На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Особенности биологии XX в

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 28.10.2012. Сдан: 2012. Страниц: 13. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


?3
 
Московский институт Международных
Экономических отношений
 
 
 
Факультет:     Бухгалтерский учет и аудит
 
 
Курсовая работа
 
 
 
Дисциплина:     Концепции современного естествознания
 
Тема:                       Особенности биологии XXв.
 
 
 
                        Выполнила:
        
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва
2003 г.
План
Введение
 
I. Век генетики
1.      Хромосомная теория наследственности
2.      Создание синтетической теории эволюции
3.      Революция в молекулярной биологии
II. МИР ЖИВОГО.
1. Особенности живых систем
1.1. Существенные черты живых систем
1.2. Основные уровни организации живого
2. Возникновение жизни на Земле
2.1. Развитие представлений о происхождении жизни
3. Развитие органического мира
3.1. Основные этапы геологической истории Земли
3.2. Начальные этапы эволюции жизни
3.3.Образование царства растений и царства животных
3.4. Завоевание суши
3.5. Основные пути эволюции наземных растений
3.6. Пути эволюции животных
 
Вывод
Используемая литература
 
 
 
 
 
 
 
Введение
 
В XX в динамичное развитие биологического познания позволило открыть молекулярные основы живого и непосредственно приблизиться к решению величайшей проблемы науки — раскрытию сущности жизни. Радикально изменились и сама биология, и ее место, роль в системе наук, отношение биологической науки и практики Биология постепенно становится лидером естествознания
Выражением этой тенденции являются следующие процессы, укрепление связи биологии с точными и гуманитарными науками; развитие комплексных и междисциплинарных исследований, увеличение каналов взаимосвязи с теоретическим познанием и со сферой практической деятельности, прежде всего с глобальными проблемами современности.  Мы отдаем себе отчет в том, что ощущаем влияние,   пока еще не разрешенных глобальных проблем человечества, отсюда и необходимость изучения данной дисциплины, составным компонентом которой является сам человек.
 
 
 
 
 
 
I. Век генетики
1.      Хромосомная теория наследственности
 
Вступление в XX в. ознаменовалось в биологии бурным развитием генетики. Важнейшим исходным событием явилось новое открытие законов Менделя. В 1900 г. законы Менделя были переоткрыты неза­висимо сразу тремя учеными — Г. де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии. Далее последовала лавина эмпирических открытий и построение различных теоретических мо­делей. За относительно короткий срок (20—30 лет) в учении о наслед­ственности был накоплен колоссальный эмпирический и теорети­ческий материал.
Начало XX в. принято считать началом экспериментальной гене­тики, принесшей множество новых эмпирических данных о наслед­ственности и изменчивости. К такого рода данным можно отнести:
открытие дискретного характера наследственности; обоснование представления о гене и хромосомах как носителях генов; представ­ление о линейном расположении генов; доказательство существова­ния мутаций и возможность вызывать их искусственно; установление принципа чистоты гамет, законов доминирования, расщепления и сцепления признаков; разработка методов гибридологического ана­лиза, чистых линий и инцухта, кроссинговера (нарушение сцепления генов в результате обмена участками между хромосомами) и др. Важно, что все эти и другие открытия были экспериментально под­тверждены, строго обоснованы.
В первой четверти XX в. интенсивно развивались и теоретичес­кие аспекты генетики. Особенно большую роль сыграла хромосо­мная теория наследственности, разработанная в 1910—1915 гг. в трудах А. Вейсмана, Т. Моргана, А. Стертеванта, Г.Дж. Меллера и др. Она строилась на следующих исходных абстракциях: хромосома состоит из генов; гены расположены на хромосоме в линейном порядке; ген — неделимая корпускула наследственности, «квант»; в мутациях ген из­меняется как целое. Эта теория была первой обстоятельной попыт­кой теоретической конкретизации идей, заложенных в законах Мен­деля.
Первые 30 лет XX в. прошли под знаком борьбы представителей различных концепций наследственности.
2.      Создание синтетической теории эволюции
Преодоление противоречий между эволюционной теорией и генети­кой стало возможным с созданием синтетической теории эволюции, которая выступает основанием всей системы современной эволюци­онной биологии.
Принципиальные положения синтетической теории эволюции были заложены работами С. С. Четверикова (1926), а также Р. Фише­ра, С. Райта, Дж. Холдейна, Н.П. Дубинина (1929-1932) и др. Непо­средственными предпосылками для синтеза генетики и теории эво­люции выступали: хромосомная теория наследственности, биомет­рические и математические подходы к анализу эволюции, закон Харди — Вейберга для идеальной популяции (гласящий, что такая популяция стремится сохранить равновесие концентрации генов при отсутствии факторов, изменяющих его), результаты эмпиричес­кого исследования изменчивости в природных популяциях и др.
В основе этой теории лежит представление о том, что элементар­ной «клеточкой» эволюции является не организм и не вид, а популя­ция. Именно популяция — та реальная целостная система взаимосвя­зи организмов, которая обладает всеми условиями для саморазвития, прежде всего способностью наследственного изменения в смене био­логических поколений. Элементарной единицей наследственности выступает ген (участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кисло­ты — ДНК, отвечающий за развитие определенных признаков орга­низма). Наследственное изменение популяции в каком-либо опреде­ленном направлении осуществляется под воздействием ряда эволю­ционных факторов (изменяющих генотипический состав популя­ции): мутационный процесс (поставляющий элементарный эволюционный материал), популяционные волны (колебания чис­ленности популяции в ту или иную сторону от средней численности входящих в нее особей), изоляция (закрепляющая различия в наборе генотипов и способствующая делению исходной популяции на не­сколько самостоятельных), естественный отбор — процесс, опреде­ляющий вероятность достижения индивидами репродукционного возраста. Естественный отбор является ведущим эволюционным фактором, направляющим эволюционный процесс.
 
