim retorima, nisu dali konačan odgovor. Ne slažući se sa zaključcima Lazzara Spallanzanija, naučnici su vjerovali da je u njegovim eksperimentima narušen pristup brodovima aktivnog principa, koji se navodno nalaze u zraku i potrebni za spontano stvaranje. Samo su duhoviti eksperimenti izvanrednog francuskog naučnika-mikrobiologa Louisa Pastera bili u stanju uvjeriti sve skeptike i srušiti ideju spontane generacije.

Prvi put je definicija biogeneze izvedena na osnovu eksperimenata ^ Louis Pasteur. Zagrivao je juhu u tikvici s dugačkim, dvostruko zakrivljenim vrhom u kojem su se nakon vrućeg ključanja smjestile sve spore mikroorganizama koji se nalaze u zraku koji ulaze u tikvicu. Ovakav dizajn tikvice nije ometao pristup zraka, tj. "aktivni princip". Tikvica je mjesecima ostala sterilna, ali čim se savijeno koljeno navlažilo juhom, u tikvici je počeo intenzivan razvoj mikroorganizama. Eksperimenti Louisa Pastera igrali su važnu ulogu u debunkciji ideja o spontanoj generaciji i pomogli su u uspostavljanju hipoteze o biogenezi. Formuliran je zakon "Sve živjeti od života" koji je bio od velikog značaja za razvoj biološke nauke i istovremeno je više od pola stoljeća isključio mogućnost razmatranja abiogenog (iz neorganske prirode) putanja nastanka žive materije. Biogeneza kao hipoteza o porijeklu života ne daje materijalistički odgovor na pitanje o porijeklu pojave organske materije u Univerzumu. Međutim, on može prilično materijalistički objasniti porijeklo života na Zemlji kolonizirajući ga sporama mikroorganizama i drugim nižim oblicima života.
^

Hipoteze o poreklu života na zemlji

Brzo napred prije 4 milijarde godina. Atmosfera ne sadrži slobodan kisik, već je samo u sastavu oksida. Gotovo da nema zvuka osim zvižduka vetra, šištanja vode koja izbija s lavom i udara meteorita na površinu Zemlje. Nema biljaka, nema životinja, nema bakterija. Možda je to izgledalo na Zemlji kada se život pojavio na njoj? Iako ovaj problem već dugo brine mnoge istraživače, njihova mišljenja o ovoj temi vrlo se razlikuju. Stijene su u to vrijeme mogle svjedočiti uvjetima na Zemlji, ali one su se odavno srušile kao rezultat geoloških procesa i kretanja zemljine kore.

Prema Stanleyu Milleru, poznatom stručnjaku na polju problema nastanka života, može se govoriti o podrijetlu života i početku njegove evolucije od trenutka kada se organske molekule samoorganiziraju u strukture koje bi se mogle reproducirati. Ali to postavlja druga pitanja: kako su nastali molekuli; zašto su se mogli samostalno reproducirati i sastaviti u one strukture koje su stvorile žive organizme; Koji su uslovi potrebni za to?

1924. ruski biohemičar ^ Aleksandar Ivanovič Oparin , a kasnije, 1929., J. Haldane je iznio hipotezu o nastanku života kao posljedici duge evolucije ugljičnih spojeva, koja je bila osnova modernih koncepcija. Aleksandar Ivanovič Oparin polazio je od činjenice da je stvaranje živih bića iz nežive prirode u modernim uslovima nemoguće. Možda je abiogena pojava žive materije bila samo u uvjetima drevne atmosfere. To se može logično dokazati analizom istorije Zemlje i stvaranja atmosfere.

Starost Zemlje je oko 5 milijardi godina. Pretpostavlja se da sunce i planete Sunčevog sistema nastali iz oblaka kosmičke prašine. Zbog gibanja (rotacije) i sila gravitacije, sve više i više novih čestica povećavalo je masu Zemlje. Istovremeno, sile gravitacije su se povećavale, povećavala se gustoća Zemlje i odvijalo se njeno grijanje. Kao i svako zagrijano tijelo, Zemlja se ohladila, prelazi iz plinovitog u tekuće stanje, a zatim se na njenoj površini počela formirati tvrda kora. Kao rezultat tih procesa, došlo je do hemijskih reakcija, teške materije su se naselile u središte i formirale Zemljino jezgro, a lakše, ljuske. Zbog sila gravitacije Zemlja je držala plinsku školjku. Kad se hladi, mora i okeani formirani od vodene pare sakupljane u gornjoj atmosferi. Voda se intenzivno isparila s zagrijane površine Zemlje, vrućih mora i oceana koji su se, kondenzirajući u gornjoj atmosferi, ponovo vratili u obliku obilnih pljuskova. Sve to pratile su grmljavinske oluje. Česti i moćni električni pražnjenja jedan su od izvora energije koji bi se mogao iskoristiti za abiogenu sintezu organskih spojeva. U istu bi svrhu izvor energije mogao biti teško ultraljubičasto zračenje (zbog nedostatka kisika u Zemljinoj atmosferi, a samim tim i ozonski omotač), visokoenergetsko zračenje i toplotna energija zemljinih crijeva.

Većina istraživača se slaže da su proces formiranja atmosfere uključivali reakcije koje su formirale brojne gasovite spojeve. Glavni su hidridi (metan, amonijak, plinovita voda), kao i vodik i neki drugi plinovi, ali u potpunom odsustvu plinovitog kisika.

Prema jednoj hipotezi, život je počeo u komadu leda. Iako mnogi naučnici vjeruju da je ugljični dioksid prisutan u atmosferi održavao stakleničke uvjete, drugi vjeruju da je na Zemlji prevladavala zima. Pri niskim temperaturama svi kemijski spojevi su stabilniji i zato se mogu akumulirati u većim količinama nego na visokim temperaturama. Fragmenti meteorita dovedeni iz svemira, emisije iz hidrotermalnih izvora i hemijske reakcije nastale tokom električnog pražnjenja u atmosferi bili su izvori amonijaka i organskih spojeva poput formaldehida i cijanida. Ulazeći u vodu okeana, smrznuli su se s njom. U ledenu masu, molekuli organskih supstanci usko se konvergirali i ušli u interakcije koje su dovele do stvaranja glicina i drugih aminokiselina. Okean je bio prekriven ledom koji je štitio novostvorene spojeve od uništavanja ultraljubičastim zračenjem. Ovaj ledeni svijet mogao bi se rastopiti, na primjer, kada ogroman meteorit padne na planetu.

