الدورات الدراسية: أصل الحياة على الأرض

مقدمة ……………………………………………………………… .......... …………… .2

1. الأفكار الحديثة حول أصل الحياة على الأرض ....... ……… 4

2. القوانين الأساسية للتطور البيولوجي …………………………… .......... 18

3. التطور الجزئي والكلي ………………………………………………… .......... 22

الخلاصة ……………………………………………………………………… .............. 32

قائمة الأدب المستخدم ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

مقدمة

منذ بداية الحياة ، كانت الطبيعة في تطور مستمر. استمرت عملية التطور لمئات الملايين من السنين ، وكانت نتيجتها هي وفرة الأشكال الحية ، والتي لم يتم وصفها وتصنيفها بالكامل في كثير من النواحي. يستمر التطور على جميع مستويات تنظيم المادة الحية ويتميز على كل مستوى بتشكيل هياكل جديدة وظهور وظائف جديدة. يرافق توحيد الهياكل والوظائف ذات المستوى الواحد انتقال الأنظمة الحية إلى مستوى تطوري أعلى.

هناك العديد من التعريفات لمفهوم "الحياة" - وهي معقدة ومتعددة الأوجه وغامضة مثل مفاهيم "الكون" و "المادة" و "العقل" ، وهي تعاريف واسعة للغاية وتعكس أكثر سمات الواقع عمومية - وهي فئة محددة من خلال وصف الخصائص والخصائص الرئيسية.

التعريف من القاموس الموسوعي ضعيف للغاية: "الأنظمة الحية هي تلك القادرة على الحفاظ بشكل مستقل على درجة عالية جدًا من النظام وزيادة هذه الدرجة في بيئة ذات درجة أقل من النظام" - وفقًا لذلك ، فإن جميع الأنظمة ذاتية التنظيم والتنظيم الذاتي حية - النجوم والمجرات و Metagalaxy نفسها ، وقطرات متداخلة والعديد من المركبات العضوية المعقدة ، وأجهزة الإسقاط الذاتي والتجميع الذاتي. إن اعتبار Likhachev الحياة على أنها خاصية لا يمكن تحديدها للكون لا يعطي أي شيء من حيث الاستخدام العملي للمفهوم.

لم يفقد تعريف F. Engels ، الذي تم تنقيحه في القرن العشرين ، أهميته: "الحياة طريقة لوجود أجسام بروتينية وأحماض نووية" - نظرًا لأن البروتينات لا توجد في الطبيعة خارج الكائنات الحية.

تعريف الأكاديمي N.V. فولكنشتاين: "الأجسام الحية الموجودة على الأرض هي أنظمة مفتوحة وذاتية التنظيم والتكاثر الذاتي مبنية من البوليمرات الحيوية - البروتينات والأحماض النووية."

كانت مشاكل أصل وتطور الحياة على الأرض ولا تزال من بين أعظم مشاكل العلوم الطبيعية. جذبت هذه المشاكل انتباه العقل البشري منذ الأزل. كانوا موضوع اهتمام جميع النظم الفلسفية والدينية. ومع ذلك ، في فترات مختلفة وفي مراحل مختلفة من تطور الثقافة البشرية ، تم حل مشاكل أصل وتطور الحياة بطرق مختلفة. من المقبول الآن بشكل عام أن ظهور الحياة على الأرض كان عملية طبيعية ، قابلة تمامًا للبحث العلمي. ومع ذلك ، يصعب دراسة مسألة أصل الحياة ، لأنه عندما يقترب العلم من مشاكل التنمية باعتبارها خلقًا جديدًا تمامًا ، فإنه يجد نفسه في حدود قدراته الخاصة ، لأن العلماء الآن غير قادرين على إعادة إنتاج عملية ظهور الحياة بنفس الدقة التي كانت عليها قبل عدة مليارات من السنين. حتى التجربة التي تم تنظيمها بعناية ستكون مجرد تجربة نموذجية ، خالية من عدد من العوامل التي رافقت ظهور الحياة على الأرض.

وبالتالي ، فإن مسألة أصل الحياة مثيرة للاهتمام ليس فقط في حد ذاتها ، ولكن أيضًا في ارتباط وثيق بمسائل تطور أشكال الحياة.

أهمية الموضوع المختار أمر لا شك فيه ، لذلك تناقش هذه الورقة النظريات الحديثة حول أصل الحياة وعملية تطور أشكالها.

عند أداء العمل ، تم استخدام الكتب المدرسية والوسائل التعليمية حول مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة والفلسفة وعلم الفلك والبيئة والقانون البيئي وإدارة الطبيعة ، بالإضافة إلى الدراسات والمقالات العلمية في الدوريات.

1. أفكار حديثة حول أصل الحياة على الأرض

حاليًا ، يميز العلماء خمسة مفاهيم علمية عن أصل الحياة:

1. ظهور الكائنات الحية من الكائنات غير الحية ، وطاعة بعض القوانين الفيزيائية والكيميائية - وهو مفهوم غير حيوي ؛

2. فرضية "Holobiosis" - مفهوم بروتوبيونت أو بيود ، نوع من سلف ما قبل الخلوي ، هياكل أولية "قابلة للحياة" ؛

3. فرضية "الجينات" ، أي البحث عن الجينوم باعتباره سلفًا بقايا لجميع الهياكل الخلوية الحية ، مع الأخذ في الاعتبار أن الحمض النووي الريبي هو الذي لعب الدور الأساسي في أصل الحياة ؛

4. مفهوم الحالة الثابتة للحياة - كانت الحياة ثابتة ، ولا وجود لبداية الحياة ؛

5. أصل الحياة خارج كوكب الأرض - تم إحضار الحياة إلى الأرض من الفضاء (مفهوم البانسبيرميا).

في تطوير مذاهب أصل الحياة ، تشغل النظرية القائلة بأن جميع الكائنات الحية تأتي فقط من الكائنات الحية - نظرية التكوين الحيوي. عارضت هذه النظرية في منتصف القرن التاسع عشر الأفكار غير العلمية حول التوليد التلقائي للكائنات الحية. لكن كنظرية عن أصل الحياة ، فإن التولد الحيوي لا يمكن الدفاع عنه ، لأنه يتعارض بشكل أساسي بين الحي والجماد ، ويؤكد فكرة أبدية الحياة التي رفضها العلم.

مفهوم اللاأحيائية. التولد الذاتي - فكرة أصل الكائنات الحية من الكائنات غير الحية - هي الفرضية الأولية للنظرية الحديثة لأصل الحياة. في عام 1924 ، اقترح عالم الكيمياء الحيوية A.I. Oparin أنه مع التصريفات الكهربائية الهائلة في الغلاف الجوي للأرض ، والتي كانت تتكون قبل 4-4.5 مليار سنة من الأمونيا والميثان وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء ، يمكن أن تظهر مركبات عضوية بسيطة ضرورية لظهور الحياة. تحققت تنبؤات الأكاديمي أوبارين. في عام 1955 ، قام الباحث الأمريكي S. Miller ، بتمرير الشحنات الكهربائية عبر خليط من الغازات والأبخرة ، بالحصول على أحماض دهنية بسيطة ، واليوريا ، وأحماض الخليك والفورميك ، والعديد من الأحماض الأمينية. وهكذا ، في منتصف القرن العشرين ، تم إجراء تخليق غير حيوي لمواد شبيهة بالبروتين ومواد عضوية أخرى بشكل تجريبي في ظل ظروف تعيد إنتاج ظروف الأرض البدائية.

