Razvoj rastlinskega sveta

Je bila vegetacija našega planeta vedno takšna, kot jo vidimo zdaj? So rastline, ki nas obdajajo, vedno zrasle na Zemlji? Odgovore na ta in druga vprašanja boste našli v poglavju o razvoju rastlinskega sveta na Zemlji.

Koncept evolucije rastlinskega sveta.   Na Zemlji je ogromno različnih primitivnih in visoko razvitih rastlin. Vsa ta raznolikost rastlinskega kraljestva se je na Zemlji pojavila zgodovinsko, torej se je razvila od preprostega do zapletenega postopoma v dolgem obdobju obstoja našega planeta in bila povezana s spreminjanjem okoljskih razmer. Od prvih organizmov, ki temeljijoprogresivno   (iz lat. progresus   - "gibanje naprej", "progresivno") razvoja so nastale bolj zapletene oblike rastlin. Ta proces je spremljalo izumrtje organizmov, ki niso bili prilagojeni za obstoj v spremenjenih pogojih, in pojav novih oblik, bolj prilagojenih. Izumrle in vse obstoječe rastline so nastale v procesu nenehne spremembe lastnosti vrst, t.j.evolucija   (iz lat. evolucija   - "uvajanje").

Evolucija je nepopravljiv proces zgodovinske (tekoče) spremembe (razvoja) živega sveta.

Evolucija rastlin   Na Zemlji se je začelo zelo dolgo nazaj, od pojava prvih živih organizmov, in se nadaljuje do danes.

Pred več kot 3,5 milijarde let so se na Zemlji pojavili prvi živi prebivalci v starodavnem toplem oceanu. Bili so primitivni (t.j. nerazviti, enostavni) enocelični organizmi, podobni sodobnim bakterijam. Hranili so se s tem, kar je bilo v okoliški oceanski vodi: raztopljenih mineralnih in organskih snovi (heterotrofno).

Mnogo tisoč let kasneje so se v oceanskih vodah pojavili organizmi s klorofilom v svojih celicah. Takšni organizmi so začeli uporabljati sončno sevanje (sevanje) kot vir energije za sintezo (proizvodnjo) organskih snovi, ki jih potrebujejo. Tako so se pojavili prvi avtotrofiki so lahko jedli s fotosintezo.

Pojav fotosinteze je največji dogodek v zgodovini razvoja življenja na našem planetu. Fotosinteza je povzročila nov način živega organizma, povezanega z avtotrofno prehrano.

Prvi avtotrofi, čeprav so uporabljali energijo sončnega sevanja, še niso sproščali prostega kisika v ozračje, saj so ga vsi uporabili. Šele s adventomcianobakterije , bolj intenzivno izvajajo fotosintezo, začelo se je postopno kopičenje kisika v Zemljini atmosferi. To je ustvarilo priložnost za razvoj organizmov, ki za dihanje potrebujejo kisik.

Cianobakterije so najstarejša skupina živih organizmov, ki so nastale pred približno 2,6 milijarde let. Cianobakterije obstajajo trenutno. To so enocelični in večcelični (nitasti) organizmi, v celicah katerih ni oblikovanega jedra. Glede na to značilnost, pa tudi na splošno strukturo celic, jih omenjamonad kraljestvomPrenuclear ali Prokarioti   (iz lat. približno - "pred", "prej" in grško.karion   - "jedro").

Dolgo obdobje so na našem planetu prevladovale le bakterije in cianobakterije. Sčasoma so obvladali zemljo in na njej oblikovali plast rodovitne zemlje, ustvarili biosfero.

Pred približno 1,3 milijarde let so se pojavili bolj zapleteni organizmi kot cianobakterije -zelena   in zlate alge . Naseljevali so sladka in bočasta vodna telesa. V teh skupinah alg  prvič na Zemlji je bilo jedro v celici dobro izolirano, pojavili so se številni znotrajcelični organeli in pojavila se je spolna reprodukcija  - zlitje dveh celic in tvorba zigote, kar povzroči nov organizem.

Vsi organizmi v celicah, katerih jedro je, so razvrščeni kotnad kraljestvomJedrsko ali Evkarioti   (iz grščine eu   - "dobro", "popolnoma"). Rastline, glive, živali in človek so predstavniki evkariotov.

Med evolucijo zelenih alg (ki živijo v sladkih ali bočatih vodnih telesih) so nastale fotosintezne višje kopenske rastline.

Enocelične zelene alge so postale prednice vseh sodobnih rastlinskih skupin. Od njih se je pred 600–700 milijoni let v vodnem okolju pojavilo večcelične zelene, rjave, rdeče alge. V tleh okolja so se pojavili predstavniki drugega kraljestva - gobe. Pojav večceličnosti je privedel do razvoja različnih vrst tkiv.

Pojav spolne reprodukcije in nastanek večceličnih organizmov - največji dogodek v razvoju življenja na našem planetu .

Čeprav je bilo pred 600 milijoni let v ozračju malo kisika (100-krat manj kot zdaj), pa se je že oblikovalozonski zaslon okoli zemlje. Po nadaljnjih 200 milijonih let je zaslon za ozon postal tako močan, da je živeče prebivalce zaščitil pred uničujočim sončnim sevanjem. Zahvaljujoč temu se je življenje začelo aktivno razvijati ne le v vodi, ampak tudi na kopnem.

Prve rastline (danes že izumrle), ki so se naselile pred 450–420 milijoni let na mokrih obalah sladkovodnih teles, so bilerinofiti . Izvirajo iz zelenih alg, pritrjenih na dnu ribnika.. Nivo vode se je spreminjal, rastline so se občasno pojavljale v vodi, nato na kopnem. Rinofitiki je dosegel višino 20-25 cm, ni bilo pravih listov, vendar se je že razvilo integriteto tkiva  s stomati, proti sušenju, mehanska tkanina, krepi telo rastline v zraku, koreninskim oblikam, ki rastlino pritrdijo na tlain absorbirajo vodo z raztopljenimi minerali, primitivni prevodni sistem. Še vedno niso imeli korenin in listov, obstajali so le zeleni stebli in sporangije, v katerih so se razvile spore.

Od takrat je bil razvoj rastlin na poti vse večjega prilagajanja razmeram zemeljskega obstoja.

Po 100 milijonov let so nosorogi izumrli, toda do tega trenutka so se že pojavili mahovi,klovni, lovilci in praproti.

Pred 350-370 milijoni let je bilo podnebje na celotni površini Zemlje toplo in vlažno, kot v rastlinjaku. Starodavne praproti, lovorodi in vznemirjenja so zrasle v ogromna drevesa. Že so imeli zelene liste in korenine. Steblo je delovalo kot organ za gibanje hranil.

Vsa raznolikost živih organizmov in rastlin na Zemlji se je pojavila v procesu evolucije. Prvi primitivni organizmi so nastali v vodah oceana in tako so nastale prve rastline. Videz fotosinteze (avtotrofija), spolni proces in večceličnost so najpomembnejše faze v razvoju rastlinskega sveta. Vse rastline so predstavniki nadvlade evkariotov.

V razdelku "Razvoj rastlinskega sveta" lahko preučite:

Koncept evolucije rastlinskega sveta

Uvod

Vprašanje, kdaj se je življenje na Zemlji pojavilo, je vedno zaskrbelo ne le znanstvenike, temveč tudi vse ljudi. Izvor življenja, pojav živih bitij je eden osrednjih problemov naravoslovja. Živi organizmi imajo, za razliko od neživih, kombinacijo lastnosti: metabolizem in energijo, sposobnost rasti in razvoja, razmnoževanja in vzdrževanja določene sestave. Poleg tega je za njih značilna prisotnost samoregulirajočega metaboličnega sistema (metabolizma) in so sposobni natančne samo-reprodukcije lastnega metaboličnega sistema (podvajanje DNK, kopiranje njegove matrice in posebej določena sinteza beljakovinskih encimov) itd.