Ili je možda život nastao na područjima vulkanske aktivnosti? Odmah nakon svog formiranja Zemlja je bila magma kugla koja diše vatrom. Za vrijeme vulkanskih erupcija i s plinovima oslobođenim iz rastopljene magme, na Zemljinu površinu su se iznosile razne hemijske tvari neophodne za sintezu organskih molekula. Tako su molekule ugljičnog monoksida, jednom na površini minerala pirita s katalitičkim svojstvima, mogle reagirati sa spojevima koji su imali metilne skupine i tvore octenu kiselinu iz koje su zatim sintetizirani drugi organski spojevi.
^

Stvaranje primarnih organskih jedinjenja

Američki naučnik Stanley Miller po prvi put je uspio dobiti organske molekule - aminokiseline - u laboratorijskim uvjetima, simulirajući one koji su se nalazili na prvobitnoj Zemlji, 1952. godine. Zatim su ti eksperimenti postali senzacija, a njihov autor je stekao svjetsku slavu. Trenutno nastavlja s istraživanjima u području prebiotičke (prije života) hemije na Kalifornijskom univerzitetu. Instalacija na kojoj je izvršen prvi eksperiment bila je sustav tikvica, u jednoj je bilo moguće dobiti snažni električni pražnjenje napona 100 kV. Miler je ovu bocu napunio prirodnim gasovima - metanom, vodonikom i amonijakom koji su bili prisutni u atmosferi prvobitne Zemlje. U boci koja se nalazila ispod nalazila se mala količina vode koja je simulirala ocean. Električni iscjedak po svojoj snazi \u200b\u200bpribližio se munje, a Miller je očekivao da će se pod njegovim djelovanjem stvoriti kemijska jedinjenja koja bi, potom padajući u vodu, međusobno reagirala i formirala složenije molekule. Rezultat je nadmašio sva očekivanja. Ugasivši stroj uveče i vrativši se sljedećeg jutra, Miler je otkrio da je voda u tikvici postala žućkasta. Ono što je nastalo bio je juha aminokiselina - građevni blokovi proteina. Tako je ovaj eksperiment pokazao kako se lako mogu formirati primarni sastojci živog bića. Sve što je bilo potrebno bila je mješavina plinova, mali ocean i mala munja.

^

Šta je život?

  Koji su elementi sistema bili neophodni da bi imao karakteristike živog organizma? Veliki broj biohemičara i molekularnih biologa vjeruje da molekule RNA posjeduju potrebna svojstva. Ribonukleinske kiseline su posebni molekuli. Neki od njih mogu se replicirati, mutirati, prenoseći na taj način informacije, i samim tim bi mogli sudjelovati u prirodnom odabiru. Istina, oni nisu u stanju sami katalizirati proces replikacije, iako se naučnici nadaju da će se u bliskoj budućnosti naći fragment RNA-a s takvom funkcijom. Ostali molekuli RNK uključeni su u „čitanje“ genetskih informacija i njegov prijenos u ribosome, gdje se sintetiziraju proteinski molekuli, u kojima sudjeluju molekuli RNA trećeg tipa.

Dakle, najprimitivniji živi sistem mogao bi biti predstavljen molekulama RNA koje se udvostručuju, mutiraju i prirodno biraju. Tijekom evolucije temeljene na RNA pojavili su se specijalizirani molekuli DNA - čuvari genetskih informacija - i ne manje specijalizirani proteinski molekuli koji su preuzeli funkcije katalizatora za sintezu svih trenutno poznatih bioloških molekula.

U nekom trenutku „živi sistem“ DNK, RNA i proteina našao se utočište unutar vrećice koju stvara lipidna membrana, a ova struktura, koja je bila zaštićenija od spoljnih uticaja, služila je kao prototip prvih ćelija. Što se tiče datuma i redoslijeda pojave takvih primarnih ćelija, ovo ostaje misterija. Pored toga, prema jednostavnim vjerojatnim procjenama, nema dovoljno vremena za evolucijski prijelaz s organskih molekula na prve organizme - prvi jednostavni organizmi pojavili su se iznenada.

Dugi niz godina naučnici su vjerovali da život teško može nastati i razvijati se u vrijeme kada je Zemlja bila stalno izložena sudarima s velikim kometama i meteoritima, a taj je period završio prije otprilike 3,8 milijardi godina. Nedavno su, međutim, otkriveni tragovi složenih ćelijskih struktura starih najmanje 3,86 milijardi godina u najstarijim sedimentnim stijenama na Zemlji koje su pronađene u jugozapadnom dijelu Grenlanda. To znači da su prvi oblici života mogli nastati milionima godina prije nego što su prestala bombardiranja našeg planeta od strane velikih kozmičkih tijela. Ali tada je moguć potpuno drugačiji scenarij. Organska materija došla je na Zemlju iz svemira zajedno s meteoritima i drugim vanzemaljskim objektima koji su bombardirali planetu stotinama miliona godina od njenog nastanka. Danas je sudar s meteoritom prilično rijedak događaj, ali čak i sada, upravo iste veze kao u zoru života, nastavljaju dolaziti na Zemlju iz svemira, zajedno s međuplanetarnim materijalom.

Svemirski objekti koji padaju na Zemlju mogli bi igrati središnju ulogu u nastanku života na našoj planeti, jer bi se, prema nekim istraživačima, stanice poput bakterija mogle pojaviti na drugoj planeti i tada bi zajedno sa asteroidima stigle na Zemlju. Jedan od dokaza u korist teorije o izvanzemaljskom porijeklu života pronađen je u meteoritu, oblika koji podsjeća na krumpir i nazvan ALH84001. U početku je ovaj meteorit bio čestica marsovske kore, koja je potom bačena u svemir kao rezultat eksplozije kada se ogromni asteroid sudario s površinom Marsa, koja se dogodila prije oko 16 miliona godina. I prije 13 hiljada godina, nakon dugog putovanja unutar Sunčevog sistema, ovaj fragment Marsovske stijene u obliku meteorita sletio je na Antarktik, gdje je nedavno otkriven. Tijekom detaljnog proučavanja meteorita, unutar njega pronađene su građevine u obliku štapova, koje podsećaju na fosilizirane bakterije, što je potaknulo žestoku znanstvenu raspravu o mogućnosti života u dubinama marsovske kore.
^

Evolucija života na zemlji

  Trenutno, a vjerojatno u budućnosti, nauka neće moći odgovoriti na pitanje kako izgleda prvi organizam koji se pojavio na Zemlji - predak iz kojeg potječu tri glavne grane stabla života. Jedna od grana su eukarioti, čije ćelije imaju formirano jezgro koje sadrži genetski materijal, i specijalizirane organele: mitohondrije koji proizvode energiju, vakuole itd. Alge, gljivice, biljke, životinje i ljudi su eukariotski organizmi.

Druga grana su bakterije - prokariotski (nuklearni) jednoćelijski organizmi koji nemaju naglašeno jezgro i organele. I na kraju, treća grana su jednoćelijski organizmi, zvani lukovi, ili arhebakterije, čije ćelije imaju istu strukturu kao i u prokariote, ali sa potpuno različitom hemijskom strukturom lipida.