تستند فرضية أوبارين حول أصل الحياة على الأرض إلى فكرة التعقيد التدريجي للبنية الكيميائية والمظهر المورفولوجي لسلائف الحياة (بروبيونات) في طريقها إلى الكائنات الحية. عند تقاطع البحر والأرض والجو ، تم خلق ظروف مواتية لتكوين مركبات عضوية معقدة. في المحاليل المركزة للبروتينات والأحماض النووية ، يمكن أن تتشكل الجلطات مثل المحاليل المائية للجيلاتين. أطلق A.I. Oparin على هذه الجلطات قطرات أو تتساقط.

Coacervates عبارة عن هياكل عضوية متعددة الجزيئات معزولة في المحلول. هم ليسوا كائنات حية بعد. يعتبر ظهورهم كمرحلة في تطور ما قبل الحياة.

تمثلت المرحلة الأكثر جوهرية في نشأة الحياة في ظهور آلية لاستنساخ النوع الخاص به ووراثة معايير الأجيال السابقة. أصبح هذا ممكنًا بسبب تكوين مجمعات معقدة من الأحماض النووية والبروتينات. بدأت الأحماض النووية القادرة على التكاثر الذاتي في التحكم في تخليق البروتينات ، وتحديد ترتيب الأحماض الأمينية فيها ، ونفذت بروتينات الإنزيم عملية تكوين نسخ جديدة من الأحماض النووية. هذه هي الطريقة التي ظهرت بها الخاصية الرئيسية المميزة للحياة - القدرة على إعادة إنتاج جزيئات مماثلة لنفسها.

تكمن قوة فرضية الجينات اللاجينية في طبيعتها التطورية (الحياة هي مرحلة طبيعية في تطور المادة) ، وإمكانية التحقق التجريبي من الأحكام الرئيسية للفرضية (في القطرات المتقاربة ، يمكن محاكاة المراحل الأولية لأصل الحياة). سمح الجانب الضعيف من فرضية أوبارين بإعادة إنتاج الهياكل الحية الأولية في غياب الهياكل الجزيئية للشفرة الجينية. تفرض فرضية Oparin متطلبات خاصة على التكاثر التجريبي لهياكل coacervate: "حساء أولي" بهيكل معقد كيميائيًا ، وعناصر من أصل حيوي (إنزيمات وأنزيمات مساعدة).

قوبلت الفرضية اللابيولوجية برفض صارم من العلماء الذين التزموا بفكرة الخلود وعدم البدء في الحياة البيولوجية. العالم الروسي عالم الكيمياء الحيوية S.P. يشير Kostychev في كتيب "حول ظهور الحياة على الأرض" إلى أن الكائنات الحية البسيطة أكثر تعقيدًا من جميع المصانع والنباتات ، وأن الظهور العرضي للحياة أمر غير محتمل ، فالحياة لا تنشأ أبدًا "من مادة ميتة".

فيما يتعلق بالتوليد التلقائي للكائنات الحية ، تجدر الإشارة إلى أنه في وقت مبكر من عام 1859 عينت الأكاديمية الفرنسية للعلوم جائزة خاصة لمحاولة توضيح مسألة التوليد التلقائي للحياة بطريقة جديدة. تم استلام هذه الجائزة في عام 1862 من قبل العالم الفرنسي الشهير ، مؤسس علم الأحياء الدقيقة الحديث ، L. Pasteur. من خلال تجاربه ، أثبت استحالة التوليد التلقائي للكائنات الحية الدقيقة.

وتجدر الإشارة إلى أنه في الوقت الحاضر لا يمكن أن تظهر الحياة على الأرض بالطريقة الأحيائية. حتى داروين كتب في عام 1871: "لكن إذا كان الآن في أي خزان دافئ يحتوي على كل ما يلزم من أملاح الأمونيوم والفوسفور ويمكن الوصول إليه من خلال الضوء والحرارة والكهرباء وما إلى ذلك ، فإن بروتينًا قادرًا على المزيد من التحولات المعقدة بشكل متزايد قد تم تشكيله كيميائيًا ، عندها سيتم تدمير هذه المادة وامتصاصها على الفور ، وهو أمر غير واقعي خلال فترة ظهور الكائنات الحية."

من الصعب حاليًا الموافقة على فرضية AI Oparin. إن وجود نظائرها في التمثيل الغذائي و "الانتقاء الطبيعي" في الأيض ليس دليلاً بعد على أنها يمكن أن تؤدي إلى تكوين الكائنات البدائية الأولى. لا تشرح فرضية أوبارين كيف حدثت القفزة النوعية من الجماد إلى الحي.

نظرية البانسبيرميا. تم طرح فكرة panspermia في عام 1907 من قبل S.Renius ودعمها علماء بارزون مثل E. Hoyle و C. Vikramsinh و W. Creek و S. Ortel و K. Sagan. في عام 1865 ، طرح الطبيب الألماني ج. ريختر فرضية الكون (الجراثيم الكونية) ، والتي تنص على أن الحياة أبدية وأن الجراثيم التي تعيش في الفضاء العالمي يمكن أن تنتقل من كوكب إلى آخر. تم طرح فرضية مماثلة في عام 1907 من قبل عالم الطبيعة السويدي س. أرهينيوس ، الذي اقترح أن هناك دائمًا جراثيم الحياة في الكون. ووصف كيف تترك جزيئات المادة وجزيئات الغبار والجراثيم الحية للكائنات الدقيقة الكواكب التي تسكنها كائنات أخرى في الفضاء العالمي. يحافظون على قابليتهم للحياة من خلال الطيران في فضاء الكون بسبب الضغط الخفيف. بمجرد وصولهم إلى كوكب يتمتع بظروف مناسبة للحياة ، يبدأون حياة جديدة على هذا الكوكب. تم دعم هذه الفرضية من قبل الكثيرين ، بما في ذلك. العلماء الروس S.P. Kostychev، L.S. بيرج.

لا تشير هذه الفرضية إلى أي آلية لشرح الأصل الأساسي للحياة وتنقل المعضلة إلى مكان آخر في الكون. يعتقد ليبيج أن "أجواء الأجرام السماوية ، وكذلك السدم الكونية الدوارة ، يمكن اعتبارها مستودعات قديمة للأشكال المتحركة ، مثل المزارع الأبدية للجراثيم العضوية ،" حيث تتبدد الحياة على شكل هذه الأجنة في الكون. فكّر العالمان الألمان كلفن وهيرمهولتز بطريقة مماثلة.

لتبرير البانسبيرميا ، تُستخدم اللوحات الصخرية تقليديًا لتصوير أشياء تشبه الصواريخ أو رواد الفضاء ، أو مظهر الأجسام الطائرة المجهولة. دمرت رحلات المركبات الفضائية الاعتقاد بوجود حياة ذكية على كواكب المجموعة الشمسية ، والتي نشأت بعد اكتشاف قنوات على المريخ بواسطة Schiparelli في عام 1877.

أحصى لوفيل 700 قناة على سطح المريخ. غطت شبكة القناة جميع القارات. في عام 1924 ، تم تصوير القنوات ، ورأى معظم العلماء دليلاً على وجود حياة ذكية فيها. سجلت صور 500 قناة أيضًا تغيرات في الألوان الموسمية ، مما أكد أفكار عالم الفلك الروسي G.A. Tikhov حول الغطاء النباتي على كوكب المريخ ، حيث كان لون البحيرات والقنوات أخضر. تم الحصول على معلومات قيمة حول الظروف المادية على سطح المريخ من قبل المركبة الفضائية الروسية على المريخ ومحطتي الإنزال الأمريكيتين Viking-1 و Viking-2. وهكذا ، فإن القمم القطبية ، التي تشهد تغيرات موسمية ، تبين أنها تتكون من بخار الماء مع خليط من الغبار المعدني وثاني أكسيد الكربون الصلب (الجليد الجاف). لكن حتى الآن لم يتم العثور على أي آثار للحياة على المريخ. اقترحت دراسة السطح من لوحة الأقمار الصناعية أن قنوات وأنهار المريخ يمكن أن تظهر نتيجة للذوبان تحت الجليد المائي السطحي في مناطق النشاط المتزايد ، إما الحرارة الداخلية للكوكب ، أو أثناء التغيرات المناخية الدورية.