Po sodobnih konceptih je življenje ena od oblik obstoja materije, ki naravno nastane pod določenimi pogoji v procesu njenega razvoja. Bistvo različnih idej o nastanku življenja je mogoče izraziti v treh glavnih pojmih. Eno izmed njih je idealistično religiozno prepričanje o ustvarjanju vsega živega bitja od neživega Stvarnika, drugo je abiogeneza 1, tretje pa biogeneza 2.
^

Zgodovina idej o nastanku življenja na Zemlji

  V teoriji abiogeneze obstajata dva bistveno različna pristopa: naivne materialistične predstave starih Grkov o spontanem generiranju živih organizmov iz nežive narave in sodobne dialektične materialistične predstave o naravnem izvoru življenja. Še posebej Aristotel  načeloma se je držal materialističnih idej o abiogenezi živih bitij iz anorganske narave. Vendar pa so se njegova stališča in stališča njegovih srednjeveških privržencev spremenila v mehanistične predstave o spontanem ustvarjanju visoko razvitih organskih oblik (tako rastlin in živali) neposredno iz anorganske snovi (umazanije, blata, znoja itd.), Kot tudi o generiranju drugih po nekaterih oblikah ( na primer gosi, ovce - iz plodov dreves).

Prvi udarec za ideje o spontani generaciji so bili poskusi florentinskega naravoslovca Francesca Redija, ki so dokazali nemožnost spontane generacije muh v mesu. Skupaj z eksperimentalnimi odprtimi posodami z mesom je uporabljal kontrolo, privezano z gazo in nedostopno za muhe. V nadzornih posodah se črvi (ličinke muh) niso mogli roditi. Vendar ti poskusi Francesca Redija niso mogli ovrgli pojmov o spontani generaciji, ki so se uveljavljali stoletja.

Nekaj \u200b\u200blet po poskusih je Francesco Redi, nizozemski znanstvenik ^ Anthony Levenguk odkrili mikroskopska bitja, katerih »spontano nastajanje« je bilo mogoče opaziti v kapljici čiste vode. To odkritje Anthonyja Levenguka o mikrovalovnem svetu je spodbudilo razvoj idej o spontani generaciji, vendar že na ravni mikrov sveta. Poskusi italijanskega znanstvenika Lazzara Spallanzanija, ki je dokazal nemogoče spontano ustvarjanje mikroskopskih živih bitij v hranilnih tekočinah in butah, potem ko so jih vreli v zapečatenih retorjih, niso dali končnega odgovora. Znanstveniki so se ne strinjali s sklepi Lazzara Spallanzanija, da je v njegovih poskusih onemogočen dostop do plovil aktivnega principa, ki naj bi bili v zraku in potrebni za spontano nastajanje. Le duhoviti poskusi izjemnega francoskega znanstvenika-mikrobiologa Louisa Pasteurja so bili sposobni prepričati vse skeptike in zatreti idejo o spontani generaciji.

Definicija biogeneze je bila prvič izpeljana na podlagi poskusov ^ Louis Pasteur. Bučo je segrel v bučki z dolgim \u200b\u200bdvojno ukrivljenim vrhom, v katerem so se po vrenju buče naselile vse spore mikroorganizmov, ki so vsebovani v zraku, ki je prišel v bučko. Ta zasnova bučke ni ovirala dostopa zraka, tj. "aktivno načelo". Bučka je več mesecev ostala sterilna, a takoj ko se je upognjeno koleno navlažilo z juho, se je v bučki začel intenziven razvoj mikroorganizmov. Poskusi Louisa Pasterja so igrali pomembno vlogo pri razbijanju idej o spontani generaciji in pomagali pri vzpostavljanju hipoteze o biogenezi. Oblikovan je bil zakon "Vse žive od živega", ki je bil velikega pomena za razvoj biološke znanosti in je hkrati več kot pol stoletja izključeval možnost obravnave abiogene (iz anorganske narave) poti nastanka žive snovi. Biogeneza kot hipoteza o nastanku življenja ne daje materialističnega odgovora na vprašanje o izvoru pojava organske snovi v vesolju. Vendar pa lahko precej materialistično razloži izvor življenja na Zemlji tako, da ga kolonizira s sporami mikroorganizmov in drugimi nižjimi oblikami življenja.
^

Hipoteze o nastanku življenja na zemlji

Hitro naprej do 4 milijarde let nazaj. Ozračje ne vsebuje prostega kisika, je le v sestavi oksidov. Skoraj žvižganje vetra, cviljenje vode z lavo in udar meteoritov na površje Zemlje skorajda ni zvoka. Brez rastlin, brez živali, brez bakterij. Mogoče je tako izgledala Zemlja, ko se je na njej pojavilo življenje? Čeprav ta težava že dolgo skrbi številne raziskovalce, se njihova mnenja o tej temi zelo razlikujejo. Kamnine bi lahko pričale o takratnih razmerah na Zemlji, vendar so že zdavnaj propadle kot posledica geoloških procesov in premikov zemeljske skorje.

Po Stanleyju Millerju, znanem strokovnjaku s področja problematike nastanka življenja, lahko govorimo o nastanku življenja in začetku njegovega razvoja od trenutka, ko se organske molekule samoorganizirajo v strukture, ki bi se lahko same razmnožile. Toda to odpira druga vprašanja: kako so nastale molekule; zakaj bi se lahko samoporaščali in sestavljali v tiste strukture, ki so rodile žive organizme; Kateri pogoji so za to potrebni?

Leta 1924 ruski biokemik ^ Aleksander Ivanovič Oparin in kasneje, leta 1929, je J. Haldane postavil hipotezo o nastanku življenja kot posledica dolgega razvoja ogljikovih spojin, ki so bili osnova sodobnih konceptov. Aleksander Ivanovič Oparin je izhajal iz dejstva, da je nastajanje živih bitij iz nežive narave v sodobnih razmerah nemogoče. Morda je bil abiogenski pojav žive snovi le v razmerah starodavne atmosfere. To lahko dokažemo z analizo zgodovine Zemlje in nastanka atmosfere.

Starost Zemlje je približno 5 milijard let. Domneva se, da so sonce in planeti osončja nastali iz oblaka kozmičnega prahu. Zaradi gibanja (vrtenja) in gravitacijskih sil je vedno več novih delcev povečevalo maso Zemlje. Hkrati so se povečale sile gravitacije, povečala se je gostota Zemlje in potekalo je njeno segrevanje. Kot vsako segreto telo se je tudi Zemlja ohladila, prešla iz plinastega v tekoče stanje, nato pa se je na njeni površini začela oblikovati trda skorja. Kot rezultat teh procesov so se zgodile kemične reakcije, težke snovi so se naselile v središče in tvorile Zemljino jedro, lažje pa lupino. Zaradi sil gravitacije je Zemlja držala plinsko lupino. Ko se hladi, morja in oceani, ki nastajajo iz kondenzirane vodne pare, kondenzirane v zgornji atmosferi. Voda je intenzivno izhlapevala s segretega površja Zemlje, vročih morij in oceanov, ki so se kondenzirali v zgornji atmosferi, spet vrnili v obliki močnih nalivov. Vse to so spremljale nevihte. Pogosti in močni električni izpusti so eden izmed virov energije, ki bi ga lahko uporabili za abiogeno sintezo organskih spojin. Z istim namenom bi lahko bil vir energije trdo ultravijolično sevanje (zaradi pomanjkanja kisika v Zemljini atmosferi in s tem tudi ozon zaslon), visokoenergijsko sevanje in toplotna energija zemeljskih črevesja.

Večina raziskovalcev se strinja, da so v procesu nastajanja atmosfere vključene reakcije, ki so tvorile številne plinaste spojine. Glavni med njimi so hidridi (metan, amonijak, plinasta voda), pa tudi vodik in nekateri drugi plini, vendar v popolni odsotnosti plinastega kisika.

Po eni hipotezi se je življenje začelo v koščku ledu. Čeprav mnogi znanstveniki verjamejo, da je ogljikov dioksid v atmosferi vzdrževal rastlinjake, drugi menijo, da je na Zemlji prevladovala zima. Pri nizkih temperaturah so vse kemične spojine bolj stabilne in se zato lahko kopičijo v večjih količinah kot pri visokih temperaturah. Odlomki meteoritov, pripeljanih iz vesolja, emisije iz hidrotermalnih virov in kemične reakcije, ki se pojavljajo med električnimi izpusti v ozračje, so bili viri amoniaka in organskih spojin, kot sta formaldehid in cianid. Ko stopijo v vodo oceanov, so zmrznili z njo. V ledeni masi so se molekule organskih snovi tesno zbližale in vstopile v interakcije, ki so privedle do tvorbe glicina in drugih aminokislin. Ocean je bil prekrit z ledom, ki je novo nastale spojine ščitil pred uničenjem z ultravijoličnim sevanjem. Ta ledeni svet bi se lahko stopil, na primer, ko na planet pade ogromen meteorit.