3.      Революция в молекулярной биологии
 
Во второй половине 40-х гг. в биологии произошло важное событие — осуществлен переход от белковой к нуклеиновой трактовке природы гена. Предпосылки новых открытий в области биохимии складыва­лись раньше. В 1936 г. в СССР А. Н. Белозерский получил из растения тимонуклеиновую кислоту, которая до тех пор выделялась лишь в животных организмах, что доказало тождество животных и расти­тельных миров на молекулярном уровне. Важные идеи, открывавшие новые широкие ориентиры познания, намного опередившие свое время, были выдвинуты Н. К. Кольцовым. Так, еще в 192"7 г. он выска­зал мысль о том, что при размножении клеток осуществляется мат­ричная ауторепродукция материнских молекул. Правда, Кольцов считал, что эти процессы осуществляются на белковой основе, по­скольку в то время генетические свойства ДНК не были известны. Именно вследствие незнания наследственных свойств ДНК биохи­мия развивалась относительно независимо от генетики до середины 40-х гг. Скачок в направлении их тесного взаимодействия произошел после того, как биология перешла от белковой к нуклеиновой трак­товке природы гена. (В начале 40-х гг. впервые появился термин «молекулярная биология».)
В 1944 г. американскими биохимиками (О. Эвери и др.) было установлено, что носителем свойства наследственности является ДНК.
Но расшифровка структуры молекулы ДНК была лишь первым шагом на пути выявления механизма наследственности и изменчи­вости. Далее за относительно непродолжительный срок времени были получены другие важнейшие результаты: выяснена роль транспортной-РНК и информационной-РНК; расшифрован генетический код; осуществлен синтез гена; теоретически решена проблема био­синтеза белка; расшифрована аминокислотная последовательность многих белков и установлена пространственная структура для неко­торых из них; на этой основе выяснен принцип и особенности функ­ционирования ферментативных молекул, химически синтезирован ряд ферментов; получены важные результаты в плане понимания организации вирусов и фагов, характер их биогенеза в клетке; зало­жены основы генной инженерии, содержанием которой является активное вмешательство человека в природу наследственности и ее изменение в соответствии с потребностями человека, общества (это имеет и свои нравственно-ценностные аспекты). В последние 40 лет молекулярная биология развивалась исключительно быстрыми тем­пами, открытие следовало за открытием. Общее направление этих открытий — выработка представлений о сущности жизни, о природе ее фундаментальных черт — наследственности, изменчивости, обме­не веществ и др.
 
II. МИР ЖИВОГО.
1. Особенности живых систем
1.1. Существенные черты живых систем
 
Жизнь на Земле чрезвычайно многообразна. Она представлена ядерными и доядерными одно- и многоклеточными существами Богатейший мир многоклеточных су­ществ представлен тремя царствами — грибами, растениями и животными. Каждое из них в свою очередь представлено разнообразными типами, классами, отрядами, се­мействами, родами, видами, популяциями и особями. Все эти таксоны являются ре­зультатом исторического развития мира живого, его эволюции.
Число видов ныне существующих растений достигает более 500 тыс., из них цветковых примерно 300 000. Царство животных не менее разнообразно, чем царство растений, а по числу видов животные превосходят растения. Описано около 1 200 000 видов животных (из них около 900 000 видов — членистоногих, 110 000 — моллюсков, 42 000 — хордовых животных).
Но мир живого имеет еще и структурно-инвариантный аспект:
живое обладает молекулярной, клеточной, тканевой и иной структур­ностью. Подавляющее большинство ныне живущих организмов (кроме вирусов и фагов) состоит из клеток. По признаку клеточного строения все живые организмы делятся на доклеточные и клеточ­ные. Доклеточные формы жизни — вирусы (открытые в 1892 г. рус­ским микробиологом Д.И. Ивановским) и фаги. Вирусы занимают промежуточное место между живым и неживым. Они состоят из бел­ковых молекул и нуклеиновых кислот; не имеют собственного обмена веществ; вне организма или клетки они не проявляют признаков жизни. Все клеточные подразделяются на четыре царства: безъядер­ные (бактерии, цианеи), растения (багрянки, настоящие водоросли, высшие растения), грибы (низшие и высшие) и, наконец, животные (простейшие и многоклеточные). Безъядерные, видимо, относятся к самым древним формам жизни на Земле. Кроме того, существует множество сообществ разной сложности, включающих как особей одного вида, так и особей, принадлежащих к разным видам.
Биология XX в. углубила понимание существенных черт живого, раскрыв молекулярные основы жизни. В основе современной биоло­гической картины мира лежит представление о том, что мир живо­го — это грандиозная СИСТЕМА высокорганизованных систем. Любая система (и в неорганической, и в органической природе) состоит из совокупности элементов (компонентов) и связей между ними (структуры), которые объединяют данную совокупность элементов в единое целое. Биоло­гическим системам свойственны свои специфические элементы и особенные типы связей между ними.
Всем живым системам свойственны следующие существенные черты: обмен веществ, подвижность, раздражимость, рост, размно­жение, приспособляемость. Каждое из этих свойств порознь может встречаться и в неживой природе и поэтому само по себе не может рассматриваться как специфическое для живого. Однако все вместе они никогда не характеризуют объекты неживой природы и свойст­венны только миру живого, и в своем единстве являются критериями, отличающими живое от неживого.
Живой организм — это множественная система химических про­цессов, в ходе которых происходит постоянное разрушение молеку­лярных органических структур и их воспроизводство. Современная молекулярная биология показала поразительное единство живой ма­терии на всех уровнях ее развития — от простейшего микроорганиз­ма до высшего млекопитающего. Выяснилось, что существует только два основных класса молекул, взаимодействие которых определяет то, что мы называем жизнью. Эго — нуклеиновые кислоты и белки. Взятые вместе, они и образуют основу живого.
Основой воспроизводства является синтез белков, который про­исходит в клетках организма при помощи нуклеиновых кислот ~ ДНК и РНК (рибонуклеиновая кислота). Белки — это очень сложные макромолекулы, структурными элементами которых являются ами­нокислоты. Структура белка задается последовательностью образую­щих его аминокислот. Причем характерно то, что из 100 известных в органической химии аминокислот в образовании белков всех орга­низмов используется только 20. Почему именно эта двадцатка амино­кислот, а не какие-либо другие синтезирует белки нашего органичес­кого мира, до сих пор так и не ясно.
Нуклеиновые кислоты обладают более простой структурой. Они образуют длинные полимерные цепи, звеньями которых выступают нуклеотиды — соединения азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кислоты. В ДНК основаниями служат аденин, гуанин, цитозин и тимин. Эти азотистые основания присоединяются к сахару по одному в разной последовательности. Аденин и гуанин являются пуринами, а цитозин, тимин иурацил—пирамидинами. В РНК тимин заменен урацилом, а сахар дезоксирибоза в ДНК — рибозой в РНК.
Сущность живого наиболее концентрированно выражена в заме­чательном явлении конвариантной редупликации. Конвариантная редупликация — «самовоспроизведение с изменениями», осущест­вляемое на основе матричного принципа синтеза макромолекул. В его основе — уникальная способность к самовоспроизведению основ­ных управляющих систем (ДНК, хромосом и генов), которые облада­ют относительно высокой степенью стабильности. Такая стабиль­ность и обеспечивает возможность идентичного самовоспроизведе­ния (явление наследственности). Все основные свойства живого не­мыслимы без наследственной передачи свойств в ряду поколений.
С другой стороны, при самовоспроизведении управляющих сис­тем в живых организмах происходит не абсолютное повторение, а воспроизведение с внесением изменений, что также определяется свойствами молекул ДНК. Абсолютной стабильности в природе не бывает. Любая достаточно сложная молекулярная структура, претер­певает структурные изменения в результате движения атомов и моле­кул. Если эти изменения не ведут к летальному исходу, они будут передаваться по наследству в результате самовоспроизведения по матричному принципу. Конвариантная редупликация означает воз­можность передачи по наследству мутаций, т.е. дискретных отклоне­ний от исходного состояния.
 