في أواخر الستينيات ، تجدد الاهتمام بفرضية البانسبيرميا. في دراسة مادة النيازك والمذنبات ، تم اكتشاف العديد من "سلائف الكائنات الحية" - المركبات العضوية ، حمض الهيدروسيانيك ، الماء ، الفورمالديهايد ، السيانوجين. تم العثور على الفورمالديهايد ، على وجه الخصوص ، في 60٪ من الحالات في 22 منطقة تمت دراستها ، وتملأ الغيوم بتركيزها البالغ حوالي 1000 جزيء لكل سنتيمتر مكعب مساحات شاسعة. في عام 1975 تم العثور على سلائف الأحماض الأمينية في تربة القمر والنيازك.

يعتقد بعض العلماء أن الحياة لم تنشأ على الأرض ، ولكن تم جلبها إليها من الفضاء الخارجي على شكل جراثيم من الكائنات الحية الدقيقة بحجم 0.2-0.6 ميكرون. تم العثور على مركبات عضوية معقدة في تكوين الغازات الكوكبية والمنتشرة وسدم الغبار والكريات. أثناء مرور النظام الشمسي بأذرع لولبية ، يمكن أن يسقط ما يصل إلى 1014 جزيءًا عضويًا لكل متر مربع على سطح الأرض.

تدعم الفرضية السابقة عالمية الكود الجيني لجميع الكائنات الأرضية وأهمية دور الموليبدينوم في الخلية الحية ، وهو دور نادر على الأرض أكثر من الكروم والنيكل ، اللذين يمكن أن يؤديا نفس الوظائف. يمكن للجراثيم المقاومة للأشعة فوق البنفسجية والإشعاع الكوني أن تنتقل بالفعل بين النجوم ، ولكن من أجل أن تتلقى الأرض بوغًا واحدًا في مليار سنة ، يجب أن تحتوي جميع النجوم الأخرى في المجرة على كواكب تقذف طنًا واحدًا من الأبواغ إلى الفضاء في نفس الوقت.

المذنبات والنيازك الحجرية ، الكوندريتات الكربونية التي تحتوي على مواد عضوية معقدة ، بما في ذلك الأحماض الأمينية (تم العثور على 18 نوعًا من الأحماض الأمينية في تكوين نيزك مورشيسون) ، غير موجود على الأرض ، يُفترض أن يكون مكان نشأة الحياة وتطورها. تشهد العديد من البيانات على وفرة المركبات العضوية على سطح الأرض خلال عصر تكوينها.

يمكن للبكتيريا أن تتكاثر في ظل الظروف القاسية لدرجات الحرارة من -25 درجة مئوية إلى 300 درجة مئوية عند ضغوط تصل إلى 1.3 × 108 باسكال. تظل قابلة للحياة في شكل أبواغ عند درجات حرارة من -240 درجة مئوية إلى 600 درجة مئوية وضغط من 10-4-10-6 باسكال إلى 2 × 109 باسكال ، وتشعيع بالأشعة فوق البنفسجية بكثافة تصل إلى 5 × 104 إيرغ / مم 2 وإشعاع صلب بقوة تصل إلى 104 غراي. تمكنت مستعمرات البكتيريا (E. coli) الموجودة على متن "Surveyer" AMS من البقاء على قيد الحياة لمدة عام واحد على سطح القمر ، وأكثر من 5 سنوات على اللوحة المفتوحة للقمر الصناعي. في الجليد الأحفوري في القطب الشمالي والقارة القطبية الجنوبية ، تم العثور على جراثيم من الكائنات الحية الدقيقة (تصل إلى 107 خلية لكل جرام) ، والتي هي في حالة توقف للرسوم المتحركة من 20-40 ألف سنة إلى 8 ملايين سنة! يعتقد بعض العلماء أن العديد من المجموعات الميكروبية التي تم اكتشافها في التربة الصقيعية بطيئة للغاية ، ولكنها لم تتوقف. تعود هذه الصلاحية إلى العلاقة التي لا تنفصم بين مجموعات الكائنات الحية والبيئة.

لا يمكن لمجموعات منفصلة من الكائنات الحية الدقيقة الأرضية والفطريات البدائية والخمائر والطحالب البقاء على قيد الحياة فحسب ، بل تتكاثر أيضًا في الظروف الموجودة في الغلاف الجليدي وعلى سطح المريخ أو في محيطات أوروبا. ومع ذلك ، على الرغم من الانتشار الكوني للمواد العضوية ، فإن فرضية البانسبيرميا لم تتلق بعد تأكيدًا ماديًا ، على الرغم من أن الصحافة الجماهيرية قد ذكرت مرارًا وتكرارًا في شكل أحاسيس حول اكتشاف الحفريات الميكروبية في النيازك. العيب الرئيسي لهذه الفرضية هو أن نقل مكان أصل الحياة الأرضية من سطح الأرض إلى أعماق الكون لا يحل مشكلة أصل الحياة من المادة الجامدة.

مفهوم حالة الحياة الثابتة. وفقًا لـ V.I. Vernadsky ، من الضروري التحدث عن خلود الحياة ومظاهر كائناتها ، تمامًا كما نتحدث عن خلود الركيزة المادية للأجرام السماوية ، ومعاييرها الحرارية والكهربائية والمغناطيسية ومظاهرها. إن مسألة بداية الحياة بعيدة كل البعد عن البحث العلمي ، وكذلك مسألة بداية المادة والحرارة والكهرباء والمغناطيسية والحركة. جميع الكائنات الحية أتت من الكائنات الحية (مبدأ ريدي). يمكن أن تظهر الكائنات أحادية الخلية البدائية فقط في المحيط الحيوي للأرض ، وعلى نطاق أوسع ، في المحيط الحيوي للكون. وفقًا لفيرنادسكي ، تُبنى العلوم الطبيعية على افتراض أن الحياة بخصائصها الخاصة لا تلعب أي دور في حياة الكون. لكن المحيط الحيوي يجب أن يؤخذ ككل ، باعتباره كائنًا كونيًا حيًا واحدًا (ثم تختفي مسألة بداية الحياة ، والقفز من الجماد إلى الحي).

تتعلق فرضية "Holobiosis" بالنموذج الأولي لسلف ما قبل الخلية وقدراته. هناك أشكال مختلفة من سلف الخلوي - "bioid" ، "biomonad" ، "microsphere". وفقًا لعالم الكيمياء الحيوية P. Dekker ، فإن القاعدة الهيكلية لـ "bioid" تتكون من هياكل مشتتة "تشبه الحياة" غير متوازنة (من اللاتينية "تبديد") ، أي أنظمة مجهرية مفتوحة بجهاز إنزيمي يحفز استقلاب الشوائب الحيوية. تفسر هذه الفرضية نشاط السلف الخلوي في روح التبادل والاستقلاب. في إطار فرضية "Holobiosis" ، صمم عالم الكيمياء الحيوية S. Fox و K. Dose البوليمرات الحيوية القادرة على التمثيل الغذائي - تخليق البروتين المعقد. العيب الرئيسي لهذه الفرضية هو عدم وجود نظام وراثي في ​​مثل هذا التوليف. ومن ثم ، يجب إعطاء الأفضلية لـ "السلف الجزيئي" لأي كائن حي ، وليس للبنية الأولية الخلوية.