Ali je morda življenje nastalo na območjih vulkanske aktivnosti? Takoj po nastanku je bila Zemlja ognjena dihala magma. Med vulkanskimi izbruhi in s plini, ki se sproščajo iz staljene magme, so se na zemeljsko površje odnesle različne kemikalije, potrebne za sintezo organskih molekul. Tako so lahko molekule ogljikovega monoksida, ko so enkrat na površini piritnega minerala s katalitičnimi lastnostmi reagirale s spojinami, ki so imele metilne skupine in tvorile ocetno kislino, iz katere so nato sintetizirale druge organske spojine.
^

Nastanek primarnih organskih spojin

Ameriškemu znanstveniku Stanleyju Millerju je prvič uspelo pridobiti organske molekule - aminokisline - v laboratorijskih pogojih, ki so simulirale tiste, ki so bile na prvotni Zemlji, leta 1952. Nato so ti poskusi postali senzacija, njihov avtor pa je pridobil svetovno slavo. Trenutno nadaljuje raziskovanje na področju prebiotične (pred življenjem) kemije na kalifornijski univerzi. Namestitev, na kateri je bil izveden prvi poskus, je bil sistem z bučkami, v katerem je bilo mogoče dobiti močan električni izpust pri napetosti 100 kV. Miller je te bučke napolnil z naravnimi plini - metanom, vodikom in amonijakom, ki so bili prisotni v atmosferi prvotne Zemlje. V spodnji bučki je bila majhna količina vode, ki je simulirala ocean. Električni izpust se je po svoji moči približal streli in Miller je pričakoval, da se bodo pod njegovim delovanjem tvorile kemične spojine, ki bi potem, ko padejo v vodo, medsebojno reagirale in tvorile bolj zapletene molekule. Rezultat je presegel vsa pričakovanja. Če je zvečer ugasnil stroj in se naslednje jutro vrnil, je Miller ugotovil, da je voda v bučki postala rumenkasta. Nastala je bila juha aminokislin - gradnikov beljakovin. Tako je ta eksperiment pokazal, kako enostavno se lahko oblikujejo primarne sestavine živega. Vse, kar je bilo potrebno, je bila mešanica plinov, majhen ocean in majhna strela.

^

Kaj je življenje?

  Kateri elementi sistema so bili potrebni, da ima lastnosti živega organizma? Veliko število biokemikov in molekularnih biologov meni, da imajo molekule RNA potrebne lastnosti. Ribonukleinske kisline so posebne molekule. Nekateri od njih lahko posnemajo, mutirajo in tako prenašajo informacije, zato bi lahko sodelovali pri naravni selekciji. Res je, da procesa podvajanja ne morejo sami katalizirati, čeprav znanstveniki upajo, da bodo v bližnji prihodnosti našli fragment RNA s takšno funkcijo. Druge molekule RNA so vključene v "branje" genetskih informacij in njegov prenos v ribosome, kjer se sintetizirajo proteinske molekule, v katerih sodelujejo molekule RNA tretjega tipa.

Tako bi najprimitivnejši živi sistem lahko predstavljali molekule RNA, ki se podvojijo, mutirajo in naravno izbirajo. Med evolucijo, ki temelji na RNA, so se pojavile specializirane molekule DNK - skrbniki genetskih informacij - in nič manj specializirane proteinske molekule, ki so prevzele funkcije katalizatorjev za sintezo vseh trenutno znanih bioloških molekul.

V nekem trenutku se je "živ sistem" DNK, RNK in beljakovin zatekel v vrečko, ki jo tvori lipidna membrana, in ta struktura, ki je bila bolj zaščitena pred zunanjimi vplivi, je služila kot prototip prvih celic. Glede datuma in zaporedja pojavljanja takšnih primarnih celic ostaja skrivnost. Poleg tega po preprostih verjetnostnih ocenah ni dovolj časa za evolucijski prehod iz organskih molekul v prve organizme - prvi preprosti organizmi so se pojavili nenadoma.

Znanstveniki so dolga leta verjeli, da bi življenje komaj lahko nastalo in se razvilo v času, ko je bila Zemlja nenehno izpostavljena trkom z velikimi kometi in meteoriti, to obdobje pa se je končalo pred približno 3,8 milijarde let. V zadnjem času pa so odkrili sledi zapletenih celičnih struktur, starih vsaj 3,86 milijarde let, v najstarejših sedimentnih kamninah na Zemlji, ki jih najdemo v jugozahodnem delu Grenlandije. To pomeni, da so prve oblike življenja lahko nastale milijone let, preden so prenehala bombardiranje našega planeta s strani velikih kozmičnih teles. Toda takrat je možen popolnoma drugačen scenarij. Organska snov je na Zemljo prišla iz vesolja skupaj z meteoriti in drugimi nezemeljskimi predmeti, ki so stotine milijonov let bombardirali planet od njegovega nastanka. Danes je trk z meteoritom precej redek dogodek, vendar tudi zdaj na Zemljo iz vesolja skupaj z medplanetarnim materialom še vedno prihajajo popolnoma enake povezave kot na zori življenja.

Vesoljski predmeti, ki padejo na Zemljo, bi lahko igrali osrednjo vlogo pri nastanku življenja na našem planetu, saj bi se po mnenju nekaterih raziskovalcev celice, kot so bakterije, lahko pojavile na drugem planetu in nato skupaj z asteroidi prišle na Zemljo. Eden od dokazov v prid teoriji o nezemeljskem izvoru življenja je bil najden znotraj meteorita, v obliki, ki spominja na krompir in se imenuje ALH84001. Sprva je bil ta meteorit delček marsovske skorje, ki so ga nato zaradi eksplozije vrgli v vesolje, ko je na površino Marsa trčil ogromen asteroid, ki se je zgodil pred približno 16 milijoni let. In pred 13 tisoč leti je po dolgem potovanju znotraj osončja ta del Marsovske skale v obliki meteorita pristal na Antarktiki, kjer je bil nedavno odkrit. Med podrobno preučitvijo meteorita so bile znotraj njega najdene strukture v obliki palic, ki so po obliki spominjale na fosilizirane bakterije, kar je sprožilo vroče znanstvene razprave o možnosti življenja v globinah marsovske skorje.
^

Evolucija življenja na zemlji

  Trenutno in verjetno v prihodnosti znanost ne bo mogla odgovoriti na vprašanje, kako je izgledal prvi organizem, ki se je pojavil na Zemlji - prednik, iz katerega izvirajo tri glavne veje drevesa življenja. Ena od vej so evkarionti, katerih celice imajo oblikovano jedro, ki vsebuje genetski material, in specializirane organele: mitohondrije, ki proizvajajo energijo, vakuole itd. Alge, glive, rastline, živali in človek so evkariontski organizmi.

Druga veja so bakterije - prokariontski (jedrski) enocelični organizmi, ki nimajo izrazitega jedra in organelov. In končno, tretja veja so enocelični organizmi, imenovani loki ali arhebakterije, katerih celice imajo enako strukturo kot pri prokariotih, vendar s povsem drugačno kemično zgradbo lipidov.

Številne arhebakterije lahko preživijo v izjemno neugodnih okoljskih razmerah. Nekateri od njih so termofili in živijo le v vročih izvirih s temperaturo 90 ° C in celo višje, kjer bi drugi organizmi preprosto umrli. Če se v takšnih pogojih počutijo odlično, ti enocelični organizmi porabijo železo in vsebujejo žveplo snovi, pa tudi številne kemične spojine, ki so strupene za druge oblike življenja. Po mnenju znanstvenikov so najdene termofilne arhebakterije izjemno primitivni organizmi in so v evolucijskem smislu bližnji sorodniki najstarejših oblik življenja na Zemlji. Zanimivo je, da sodobni predstavniki vseh treh vej življenja, ki so najbolj podobni svojim prednikom in danes živijo v krajih z visoko temperaturo. Na podlagi tega so nekateri znanstveniki nagnjeni k prepričanju, da je najverjetneje življenje nastalo pred približno 4 milijardami let na oceanskem dnu v bližini vročih vrelcev, ki širijo tokove, bogate s kovinami in visoko energijskimi snovmi. Te medsebojne interakcije med seboj in z vodjo takratnega sterilnega oceana so začele najrazličnejše kemijske reakcije, saj so nastale bistveno nove molekule. Tako je bilo deset deset milijonov let v tej "kemični kuhinji" pripravljena največja jed - življenje. Pred približno 4,5 milijarde let so se na Zemlji pojavili enocelični organizmi, katerih osamljen obstoj se je nadaljeval skozi predkambrijsko obdobje.