Mnoge arhebakterije mogu preživjeti u izuzetno nepovoljnim uvjetima okoliša. Neki od njih su termofili i žive samo u vrućim izvorima sa temperaturom od 90 ° C i više, gdje bi drugi organizmi jednostavno uginuli. Osjećajući se sjajno u takvim uvjetima, ovi jednoćelijski organizmi konzumiraju željezo i tvari koje sadrže sumpor, kao i niz hemijskih spojeva toksičnih za ostale oblike života. Prema naučnicima, pronađene termofilne arhebakterije izuzetno su primitivni organizmi i u evolucijskom su smislu bliski srodnici najstarijih oblika života na Zemlji. Zanimljivo je da moderni predstavnici sve tri grane života, najsličnije svojim precima, a danas žive na mjestima sa visokom temperaturom. Na osnovu toga neki su naučnici skloni vjerovati da je, najvjerovatnije, život nastao prije oko 4 milijarde godina na oceanskom dnu u blizini vrućih izvora koji izviru u potoke bogate metalima i visokoenergetskim tvarima. U interakciji jedni s drugima i s vodom tadašnjeg sterilnog okeana, ulazeći u široku paletu kemijskih reakcija, ti spojevi su stvorili temeljno nove molekule. Dakle, desetinama miliona godina u ovoj „hemijskoj kuhinji“ pripremljeno je najveće jelo - život. I prije otprilike 4,5 milijardi godina, na Zemlji su se pojavili jednoćelijski organizmi, čije se postojanje nastavilo i tijekom čitavog pretkambrijskog razdoblja.

Eksplozija evolucije, koja je urodila višećelijskim organizmima, dogodila se mnogo kasnije, prije nešto više od pola milijarde godina. Iako je veličina mikroorganizama toliko mala da se milijarde mogu uklopiti u jednu kap vode, opseg njihovog rada je ogroman.

Smatra se da u Zemljinoj atmosferi i Svetskom okeanu u početku nije bilo slobodnog kiseonika, a pod tim uslovima su živeli i razvijali se samo anaerobni mikroorganizmi. Poseban korak u evoluciji živih bića bila je pojava fotosintetskih bakterija koje su pomoću energije svjetlosti ugljični dioksid pretvarale u ugljikohidratne spojeve koji služe kao hrana za ostale mikroorganizme. Ako su prvi fotosintetičari emitirali metan ili hidrogen sulfid, tada su mutanti koji su se jednom pojavili počeli stvarati kisik tijekom fotosinteze. Kako se kisik nakuplja u atmosferi i vodama, anaerobne bakterije, za koje je štetna, zauzele su niše bez kisika.

Na drevnim fosilima pronađenim u Australiji, čija je starost 3,46 milijardi godina, otkrivene su strukture koje se smatraju ostacima cijanobakterija - prvim fotosintetskim mikroorganizmima. O bivšoj dominaciji anaerobnih mikroorganizama i cijanobakterija svjedoče stromatoliti koji se nalaze u plitkim priobalnim vodama nezagađenih slanih vodnih tijela. Po obliku nalikuju velikim balvanima i predstavljaju zanimljivu zajednicu mikroorganizama koji žive u krečnjačkim ili dolomitnim stijenama koji su nastali kao rezultat njihovih vitalnih funkcija. Na dubini od nekoliko centimetara od površine, stromatoliti su zasićeni mikroorganizmima: fotosintetske cijanobakterije koje proizvode kisik žive u najvišem sloju; dublje pronađene bakterije koje su u određenoj mjeri tolerantne na kisik i ne trebaju svjetlost; u donjem sloju se nalaze bakterije koje mogu živjeti samo u nedostatku kisika. Smješteni u različitim slojevima, ovi mikroorganizmi čine sustav kombiniran složenim odnosima među njima, uključujući hranu. Iza mikrobnog filma otkriva se stijena koja nastaje kao rezultat interakcije ostataka mrtvih mikroorganizama s kalcijevim karbonatom otopljenim u vodi. Naučnici vjeruju da kad plitke zemlje nisu postojale kontinenti, a samo se arhipelag vulkana spuštao iznad površine okeana, plitke vode obiluju stromatolitima.

Kao rezultat aktivnosti fotosintetskih cijanobakterija, kiseonik se pojavio u oceanu, a otprilike milijardu godina nakon toga počeo se akumulirati u atmosferi. U početku je formirani kisik međudjelovao željezom otopljenim u vodi, što je dovelo do pojave željeznih oksida, koji su se na dnu postupno taložili. Tako su tokom milijuna godina uz sudjelovanje mikroorganizama stvorena ogromna ležišta željezne rude iz kojih se danas topljuje čelik.

Zatim, kada se većina željeza u oceanima podvrgla oksidaciji i više nije mogla vezati kisik, ona je u atmosferi otišla u plinovitom obliku.

Nakon što su fotosintezirajuće cijanobakterije stvorile određenu opskrbu energetski bogatim organskim materijama iz ugljičnog dioksida i obogatile zemljinu atmosferu kisikom, pojavile su se nove bakterije - aerobi, koji mogu postojati samo u prisustvu kisika. Potreban im je kisik za oksidaciju (sagorijevanje) organskih spojeva, a značajan dio dobivene energije pretvara se u bioraspoloživi oblik - adenosin trifosfat (ATP). Taj je proces energetski vrlo koristan: anaerobne bakterije razgrađuju jednu molekulu glukoze i dobivaju samo dvije molekule ATP-a, a aerobne bakterije koriste kisik - 36 ATP molekula.

Sa pojavom dovoljnog kisika za aerobni način života, debitirale su i eukariotske stanice koje imaju, za razliku od bakterija, jezgra i organele poput mitohondrija, lizosoma i kloroplasta, gdje se događaju fotosintetske reakcije, u algama i višim biljkama.

Studije fosilnih ostataka organizama u stijenama različitog geološkog doba pokazale su da su stotine milijuna godina nakon pojave eukariotskih životnih formi bili predstavljeni mikroskopskim sfernim jednoćelijskim organizmima poput kvasca, a njihov se evolucijski razvoj odvijao vrlo sporim tempom. Ali prije nešto više od milijarde godina pojavile su se mnoge nove vrste eukariota, što je nagovještavalo nagli skok u evoluciji života.

Prije svega, to je zbog pojave seksualne reprodukcije. A ako se bakterije i jednoćelijski eukarioti umnožavaju, stvarajući genetski identične kopije, a seksualni partner im nije potreban, onda se seksualna reprodukcija u više visoko organiziranih eukariotskih organizama događa na sljedeći način. Dva haploida, koji imaju jedan skup spolnih ćelija hromozoma roditelja, spajajući se, formiraju zigotu koja ima dvostruki skup hromosoma s genima oba partnera, što stvara mogućnosti za nove kombinacije gena. Pojava seksualne reprodukcije dovela je do pojave novih organizama koji su ušli u arenu evolucije.

Tri četvrtine čitavog vremena postojanja života na Zemlji predstavljalo je isključivo mikroorganizme, sve dok nije došlo do kvalitativnog skoka u evoluciji, što je dovelo do pojave visoko organiziranih organizama, uključujući i ljude. Pratićemo glavne prekretnice u istoriji života na Zemlji.