فرضية الجينات. يعتقد العالم الأمريكي هالدين أن العنصر الأساسي لم يكن بنية قادرة على تبادل المواد مع البيئة ، بل نظام جزيئي كبير مشابه للجين وقادر على التكاثر ، وبالتالي أطلق عليه "الجين العاري". تلقت فرضية "الجينات" اعترافًا عامًا بعد اكتشاف الحمض النووي الريبي والحمض النووي ومعاييرهما الظاهراتية. في أوائل الثمانينيات. في القرن العشرين ، تم تأسيس قدرة الحمض النووي الريبي على التكاثر الذاتي في غياب إنزيمات البروتين. النقطة الثانية هي اكتشاف وظائف التحفيز الذاتي في الحمض النووي الريبي. أدى الجمع بين وظيفتين - التحفيزية والجينية المعلوماتية - إلى حقيقة أن نظام الجزيئات الكبيرة أصبح قادرًا على التكاثر الذاتي. أولئك. يمكن أن يخضع الحمض النووي الريبي القديم ، الذي يتعاون في حد ذاته مع ميزات النمط الظاهري والنمط الجيني ، لكل من التحولات الجينية والانتقاء الطبيعي ، أي أنه تطور.

لذلك لعب الحمض النووي الريبي دورًا محوريًا في نشأة الحياة. لكننا نعلم أن الجينوم الحديث للغلاف الحيوي يتكون من DNA ، وليس RNA. لكن كيف نفسر ذلك؟ كان التوليف العكسي والقالب من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي مكونات واحدة لكامل سلف الخلية الحية. لكن تطور الأخير كان في اتجاه الحمض النووي الحديث وفقدان وظائفه التحفيزية المستقلة. وهكذا ، فإن الحمض النووي الريبي هو جزيء المعلومات الأساسي الذي يقف في أصول الحياة.

يمكن افتراض أن كلا الأحماض النووية نشأت من جزيء بدائي آخر. من خلال زيادة تعقيده وتخصصه في مسار التطور ، تحول هذا الحمض "pranucleic" إلى أنواع مختلفة وظيفيًا من جزيئات DNA و RNA. من الممكن أن يكون هذا الحمض النووي الأولي جزيءًا قريبًا من الحمض النووي الريبي الأبسط. مثل الحمض النووي الريبي لفيروس موزاييك التبغ ، كان لديه القدرة على نقل المعلومات الوراثية وتوليف البروتينات. من الممكن أيضًا أن تُعتبر الفيروسات التي تحتوي على RNA واحد فقط (تكوين سابق للتطور) بمثابة تعديلات حديثة لشكل حياة بدائي قديم.

كل هذا يمكن أن يلقي بعض الضوء على طرق ظهور وتطور الكائنات الحية من أشكال أبسط من التحكم والشكل البدائي للحياة إلى أشكال أكثر تعقيدًا. إذا كان جزيء الحمض النووي الريبي غير البروتيني ("غير الحي") يشكل أنظمة حية في بيئة مناسبة ، فليس من الممكن العثور على جسر بين الطبيعة الحية وغير الحية على هذا المسار. الكلمة الحاسمة في هذا الأمر تنتمي إلى العديد من الدراسات الكيميائية الحيوية والوراثية المستقبلية.

وبالتالي ، يمكن تقسيم الفرضيات الرئيسية حول أصل الحياة على الأرض إلى 3 مجموعات:

1) الفرضية الدينية حول الأصل "الإلهي" للحياة ؛

2) "البانسبيرميا" - نشأت الحياة في الفضاء ثم تم إحضارها إلى الأرض ؛

3) نشأت الحياة على الأرض نتيجة العمليات الطبيعية.

دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في الانتظام والسمات الكيميائية لأصل الحياة على الأرض.

تم إعداد ظهور وتطور الحياة والعقل على الأرض من خلال مجمل تطور المادة الجامدة في Metagalaxy. يعود انتظام وحتمية ظهور وتطور الحياة والعقل إلى واحدة من أهم خصائص Metagalaxy - "المبدأ الأنثروبي". يرجع وجود الكائنات وتطورها في Metagalaxy إلى العمليات الديناميكية الداخلية. جميع الأجسام الناشئة ، من جزيئات الغبار الكوني والسدم والبكتيريا والأشخاص والنجوم والمجرات ، وعلى ما يبدو ، Metagalaxy بأكملها ككل ، هي أنظمة مفتوحة غير متوازنة تتبادل المادة والطاقة مع البيئة. في سياق التطور ، تنشأ القدرة على إعادة إنتاج مثل هذه الأشياء واستيعاب الميزات والخصائص المكتسبة. مع زيادة تعقيد هياكل الأنظمة المرتبة ، تزداد قدرتها على تجميع المعلومات وحفظها وتخزينها. يعمل تطور المعلومات على تسريع وتيرة التنظيم الذاتي للمادة ويسير في اتجاه تقليل المجموعات المحتملة من العناصر التي تحدد هيكل وعمل الأنظمة المعقدة. المجموعات التي تحتوي على أقل عدد من العناصر أسهل في الاستعادة ، والنقل ، والنسخ المتماثل. بالنسبة للذرات ، فإن عدد التوليفات الممكنة من البروتونات والنيوترونات في النوى الذرية يساوي عدد النظائر (أكثر من 1500). بالنسبة للجزيئات ، العدد المحتمل لمجموعات الذرات يساوي عدد العناصر في الجدول الدوري (حوالي 100). بالنسبة للبوليمرات في المحاليل - عدد 5 تكوينات مكانية. بالنسبة للكائنات الحية - عدد النيوكليوتيدات في DNA و RNA (4). مع زيادة تعقيد الهياكل ، يزداد اعتماد وجودها وتطورها على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبيئة وثبات الظروف الخارجية.

على سبيل المثال ، حدود درجة الحرارة لوجود الكائنات:

الذرات - 0.5-1 كلفن إلى 105 كلفن (درجة حرارة التأين) ؛

الجزيئات - من 2-3 كلفن إلى 104 كلفن (درجة حرارة التفكك) ؛

مجموعات الحالة الصلبة (كائنات تحتوي على الحد الأدنى من عدد الذرات لإظهار جميع الخصائص العيانية لمادة معينة) - من 10-15 كلفن إلى 5 × 103 كلفن ؛

الكائنات الحية الدقيقة - من 100 كلفن إلى 700 كلفن ؛

الإنسان - من 308 كلفن إلى 312 ك.

يحدد ما تقدم الشروط اللازمة والكافية لظهور وتطور الحياة ، والوقت المحتمل لحدوثها في Metagalaxy وعلى الأرض ، والمعدلات والاتجاهات الرئيسية لتطور الكائنات الحية. في العصر المبكر لوجود Metagalaxy حتى تكوين المجرات ، لم تكن الحياة موجودة بسبب الظروف الخارجية غير المناسبة على الإطلاق. لا يمكن أن يكون قد نشأ بالقرب من نجوم الجيل الأول ، والتي ، على الأرجح ، لا تحتوي على أنظمة كوكبية بسبب نقص 10-40 ضعفًا في العناصر الكيميائية الثقيلة.

لتكوين الأجسام الكونية ذات التركيب الكيميائي الحديث ونسبة نظائر العناصر الثقيلة ، يجب أن يحدث تركيبها قبل 4-6 مليار سنة من تكوين النظام الشمسي ، أي قبل 9-11 مليار سنة على الأكثر. كان تكوين العناصر الثقيلة مكثفًا بشكل خاص أثناء تكوين الهياكل المجرية الرئيسية ؛ في منطقتنا من المجرة ، انتهت فترة التكوين النجمي المكثف بوقت تكوين النظام الشمسي.