Izbruh evolucije, ki je povzročil večcelične organizme, se je zgodil veliko kasneje, pred več kot pol milijarde let. Čeprav je velikost mikroorganizmov tako majhna, da se milijarde lahko prilegajo v eno kapljico vode, je obseg njihovega dela ogromen.

Verjame se, da sprva ni bilo prostega kisika v Zemljini atmosferi in svetovnem oceanu, pod temi pogoji pa so živeli in se razvijali samo anaerobni mikroorganizmi. Poseben korak v razvoju živega bitja je bil nastanek fotosintetskih bakterij, ki so z energijo svetlobe ogljikov dioksid pretvorile v ogljikove hidratne spojine, ki služijo kot hrana za druge mikroorganizme. Če so prvi fotosintetiki oddajali metan ali vodikov sulfid, so mutanti, ki so se pojavili nekoč, med fotosintezo začeli proizvajati kisik. Ker se kisik nabira v atmosferi in vodah, so anaerobne bakterije, za katere je škodljiv, zasedle niše brez kisika.

V starodavnih fosilih, najdenih v Avstraliji, katerih starost je 3,46 milijarde let, so odkrili strukture, ki veljajo za ostanke cianobakterij - prvih fotosintetskih mikroorganizmov. O nekdanji prevladi anaerobnih mikroorganizmov in cianobakterij pričajo stromatoliti, ki jih najdemo v plitvih obalnih vodah neonesnaženih slanih vodnih teles. Po obliki spominjajo na velike balvane in predstavljajo zanimivo skupnost mikroorganizmov, ki živijo v apnenčastih ali dolomitnih kamninah, ki so nastale kot posledica njihovih vitalnih funkcij. V globino nekaj centimetrov od površine so stromatoliti nasičeni z mikroorganizmi: fotosintetske cianobakterije, ki proizvajajo kisik, živijo v zgornjem sloju; globlje najdene bakterije, ki so do določene mere tolerantne na kisik in ne potrebujejo svetlobe; v spodnjem sloju so bakterije, ki lahko živijo le v odsotnosti kisika. Ti mikroorganizmi, ki se nahajajo v različnih plasteh, sestavljajo sistem, ki ga združujejo zapleteni odnosi med njimi, vključno s hrano. Za mikrobnim filmom je odkrita skala, ki nastane kot posledica interakcije ostankov mrtvih mikroorganizmov s kalcijevim karbonatom, raztopljenim v vodi. Znanstveniki verjamejo, da plitke vode, ki jih obilujejo stromatoliti, niso imele celin na prvotni Zemlji in so se nad gladino oceana dvigali le arhipelag vulkanov.

Zaradi aktivnosti fotosintetskih cianobakterij se je v oceanu pojavil kisik, približno 1 milijarda let za tem pa se je začel kopičiti v atmosferi. Sprva je nastali kisik medsebojno vplival na železo, raztopljeno v vodi, kar je povzročilo pojav železovih oksidov, ki so se na dnu postopoma oborili. Tako so skozi milijone let s sodelovanjem mikroorganizmov nastala ogromna nahajališča železove rude, iz katerih danes talijo jeklo.

Potem, ko je večina železa v oceanih prestala oksidacijo in ni več mogla vezati kisika, je šla v atmosfero v plinasti obliki.

Potem ko so fotosintetizirane cianobakterije ustvarile določeno zalogo energetsko bogate organske snovi iz ogljikovega dioksida in zemeljsko atmosfero obogatile s kisikom, so se pojavile nove bakterije - aerobi, ki lahko obstajajo le ob prisotnosti kisika. Za oksidacijo (izgorevanje) organskih spojin potrebujejo kisik, pomemben del pridobljene energije pa se pretvori v biološko dostopno obliko - adenozin trifosfat (ATP). Ta postopek je energijsko zelo koristen: anaerobne bakterije razgradijo eno molekulo glukoze in dobijo samo dve molekuli ATP, aerobne bakterije pa s kisikom - 36 ATP molekul.

S pojavom zadostnega kisika za aerobni življenjski slog so debitirale tudi evkariontske celice, ki imajo v nasprotju z bakterijami jedro in organele, kot so mitohondriji, lizosomi in kloroplasti, kjer pride do fotosintetskih reakcij, v algah in višjih rastlinah.

Študije fosilnih ostankov organizmov v kamninah različnih geoloških starosti so pokazale, da so stotine milijonov let po pojavu evkariontskih oblik življenja predstavljale mikroskopske sferične enocelične organizme, kot je kvasovka, njihov evolucijski razvoj pa je potekal zelo počasi. Toda pred malo več kot 1 milijardo let se je pojavilo veliko novih vrst evkariotov, ki so nakazovale močan skok v evoluciji življenja.

Najprej je bilo to posledica pojava spolne reprodukcije. In če se bakterije in enocelični evkarionti razmnožujejo, pri čemer nastanejo gensko identične kopije in ne potrebujejo spolnega partnerja, se spolno razmnoževanje pri bolj organiziranih evkariontskih organizmih zgodi na naslednji način. Dva haploida, ki imata en sklop spolnih celic kromosomov staršev, se združita, tvorita zigoto, ki ima dvojni nabor kromosomov z geni obeh partnerjev, kar ustvarja priložnosti za nove kombinacije genov. Pojav spolne reprodukcije je povzročil nastanek novih organizmov, ki so vstopili v areno evolucije.

Tri četrtine celotnega časa, ko je obstajalo življenje na Zemlji, so predstavljali izključno mikroorganizmi, dokler ni prišlo do kakovostnega preskoka v evoluciji, kar je privedlo do pojava visoko organiziranih organizmov, vključno s človekom. Izsledili bomo glavne mejnike v zgodovini življenja na Zemlji.

^ Pred štirimi milijardami let RNA je skrivnostno nastala. Možno je, da je nastala iz preprostejših organskih molekul, ki so se pojavile na prvotni Zemlji. Menijo, da so imele starodavne molekule RNA funkcije prenašalcev genetske informacije in beljakovinskih katalizatorjev, da so bile sposobne podvajanja (samo podvojitve), mutirale in bile podvržene naravni selekciji. V sodobnih celicah RNA te lastnosti ne kažejo ali ne izkazujejo, imajo pa zelo pomembno vlogo posrednika pri prenosu genetskih informacij iz DNK v ribosome, v katerih poteka sinteza beljakovin.

^ Pred 3,9 milijarde let   pojavili so se enocelični organizmi, ki so verjetno izgledali kot sodobne bakterije in arhebakterije. Tako starodavne kot sodobne prokariontske celice so po zgradbi razmeroma preproste: nimajo okrašenega jedra in specializiranih organelov, DNA makromolekule - nosilcev genetskih informacij in ribosomov, na katerih poteka sinteza beljakovin, energija pa se proizvaja na citoplazemski membrani, ki jih obdaja, nameščeni so v njihovi železoliki citoplazmi kletko.

^ Pred dvema milijardama let   Zapletene evkariontske celice so se pojavile, ko so enocelični organizmi zapletli svojo strukturo zaradi absorpcije drugih prokariotskih celic. Ena izmed njih - aerobne bakterije - se je spremenila v mitohondrije - energetske postaje kisikovega dihanja. Druge - fotosintetske bakterije - so začele izvajati fotosintezo znotraj gostiteljske celice in postale kloroplasti v celicah alg in rastlin. Evkariontske celice, ki imajo te organele in jasno izolirano jedro, vključno z genskim materialom, tvorijo vse sodobne zapletene življenjske oblike - od plesni do človeka.