1.2. Основные уровни организации живого
 
Системно-структурные уровни организации многообразных форм живого достаточно многочисленны. Среди них: молекулярный, кле­точный, тканевой, органный, онтогенетический, популяционный, видовой, биогеоценотический, биосферный.
Молекулярно-генетический уровень. Знание закономерностей молекулярно-генетического уровня организации живого — необходи­мая предпосылка для ясного понимания жизненных явлений, проис­ходящих на всех остальных уровнях организации жизни. На этом уровне организации жизни гены представляют собой элементарные единицы.
Выяснено, что основные структуры на этом уровне, несущие в себе коды наследственной информации, представлены молекулами ДНК, дифференцированными по длине на элементы кода — трипле­ты азотистых оснований, образующих гены. Основные свойства генов: способность их к конвариантной редупликации, к локальным структурным изменениям (мутациям), способность передавать хран­ящуюся в них информацию внутриклеточным управляющим системам.
Молекула ДНК представляет собой две спаренные нити, закручен­ные в спирали. Каждая из этих нитей соединяется с другой водород­ными связями; причем каждая из таких связей попарно соединяет либо аденин одной цепи с тимином другой, либо гуанин с цитозином. Конвариантная редупликация происходи-то матричному принципу. Сначала разрываются водородные связи двойной спирали ДНК с участием фермента ДНК-полимеразы. Затем каждая из нитей на своей поверхности строит соответствующую нить, после чего новые нити комплементарно соединяются между собой. Пиримидиновые и :пуриновые основания комплементарных нитей «сшиваются» между собой ДНК-полимеразой. Этот процесс осуществляется очень быстро. Так, на самосборку ДНК, состоящей примерно из 40 тыс. пар нуклеотидов, требуется всего 100 с.
В синтезе белков важная роль принадлежит также и РНК. Синтез белка происходит в особых областях клетки — рибосомах. Рибосомы иногда образно называют «фабриками белка». Существует по крайне мере три типа РНК: высокомолекулярная РНК, локализующаяся в рибосомах; информационная-РНК, образующаяся в ядре клетки; транспортная-РНК.
В ядре генетический код переносится с молекул ДНК на молекулу информационной-РНК. Генетическая информация о последователь­ности и характере синтеза белка переносится из ядра молекулами информационной-РНК в цитоплазму к рибосомам и там участвует в синтезе белка. Перенос и присоединение отдельных аминокислот к месту синтеза осуществляется транспортной-РНК. Белок, содержа­щий тысячи аминокислот, в живой клетке синтезируется за 5 — 6 мин.
Таким образом, как при конвариантной редупликации, так и при внутриклеточной передаче информации используют единый матрич­ный принцип: исходные молекулы ДНК и РНК являются матрицами, рядом с которыми строятся соответствующие макромолекулы. Моле­кулы ДНК играют роль кода, в котором как бы «зашифрованы» все синтезы белковых молекул в клетках организма. Характерно, что все биологические организмы, известные нам на Земле, используют оди­наковый тип генетического кода. Редупликация, основанная на мат­ричном копировании, делает возможным сохранение не только гене­тической нормы, но и отклонений от нее, т.е. мутаций (основа про­цесса эволюции).
Онтогенетический уровень. Следующий, более сложный, ком­плексный уровень организации жизни на Земле — онтогенетический. Он связан с жизнедеятельностью отдельных биологических особей, дискретных индивидуумов. Индивид, особь — неделимая и целостная единица жизни на Земле. В многобразной земной органической жизни особи имеют различное морфологическое содержание. Здесь и одноклеточные, состоящие из ядра, цитоплазмы, множества органелл и мембран, макромолекул и т. д. Здесь и многоклеточная особь, образованная из миллионов и миллиардов клеток. Сложность много­клеточных особей неизмеримо выше сложности одноклеточных. Но и одноклеточная и многоклеточная особи обладают системной орга­низацией и выступают как единое целое.
Причем важно то, что характеристика особи не может быть исчер­пана рассмотрением физико-химических свойств макромолекул, вхо­дящих в его состав. Разделить особь на части без потери «индивиду­альности» невозможно. Это позволяет выделить онтогенетический уровень как особый уровень организации жизни. Таким образом, на онтогенетическом уровне единицей жизни служит особь — с момента  рождения до смерти.
Развитие особи, последовательность морфологических, физиоло­гических и биохимических преобразований, претерпеваемых орга­низмом от образования зародышевой клетки до смерти составляет содержание процесса онтогенеза. Онтогенез состоит из роста, пере­мещения отдельных структур, дифференциации и усложнения интег­рации организма. По сути, онтогенез — это процесс реализации на­следственной информации, закодированной в управляющих структу­рах зародышевой клетки, а также испытания, проверки согласован­ности и работы управляющих систем во времени и пространстве, приспособления особи к среде и др.
Причины развития организма в онтогенезе являются предметом обстоятельного и интенсивного изучения эмбриологами, биохими­ками, генетиками. Многие отрасли биологии изучают процессы и явления, происходящие в особи, согласованное функционирование ее органов и систем, механизм их работы, роль в жизнедеятельности организма, взаимоотношение органов, поведение организмов, приспособительные изменения и т.п. Пока не создана общая теория онтогенеза, неясны все причины и факторы, определяющие строгую организованность этого процесса.
Вместе с тем до сих пор не известно, почему в онтогенезе строго определенные процессы происходят в должное время и в должном месте. Одна из важнейших проблем современной биологии — выяв­ление закономерностей регуляции внутриклеточных процессов, функций клетки и механизма включения генов в процессе клеточной дифференцировки, ведь в процессе развития каждой клетки в ней работают только те гены, функция которых необходима для развития данной ткани (органа).
Популяционно-видовой уровень. Особи в природе не абсолют­но изолированы друг от друга, а объединены более высоким рангом биологической организации. Это популяционно-видовой уровень. Он возникает там и тогда, где и когда происходит объединение осо­бей в популяции, а популяций в виды. Популяции - это совокупность особей одного вида, населяющих определенную территорию, более или менее изолированную от соседних совокупностей того же вида.