يتم تحديد الظروف الكيميائية لظهور الحياة وتطورها من خلال تكوين قواعدها الجزيئية. الأحماض النووية للحمض النووي والـ RNA مبنية من النيوكليوتيدات ، والتي تتكون بدورها من السكر والقواعد النيتروجينية والفوسفات. تتكون البروتينات من الأحماض الأمينية. يقتصر التنوع الكيميائي للحياة على الأرض على 28 مادة: 20 نوعًا من الأحماض الأمينية ، 5 قواعد ، 2 كربوهيدرات و 1 فوسفات ، يتكون التركيب الكيميائي الأولي منها من الهيدروجين (37.5٪) ، الكربون (29.8٪) ، الأكسجين (18.3٪) ، النيتروجين (11.3٪) ، الفوسفور (3.1٪). الهيدروجين هو العنصر الكيميائي الأكثر شيوعًا ، والكربون والأكسجين والنيتروجين هم أكثر العناصر الكيميائية الثقيلة شيوعًا ، وهو قادر على تكوين عدد كبير من الجزيئات المعقدة والمستقرة نسبيًا (بسبب وجود مركبات الكربون الخاملة كيميائيًا). الأكسجين هو عامل مؤكسد نشط ، بتوليفه مع الهيدروجين H2O ، الماء هو مذيب كيميائي بيولوجي عالمي واسع الانتشار يبقى في حالة سائلة على مدى درجة حرارة واسعة ، وله ثابت عازل عالي وسعة حرارية.

تفرض الظروف الكيميائية لوجود الحياة عددًا من المتطلبات الإضافية على الخصائص الفيزيائية للأشياء التي يمكن تحقيقها عليها.

يجب أن يسمح التركيب الكيميائي للكائن بوجود غلاف مائي وجو ذي تركيبة مقبولة ، تتكون من غازات تساهم في ظهور وتطور الكائنات الحية وتحافظ على نظام الطاقة المطلوب (درجة الحرارة وإضاءة الطاقة) دون تقلبات حادة في الظروف والضغط أعلاه. على سبيل المثال ، ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي للأرض ليس فقط المادة الخام الرئيسية لعملية التمثيل الضوئي ، ولكنه أيضًا الأداة الأكثر أهمية للحفاظ على درجة حرارة الغلاف الجوي بتركيز مثالي يبلغ 0.03-0.04٪. يجب أن توفر كتلة الجسم قوة جاذبية كافية للحفاظ على جو ثابت ذي كثافة كافية بالقرب من سطح الجسم الكوني دون انتقال الغازات الجوية إلى حالات التجميع الأخرى.

يجب أن يقع مدار الجسم الكوني ضمن "منطقة الحياة" لنظام كوكبي معين ، مما يوفر إضاءة كافية للطاقة للسطح في نطاق طول موجي مقبول وله انحراف صغير لتجنب التقلبات الحادة في الظروف الخارجية على سطح الجسم. يجب أن يدور الجسم حول محوره بسرعة كافية لتأسيس دوران الغلاف الجوي والغلاف المائي وبعض متوسط ​​الظروف الفيزيائية على السطح.

يتم استيفاء جميع الشروط المذكورة أعلاه من قبل الكواكب (الكواكب والكواكب الأرضية) بكتلة من 0.1 إلى 10 MÅ ، والتي تعد جزءًا من أنظمة الكواكب للنجوم الفردية التي تدور ببطء في التسلسل الرئيسي II والأجيال اللاحقة من الطبقات الطيفية F5-K5 مع لمعان ثابت. يتم تحديد عدد الكواكب في المجرة ذات الظروف المواتية لوجود الحياة من خلال الصيغة:

حيث N * هو العدد الإجمالي للنجوم في المجرة (حوالي 2 × 109) ؛

fn هي نسبة النجوم ذات الأنظمة الكوكبية (جميع النجوم الفردية تدور ببطء ، من 20 إلى 60٪ من النجوم) ؛

ne هو جزء النجوم الذي يمكن أن تكون الظروف مواتية للحياة بالقرب منه (بالنسبة للنجوم من الفئات F5-K5 حوالي 0.01-0.02).

إذا كان هناك كوكب واحد "مأهول" في كل من أنظمة الكواكب المذكورة أعلاه ، فيمكن أن يكون هناك في الوقت الحاضر ما بين 40 إلى 240 مليون كوكب في المجرة توجد عليها الحياة. حتى لو كان احتمال ظهور الحياة ، لسبب ما ، أقل بمئات وآلاف المرات ، فلا بد أنه يوجد الآن مئات الآلاف والملايين من الأجسام الكوكبية المأهولة في المجرة. بالنسبة إلى Galaxy ، هذه قيمة صغيرة جدًا. لذلك ، على مسافة تصل إلى 5 فرسخ فلكي (16.3 سنة ضوئية) من الشمس ، هناك 53 نجمة ، منها 3 نجوم فقط - إيريداني ، تي سيتوس وهندي - تفي بالشروط المذكورة أعلاه ؛ ومع ذلك ، فإن إيريداني لديه نظام كوكبي في مهده.

في الوقت الحاضر ، تمت دراسة المراحل الأولى للتطور من مادة "غير حية" إلى مادة "حية" بالتفصيل وإعادة إنتاجها في المختبرات العلمية:

1. تطور الجزيئات الصغيرة (CH4 ، H2O ، NH3 ، CO ، إلخ).

2. تشكيل البوليمرات.

3. ظهور الوظائف التحفيزية.

يجري البحث في المرحلة التالية من التطور - التجميع الذاتي لجزيئات الدورة المفرطة ، وظهور المونومرات البيولوجية (الأحماض الأمينية ، والقواعد النيتروجينية ، وما إلى ذلك) والبوليمرات الحيوية ، وقد تم تجميع بعض المعلومات في المرحلة التالية - ظهور الأغشية والتنظيم الخلوي. لسوء الحظ ، فإن أهم مرحلتين أخيرتين من تحول "غير الحي" إلى "حي" بعيدان جدًا عن الفهم النهائي - ظهور آلية الوراثة وظهور الخلية. يمكن أن يكون أساس الحياة في Metagalaxy:

1) انتشار العناصر الكيميائية للمجموعات من الرابع إلى السادس من الجدول الدوري (الكربون ، السيليكون ، الأكسجين ، الفلور ، النيتروجين ، الفوسفور ، الكبريت ، إلخ) ، القادرة على تكوين سلاسل جزيئية معقدة تؤدي وظائف الجزيئات العضوية.

2) المركبات الكيميائية (الماء H2O ، الأمونيا NH3 ، خليط من الماء مع الأمونيا ، كبريتيد الهيدروجين H2S ، حمض الهيدروسيانيك HCN ، فلوريد الهيدروجين HF ، إلخ) التي لها خاصية كونها حمض وقاعدة: يمكن أن تصبح مذيبات بيولوجية. تحدد رابطة الهيدروجين بنية البروتينات والأحماض النووية والمركبات العضوية الأخرى ونظائرها المحتملة.