^ Pred 1,2 milijarde let   do pojava evolucije je prišlo zaradi pojava spolne reprodukcije in jo je zaznamoval nastanek visoko organiziranih življenjskih oblik - rastlin.
^

Geohronološka tabela

Era		Obdobja in njihova trajanje (v milijonih let)	Živalski in rastlinski svet
Ime in trajanje (v milijonih let)	Starost (v milijonih let)
Kenozoik (novo življenje), 67	67	Antropogen, 1.5	Pojav in razvoj človeka. Živalski in rastlinski svet je dobil sodoben videz.
		Neogen, 23.5	Prevlada sesalcev, ptic
		Paleogen, 42	Videz rebrastih lemurjev, talsierjev, kasneje - parapiteka, driepiteka. Hitro cvetenje žuželk. Iztrebljanje velikih plazilcev se nadaljuje. Mnoge skupine glavonožcev izginejo. Prevlada angiospermov.
Mezozoik (srednje življenje), 163	230	Melova, 70	Videz višjih sesalcev in pravih ptic, čeprav so zobati ptiči še vedno pogosti. Prevladujejo koščene ribe. Zmanjšanje praproti in telovadnic. Pojav in širjenje angiospermov
		Jurja, 58	Prevlada sesalcev. Videz Archeopteryx. Blaginja glavonožcev. Prevlado telovadnic.
		Trias, 35	Začetek razcveta plazilcev. Videz prvih sesalcev, pravih koščenih rib.
Paleozojska (starodavno življenje), 340	Mogoče 570	Perm, 55	Hiter razvoj plazilcev. Pojav plazilcev plazilcev. Izumrtje trilobitov. Izginotje premogovih gozdov. Bogata flora gimnospermov.
		Premog, 75–65	Vrhunec dvoživk. Pojav prvih plazilcev. Videz letečih oblik žuželk, pajkov, škorpijonov. Opazno zmanjšanje trilobitov. Cvetenje praproti. Videz semenskih praproti.
		Devonski, 60	Razcvet kraka. Videz čopiča. Videz stegocefalov. Porazdelitev na zemljiščih višjih sporov.
		Silurian, 30	Veličastni razvoj koral, trilobitov. Videz vretenčarjev brez čeljusti - korimboza. Izstopite iz rastlin na pristanek - psilofiti. Široko razširjene alge.
		Ordovicij, 60 Cambrian, 70	Morski nevretenčarji uspevajo. Široko razširjen trilobit, alge.
Proterozoic (zgodnja življenjska doba), nad 2000	2700		Organski ostanki so redki in redki, vendar veljajo za vse vrste nevretenčarjev. Videz primarnih hordetov je podvrsta iztrebljenih.
Arhejska (najstarejša v Zemlji zgodovini), približno 1000	Mogoče\u003e 3500		Sledi življenja so zanemarljive

1 Abiogeneza  - tvorba organskih spojin, ki so pogoste v živi naravi, zunaj telesa brez sodelovanja encimov; nastanek živega od neživega.

2 Biogeneza- tvorba organskih spojin s strani živih organizmov; empirična posplošitev, ki pravi, da vsa živa bitja izvirajo iz živih.

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

1. Pojav živih organizmov ................................................... 4

2. Faze razvoja življenja in njihova vloga pri razvoju Zemlje …………………………… .7

3. Vernadsky o vlogi žive snovi pri razvoju zemeljske lupine in

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

Sklep ………………………………………………………………………………… .14

Seznam uporabljene literature ………………………………………………. …… 16

Uvod

Živi svet je na planetu Zemlji nastal kmalu po nastanku - pred približno 3,5 milijarde let - kot rezultat samoorganizacije iz neživih kemičnih sistemov. Od tega časa živi organizmi v populacijah, skupnostih, biogeocenozah doživljajo nepopravljiv zgodovinski razvoj - filogenezo. Biološka evolucija poteka vzporedno in je soodvisna z geološkim prestrukturiranjem Zemlje.

V oblikovano biotsko raznovrstnost so vključene evolucijsko mlade skupine, pa tudi starodavne skupine, ki so ustvarile vrste, ki so se lahko borile za obstanek z novimi, bolj zapletenimi organizmi in zasedale proste ekološke niše. Zato na sodobni Zemlji najrazličnejši organizmi, od bakterij in virusov do višjih rastlin in živali, varno sobivajo in delujejo v kompleksnih biogeocenozah.

Delo žive snovi v biosferi je precej raznoliko. Živa snov zajema in uskladi vse kemijske procese biosfere. Živa snov je najmočnejša geološka sila, ki raste s časom. Migracija kemičnih elementov na zemeljskem površju in v biosferi kot celoti poteka bodisi z neposrednim sodelovanjem žive snovi (biogena migracija) bodisi se zgodi v okolju, katerega geokemijske lastnosti (O 2, CO 2, H 2 S itd.) So posledica predvsem živa snov, tako tista, ki trenutno naseljuje dani sistem, kot tista, ki je delovala na Zemlji skozi celotno geološko zgodovino.

Namen tega dela je razkriti vlogo živih organizmov v evoluciji zemlje.

Naloge dela:

• Opišite videz živih organizmov;
• Razmislite o stopnjah razvoja življenja in njihovi vlogi v evoluciji zemlje;
• Analizirati dela Vernadskega "o vlogi žive snovi v evoluciji zemljine lupine".

1. Videz živih organizmov

Od antičnih časov do srednjega veka so mnogi filozofi in znanstveniki verjeli, da živi organizmi lahko izvirajo iz nežive materije. Toda ta temeljno pomembna misel ni prejela dokazov.

Izjemni francoski mikrobiolog Louis Pasteur je končal razpravo o spontani generaciji življenja in dokazal, da niti mikrobi - najmanjše prosto živeče celice - ne morejo nastati iz mrtvega kuhanega hranilnega medija. Prišel je do znamenite bučke z dolgim \u200b\u200bvratom v obliki črke S, v kateri se po vrenju brozge kljub temu, da je vrat ostal odprt in dostopen »življenjski sili«, vendar mikrobi niso zagnali.

Zakon je zmagal: vse živo bitje je iz živih. Toda ali je to pomenilo, da življenje na Zemlji ne bi moglo nastati iz neživega substrata v prazgodovini, ko še ni bilo organizmov, sestava zemeljske površine pa je bila verjetno drugačna kot v sodobni dobi.

Obstaja zanimiva hipoteza večnosti življenja, ki je v konceptih švedskega fizika-kemika Arrhenija poznega 19. stoletja znana kot teorija panspermije. Po tej hipotezi je življenje vedno v vesolju v obliki najmanjših sporov mikroorganizmov, ki se selijo med planete, galaksije, sestavljene iz kometov, meteoritov in drugih kozmičnih teles, ki prečkajo velike prostore.

Obstaja tudi teorija o usmerjeni panspermiji, po kateri so življenje v obliki preprostih organizmov na Zemljo prinesli nezemljani, ki so pred nami po razvoju že milijarde let.

V sodobni biologiji obstajata dva pristopa k razlagi teh mehanizmov in s tem dva modela abiogenega izvora življenja: broth-coacervate in solid matriksni modeli.

Model bouillon-coacervate predvideva, da so v raztopinah (v „juhi“) nastale zapletene organske snovi, iz katerih so nastali koacervati - neposredni potomci protocelic. Že leta 1802 je Lamarck izrazil idejo o spontanem nuklearnem bivanju pod vplivom "tekočin" - toplote in elektrike. Kasneje je Charles Darwin v enem od svojih zasebnih pisem izrazil idejo o spontani generaciji življenja na Zemlji v nekakšnem "majhnem toplem ribniku". Domneval je, da življenje izvira iz molekul kemikalij, ki delujejo pod vplivom svetlobe, toplote in električne energije, da nastanejo kompleksne spojine. Darwin je obenem opazil, da je to mogoče le v dobi primitivne Zemlje, saj bi v sodobnih razmerah vsak novi organizem postal žrtev konkurence ali plenilstva obstoječih organizmov.

Hipotezo o nastanku življenja na podlagi kemijske evolucije je v 20-ih letih 20. stoletja podrobno razvil ruski akademik A. O. Oparin in neodvisno od njega Američan J. Holden ter pozneje dobil nekaj eksperimentalne potrditve. V sodobni razlagi je v skladu s to hipotezo življenje nastalo iz anorganskih snovi v več stopnjah, kemična evolucija pa se je spremenila v biološko evolucijo.