^ Prije četiri milijarde godina RNA je misteriozno nastala. Moguće je da je nastao od jednostavnijih organskih molekula koji su se pojavili na praiskonskoj Zemlji. Vjeruje se da su drevni molekuli RNA imali funkcije nosača genetskih informacija i protein-katalizatora, bili su sposobni za replikaciju (samo-udvostručavanje), mutirali i bili podvrgnuti prirodnoj selekciji. U modernim ćelijama, RNA ne pokazuju ili ne pokazuju ta svojstva, ali imaju vrlo važnu ulogu kao posrednik u prenošenju genetskih informacija s DNK na ribosome u kojima dolazi do sinteze proteina.

^ Prije 3,9 milijardi godina   pojavili su se jednocelični organizmi koji su vjerovatno ličili na moderne bakterije i arhebakterije. I drevne i moderne prokariotske ćelije relativno su jednostavne građe: nemaju ukrašeno jezgro i specijalizirane organele, DNK makromolekule - nosioce genetskih informacija i ribosome na kojima se odvija sinteza proteina, a energija se proizvodi na citoplazmatskoj membrani koja ih okružuje smještenoj je u citoplazmi u obliku žele. kavez.

^ Prije dvije milijarde godina   Komplicirane eukariotske ćelije pojavile su se kad su jednoćelijski organizmi komplicirali svoju strukturu zbog apsorpcije drugih prokariotskih stanica. Jedna od njih - aerobne bakterije - pretvorila se u mitohondrije - energetske stanice za disanje kisika. Ostale - fotosintetske bakterije - počele su provoditi fotosintezu unutar ćelije domaćina i postale su hloroplasti u stanicama algi i biljaka. Eukariotske ćelije koje imaju ove organele i jasno izolirano jezgro, uključujući genetski materijal, čine sve moderne složene životne forme - od plijesni do ljudi.

^ Prije 1,2 milijarde godina   do eksplozije evolucije došlo je zbog pojave seksualne reprodukcije i obilježeno je pojavom visoko organiziranih životnih formi - biljaka.
^

Geohronološka tabela

Era		Periodi i njihova trajanje (u milionima godina)	Životinjski i biljni svijet
Ime i trajanje (u milionima godina)	Starost (u milionima godina)
Kenozoik (novi život), 67	67	Antropogen, 1.5	Nastanak i razvoj čovjeka. Životinjski i biljni svijet poprimio je moderan izgled.
		Neogen, 23.5	Dominacija sisara, ptica
		Paleogene, 42	Pojava repom lemura, cerada, kasnije - parapiteka, driepiteka. Brzo cvjetanje insekata. Nastavlja se izumiranje velikih gmizavaca. Mnoge grupe glavonožaca nestaju. Dominacija angiosperma.
Mezozoik (srednji život), 163	230	Melova, 70	Pojava viših sisara i pravih ptica, mada su zubane ptice i dalje česte. Prevladavaju koštane ribe. Smanjenje paprati i teretana. Nastanak i širenje angiosperma
		Jurja, 58	Dominacija sisara. Pojava Arheopteryxa. Prosperitet glavonožaca. Dominacija teretana.
		Triasic, 35	Početak procvata gmazova. Pojava prvih sisara, pravih koštanih riba.
Paleozoik (drevni život), 340	Možda 570	Perm, 55	Brz razvoj gmazova. Pojava gmazova gmazova. Izumiranje trilobita. Nestanak ugljenih šuma. Bogata flora gimnospermija.
		Ugljen, 75-65	Vrhunac vodozemaca. Pojava prvih gmazova. Pojava letećih oblika insekata, pauka, škorpiona. Primjetan pad trilobita. Cvatnja paprati. Pojava sjemenskih paprati.
		Devonian, 60	Vrhunac karapacea. Pojava četkica. Pojava stegocefala. Rasprostranjenost na zemljištu spora.
		Silurian, 30	Veličanstven razvoj korala, trilobita. Pojava kralježnjaka bez vilice - korimboza. Izlazite biljke na slijetanje - psilofiti. Široko rasprostranjene alge.
		Ordovicij, 60 Cambrian, 70	Morski beskralješnjaci uspevaju. Široko rasprostranjen trilobit, alge.
Proterozoic (rani život), preko 2000	2700		Organski ostaci su rijetki i rijetki, ali vrijede za sve vrste beskralješnjaka. Pojava primarnih hordata je podvrsta onesposobljenih.
Arheje (najstarije u istoriji Zemlje), oko 1000	Možda\u003e 3.500		Tragovi života su zanemarljivi

1 Abiogeneza  - stvaranje organskih spojeva uobičajenih u živoj prirodi, van tijela bez sudjelovanja enzima; pojava živih od nežive.

2 Biogeneza- stvaranje organskih jedinjenja živih organizama; empirijska generalizacija koja kaže da sva živa bića potiču od živih bića.

Uvod …………………………………………………………………………………… ... ... 3

1. Pojava živih organizama ........................................................ 4

2. Faze razvoja života i njihova uloga u evoluciji Zemlje …………………………… .7

3. Vernadsky o ulozi žive materije u evoluciji zemljine ljuske i

biosfera ……………………………………………………………………………………… .10

Zaključak ………………………………………………………………………………… .14

Popis rabljene literature ………………………………………………. …… 16

Uvod

Živi svijet je nastao na planeti Zemlji ubrzo nakon njegovog formiranja - prije otprilike 3,5 milijardi godina - kao rezultat samoorganizacije iz neživih hemijskih sistema. Od tog vremena živi organizmi u populaciji, zajednici, biogeocenozi prolaze nepovratni istorijski razvoj - filogeneza. Biološka evolucija odvija se paralelno i me interusobno je ovisna o geološkom restrukturiranju Zemlje.

Formirana biološka raznolikost uključuje evolucijski mlade skupine, kao i drevne grupe koje su stvorile vrste koje su uspjele pobijediti u borbi za egzistenciju s novim, složenijim organizmima i zauzeti slobodne ekološke niše. Stoga na modernoj Zemlji razni organizmi, od bakterija i virusa do viših biljaka i životinja, sigurno koegzistiraju i stupaju u interakciju u složenim biogeocenozama.

Rad žive materije u biosferi prilično je raznolik. Živa materija obuhvaća i usklađuje sve hemijske procese biosfere. Živa materija je najmoćnija geološka sila koja raste s vremenom. Migracija kemijskih elemenata na zemljinoj površini i u biosferi u cjelini vrši se ili uz izravno sudjelovanje žive tvari (biogena migracija) ili se događa u okruženju čija su geokemijska svojstva (O 2, CO 2, H 2 S, itd.) Uglavnom posljedica živu materiju, i onu koja trenutno obitava u datom sistemu, i onu koja je delovala na Zemlji tokom geološke istorije.

Svrha ovog rada je otkriti ulogu živih organizama u evoluciji zemlje.