تعد حياة "الأمونيا" ثاني أكثر الحياة احتمالًا بعد الأرض ، بناءً على مركبات الكربون والماء. تتمتع الأمونيا بدرجة حرارة عالية إلى حد ما من الاندماج والتبخر والسعة الحرارية ، وتبقى سائلة في نطاق درجة الحرارة من -77.7 درجة مئوية إلى -33.4 درجة مئوية عند الضغط العادي ؛ مع زيادة الضغط ، تزداد نقطة الغليان (حتى + 132.4 درجة مئوية عند p = 112 ضغط جوي). ستكون محيطات وبحار الأمونيا السائلة (أو مخاليط الأمونيا مع الماء وهيدروكسيل أمين NH2OH) فعالة في التخفيف من تقلبات درجات الحرارة مثل الغلاف المائي للأرض. للأمونيا بعض المزايا البيولوجية على الماء (سيولة أعلى ، وقدرة على إذابة المركبات العضوية ، وما إلى ذلك). يمكن أن تزدهر حياة "الأمونيا" على الكواكب الأرضية الباردة نسبيًا والكواكب ذات الأجواء الكثيفة.

في الأجواء الكثيفة للكواكب العملاقة عند درجات حرارة منخفضة (من -100 درجة مئوية إلى -50 درجة مئوية) ، يمكن أن تحدث حياة كبريتيد الهيدروجين. يمكن أن تظهر الحياة أيضًا على سطح أجسام كوكبية ذات أجواء كثيفة من مزيج من الغازات CS2 و COS و CH4 و N2 و Ar ، وكريات مائية من ثاني أكسيد الكبريت SO2 (التجميد = - 75.5 درجة مئوية ، الغليان = - 10.2 درجة مئوية عند р = 1 ضغط جوي).

يمكن أن يحل السيليكون محل الكربون بنجاح ويكون عنصرًا مكونًا للسلاسل في الأنظمة العضوية التي تعتمد جزيئاتها على روابط Si – O – Si أو Si – N – Si. يمكن العثور على حياة "السيليكون" على الكواكب ذات الأغلفة الجوية شديدة الحرارة (T³ 300 درجة مئوية) ، والتي تدور على مسافة قصيرة حول النجوم الحارة الضخمة.

يعتبر الفلور عنصرًا كيميائيًا نادرًا إلى حد ما ، ولكن يمكن أن توجد الحياة على أساسه على الكواكب الأرضية ذات الغلاف الجوي الذي يحتوي على F2 الحر كنظير للأكسجين ، ومحيطات فلوريد الهيدروجين HF (Tfreezing = -83.1ºC ، الغليان = + 19.5ºC عند p = 1 atm) ، تدور على مسافة كبيرة حول النجوم ذات درجة الحرارة العالية بأقصى مدى لمعان للأشعة فوق البنفسجية.

في الجزء التالي من العمل ، سننظر في القوانين الأساسية للتطور البيولوجي.

2. القوانين الأساسية للتطور البيولوجي

كان مبتكر أول نظرية علمية حقيقية عن التطور هو العالم الإنجليزي العظيم تشارلز روبرت داروين (1809-1882). العمل الرئيسي لـ C. Darwin هو كتاب "أصل الأنواع عن طريق الانتقاء الطبيعي أو الحفاظ على السلالات المفضلة في النضال من أجل الحياة" (1859) ، والذي يعد كتابه "التغيير في الحيوانات الأليفة والنباتات المزروعة" (1869) و "أصل الإنسان والانتقاء الجنسي" (1871) بمثابة إضافة أساسية.

تتكون عقيدة داروين التطورية من ثلاثة أقسام ، وهي: مجموع الحجج المؤيدة لحقيقة أن التطور التاريخي للكائنات الحية يحدث بالفعل ؛ الموقف من القوى الدافعة للتطور ؛ أفكار حول طرق التحولات التطورية. وصف الفصل داروين الوراثة والتنوع والانتقاء الطبيعي بالقوى الدافعة للتطور. كان يعتقد أن الوراثة والتنوع يجعلان من الممكن إصلاح التغييرات وتحويلها في الأجيال.

يؤدي التباين إلى التنوع ، وتنقل الوراثة هذه التغييرات إلى النسل. وبالتالي ، فإن عدم التجانس الوراثي هو سمة لجميع الكائنات الحية نتيجة للتغيرات والتقاطعات.

نظرًا لأن جميع الكائنات الحية معرضة جدًا للتكاثر المكثف ، يتم إنتاج نسل داخل كل نوع أكثر من الكائنات الحية. يهلك النسل الفائض نتيجة الصراع من أجل الوجود ، وأشكاله شديدة التنوع.

وفقًا لـ C.Darwin ، يحدث الصراع من أجل الوجود بين الأنواع وداخل الأنواع ، والنضال بين الأنواع أكثر شراسة من الصراع بين الأنواع ، لأن الأفراد يعيشون في نفس المنطقة ، ويحتاجون إلى نفس الطعام ، ويتعرضون لنفس المخاطر ، وما إلى ذلك. نتيجة الصراع من أجل الوجود ، يبقى الأصلح ، أي تلك الكائنات الحية التي تمتلك نوعًا من السمات التي توفر التكيف.

لذلك ، فإن النتيجة الحتمية للصراع من أجل الوجود هي الانتقاء الطبيعي. "الحفاظ على الفروق والتغييرات الفردية المواتية وتدمير الفروق الضارة التي أسميتها الانتقاء الطبيعي أو بقاء الأصلح (سي. داروين). اعتقد سي. داروين أن الانتقاء الطبيعي هو الآلية الرئيسية للتطور.

مزايا تشارلز داروين قبل العلوم الطبيعية لها أهمية أبدية. لقد أثبت بشكل شامل المنهج التاريخي كما هو مطبق على الطبيعة ، وخلق نظرية التطور وطرد الخلق من العلم.

اهتم تعليم داروين بتطور مجموعات كبيرة من الكائنات الحية ، بما في ذلك جميع الأصناف ، على مدى فترات زمنية طويلة تقاس بالمقاييس الجيولوجية وعلى مساحات شاسعة. لذلك ، فإن الداروينية الكلاسيكية هي عقيدة التطور الكلي.

ومع ذلك ، اتضح أنه لم يتم تطويره بشكل كافٍ من الناحية الجينية. كان داروين يفكر في تطور الأفراد ، لكن الأفراد يعيشون ، كما نعلم الآن ، في مجموعات سكانية. لذلك ، بعد 8 سنوات من إصدار أصل الأنواع ، طرح الإنجليزي ف. جينكين السؤال التالي: "إذا ترك الانتقاء هؤلاء الأفراد الذين يختلفون قليلاً عن الآخرين ، فإن" امتصاص "السمات الجديدة يحدث بالفعل أثناء التهجين اللاحق ، نظرًا لأن الشريك المتصالب ، على الأرجح ، لا يمتلك هذه الخاصية الجديدة - سيكون هناك انحلال لأحرف السمات- J في النسل."

أطلق داروين على هذا السؤال كابوس جنكين. لم تكن قادرة على إعطاء إجابة مرضية. افتقرت الداروينية إلى الأساس الجيني لفترة طويلة ، لكن الجينات اقتربت بسرعة كبيرة من التطور من تلقاء نفسها. باستخدام منهجية التحليل الجيني الكلاسيكي ، بدأ علماء الوراثة في تحليل دور العوامل التطورية الفردية من خلال عزل الوحدات الأولية والعمليات التي تحدث فيها.

كانت الخطوة الأولى نحو توحيد الداروينية وعلم الوراثة هي قانون J.Hardy-W. Weinberg ، الذي أظهر في عام 1908 أنه في مجموعة سكانية ذات عبور حر ، وغياب طفرات جين معين وغياب الاختيار لهذه السمة ، تظل نسبة الأنماط الجينية AA و Aa و aa ثابتة. سمح لهم ذلك بصياغة قانون ، يتلخص محتواه في حقيقة أن ترددات الجينات في مجموعة سكانية كبيرة بشكل لا نهائي ، دون ضغط أي عوامل خارجية ، تستقر بعد تغيير جيلي واحد. ومع ذلك ، فإن مثل هذه المجموعات ، كما هو معروف ، لا توجد في الطبيعة. لذلك ، فإن معنى القانون يكمن في حقيقة أن التغيرات الوراثية المتراكمة في مجموعة الجينات للسكان لا تختفي دون أثر ، أي. ترددات الجينات ثابتة.