Популяции целостны, хотя состоят из множества особей. Их це­лостность базируется на иных основаниях, чем целостность молеку­лярно-генетического и онтогенетического уровней. Она обеспечива­ется взаимодействием особей в популяциях и воссоздается через обмен генетическим материалом в процессе полового размножения. Виды — это системы популяций.
Популяции выступают как элементарные, далее неразложимые эволюционные единицы, представляющие собой генетически от­крытые системы, так как особи из разных популяций иногда скрещи­ваются и популяции обмениваются генетической информацией. На популяционно-видовом уровне особую роль играет свободное скре­щивание между особями внутри популяции и вида.
Популяция — основная элементарная структура на популяционно-видовом уровне, а элементарное явление на этом уровне — изменение генотипического состава популяции; элементарный материал на этом уровне — мутации.
Популяции и виды, а также протекающий в популяциях процесс . эволюции всегда существуют в определенной природной среде, кон­кретной системе, которая включает в себя биотические и абиотичес­кие факторы. Такая система получила название «биогеоценоз» — это элементарная единица следующего (биогеоценотического) уровня организации жизни на Земле.
Биогеоценотический уровень. Популяции разных видов взаимодействуют между собой. В ходе взаимодействия они объединяются в сложные системы — биоценозы. Биоценоз - совокупность растений, жи­вотных, грибов и микроорганизмов, населяющих участок среды с более или менее однородными условиями существования и характеризующихся опреде­ленными взаимосвязями между собой. Компоненты, образующие биоце­ноз, взаимозависимы. Изменения, касающиеся только одного вида,  могут сказаться на всем биоценозе и даже вызвать его распад. Биоценозы входят в качестве составных частей в еще более сложные системы (сообщества) — биогеоценозы.
Биогеоценоз (экосистема, экологическая система) - взаимообусловленный  комплекс живых и абиотических компонентов, связанных между собой обме­ном веществ и энергией.
Биогеоценоз — это целостная система. Виды в биогеоценозе действуют друг на друга не только по принципу прямой, но и обратной связи (в том числе посредством изменения ими абиотических условий). Выпадание одного или нескольких компонентов биогеоценоза; может привести к разрушению целостности биогеоценоза, что часто  ведет к необратимому нарушению равновесия и гибели биогеоценоза как системы. В целом жизнь биогеоценоза регулируется силами, действующими внутри самой системы, т.е. можно говорить о саморегуляции биогеоценоза. В то же время биогеоценоз представляет собой незамкнутую систему, имеющую каналы вещества и энергии, связы­вающие соседние биогеоценозы. Обмен веществ и энергией между соседними биогеоценозами может осуществляться в разных формах: газообразной, жидкой и твердой, а также в форме миграции жи­вотных.
Высокоорганизованные организмы для своего существования нуждаются в более простых организмах; каждая экосистема неизмен­но содержит как простые, так и сложные компоненты. Биогеоценоз только из бактерий или деревьев никогда не сможет существовать, как нельзя представить экосистему, населенную лишь позвоночными или млекопитающими. Таким образом, низшие организмы в экосис­теме — это не какой-то случайный пережиток прошлых эпох, а необ­ходимая составная часть биогеоценоза, целостной системы органи­ческого мира, основа его существования и развития, без которой не возможен обмен веществом и энергией между компонентами биогео­ценоза.
Абиотическими компонентами биогеоценозов являются атмо­сфера, солнечная энергия, почва, вода. Первичной биотической основой для сложения биогеоценозов служат автотрофы — зеленые растения и микроорганизмы, хемосинтетики, производящие орга­ническое вещество. Автотофные растения и микроорганизмы пред­ставляют жизненную среду для гетеротрофов — животных, грибов, большинства бактерий, вирусов. Поэтому и границы биогеоценозов чаще всего совпадают с границами растительных сообществ (фитоценозов). Но и животные впоследствии начинают играть важную роль в жизни растений: они осуществляют опыление, распростра­нение плодов, участвуют в круговороте веществ и т.д. Так склады­вается биогеоценотический комплекс, который может существовать веками.
Вся совокупность связанных между собой круговоротом веществ и энергии биогеоценозов на поверхности нашей планеты образуют мощную систему биосферы Земли. Верхняя граница жизни в атмосфере достигает при­мерно 25—30 км, нижняя граница в земной коре сосредоточена в самом верхнем ее слое — до 10 м. (Хотя отдельные виды микроорга­низмов встречаются в нефтеносных слоях на глубине до 3 км.) В гидросфере (океаны и моря) зона, богатая живыми организмами, зани­мает слой воды до 200 м, но некоторые организмы обнаружены и на максимальной глубине глубоководных океанских впадин — до 11 км. Таким образом, «пленка жизни» на Земле достаточно тонкая и дости­гает всего лишь около 40 км. Она ограничена интенсивным потоком губительных ультрафиолетовых лучей за пределами озонового слоя в тропосфере и высокой температурой земных недр (на глубине 3 км она может достигать 100° С).
Благодаря деятельности растений биосфера стала аккумулятором солнечной энергии.
Между неорганической и органической материей на Земле суще­ствует постоянный кругооборот вещества и энергии, в котором про­является закон сохранения массы и энергии: каждое живое существо благодаря следующим цепям питания (особенно бактериям) после окончания жизненного цикла возвращает природе все, что взяло от нее в течение жизни. Именно кругооборот вещества и энергии обес­печивает продолжительность существования жизни, потому что иначе на Земле запасы необходимых элементов были бы очень бы­стро исчерпаны. Рассматривая биосферу Земли как единую экологи­ческую систему, можно убедиться, что живое вещество Земли сущест­венно не уменьшается и не увеличивается в массе, а только переходит из одного состояния в другое.
Раздел биологии, изучающий экологические системы (биоценозы, биогеоценозы) называется биогеоценология. Основателем ее был выдающийся отечественный ученый В.И. Сукачев, учение о био­сфере создал наш великий мыслитель В.И. Вернадский.
Таким образом, молекулярно-генетический, онтогенетический, популяционно-видовой и биоценотический уровни — четыре основ­ных уровня организации жизни на Земле.
 