Zadaci rada:

• Opišite izgled živih organizama;
• Razmotrimo faze razvoja života i njihovu ulogu u evoluciji zemlje;
• Analizirati radove Vernadskog "o ulozi žive materije u evoluciji zemljine ljuske".

1. Pojava živih organizama

Od starih vremena do srednjeg vijeka, mnogi filozofi i naučnici vjerovali su da živi organizmi mogu nastati iz nežive materije. Ali ta temeljno važna misao nije dobila dokaze.

Izvrsni francuski mikrobiolog Louis Pasteur zaustavio je raspravu o spontanoj generaciji života, dokazavši da čak i mikrobi - najmanje ćelije koje žive slobodno - ne mogu nastati iz mrtvog, prokuhanog hranjivog medija. Pronašao je čuvenu tikvicu s dugim vratom u obliku slova S, u kojoj nakon ključanja bujona, uprkos činjenici da je vrat ostao otvoren i dostupan „životnoj snazi“, mikrobi ipak nisu pokrenuli.

Zakon je trijumfirao: sve živo biće je iz živih bića. Ali je li to značilo da život na Zemlji nije mogao nastati iz neživog supstrata u prapovijesti, kada nije bilo organizama, a sastav zemljine površine vjerojatno je bio drugačiji nego u moderno doba.

Postoji zanimljiva hipoteza o vječnosti života, koja je u pojmovima švedskog fizičara-hemičara Arhenija krajem 19. stoljeća poznata kao teorija panspermije. Prema ovoj hipotezi, život je uvijek prisutan u svemiru u obliku najmanjih spora mikroorganizama koji migriraju između planeta, galaksija sastavljenih od kometa, meteorita i drugih kozmičkih tijela koja prelaze velike prostore.

Postoji i teorija usmjerene panspermije, prema kojoj su život u obliku jednostavnih organizama na Zemlju donijeli vanzemaljci, a koji su pred nama u smislu razvoja milijardama godina.

U modernoj biologiji postoje dva pristupa objašnjavanja ovih mehanizama i, sukladno tome, dva modela abiogenog porijekla života: modeli brojova-koacervata i čvrsti matriksi.

Model bouillon-coacervate pretpostavlja da su složene organske supstance nastale u rastvorima (u „juhi“), iz kojih su formirani koacervati - direktni izvori ćelija. Već 1802. godine Lamarck je izrazio ideju o spontanoj nuklearnosti življenja pod uticajem „tečnosti“ - topline i električne energije. Kasnije je Charles Darwin u jednom od svojih privatnih pisama izrazio ideju o spontanom generiranju života na Zemlji u nekakvom "malom toplom jezercu". Pretpostavio je da život nastaje iz molekula hemikalija koje su djelovale pod djelovanjem svjetlosti, topline i električne energije da bi proizvele složene spojeve. Darwin je istovremeno primijetio da je to moguće tek u doba primitivne Zemlje, jer bi u modernim uvjetima svaki novi organizam postao žrtva konkurencije ili predanja od strane postojećih organizama.

U 20-ima 20. stoljeća hipotezu o nastanku života na temelju kemijske evolucije detaljno je razvio ruski akademik A.O. Oparin i neovisno o njemu Amerikanac J. Holden, a kasnije su dobili i neku eksperimentalnu potvrdu. U suvremenom tumačenju, prema ovoj hipotezi, život je nastao iz neorganskih tvari u nekoliko faza, a kemijska se evolucija pretvorila u biološku evoluciju.

Starost Zemlje određuje se na 5-7 milijardi godina. U ovom ranom periodu naša planeta je bila oblak vruće plina i prašine. Prije oko 4 milijarde godina nastala je kora. Prije oko 3,6 milijardi godina život je već nastao. Prema geološkim podacima, prvi organizmi - bakterije i plavozelene alge - nastanili su se u vodama oceana: morima, lagunama, kupkama, hidrotermalnim (izlazne točke vrućeg plina). Ali pojavljivanju mikroorganizama prethodila je duga hemijska evolucija, tijekom koje su u prvoj fazi iz anorganskih tvari sintetizirani organski biopolimeri.

Prema Oparinu, prije 4 milijarde godina, atmosfera zemlje sastojala se od amonijaka (NH 3), metana (CH 4), ugljičnog dioksida (CO 2) i vodene pare (H 2 O). Prema trenutnim podacima, amonijak i metan možda nisu bili prisutni, ali prisutnost vodika (H2), hlora (Cl2), azota (N2) i sumporovodika (H2S) nije isključena. Gasovi su pobjegli iz hladnog središta "oblaka" Zemlje. Kisik nije dospio u atmosferu, oksidirajući različite tvari na putu. Kada je temperatura površine pala ispod 100 stepeni, počeo je period vrućih kiša, stvorili su se svjetski okeani, brojna mora i plitki rezervoari.

Godine 1953., mladi američki diplomski student S. Miller uspio je reproducirati u tikvici umjetnu abiogenu sintezu organskih tvari. Iz metana, amonijaka, vodonika i vode na temperaturi od 80 stepeni Celzijusa, pri visokom pritisku i kada su se prenosili električni pražnjenja od 60 hiljada volti, on je dobio masne kiseline, urea, sirćetnu kiselinu i, što je najvažnije, direktne prekursore proteina - aminokiseline. Kasnije je Amerikanac S. Fox, zagrijavajući mješavinu aminokiselina, sintetizirao sam protein - u obliku jednostavnog polipeptida. Takođe su dobijeni nukleotidi, prekursori DNK i RNK.

Tako je Oparin-Holdenova teorija napravila trijumfalnu povorku u laboratorijama biohemičara sredine 20. stoljeća. Međutim, pojavila se alternativna verzija da se organska materija može donijeti na Zemlju u sklopu kometa i meteorita. Ali kako god bilo, od organske materije do najjednostavnije ćelije - velike udaljenosti. Kao što je Oparin zamislio, u drugoj fazi hemijske evolucije organske materije bile su koncentrirane u gustim kapljicama - koacervatima.

Model čvrstog matriksa nastanka života proizlazi iz činjenice da se organske tvari formiraju ne u otopini, već na čvrstim fazama minerala. Mineralna površina može poslužiti kao katalizator, odnosno dramatično ubrzati reakciju sinteze, a ujedno i uzorak (matrica) za kemijsku strukturu koja se na njoj sintetizira.

Moderna znanost već ima dovoljno znanja za tvrdnju: život je nastao na primitivnoj Zemlji na potpuno prirodan način kao proces samoorganizacije, na osnovi pretvaranja anorganskih supstrata u organske makromolekularne komplekse i, dalje, u protocelije. Što se tiče specifičnih mehanizama nastanka organskih kompleksa, kao što pokazuje posljednji materijal, budućnost je očito za čvrste matrične modele, među kojima je najproduktivniji model apatitne matrice.