استنادًا إلى قانون هاردي-واينبرغ ومع مراعاة تأثير الاختيار وظهور طفرات جديدة ، في عام 1926 S. أظهر Chetverikov (1880-1959) أنه نتيجة لعملية طفرة عفوية ، يتم إنشاء عدم التجانس الجيني في جميع المجموعات السكانية. بعبارة أخرى ، هناك دائمًا طفرات في المجموعات السكانية ، بكميات صغيرة في معظم الحالات. كما أظهر أن السكان مشبعون بالطفرات ، مثل الإسفنج ، وأن الطفرات تعمل كأساس (مادة) للعملية التطورية تحت تأثير الانتقاء الطبيعي.

في وقت لاحق ن. دوبينين ود. أظهر Romashov (1932) أنه عندما يكون عدد السكان صغيرًا ، تحدث ظواهر فيها ، والتي تسمى العمليات الجينية التلقائية (وفقًا لـ N.P. Dubinin ، 1931) أو الانجراف الجيني (وفقًا لـ S. Wright ، 1932). نتيجة للعمليات الجينية الأوتوماتيكية ، تتغير ترددات حدوث الجينات ، ويتم القضاء على الزيجوت المتغايرة وتظهر الزيجوت المتماثلة الزيجوت. تصبح مجموعة سكانية معزولة متماثلة اللواقح أو متجانسة متجانسة. إذا انجرف جين متحور مميت ، فإن هذا يؤدي إلى انقراض الكائنات الحية.

وبالتالي ، فإن بنية المجتمع لا تعتمد فقط على ظهور طفرات جديدة ، ولكن أيضًا على تغيير بسيط في تواتر حدوث جين معين. ربطت هذه وغيرها من الدراسات الجينية النظرية التطورية بعلم الوراثة.

إن المفهوم الحديث لأصل الحياة على الأرض هو نتيجة لتوليف واسع من العلوم الطبيعية والعديد من النظريات والفرضيات التي طرحها باحثون من مختلف التخصصات.

الاهتمام الكبير هو حل المشكلات:

لماذا تركت جميع مركبات البروتين في تكوين المادة الحية تناسقًا؟

هل نشأت الحياة على الأرض مرة واحدة أم بشكل متكرر ، هل كان حدوثها ظاهرة عالمية أم محلية؟

لماذا لا تنشأ الحياة على الأرض من أشياء غير حية في الوقت الحاضر؟

لماذا تقوم جميع الكائنات الحية على الأرض ببناء بروتينات من 20 حمض أميني فقط من بين أكثر من 100 نوع معروف للعلم؟

هل يمكن أن تنشأ الحياة في ظروف أخرى ، على أساس كيميائي مختلف جوهريًا؟

وهكذا ، فإن تطور الكائنات الحية من أبسط الأشكال إلى الكائنات الذكية يستغرق ، على ما يبدو ، عدة مليارات من السنين - على الأرض 3.5 مليار سنة. الطفرات والانتقاء الطبيعي هي القوة الدافعة للتطور - عمليات إحصائية بطبيعتها وتنتج عن تغيرات بطيئة سلسة في ظروف وجود الكائنات (تكوين وكثافة ودرجة حرارة الغلاف الجوي والغلاف المائي ، والمناخ ، والتضاريس ، والمجال المغناطيسي للكوكب ، والتكوين الطيفي ومستوى الإضاءة السطحية ، وما إلى ذلك) ، وأسبابها هي تغييرات طفيفة في تأثير العوامل الكونية في تركيبة مع قاعدة صغيرة ودورية وإضاءة. على عمل العمليات والأشياء الكونية.

3. التطور الجزئي والكلي

يتم رسم تطور الكتلة الحيوية على الأرض على النحو التالي. نقسم الكائنات الحية إلى مجموعات:

1) الطحالب ،

2) الحيوانات البحرية ،

3) النباتات البرية ،

4) الحيوانات البرية.

ظهرت الطحالب في الكتاركان ، وخلال العصر الأركيولوجي و Proterozoic ، زادت كتلتها الحيوية إلى قيمة بترتيب اليوم ، أي ما يصل إلى 1 مليار طن ظهرت الحيوانات البحرية في البروتيروزويك الأوسط ؛ ما يصل إلى 20-30 مليار طن.قد ظهرت النباتات الأرضية ، ربما ، في وقت مبكر مثل Ordovician أو حتى الكمبري ، ولكن كتلتها الحيوية أصبحت ملموسة فقط في Silurian ، وخلال العصر الديفوني والكربونيفري نمت بسرعة إلى أحجام هائلة ، في حدود عدة تريليونات طن ؛ في العصر البرمي ، ربما يكون قد انخفض إلى حد ما واقترب من المستوى الحديث. أخيرًا ، ظهرت الحيوانات الأرضية فقط في العصر الديفوني ، ووصلت كتلتها الحيوية إلى قيمتها الحالية ، ربما في وقت مبكر من حقب الحياة القديمة.

بالنسبة للتغيرات بمرور الوقت في تنوع أشكال الكائنات الحية ، هناك بيانات واقعية موثوقة إلى حد ما. لقد أظهروا أنه في تنوع الأشكال لم تكن هناك زيادة رتيبة بمرور الوقت ، لأنه عندما ظهرت الأشكال الجديدة ، ماتت بعض الأشكال القديمة. وهكذا ، ظهرت 28 فئة من الحيوانات في العصر الكمبري ، و 14 فئة أخرى في Ordovician (لكن بعض الفئات قد ماتت بالفعل) ، و 3 فئات أخرى في Silurian (لكن مات اثنان). تميزت بداية العصر الباليوزوي الأعلى بتفشي جديد للتشكل - ظهرت 9 فئات جديدة في العصر الديفوني (ووصل عددهم إلى الحد الأقصى لعصر الحياة القديمة) ، و 5 فئات أخرى في العصر الكربوني (لكن 8 ماتوا) ، في العصر البرمي لم تظهر أي فئات جديدة (ولكن 4 ماتت). بحلول العصر الترياسي ، تلاشت 3 فصول ، ولكن ظهرت واحدة (ووصل عدد الفصول إلى الحد الأدنى من دهر الحياة ، باستثناء العصر الكمبري) ، في العصر الجوراسي والطباشيري كانت هناك زيادة طفيفة. لم تكن هناك تغييرات في حقب الحياة الحديثة. تتشابه البيانات الخاصة بفئات النباتات. هنا ، تم أيضًا فصل حقب الحياة القديمة السفلى ، وحقبة الحياة القديمة العليا ، والحقبة الوسطى ، وحقبة الحياة الحديثة ، ولم يحدث سوى انقراض الطبقات تقريبًا.

نشأت الحياة على الأرض عندما ، في قاع البحار الدافئة الضحلة للكاتارشيا ، الغنية بالمواد العضوية المعقدة بما في ذلك الأحماض الأمينية ، بدأت الخيوط الحلزونية المزدوجة من الأحماض النووية عالية البوليمر بالتشكل مع تسلسلات أساسية مثبتة عليها (تعمل كـ "رموز" لتخليق البروتين) ، قادرة على التفتت إلى حلزونات مفردة تحت ظروف معينة وتوليفها. توليد زوج من النوع الخاص بهم (نقل إليهم معلومات حول إجراءات تخليق البروتينات المشفرة بواسطة تسلسل أساسي). من الواضح أن مثل هذه البوليمرات ، التي تحتوي على بروتينات مُصنّعة توفر لها حماية ذاتية طويلة بما فيه الكفاية ، يمكن اعتبارها بالفعل كائنات أولية.