Starost Zemlje je določena na 5-7 milijard let. V tem zgodnjem obdobju je bil naš planet oblak vročega plina in prahu. Pred približno 4 milijardami let je nastala skorja. Pred približno 3,6 milijarde let je življenje že nastalo. Po geoloških podatkih so prvi organizmi - bakterije in modrozelene alge - naselili vode oceanov: morja, lagune, kopeli, hidrotermalne (izstopne točke vročega plina). Toda pojavu mikroorganizmov je sledila dolga kemična evolucija, med katero so na prvi stopnji iz anorganskih snovi sintetizirali organske biopolimere.

Po Oparinu je bilo pred 4 milijardami let ozračje zemlje sestavljeno iz amoniaka (NH 3), metana (CH 4), ogljikovega dioksida (CO 2) in vodne pare (H 2 O). Po trenutnih podatkih amonijak in metan morda nista bila, vendar prisotnost vodika (H2), klora (Cl2), dušika (N2) in vodikovega sulfida (H2S) ni izključena. Plini so pobegnili iz hladnega središča zemeljskega "oblaka". Kisik ni segel v ozračje in je na poti oksidiral različne snovi. Ko je temperatura na površini padla pod 100 stopinj, se je začelo obdobje vročih dežev, oblikovali so se svetovni oceani, številna morja in plitve rezervoarje.

Leta 1953 je mlademu ameriškemu študentu S. Millerju uspelo v bučki reproducirati umetno abiogeno sintezo organskih snovi. Iz metana, amoniaka, vodika in vode pri temperaturi 80 stopinj Celzija, pri visokem tlaku in ob prenosu električnih izpustov 60 tisoč voltov je dobil maščobne kisline, sečnino, ocetno kislino in, kar je najpomembneje, neposredne prekurzorje beljakovin - aminokisline. Kasneje je Američan S. Fox, ko je segreval mešanico aminokislin, sam sintetiziral beljakovine - v obliki preprostega polipeptida. Dobili smo tudi nukleotide, predhodnike DNK in RNK.

Tako je teorija Oparin-Holden naredila zmagovito povorko v laboratorijih biokemikov sredi 20. stoletja. Vendar se je pojavila alternativna različica, da se lahko organske snovi na Zemljo prinesejo kot del kometov in meteoritov. Pa naj bo, od organske snovi do najpreprostejše celice - velike razdalje. Kot si je zamislil Oparin, so bile organske snovi koncentrirane v gostih kapljicah - koacervatih.

Model trde matrice izvora življenja izhaja iz dejstva, da so organske snovi nastajale ne v raztopini, ampak na trdnih fazah mineralov. Mineralna površina lahko služi kot katalizator, torej dramatično pospeši sintezno reakcijo in hkrati kot vzorec (matriko) za kemijsko strukturo, ki se na njej sintetizira.

Sodobna znanost že ima dovolj znanja za trditev: življenje je na primitivni Zemlji nastalo na povsem naraven način kot proces samoorganizacije, na osnovi pretvorbe anorganskih substratov v organske makromolekularne komplekse in, nadalje, v protocelice. Kar zadeva specifične mehanizme tvorbe organskih kompleksov, kot kaže zadnji material, je prihodnost očitno za trdne matrične modele, med katerimi je najbolj produktiven matriks apatit.

2. Faze razvoja življenja in njihova vloga v evoluciji zemlje

Kot je navedeno zgoraj, se prve sledi življenja na Zemlji segajo v približno 3,6 milijarde let oziroma 3.600 milijonov let. Tako je življenje nastalo kmalu po nastanku zemeljske skorje. Zgodovino razvoja življenja preučujemo v skladu z geologijo in paleontologijo, saj je v strukturi zemeljske površine ohranjenih veliko fosilov, ki jih proizvajajo živi organizmi. To so tako imenovane sedimentne kamnine, ki vsebujejo ogromne plasti krede, peščenjakov in drugih kamnin, ki predstavljajo spodnje sedimente enoceličnih apnenčastih lupin, koral, mehkužcev, silicijevih okostij in drugih trdnih ostankov starodavnih organizmov.

Spremembe življenjskih oblik na Zemlji so šle vzporedno z geološkim prestrukturiranjem strukture in topografijo zemeljske skorje, atmosferske sestave, meja oceanov in drugih geoloških procesov. Te spremembe so v odločilni meri določale smer in dinamiko biološke evolucije. V skladu z najpomembnejšimi dogodki geo-biološkega evolucije v zgodovini Zemlje ločimo velike časovne intervale - obdobja, obdobja znotraj njih, obdobja znotraj dob itd. Prav tako bomo izsledili najpomembnejše dogodke, ki korak za korakom spreminjajo planetarno biosfero našega planeta

Potem bo celotno obdobje razvoja življenja na Zemlji samo eno pogojno leto našega koledarja - od 1. januarja (pred 3600 milijoni let), ko so nastale prve protokole, do 31. decembra (0 let), ko živimo. Kot lahko vidite, odštevanje geološkega časa običajno poteka v obratnem vrstnem redu.

Arhejska doba (doba starodavnega življenja) - od 3.600 milijonov do 2.600 milijonov let, dolžina 1 milijarde let - približno četrtina celotne zgodovine življenja (v našem pogojnem koledarju je to januar, februar, marec in več dni aprila). V arhejski dobi so se pojavile pro- in evkariontske celice z različnimi vrstami prehrane in oskrbe z energijo, začrtal pa je prehod na večcelične organizme.

Proterozojska doba (doba zgodnjega življenja) - od 2600 do 570 milijonov let - najdaljša doba, ki zajema približno 2 milijardi let, torej več kot polovico celotne zgodovine življenja (po našem pogojnem koledarju je to obdobje od aprila do začetka novembra). Konec proterozoika je zaznamoval tudi zelo pomemben geološki dogodek, ki je močno vplival na nadaljnji biološki razvoj. V proterozojski dobi je prevlado prokariotov zamenjala prevlada evkariotov, prišlo je do radikalnega prehoda iz enoceličnih v večcelične, oblikovali so se vsi osnovni tipi živalskega kraljestva.

Paleozojska doba (doba starodavnega življenja) - od 570 do 230 milijonov let - v skupni dolžini 340 milijonov let. Naslednje obdobje intenzivnih gorskih stavb, v skladu s katerimi se proterozojski in paleozojski ločujeta, je privedlo do spremembe reliefa zemeljske površine. Sredi nekdanjega oceana so se celine dvignile, nekdanja kopenska območja so bila pod vodo. V teh pogojih je bila usoda večine skupin organizmov odločena radikalno - biti ali ne biti. Nekatere skupine so izumrle, druge pa so se prilagodile in razvile nove habitate po spremembah zemeljske površine in podnebja. Opozoriti je treba, da večina skupin organizmov, ki so nastale v prejšnjih obdobjih, še naprej sobiva z novo nastajajočimi mladimi skupinami, čeprav številne zmanjšujejo svojo velikost. Narava se je razšla s tistimi, ki ne izpolnjujejo spremenljivih pogojev, vendar obdržijo najuspešnejše možnosti, iz njih izberejo in razvijejo najbolj prilagojene ter poleg tega ustvarijo nove obrazce.

Skupni rezultat paleozoika je poseljenost zemljišč z rastlinami, gobami in živalmi. Hkrati se ti in drugi, tretji pa v času svojega razvoja anatomsko zapletejo, pridobijo nove strukturne in funkcionalne naprave za razmnoževanje, dihanje, prehrano in prispevajo k razvoju novega habitata. Evolucija sledi poti morfofiziološkega napredka. Paleozoic se konča, ko je 7. decembra na našem koledarju. Naravi se mudi, hitrost evolucije v skupinah je velika, čas preobrazb se skrajša, toda prvi plazilci se pojavljajo šele na odru, čas ptic in sesalcev pa je še daleč naprej.