2. Faze razvoja života i njihova uloga u evoluciji zemlje

Kao što je gore spomenuto, prvi tragovi života na Zemlji potiču iz približno 3,6 milijardi, odnosno 3.600 miliona godina. Tako je život nastao ubrzo nakon formiranja zemljine kore. Istorija razvoja života proučava se prema geologiji i paleontologiji, jer su mnogi fosili stvoreni od živih organizama sačuvani u strukturi zemljine površine. Riječ je o takozvanim sedimentnim stijenama koje sadrže ogromne slojeve krede, pješčenjaka i drugih stijena, a predstavljaju dno sedimenata jednostaničnih vapnenih školjki foraminifera, korala, mekušaca, silicijskih skeleta i drugih čvrstih ostataka drevnih organizama.

Promjene u životnim oblicima na Zemlji išle su paralelno s geološkim restrukturiranjem strukture i topografijom zemljine kore, atmosferskim sastavom, granicama oceana i drugim geološkim procesima. Te su promjene u presudnoj mjeri odredile smjer i dinamiku biološke evolucije. U skladu sa najznačajnijim događajima geo-biološke evolucije u istoriji Zemlje, razlikuju se veliki vremenski intervali - doba, periodi unutar njih, periodi unutar ere itd. Pratićemo i najvažnije događaje koji korak po korak mijenjaju planetarnu biosferu naše planete.

Tada će cjelokupno razdoblje razvoja života na Zemlji činiti samo jednu uvjetnu godinu našeg kalendara - od 1. januara (prije 3600 miliona godina), kada su se formirale prve protocelije, do 31. decembra (0 godina), kada živimo. Kao što vidite, odbrojavanje geološkog vremena obično se vrši obrnutim redoslijedom.

Arhejsko doba (doba drevnog života) - od 3.600 miliona godina do 2.600 miliona godina, dužina od milijardu godina - otprilike četvrtina cjelokupne povijesti života (po našem uvjetnom kalendaru to je siječanj, februar, mart i nekoliko dana travnja). U arhejsko doba pojavile su se pro- i eukariotske ćelije s različitim vrstama prehrane i opskrbe energijom i bio je naznačen prijelaz na višećelijske organizme.

Proterozojska era (doba ranog života) - od 2600. do 570 milijuna godina - najduža era, koja je obuhvaćala oko dvije milijarde godina, to je više od polovice cjelokupne povijesti života (po našem uvjetnom kalendaru to je period od aprila do početka novembra). Kraj proteterozoika obilježio je i vrlo važan geološki događaj, koji je u velikoj mjeri utjecao na daljnju biološku evoluciju. Tijekom proterozojske ere, dominacija prokariota zamijenjena je dominacijom eukariota, došlo je do radikalnog prelaska iz jednoćelijskih u višećelijske, formirali su se svi osnovni tipovi životinjskog carstva.

Paleozojska era (doba drevnog života) - od 570 do 230 miliona godina - ukupna dužina od 340 miliona godina. Sledeće razdoblje intenzivne gradnje planina, prema kojem se Proterozoik i Paleozoik razdvajaju, dovelo je do promjene reljefa zemljine površine. Usred bivšeg okeana ustali su kontinenti, a bivša kopnena područja bila su pod vodom. U tim uvjetima, sudbina većine grupa organizama odlučena je radikalno - biti ili ne biti. Neke su skupine izumrle, ali druge su se prilagodile i razvile nova staništa nakon promjena zemljine površine i klime. Treba napomenuti da većina skupina organizama koje su nastale u prethodnim erama i dalje koegzistiraju s novonastalim mladim skupinama, mada mnogi smanjuju svoju veličinu. Priroda se razdvojila s onima koji ne ispunjavaju promjenjive uvjete, ali zadržavaju najuspješnije opcije, od njih odaberite i razvijte one koji su najviše prilagođeni i, uz to, stvorite nove oblike.

Ukupni rezultat paleozoika je naseljavanje zemljišta biljem, gljivama i životinjama. Istovremeno se i oni i drugi i treći tokom svoje evolucije anatomski kompliciraju, stječu nove strukturne i funkcionalne uređaje za reprodukciju, disanje, prehranu, pridonoseći razvoju novog staništa. Evolucija prati put morfofiziološkog napretka. Paleozoik se završava kada je 7. decembra na našem kalendaru. Priroda je u žurbi, tempo evolucije u skupinama je velik, vrijeme transformacija se smanjuje, ali prvi se gmizavci pojavljuju tek na pozornici, a vrijeme ptica i sisara još je daleko ispred.

Mezozojska era (doba srednjeg života) - od 230 do 67 miliona godina - ukupna dužina od 163 miliona godina. Nastavlja se uspon zemljišta koji je započeo u prethodnom periodu. Postoji jedno kopno. Njegova ukupna površina je vrlo velika - mnogo veća nego sada. Kontinent je prekriven planinama, formiraju se Ural, Altaj i drugi planinski lanci. Klima postaje sve sušnija. Mezozojska era s pravom se naziva eri gmazova. Preko 160 miliona godina preživjeli su svoj procvat, najveće razilaženje na svim staništima i izumrli u borbi protiv neizbježnih elemenata. U pozadini ovih događaja toplokrvni organizmi - sisari i ptice - stekli su ogromne prednosti, prešavši na razvoj oslobođene ekološke sfere. Ali to je već bila nova era. Do "Nove godine" bilo je 7 dana.

Kenozojska era (doba novog života) - od 67 miliona godina do danas. Ovo je doba cvatnje biljaka, insekata, ptica i sisara. U ovo doba pojavio se i čovek.

Stoga je svaka sljedeća obimna rekonstrukcija zemljine površine povlačila za sobom neizbježne evolucijske transformacije u živom svijetu. Svako novo hlađenje dovelo je do gašenja nepodobnog. Kontinentalni pomor odredio je razliku u brzinama i smjerovima evolucije u izolatima.

S druge strane, progresivni razvoj i širenje biljnih i životinjskih grupa utjecalo je na sam geološki razvoj.

3. Vernadsky o ulozi žive materije u evoluciji zemljine školjke i biosfere

Vernadsky je došao do problema proučavanja uloge žive materije u evoluciji zemljine školjke i biosfere putem studija geohemije i proučavanja evolucije zemljine kore. On je prvi shvatio da je cijelo lice Zemlje, njeni pejzaži, hemija okeana, struktura atmosfere - sve je to proizvod života. Kao rezultat toga nastala je nova naučna disciplina - biogeohemija.

Osnova ove slike razvoja Zemlje kao kosmičkog tijela trebala je biti neka početna hipoteza, popravljajući činjenicu formiranja života na našoj planeti. Vernadsky se nije posebno bavio problemom nastanka života, ograničavajući se na tvrdnju empirijske činjenice: nastao je život na Zemlji. Za ukupnost svih postojećih organizama (uključujući mikroskopske) uveo je pojam živa materija, i saznavši njen puni hemijski sastav, prešao na proučavanje svih kemijskih i energetskih procesa koji se događaju u ljusci Zemlje u kojoj postoji živa tvar, tj. u biosferi.