2. Возникновение жизни на Земле
2.1. Развитие представлений о происхождении жизни
 
Происхождение жизни — одна из трех важнейших мировоззренчес­ких проблем наряду с проблемой происхождения нашей Вселенной и проблемой происхождения человека.
Попытки понять, как возникла и развивалась жизнь на Земле, были предприняты еще в глубокой древности. В античности сложи­лись два противоположных подхода к решению этой проблемы. Пер­вый, религиозно-идеалистический, исходил из того, что возникнове­ние жизни на Земле не могло осуществиться естественным, объектив­ным, закономерным образом; жизнь является следствием божествен­ного творческого акта (креационизм), и потому всем существам свойственна особая  независимая от материального мира «жизнен­ная сила» (vis vitalis), которая направляет все процессы жизни (вита­лизм). В основе второго, материалистического подхода лежало пред­ставление о том, что под влиянием естественных факторов живое может возникнуть из неживого, органическое из неорганического. Несмотря на свою примитивность, первые исторические формы кон­цепции самозарождения сыграли прогрессивную роль в борьбе с креационизмом.
Идея самозарождения получила широкое распространение в сре­дневековье и эпоху Возрождения, когда допускалась возможность самозарождения не только простых, но и довольно высокооргани­зованных существ, даже млекопитающих (например, мышей из тря­пок). Например, в трагедии В. Шекспира «Антоний и Клеопатра» Леонид говорит Марку Антонию: «Ваши египетские гады заводятся в грязи от лучей вашего египетского солнца. Вот, например, кро­кодил...». Известны попытки Парацельса разработать рецепты ис­кусственного человека (гомункулуса).
Невозможность произвольного зарождения жизни была доказана целым рядом опытов. Итальянский ученый Ф. Реди эксперименталь­но доказал невозможность самозарождения сколько-нибудь сложных животных. Применение микроскопа в биологических исследованиях способствовало открытию большого разнообразия одноклеточных организмов. На этой основе вновь возродились старые идеи произ­вольного самозарождения простейших существ. Окончательно вер­сия о самозарождении была развенчана Л. Пастером в середине XIX в. Пастер показал, что не только в запаянном сосуде, но и неза­крытой колбе с длинной S-образной горловиной хорошо прокипя­ченный бульон остается стерильным, потому что в колбу через такую горловину не могут проникнуть микробы. Так было доказано, что в наше время какой бы то ни было новый организм может появиться только от другого живого существа.
Появление жизни на Земле пытались объяснить и занесением ее из других космических миров. В 1865 г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), в соответст­вии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие миро­вое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Эта гипотеза была поддержана многими выдающимися учеными XIX в. — У. Томсоном, Г. Гельмгольцем и др. Сходную гипотезу в 1907 г. выдвинул известный шведский естествоиспытатель С. Аррениус. Его гипотеза получила название панспермии: во Вселенной вечно существуют зародыши жизни, которые движутся в космичес­ком пространстве под давлением световых лучей; попадая в сферу притяжения планеты, они оседают на ее поверхности и закладывают на этой планете начало живого.
Естествознание XX в. сделало шаг вперед в изучении жизни, ее проявлений на Земле и за ее пределами. Такие отрасли знаний, как биохимия, биофизика, генетика, молекулярная биология, космичес­кая биохимия и др., намного расширили представления о сущности земной жизни, о возможности существования подобных явлений вне пределов нашей планеты. Сейчас уже определенно выяснено, что «азбука» живого сравнительно проста: в любом существе, живущем на Земле, присутствует 20 аминокислот, пять оснований, два углевода и один фосфат. Существование небольшого числа одних и тех же моле­кул во всех живых организмах убеждает нас, что все живое должно иметь единое происхождение.
Отрицание возможности самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возмож­ности развития органической природы и жизни в прошлом из неор­ганической материи. На определенной стадии развития материи жизнь может возникнуть как результат естественных процессов, со­вершающихся в самой материи. Кроме того, элементарные химичес­кие процессы на начальных этапах возникновения и развития жизни могли происходить не только на Земле, но и в других частях Вселен­ной и в различное время. Поэтому не исключается возможность зане­сения определенных предпосылочных факторов жизни на Землю из Космоса. Однако в изученной пока человеком части Вселенной толь­ко на Земле они привели к формированию и расцвету жизни.
С позиций современной науки жизнь возникла из неживого вещества в результате эволюции материи, является результатом естественных процессов, происходивших во Вселенной. Жизнь — это свойство ма­терии, которое ранее не существовало и появилось в особый момент истории нашей планеты Земля. Возникновение жизни явилось ре­зультатом процессов, протекавших сначала миллиарды лет во Все­ленной, а затем многие миллионы лет на Земле. От неорганических соединений к органическим, от органических к биологическим — таковы последовательные стадии, по которым осуществлялся про­цесс зарождения жизни.
Возраст Земли исчисляется примерно 5 млрд лет. Жизнь сущест­вует на Земле, видимо, более 3,5 млрд лет. Признаки деятельности живых организмов обнаружены в докембрийских породах, рассеян­ных по всему земному шару.
В сложном процессе возникновения жизни на Земле можно выде­лить несколько основных этапов. Первый из них связан с образова­нием простейших органических соединений из неорганических.
Образование простых органических соединений. Происхожде­ние жизни связано с протеканием определенных химических реак­ций на поверхности первичной планеты. Каковы же основные этапы химической эволюции жизни?