Mezozojska doba (doba srednjega življenja) - od 230 do 67 milijonov let - v skupni dolžini 163 milijonov let. Nadaljevanje naraščanja tal, ki se je začelo v prejšnjem obdobju, se nadaljuje. Obstaja eno samo celino. Njegova skupna površina je zelo velika - veliko večja kot je trenutno. Celina je prekrita z gorami, oblikujejo se Ural, Altaj in druga gorska območja. Klima postaja vse bolj sušna. Mezozojska doba se upravičeno imenuje doba plazilcev. Več kot 160 milijonov let so preživeli svoj razcvet, največjo razhajanje na vseh habitatih in izumrli v boju proti neizogibnim elementom. Glede na te dogodke so toplokrvni organizmi - sesalci in ptice - pridobili ogromne prednosti, prešli na razvoj osvobojenih ekoloških sfer. A bilo je že novo obdobje. Pred "novim letom" je bilo 7 dni.

Kenozojska doba (doba novega življenja) - od 67 milijonov let do danes. To je doba cvetočih rastlin, žuželk, ptic in sesalcev. V tej dobi se je pojavil tudi človek.

Tako je vsaka naslednja obsežna obnova zemeljskega površja pomenila neizogibne evolucijske preobrazbe v živem svetu. Vsako novo ohlajanje je vodilo do izumrtja neprimernosti. Kontinentalni nanos je določil razliko v hitrostih in smereh razvoja izolatov.

Po drugi strani pa je postopni razvoj in razmnoževanje rastlinskih in živalskih skupin vplival na sam geološki razvoj.

3. Vernadsky o vlogi žive snovi pri razvoju zemeljske lupine in biosfere

Vernadsky je do problemov preučevanja vloge žive snovi v evoluciji zemeljske lupine in biosfere prišel s študijami geokemije in preučevanjem evolucije zemeljske skorje. Bil je prvi, ki je razumel, da je cel obraz Zemlje, njene pokrajine, kemija oceana, zgradba atmosfere - vse to je produkt življenja. Posledično se je pojavila nova znanstvena disciplina - biogeokemija.

Osnova te slike razvoja Zemlje kot kozmičnega telesa bi morala biti neka začetna hipoteza, ki bi določila dejstvo nastanka življenja na našem planetu. Vernadsky se ni posebej ukvarjal s problemom nastanka življenja in se omejil na navedbo empiričnega dejstva: nastalo je življenje na Zemlji. Za celoto vseh obstoječih organizmov (vključno z mikroskopskimi) je uvedel izraz živa snov in, ko je ugotovil njeno polno kemijsko sestavo, šel k preučevanju vseh kemijskih in energetskih procesov, ki se dogajajo v lupini Zemlje, v kateri živi snov, t.j. v biosferi.

Biosfera je zemeljska lupina, katere sestavo, strukturo in energijo določa skupna aktivnost živih organizmov. Izraz biosfera je skoval E. Suess (1875), ki ga je razumel kot tanek film življenja na zemeljskem površju, ki v veliki meri definira "obraz Zemlje". Zasluga za ustvarjanje celostne doktrine biosfere pripada Vernadskemu.

Biosfera pokriva del ozračja do višine ozonskega zaslona (20–25 km), del litosfere, zlasti vremensko skorjo, in celotno hidrosfero. Spodnja meja pade v povprečju 2-3 km pod kopno in 1-2 km pod oceansko dno. Vernadsky je biosfero obravnaval kot območje življenja, vključno z organizmi, njihov habitat. Identificiral je sedem različnih, vendar geološko povezanih vrst snovi: živa snov, hranila (fosilna goriva, apnenci itd., Tj. Snov, ki jih ustvarjajo in predelajo živi organizmi), inertna snov (nastala v procesih, v katerih živi organizmi ne vključeni), biokozalna snov (ustvarjena sočasno z živimi organizmi in v procesu anorganske narave, kot je zemlja), radioaktivne snovi, razpršeni atomi in snovi kozmičnega izvora (meteoriti, kozmični prah).

Osrednja povezava Vernadskega v konceptu biosfere je ideja žive snovi. „Živi organizmi so funkcija biosfere in so z njo tesno materialno in energetsko povezani, so velika geološka sila, ki jo določa. Da se v to prepričamo, moramo žive organizme izraziti kot nekaj celotnega in enotnega. Tako izraženi organizmi predstavljajo živo snov, tj. celota vseh obstoječih živih organizmov, ki so številčno izraženi v osnovni kemični sestavi, v teži, energiji. Z okoljem je povezan biogeni tok atomov: njegovo dihanje, prehrana in razmnoževanje, «je zapisal V.I. Vernadsky v svoji knjigi "Kemična zgradba biosfere Zemlje in njenega okolja."

Živa snov je v biosferi razporejena neenakomerno. Njegov maksimum se pojavlja na površjih kopnega in hidrosfere, kjer zelene rastline in heterotrofni organizmi, ki živijo na njihove stroške (organizmi, ki uporabljajo eksogene organske snovi) kot vir ogljika, nastajajo v razsutem stanju. Več kot 90% vse žive snovi biosfere, ki jo tvorijo predvsem ogljik, kisik, dušik in vodik, se pojavlja na kopenski vegetaciji (97-98% kopenske biomase).

Skupna masa žive snovi v biosferi je ocenjena na 1,8–2,5 · 10 18 g (glede na suho snov) in predstavlja le majhen del mase biosfere (3 · 10 24 g). Kljub temu je Vernadsky, ki se je zanašal na številne podatke, menil, da je živa snov najmočnejši geokemični in energetski dejavnik, vodilna sila v planetarnem razvoju.

Glavni vir biokemijske aktivnosti organizmov je sončna energija, ki jo v procesu fotosinteze uporabljajo zelene rastline in nekateri mikroorganizmi za ustvarjanje organske snovi, ki zagotavlja hrano in energijo vsem drugim organizmom. Zahvaljujoč aktivnosti fotosintetskih organizmov se je pred približno dvema milijardama let začelo kopičenje prostega kisika v atmosferi, nato pa se je oblikovala ozonska plast, ki ščiti pred trdnim kozmičnim sevanjem. Fotosinteza in dihanje zelenih rastlin podpirata sodobno plinsko sestavo ozračja. Pojav kisika v primarni atmosferi brez kisika na Zemlji velja za najpomembnejšo fazo v razvoju biosfere.

Življenje na Zemlji v geološko vidnem obdobju že od nekdaj obstaja v obliki kompleksno organiziranih kompleksov različnih organizmov (biocenoz). Hkrati so živi organizmi in njihovo okolje tesno povezani, medsebojno delujejo, tvorijo integralne sisteme - biogeocenoze. Prehrana, dihanje in razmnoževanje organizmov ter procesi ustvarjanja, kopičenja in propadanja organskih snovi, povezanih z njimi, zagotavljajo stalen krog snovi in \u200b\u200benergije. S tem ciklom je povezana migracija atomov kemičnih elementov - njihovi biogeokemični cikli, med katerimi atomi večine kemičnih elementov neštetokrat prehajajo skozi živo snov.

Med razvojem življenja je več skupin organizmov večkrat zamenjalo druge, hkrati pa se je vedno ohranilo bolj ali manj konstantno razmerje oblik, ki so opravljale določene geokemijske funkcije.

Združena dejavnost žive snovi na Zemlji je nenehno podpirala anorgansko okolje, potrebno za obstoj življenja, tj. relativna homeostaza (sposobnost bioloških sistemov, da vzdržijo spremembe in ohranjajo konstantnost sestave in lastnosti) v biosferi, ki je ena od značilnih lastnosti, ki jo je V. I. Vernadsky smatral za organizacijo. Zato lahko biosfero opredelimo tudi kot zapleten dinamični sistem, ki s pomočjo metabolizma med živo snovjo in okoljem zajame, kopiči in prenaša energijo.

Tako se zgodovina žive snovi skozi čas izraža v počasni spremembi življenjskih oblik, oblik živih organizmov, ki so neprekinjeno genetsko povezane, iz generacije v generacijo, brez prekinitve. Ta ideja se je stoletja izražala kot ugibanje. Leta 1859 je končno dobil trdno utemeljitev velike doktrine C. Darwina (1809-1882) o evoluciji vrst (rastlin in živali, vključno s človekom).

Ena osrednjih vezi v pojmu biosfere je nauk o živi snovi. V procesu evolucije vrst se je biogena selitev atomov, tj. Energija žive snovi biosfere, večkrat povečala in še naprej raste, elementov. Za živo snov je značilna tudi visoka hitrost kemičnih reakcij v primerjavi z neživo snovjo, kjer so podobni procesi tisoč in milijonov krat počasnejši.