Biosfera je Zemljina ljuska, čiji se sastav, struktura i energija određuju kombiniranom aktivnošću živih organizama. Izraz biosfera skovao je E. Suess (1875), koji ga je shvatio kao tanki film života na zemljinoj površini, koji u velikoj mjeri definira „lice Zemlje“. Zasluga za stvaranje holističke doktrine biosfere pripada Vernadskom.

Biosfera pokriva dio atmosfere do visine ozonskog omotača (20–25 km), dio litosfere, posebno vremenske kore i čitavu hidrosferu. Donja granica pada u prosjeku 2-3 km ispod kopnene površine i 1-2 km ispod okeanskog dna. Vernadsky je biosferu smatrao područjem života, uključujući, uz organizme, i njihovo stanište. Identificirao je sedam različitih, ali geološki međusobno povezanih vrsta tvari: živa tvar, hranjiva tvar (zapaljivi minerali, vapnenaci, itd., Tvar stvorena i prerađena od strane živih organizama), inertna tvar (formirana u procesima u kojima živi organizmi nemaju uključeni), biokozalna tvar (stvorena istovremeno živim organizmima u procesu anorganske prirode, poput tla), radioaktivne tvari, raspršeni atomi i materije kozmičkog porijekla (meteoriti, kozmička prašina).

Centralna veza Vernadskog u konceptu biosfere je ideja žive materije. „Živi organizmi su funkcija biosfere i s njom su intimno materijalno i energetski povezani, oni su ogromna geološka sila koja je određuje. Da bismo se uvjerili u to, moramo iskazati žive organizme kao nešto cjelovito i objedinjeno. Dakle, izraženi organizmi predstavljaju živu materiju, tj. ukupnost svih postojećih živih organizama, numerički izraženih u elementarnom hemijskom sastavu, u težini, u energiji. Povezana je sa okolinom biogenom strujom atoma: njenim disanjem, ishranom i reprodukcijom “, napisao je V.I. Vernadsky u svojoj knjizi "Hemijska struktura biosfere Zemlje i njenog okoliša".

Živa materija je u biosferi neravnomerno raspoređena. Njegov se maksimum događa u kopnenim i hidrosfernim područjima na površini, gdje se zeleno bilje i heterotrofni organizmi koji žive o njihovom trošku (organizmi koji koriste egzogene organske tvari) kao izvor ugljika razvijaju u rasutom stanju. Više od 90% sve žive materije biosfere formirane uglavnom ugljenikom, kiseonikom, azotom i vodonikom nalazi se na zemaljskoj vegetaciji (97-98% kopnene biomase).

Ukupna masa žive materije u biosferi procjenjuje se na 1,8-2,5 · 10 18 g (u smislu suhe tvari) i čini samo mali dio mase biosfere (3 · 10 24 g). Ipak, Vernadsky se, oslanjajući se na brojne podatke, živu tvar smatrao najmoćnijim geohemijskim i energetskim faktorom, vodećom silom u planetarnom razvoju.

Glavni izvor biohemijske aktivnosti organizama je solarna energija koja se u procesu fotosinteze koristi zelenim biljkama i nekim mikroorganizmima za stvaranje organskih tvari koje svim ostalim organizmima osiguravaju hranu i energiju. Zahvaljujući djelovanju fotosintetskih organizama, prije otprilike dvije milijarde godina, došlo je do akumulacije slobodnog kisika u atmosferi, tada se formirao ozonski omotač, koji štiti od tvrdih kozmičkih zračenja. Fotosinteza i disanje zelenih biljaka podržavaju suvremeni sastav plina atmosfere. Pojava kisika u primarnoj atmosferi bez kisika na Zemlji smatra se najvažnijom fazom u evoluciji biosfere.

Život na Zemlji u geološki vidljivom periodu oduvijek je postojao u obliku složenih organiziranih kompleksa raznih organizama (biocenoza). Istovremeno, živi organizmi i njihovo okruženje su usko povezani, međusobno djeluju, tvoreći integralne sisteme - biogeocenoze. Prehrana, disanje i reprodukcija organizama te procesi stvaranja, nakupljanja i propadanja organskih tvari povezanih s njima osiguravaju stalan krug materije i energije. Migracija atoma hemijskih elemenata - njihovih biogeokemijskih ciklusa, tokom kojih atomi većine hemijskih elemenata bezbroj puta prolaze kroz živu tvar - povezana je s ovim ciklusom.

Tijekom razvoja života nekoliko se skupina organizama više puta zamijenilo drugim, ali je istodobno uvijek održavan manje ili više konstantan omjer oblika koji su obavljali određene geohemijske funkcije.

Kombinirana aktivnost žive materije na Zemlji kontinuirano je podržavala neorgansku okolinu neophodnu za postojanje života, tj. relativna homeostaza (sposobnost bioloških sustava da izdrže promjene i održavaju stalnost sastava i svojstava) u biosferi, jednim od karakterističnih svojstava koje je V. I. Vernadsky smatrao organizacijom. Stoga se biosfera može definirati i kao složen dinamički sustav koji snima, skuplja i prenosi energiju kroz metabolizam između žive tvari i okoliša.

Tako se povijest žive materije u toku vremena izražava u sporoj promjeni životnih oblika, oblika živih organizama, koji su genetski stalno povezani, iz generacije u generaciju, bez prekida. Vekovima se ta ideja izražavala kao pogodak. 1859. napokon je dobio čvrsto opravdanje velike doktrine C. Darwina (1809-1882.) O evoluciji vrsta (biljaka i životinja, uključujući ljude).

Jedna od centralnih veza u konceptu biosfere je doktrina žive materije. U procesu evolucije vrsta, biogena migracija atoma, tj. Energija žive materije biosfere, povećavala se više puta i nastavlja rasti, u elementima. Živu tvar karakterizira i velika brzina kemijskih reakcija u usporedbi s neživom materijom, gdje su slični procesi tisuće i milijune puta sporiji.

Za živu tvar je karakteristično da su njeni hemijski spojevi, od kojih su najvažniji proteini, stabilni samo u živim organizmima. Nakon završetka životnog procesa, originalna živa organska tvar razgrađuje se na kemijske sastojke. Živa materija postoji na planeti u obliku kontinuirane izmjene generacija, zbog koje je novoformirana genetski povezana s živom materijom prošlih epoha. Ovo je glavna strukturna jedinica biosfere, koja određuje sve ostale procese površine zemljine kore. Živu tvar karakteriše prisustvo evolucijskog procesa. Genetska informacija svakog organizma šifrirana je u svakoj od njegovih stanica.

Savremena biosfera nastala je kao rezultat duge evolucije pod utjecajem kombinacije kosmičkih, geofizičkih i geohemijskih faktora. Početni izvor svih procesa koji se odvijaju na Zemlji bilo je Sunce, ali fotosinteza je odigrala veliku ulogu u formiranju i kasnijem razvoju biosfere. Biološka osnova nastanka biosfere povezana je s nastankom organizama koji mogu koristiti vanjski izvor energije, u ovom slučaju energiju Sunca, kako bi tvorili organske tvari iz najjednostavnijih spojeva potrebnih za život.