На начальных этапах своей истории Земля представляла собой раскаленную планету. Вследствие вращения при постепенном сниже­нии температуры атомы тяжелых элементов перемещались к центру, а в поверхностных слоях концентрировались атомы легких элемен­тов (водорода, углерода, кислорода, азота), из которых и состоят тела живых организмов. При дальнейшем охлаждении Земли появились химические соединения: вода, метан, углекислый газ, аммиак, циа­нистый водород, а также молекулярный водород, кислород, азот. Физические и химические свойства воды (высокий дипольный мо­мент, вязкость, теплоемкость и т. д.) и углерода (трудность образова­ния окислов, способность к восстановлению и образованию линей­ных соединений) определили то, что именно они оказались у колы­бели жизни.
На этих начальных этапах сложилась первичная атмосфера Земли, которая носила не окислительный, как сейчас, а восстанови­тельный характер. Кроме того, она была богата инертными газами (гелием, неоном, аргоном). Эта первичная атмосфера уже утрачена. На ее месте образовалась вторая атмосфера Земли, состоящая на 20% из кислорода — одного из наиболее химически активных газов. Эта вторая атмосфера — продукт развития жизни на Земле, одно из его глобальных следствий.
Дальнейшее снижение температуры обусловило переход ряда га­зообразных соединений в жидкое и твердое состояние, а также обра­зование земной коры. Когда температура поверхности Земли опусти­лась ниже 100°С произошло сгущение водяных паров. Длительные ливни с частыми грозами привели к образованию больших водоемов. В результате активной вулканической деятельности из внутренних слоев Земли на поверхность выносилось много раскаленной массы, в том числе карбидов — соединений металлов с углеродом. При взаи­модействии карбидов с водой выделялись углеводородные соедине­ния. Горячая дождевая вода как хороший растворитель имела в своем составе растворенные углеводороды, а также газы (аммиак, углекис­лый газ, цианистый водород), соли и другие соединения, которые могли вступать в химические реакции. С особым успехом, видимо, протекали процессы роста молекул при наличии группы
-N= C= N-. У этой группы большие химические возможности к росту за счет как присоединения к атому углерода атома кислорода, так и реагирова­ния с азотистым основанием. Так постепенно на поверхности моло­дой планеты Земля накапливались простейшие органические соеди­нения. Причем накапливались в больших количествах. Подсчеты по­казывают, что только посредством вулканической деятельности на поверхности Земли могло образоваться около 1016 кг органических молекул. Это всего на 2—3 порядка меньше массы современной био­сферы!
Вместе с тем астрономическими исследованиями установлено, что и на других планетах, и в космической газопылевой материи имеются углеродные соединения, в том числе углеводороды.
Возникновение сложных органических соединений. Второй этап биогенеза характеризовался возникновением более сложных органических соединений, в частности белковых веществ в водах первичного океана. Благодаря высокой температуре, грозовым раз­рядам, усиленному ультрафиолетовому излучению относительно простые молекулы органических соединений при взаимодействии с другими веществами усложнялись и образовывались углеводы, жиры, аминокислоты, белки и нуклеиновые кислоты.
Возможность такого синтеза была доказана опытами A.M. Бутле­рова, который еще в середине прошлого столетия получил из фор­мальдегида углеводы (сахар). В 1953—1957 гг. химиками различных стран (США, СССР, Германии) в целом ряде экспериментов из смеси газов (аммиака, метана, водяного пара, водорода) при 70—80°С и давлении несколько атмосфер под воздействием электрических раз­рядов напряжением 60 000 В и ультрафиолетовых лучей были синтезированы органические кислоты, в том числе аминокислоты (гли­цин, аланин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты), которые явля­ются материалом для образования белковой молекулы. Таким обра­зом, были смоделированы условия первичной атмосферы Земли, при которых могли образовываться аминокислоты, а при их полимериза­ции — и первичные белки.
Эксперименты в этом направлении оказались перспективными. В дальнейшем (при использовании других соотношений исходных газов и видов энергии) путем реакции полимеризации из простых молекул получали более сложные молекулы: белки, липиды, нуклеи­новые кислоты и их производные, а позже была доказана возмож­ность синтеза в условиях лаборатории и других сложных биохими­ческих соединений, в том числе белковых молекул (инсулина), азо­тистых оснований нуклеотидов. Особенно важно то, что лаборатор­ные эксперименты совершенно определенно показали возможность образования белковых молекул в условиях отсутствия жизни.
С определенного этапа в процессе химической эволюции на Земле активное участие стал принимать кислород. Он мог накапли­ваться в атмосфере Земли в результате разложения воды и водяного пара под действием ультрафиолетовых лучей Солнца. (Для превраще­ния восстановленной атмосферы первичной Земли в окисленную потребовалось не менее 1—1,2 млрд лет.) С накоплением в атмосфере кислорода восстановленные соединения начали окисляться. Так, при окислении метана образовались метиловый спирт, формальде­гид, муравьиная кислота и т.д., которые вместе с дождевой водой попадали в первичный океан. Эти вещества, вступая в реакции с аммиаком и цианистым водородом, дали начало аминокислотам и соединениям типа аденина. Важно и то, что более сложные органи­ческие соединения являются более стойкими перед разрушающим действием ультрафиолетового излучения, чем простые соединения.