Za živo snov je značilno, da so njene kemične spojine, med katerimi so najpomembnejše beljakovine, stabilne le v živih organizmih. Po končanem življenjskem procesu se originalna živa organska snov razgradi na kemične sestavine. Živa snov na planetu obstaja v obliki nenehnega izmeničenja generacij, zaradi česar je novo nastala genetsko povezana z živo snovjo preteklih dob. To je glavna strukturna enota biosfere, ki določa vse druge procese površine zemeljske skorje. Za živo materijo je značilna prisotnost evolucijskega procesa. Genske informacije katerega koli organizma so šifrirane v vsaki od njegovih celic.

Sodobna biosfera je nastala kot posledica dolge evolucije pod vplivom kombinacije kozmičnih, geofizičnih in geokemičnih dejavnikov. Prvotni vir vseh procesov, ki se odvijajo na Zemlji, je bilo Sonce, vendar je fotosinteza igrala pomembno vlogo pri nastanku in nadaljnjem razvoju biosfere. Biološka osnova nastanka biosfere je povezana z nastankom organizmov, ki lahko uporabijo zunanji vir energije, v tem primeru Sončevo energijo, da tvorijo organske snovi iz najpreprostejših spojin, potrebnih za življenje.

Danes je sistem pogledov na biosfero, ki ga je ustvaril V. I. Vernadsky, ki se nanaša na J. B. Lamarck je poudaril, da "nam je dal predstavo o vlogi biosfere v zgodovini našega planeta."

Prvič je idejo o geoloških funkcijah "žive snovi", ki jo predstavlja celota celotnega organskega sveta v obliki "ene same neločljive celote", izrazil V. I. Vernadsky. Leta 1919 je V. I. Vernadsky dal eno svojih prvih definicij žive snovi: "Z imenom žive snovi bom pomenil celoto organizmov, rastlin in živali, vključno s človekom." Kasneje je to definicijo razjasnil. Izboljšave so se nanašale na presoje o preoblikovanju (pretvorbi) različnih oblik energije, njihovi vlogi pri delovanju "žive snovi" in vlogi "žive snovi" v zgodovini kemičnih elementov na Zemlji. Po Vernadskem je živa snov tista povezava, ki združuje zgodovino kemičnih elementov z evolucijo organizmov in človeka, pa tudi z evolucijo celotne biosfere.

Seznam rabljene literature

1. Vonsovsky S.V. Sodobna znanstvena slika sveta. -M .: NORMA, 2008. -686p.
2. Gorelov A.A. Koncept sodobne znanosti. -M .: Edinost, 2007. -632s.
3. J. Fakeberg. Iz česa je sestavljen Svet -M .: Mir, 1989.299 s.
4. Karpenkov S.Kh. Pojmi sodobne znanosti. Učbenik za srednje šole. -M .: KnoRus, 2007. -412s.
5. Pojmi sodobne znanosti. - M .: Višja šola, 2004. -455s.
6. Kolchinski E. I. Evolucija biosfere. -M: Znanje, 2001. -259s
7. Ruzavin G.I. Koncept sodobne znanosti. -M .: NORMA, 2007. -395s.
8. Sadokhin A.P. Pojmi sodobne znanosti: priročnik. -Omega-L, 2008. -632s.

Sukhanov A.D. Pojmi sodobne znanosti. Učbenik za srednje šole. -M .: Drofa, 2007. -642s.

Živi organizmi so se na Zemlji pojavili v prvih milijardah let obstoja

Starodavni fosili kažejo, da je življenje na Zemlji obstajalo večino zgodovine našega planeta. V zahodni Avstraliji so paleontologi odkrili posebne mineralne tvorbe, imenovane stromatolites, ki so, kot kaže, nastale kot rezultat delovanja bakterij pred vsaj 3,4 milijarde let, in ostanke fosilnih bakterij, katerih starost je, glede na radiometrično datiranje, približno 3,5 milijarde let. Drugi dokazi kažejo, da je življenje lahko nastalo veliko prej, v prvih nekaj sto milijonih let po tem, ko se je površina Zemlje ohladila in utrdila.

Vprašanje, kako se je rodilo življenje, je eden najbolj zanimivih in zapletenih znanstvenih problemov. Še vedno nimamo nobenih fosilnih dokazov o obstoju življenja pred 3,9 milijarde let, saj starejših usedlin ni bilo odkrito. Zelo težko je poustvariti pogoje, pod katerimi so nastali najstarejši organizmi, saj naše znanje o kemijskih in fizikalnih razmerah na Zemlji v starih časih še zdaleč ni končano. Kljub temu so raziskovalci postavili številne hipoteze o tem, kako bi se lahko samorazmnoževalni organizmi pojavili in začeli razvijati. Čeprav nobena hipoteza še ni postala splošno sprejeta, je znanost uspela osvetliti te temeljne teme.

Stotine laboratorijskih poskusov, izvedenih od petdesetih let 20. stoletja, so pokazale, da lahko najpreprostejše kemijske spojine na Zemlji, vključno z vodo in vulkanskimi plini, tvorijo številne molekule, ki tvorijo gradnike živih celic, vključno z molekula snovi, ki sestavljajo beljakovine, DNK in celične membrane. Meteoriti, ki prihajajo iz vesolja, vsebujejo tudi nekaj teh gradnikov, in astronomi, ki uporabljajo radijske teleskope, so našli veliko teh molekul v medzvezdnem prostoru.

Da bi lahko nastalo življenje, je bilo treba izpolniti tri pogoje. Najprej bi morale biti oblikovane skupine molekul, ki so sposobne samo-razmnoževanja. Drugič, kopije teh molekulskih kompleksov bi morale biti spremenljive, tako da bi nekateri lahko učinkoviteje uporabljali vire in se bolj uspešno upirali delovanju okolja kot drugi. Tretjič, ta spremenljivost bi morala biti podedovana, kar omogoča, da se nekatere oblike pod ugodnimi okoljskimi pogoji številčno povečajo.

Nihče še ne ve, katera kombinacija molekul je najprej izpolnila zgornje pogoje, vendar so znanstveniki pokazali možno načelo teh procesov s preučevanjem molekul snovi, imenovane RNA. V zadnjem času je bilo mogoče ugotoviti, da nekatere molekule RNA lahko večkrat pospešijo hitrost kemičnih reakcij, vključno z reakcijo reprodukcije elementov drugih molekul RNA. Če bi bile molekule, kot je RNA, sposobne samo-razmnoževanja (po možnosti s pomočjo drugih molekul), bi lahko ustvarile osnovo za nastanek zelo preprostega živega organizma. Če bi se izkazalo, da so takšni samoponovljivi kompleksi zaprti v vezikle, ki jih tvorijo membrane iz nekaterih kemikalij, bi lahko tvorile protocelice - najstarejše oblike najpreprostejših celic. Spremembe, ki se zgodijo z molekulami, lahko privedejo do pojava oblik, ki se na primer v določenem okolju reproducirajo učinkoviteje. Tako bi se začelo delovanje naravne selekcije, kar bi omogočilo, da bi se protocelice, ki imajo ugodne molekulske lastnosti, uspešno množile in postale vedno težje.

Da bi predstavili verodostojno hipotezo o izvoru življenja, je treba odgovoriti na veliko več vprašanj. Raziskovalci, ki preučujejo izvor življenja, sploh ne vedo, kateri kompleksi kemičnih spojin bi se lahko začeli sami razmnoževati. Tudi če lahko v laboratoriju na podlagi preprostih kemičnih spojin ustvarimo živo celico, to ne bo pomenilo, da se je v naravi, na mladi Zemlji, dogajalo pred milijardami let. Toda načela, na katerih temeljijo kemični viri življenja, kot tudi možne podrobnosti postopka njegovega nastanka, so tako kot drugi naravni pojavi predmet znanstvenega raziskovanja. Zgodovina znanosti kaže, da lahko celo tako zapletena vprašanja, kot je vprašanje o nastanku življenja, postanejo na voljo za znanstveno rešitev kot posledica razvoja teorij, razvoja nove opreme in odkrivanja novih dejstev.