Danas je sistem pogleda na biosferu koji je stvorio V. I. Vernadsky, a koji se odnosi na J. B. Lamarck, primijetivši da nam je "dao predstavu o ulozi biosfere u istoriji naše planete".

Prvi put je ideju o geološkim funkcijama „žive materije“, koju predstavlja ukupnost čitavog organskog sveta u obliku „jedne nerazdvojne celine“, izrazio V. I. Vernadsky. Godine 1919. V. I. Vernadsky dao je jednu od svojih prvih definicija žive materije: "Pod imenom žive materije značit ću ukupnost organizama, biljaka i životinja, uključujući ljude." Nakon toga pojasnio je ovu definiciju. Prečišćenja su se odnosila na prosudbe o pretvorbi (pretvorbi) različitih oblika energije, njihovoj ulozi u funkcioniranju "žive materije" i ulozi "žive materije" u povijesti kemijskih elemenata na Zemlji. Prema Vernadskom, živa materija je ona veza koja spaja istoriju hemijskih elemenata sa evolucijom organizama i ljudi, kao i sa evolucijom čitave biosfere.

Popis rabljene literature

1. Vonsovsky S.V. Savremena naučna slika sveta. -M .: NORMA, 2008. -686p.
2. Gorelov A.A. Koncept moderne nauke. -M .: Jedinstvo, 2007. -632s.
3. J. Fakeberg. Od čega se sastoji svijet. -M .: Mir, 1989.299 s.
4. Karpenkov S.Kh. Pojmovi moderne nauke. Udžbenik za srednje škole. -M .: KnoRus, 2007. -412s.
5. Pojmovi moderne nauke. - M .: Viša škola, 2004. -455s.
6. Kolčinski E. I. Evolucija biosfere. -M: Znanje, 2001. -259sa
7. Ruzavin G.I. Koncept moderne nauke. -M .: NORMA, 2007. -395s.
8. Sadokhin A.P. Pojmovi moderne nauke: priručnik. -Omega-L, 2008. -632s.

Sukhanov A.D. Pojmovi moderne nauke. Udžbenik za srednje škole. -M .: Drofa, 2007. -642s.

Živi organizmi su se na Zemlji pojavili tokom prvih milijardi godina postojanja

Drevni fosili ukazuju na to da je život na Zemlji postojao veći deo istorije naše planete. U zapadnoj Australiji paleontolozi su otkrili posebne mineralne formacije zvane stromatolites, koje su, po svemu sudeći, nastale kao rezultat aktivnosti bakterija najmanje 3,4 milijarde godina, i ostaci fosilnih bakterija, čija je starost, prema radiometrijskom datiranju, oko 3,5 milijardi godina star. Drugi dokazi govore da je život mogao nastati mnogo ranije, tokom prvih nekoliko stotina miliona godina nakon što se površina Zemlje ohladila i očvrsnula.

Pitanje kako se život rodio jedan je od najzanimljivijih i najsloženijih naučnih problema. Još nemamo fosilne dokaze postojanja života prije 3,9 milijardi godina, jer nisu otkrivene starije sedimentne naslage. Vrlo je teško obnoviti uvjete pod kojima su nastali najstariji organizmi, jer je naše znanje o hemijskim i fizičkim uvjetima na Zemlji u davnim vremenima daleko od kraja. Ipak, istraživači su iznijeli brojne hipoteze o tome kako bi se organizmi koji se sami mogu reproducirati mogli pojaviti i početi se razvijati. Iako još nije prihvaćena nijedna hipoteza, nauka je uspjela rasvijetliti ta temeljna pitanja.

Stotine laboratorijskih eksperimenata provedenih od pedesetih godina XX vijeka pokazale su da najjednostavniji od kemijskih spojeva dostupnih na Zemlji, uključujući vodu i vulkanske plinove, može tvoriti mnoge molekule koje čine gradivne blokove živih stanica, uključujući molekule materije koje čine proteine, DNK i ćelijske membrane. Meteoriti koji dolaze iz svemira sadrže i neke od ovih građevnih blokova, a astronomi koji koriste radio teleskope pronašli su mnoge od tih molekula u međuzvjezdanom prostoru.

Da bi život nastao, moraju biti ispunjena tri uvjeta. Prvo bi trebale biti formirane grupe molekula sposobnih za samoobnavljanje. Drugo, kopije ovih molekularnih kompleksa trebale bi imati varijabilnost, tako da bi neki od njih mogli efikasnije koristiti resurse i uspješnije se oduprijeti djelovanju okoliša od drugih. Treće, ova varijabilnost trebala je biti naslijeđena, omogućavajući nekim oblicima da se brojčano povećaju pod povoljnim okolišnim uvjetima.

Još nitko ne zna koja je kombinacija molekula prvo zadovoljila gore navedene uvjete, ali naučnici su pokazali mogući princip tih procesa proučavanjem molekula supstance koja se zove RNA. Nedavno je bilo moguće saznati da neki RNA molekuli mogu ubrzati brzinu hemijskih reakcija više puta, uključujući reakciju reprodukcije elemenata drugih molekula RNA. Ako bi molekule poput RNA bile sposobne za samoobnavljanje (moguće uz pomoć drugih molekula), mogle bi stvoriti osnovu za nastanak vrlo jednostavnog živog organizma. Ako bi se ispostavilo da su takvi samoproducirajući kompleksi zatvoreni u vezikule formirane membranama određenih kemikalija, mogli bi formirati protocelije - najstarije oblike najjednostavnijih ćelija. Promjene koje se događaju s molekulama mogle bi dovesti do pojave oblika koji se, na primjer, reproduciraju u određenom okruženju efikasnije. Tako bi započela akcija prirodne selekcije koja bi omogućila da se protoćelije koje imaju povoljna molekularna svojstva uspješnije umnožavaju i postaju sve teže i teže.

Da bi se iznijela vjerodostojna hipoteza o podrijetlu života, mora se odgovoriti na mnogo više pitanja. Istraživači koji proučavaju porijeklo života ni ne znaju koji bi kompleksi hemijskih spojeva mogli početi da se reproduciraju. Čak i ako u laboratoriji možemo stvoriti živu ćeliju na temelju jednostavnih kemijskih spojeva, to neće značiti da se isto dogodilo u prirodi, na mladoj Zemlji, prije nekoliko milijardi godina. Ali principi koji stoje na osnovi kemijskih izvora života, kao i mogući detalji procesa njegovog nastanka su, poput drugih prirodnih pojava, predmet znanstvenog istraživanja. Istorija nauke pokazuje da čak i takva složena pitanja kao što je pitanje kako je nastao život mogu postati dostupna za naučno rešenje kao rezultat razvoja teorija, razvoja nove opreme i otkrivanja novih činjenica.