Анализ возможных оценок количества органического вещества, которое накопилось неорганическим путем на ранней Земле, впечат­ляет: по некоторым расчетам за 1 млрд лет над каждым квадратным сантиметром земной поверхности образовалось несколько кило­граммов органических соединений. Если их все растворить в миро­вом океане, то концентрация раствора была бы приблизительно 1%. Это довольно концентрированный «органический бульон». В таком «бульоне» мог вполне успешно развиваться процесс образо­вания более сложных органических молекул. Таким образом, воды первичного океана постепенно насыщались разнообразными орга­ническими веществами, образуя «первичный бульон». Насыщению такого «органического бульона» в немалой степени способствовала еще и деятельность подземных вулканов.
«Первичный бульон» и образование коацерватов. Дальнейший этап биогенеза связан с концентрацией органических веществ, воз­никновением белковых тел.
В водах первичного океана концентрация органических веществ увеличивалась, происходили их смешивание, взаимодействие и объ­единение в мелкие обособленные структуры раствора. Такие структуры можно легко получить искусственно, смешивая растворы разных  белков, например желатина и альбумина. Эти обособленные в раство­ре органические многомолекулярные структуры выдающийся русский ученый А.И. Опарин назвал коацерватными каплями или коацерватами. Коацерваты — мельчайшие коллоидальные частицы —  капли, обладающие осмотическими свойствами. Коацерваты образуются в слабых растворах. Вследствие взаимодействия противоположных электрических зарядов происходит агрегация молекул. Мелкие сферические частицы возникают потому, что молекулы воды созда­ют вокруг образовавшегося агрегата поверхность раздела.
Исследования показали, что коацерваты имеют достаточно слож­ную организацию и обладают рядом свойств, которые сближают их с простейшими живыми системами. Например, они способны погло­щать из окружающей среды разные вещества, которые вступают во взаимодействие с соединениями самой капли, и увеличиваться в раз­мере. Эти процессы в какой-то мере напоминают первичную форму ассимиляции. Вместе с тем в коацерватах могут происходить процес­сы распада и выделения продуктов распада. Соотношение между этими процессами у разных коацерватов неодинаково. Выделяются отдельные динамически более стойкие структуры с преобладанием синтетической деятельности. Однако все это еще не дает основания для отнесения коацерватов к живым системам, потому что они лише­ны способости к самовоспроизведению и саморегуляции синтеза ор­ганических веществ. Но предпосылки возникновения живого в них уже содержались.
Коацерваты объясняют, как появились биологические мембраны. Образование мембранной структуры считается самым «трудным» этапом химической эволюции жизни. Истинное живое существо (в виде клетки, пусть даже самой примитивной) не могло оформиться до возникновения мембранной структуры и ферментов. Биологичес­кие мембраны — это агрегаты белков и липидов, способные отграни­чить вещества от среды и придать упаковке молекул прочность. Мем­браны могли возникнуть в ходе формирования коацерватов.
Повышенная концентрация органических веществ в коацерватах увеличивала возможность взаимодействия между молекулами и усложнения органических соединений. Коацерваты образовывались в воде при соприкосновении двух слабо взаимодействующих полиме­ров.
Кроме коацерватов в «первичном бульоне» накапливались поли-нуклеотиды, полипептиды и различные катализаторы, без которых невозможно образование способности к самовоспроизведению и об­мену веществ. Катализаторами могли быть и неорганические вещест­ва. Так, Дж. Берналом в свое время была выдвинута гипотеза о том, что наиболее удачные условия для возникновения жизни складыва­лись в небольших спокойных теплых лагунах с большим количеством ила, глинистой мути. В такой среде очень быстро протекает полиме­ризация аминокислот; здесь процесс полимеризации не нуждается в нагревании, так как частицы ила выступают в качестве своеобразных катализаторов.
Возникновение простейших форм живого. Главная проблема в учении о происхождении жизни состоит в объяснении возникнове­ния матричного синтеза белков. Жизнь возникла не тогда, когда образовались пусть даже очень сложные органические соединения, отдельные молекулы ДНК и др., а тогда, когда начал действовать механизм конвариантной редупликации. Именно поэтому заверше­ние процесса биогенеза связано с возникновением у более стойких коацерватов способности к самовоспроизведению составных частей, с переходом к матричному синтезу белка, характерному для живых организмов. В ходе предбиологического отбора наибольшие шансы на сохранение имели те коацерваты, у которых способность к обмену веществ сочеталась со способностью к самовоспроизведению.
Переход к матричному синтезу белков был величайшим качест­венным скачком в эволюции материи. Однако механизм такого пере­хода пока не ясен. Основная трудность здесь состоит в том, что для удвоения нуклеиновых кислот нужны ферментные белки, а для созда­ния белков — нуклеиновые кислоты. Как разорвать эту «замкнутую цепь»? Иначе говоря, нужно объяснить, как в ходе предбиологичес­кого отбора объединились способности к самовоспроизведению полипуклеотидов с каталитической активностью полипептидов в ус­ловиях пространственно-временного разобщения начальных и ко­нечных продуктов реакции.
В последующем предбиологический отбор коацерватов, по-види­мому, шел по нескольким направлениям. Во-первых, в направле­нии выработки способности накопления специальных белковоподобных полимеров, ответственных за ускорение химических реак­ций. В результате строение нуклеиновых кислот изменялось в на­правлении преимущественного «размножения» систем, в которых удвоение нуклеиновых кислот осуществлялось с участием фермен­тов. На этом пути и возникает характерный для живых существ цик­лический обмен веществ:

 

Энергетический метаболизм

 
Специфические ферменты                        Полимерный синтез
                                                                  (образование мономолекулярных систем)
 
                              Редупликация нуклеиновых кислот
 
Во-вторых, в системе коацерватов присходил и отбор самих  нуклеиновых кислот по наиболее удачному сочетанию последовательности нуклеотидов. На этом пути формировались гены. Самовос­производящиеся системы со сложившейся стабильной последовательностью нуклеотидов в нуклеиновой кислоте уже могут быть названы живыми.
Знание условий, которые способствовали возникновению жизни на Земле, позволяют понять, почему в паше время невозможно появ­ление живых существ из неорганических систем. В нашу эпоху отсутствуют условия для синтеза и усложнения органических веществ-простые соединения, которые могли бы где-то образоваться, сразу же были бы использованы гетеротрофами. Теперь живые существа по­являются только вследствие размножения.
Возникнув, жизнь стала развиваться быстрыми темпами (ускорение эволюции во времени). Так, развитие от первичных протобионтов до аэробных форм потребовало около 3 млрд лет, тогда как с момента возникновения наземных растений и животных прошло около 500 млн лет; птицы и млекопитающие развились от первых наземных позвоночных за 100 млн лет, приматы выделились за 12-15 млн лет, для становления человека потребовалось около 3 млн лет.
 
3. Развитие органического мира
3.1. Основные этапы геологической истории Земли
 
Прежде чем перейти к рассмотрению развития органического мира, ознакомимся с основными этапами геологической истории Земли.
Геологическая история Земли подразделяется на крупные про­межутки — эры; эры — на периоды, периоды — на века. Разделение на эры, периоды и века, конечно же, относительное, потому что резких разграничений между этими подразделениями не было. Но все же именно на рубеже соседних эр, периодов преимущественно происхо­дили существенные геологические преобразования: горообразова­тельные процессы, перераспределение суши и моря, смена климата и проч. Кроме того, каждое подразделение характеризовалось каче­ственным своеобразием флоры и фауны.
Геологические эры Земли:
катархей (от образования Земли 5 млрд лет назад до зарождения жизни);
архей, древнейшая эра (3,5 млрд — 2,6 млрд лет);
протерозой (2,6 млрд — 570 млн лет);
палеозой (570 млн — 230 млн лет) со следующими периодами:
кембрий (570 млн — 500 млн лет);
ордовик (500 млн — 440 млн лет);
силур (440 млн — 410 млн лет);
девон (410 млн — 350 млн лет);
карбон (350 млн — 285 млн лет);
пермь (285 млн — 230 млн лет);
мезозой (230 млн — 67 млн лет) со следующими периодами:
триас (230 млн — 195 млн лет);
юра (195 млн — 137 млн лет);
мел (137 млн — 67 млн лет);
кайнозой (67 млн — до нашего времени) со следующими периодами и веками:
палеоген (67 млн — 27 млн лет):
палеоцен (67—54 млн лет)
эоцен (54—38 млн лет)
олигоцен (38—27 млн лет) неоген (27 млн — 3 млн лет):
миоцен (27—8 млн лет)
плиоцен (8—3 млн лет) четвертичный (3 млн — наше время):
плейстоцен (3 млн — 20 тыс. лет)
голоцен (20 тыс. лет—наше время)
 
3.2. Начальные этапы эволюции жизни
 
Более 3,5 млрд лет назад на дне мелководных, теплых и богатых питательными веществами морей, водоемов возникла жизнь в виде мельчайших примитивных существ. Первый период развития орга­нического мира на Земле характеризуется тем, что первичные живые организмы были анаэробными (жили без кислорода), питались и воспроизводились за счет «органического бульона», возникшего из неорганических систем; иначе говоря, они питались готовыми орга­ническими веществами, синтезированными в ходе химической эво­люции, т
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.