قد تتغذى هذه الكائنات الحية الدقيقة الأولية على المواد العضوية المتاحة من أصل غير بيولوجي ، على سبيل المثال ، البروتينات المتحللة والأحماض الأمينية بدون أكسجين - التعفن أو الكربون - التخمير (تتغذى النباتات الرملية الحديثة بالمثل ، وتمتص المواد العضوية ذات الأصل البيولوجي من خلال جدرانها الخلوية: على سبيل المثال ، الخميرة ، في حالة عدم وجود الأكسجين ، تخمر الجلوكوز إلى الكحول وثاني أكسيد الكربون). ربما أدى تطور هذه الكائنات إلى استبعاد شروط التوليد التلقائي الإضافي للحياة ، ومنذ ذلك الحين ظهرت جميع الكائنات الحية فقط من الكائنات الحية. نتيجة لتطور الكائنات الحية الدقيقة (مدفوعًا بنقص المواد العضوية المناسبة للغذاء) ، اكتسبوا القدرة على تخليق الجزيئات العضوية اللازمة للحفاظ على الذات من الجزيئات غير العضوية. تبين أن التمثيل الضوئي هو الطريقة الأكثر فاعلية - إنتاج المواد العضوية من ثاني أكسيد الكربون والماء تحت تأثير أشعة الشمس (طاقة الضوء التي تمتصها الأصباغ ، وخاصة الكلوروفيل الأخضر ، يتم إنفاقها على تكسير جزيئات الماء ، ويتم إطلاق الأكسجين في الغلاف الجوي ، ويذهب الهيدروجين ، مع ثاني أكسيد الكربون ، إلى تكوين المنتج العضوي الأساسي - حمض الفوسفوجليسيريك).

كانت أول نباتات التمثيل الضوئي ، على ما يبدو ، عبارة عن نباتات طحالب زرقاء وخضراء مجهرية ، حيث يتناثر الكلوروفيل في شكل حبيبات صغيرة في جميع أنحاء بلازما الخلية (في النباتات الأكثر تطورًا يتركز في أجسام خاصة - البلاستيدات الخضراء) ، وهناك أيضًا صبغة زرقاء فيكوسيانين. تشبه هذه الطحالب البكتيريا من حيث صعوبة تمييز النوى في خلاياها ، ولا تتكاثر إلا عن طريق الانقسام.

قام E. وهي عبارة عن قضبان معزولة مجهرية يبلغ طولها 0.45-0.7 ميكرون. ويبلغ قطرها 0.18-0.32 ميكرون ، ولها قذائف من طبقتين بسمك 0.045 ميكرون ؛ كما تم العثور على تكوينات شبيهة بالخيوط ، بالإضافة إلى قذائف مجهرية كروية ، على شكل قرص ومضلع من الطحالب أحادية الخلية acritarchs. قديمة (أكثر من 2.9 مليار سنة) هي المنتجات المتكلسة للنشاط الحيوي للنباتات الزرقاء والبكتيريا - ستروماتوليت عمودية متصلة بالقاع والأونكوليت المستديرة الفضفاضة الموجودة في الطبقات الجيرية لصخور الحجر الأخضر لنظام بولاوايو في روديسيا الجنوبية والتي وصفها أ.ماكجريجور مرة أخرى في عام 1940.

تم العثور على واحدة من أقدم آثار الحيوانات من قبل A.M. Leites in the Middle Proterozoic Layers of the Udokan Group of Transbaikalia. وهي عبارة عن أنابيب رقيقة الجدران يصل طولها إلى 2.5 سم وقطرها يصل إلى 4 مم ، محصورة في صخور ستروماتوليت ، ولها مقطع عرضي رباعي السطوح بزوايا مستديرة ويبدو أنها متبقية من الديدان. على ما يبدو ، في بداية نهر الريفيين ، كان الأكسجين كافياً بالفعل لتنمية الحيوانات البدائية. تم العثور على آثار لحيوانات مختبئة وأنابيب من الديدان في صخور الضواحي الوسطى والعليا. تم بالفعل العثور على بصمات عديدة لحيوانات مختلفة غير هيكلية في صخور فينديان ، وتميزت بداية العصر الكمبري بالظهور الجماعي للكائنات المكونة للهيكل العظمي.

أتاحت بيانات علم الأحافير إعادة بناء صورة ضخمة ومتناغمة لتطور أشكال الحياة في دهر الحياة القديمة ، مما لا يدع مجالًا للشك في طبيعة هذه العملية. دعونا نتتبع تطور دهر الحياة في عدد من أهم أنواع الكائنات الحية.

لنبدأ بالنباتات التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي للمواد العضوية الأولية وبالتالي فهي الأساس الأساسي لكل أشكال الحياة. ظهرت الطحالب في وقت مبكر من بداية العصر الآرشي (أو ربما حتى في الكتاركان) ومنذ ذلك الحين نجحت في الوجود حتى الوقت الحاضر بشكل رئيسي في شكل أشكال وحيدة الخلية. نسبة الطحالب في الكتلة الإجمالية للكائنات الحية على الأرض في عصرنا هي أقل من ألف (حوالي 1.7 مليار طن من إجمالي 2-3 تريليون طن) ، لكنها تتكاثر بسرعة كبيرة - تنقسم خلاياها كل يوم إلى يومين ، ونتيجة لذلك ، فإن إنتاجها ، حوالي 550 مليار طن سنويًا ، يشكل الجزء الأكبر من إنتاج الكتلة الحيوية على الأرض ككل.

ربما ظهرت أولى النباتات البرية في الأوردوفيشي أو حتى في العصر الكمبري ، ولكن تم العثور على آثار موثوقة منها فقط في العصر السيلوري. كانت هذه النباتات الأكثر بدائية من النباتات العليا من النوع الوعائي - نباتات السيلوفيت ، نباتات صغيرة بدون جذور وأوراق ، بالإضافة إلى طحالب النادي الأولى. في العصر الديفوني ، ظهر ممثلون عن نوعين فرعيين آخرين من النباتات الوعائية - المسمارية (ذيل الحصان) والسراخس (من هذا الأخير - حتى الآن فقط النباتات الأكثر بدائية من فئة السرخس وكذلك ترتيب سرخس البذور pteridosperms من فئة عاريات البذور) ، وشكلت الأشكال الشبيهة بالأشجار الكبيرة من ذيل الحصان والطحالب السرخسية الغابات الأولى على كوكبنا. في غابات المستنقعات الكربونية الشاسعة من طحالب النوادي العملاقة من lepidodendrons و sigillaria ، ذيل الحصان من الكالاميت ، سرخس الأشجار و pteridosperms ، بالإضافة إلى طلبيات جديدة من عاريات البذور دائمة الخضرة cordaites ، وبحلول نهاية الفترة - أول الصنوبريات والجنكة. ظهر بينيتيت في بيرم ، وانخفضت طحالب النادي ؛ في أراضي Gondwana ، يهيمن نباتات محددة ، بقيادة عاريات البذور glossopteris.

الترياسي والجورا هي ذروة عاريات البذور من أوامر Benettit ، الصنوبرية ، الجنكة والسيكاد (السيكاد) ؛ انقرضت pteridosperms و cordaites. في النصف السفلي من العصر الطباشيري ، وربما حتى في العصر الجوراسي ، ظهرت أولى نباتات كاسيات البذور (المزهرة) ، أول فلقتين. في النصف الثاني من العصر الطباشيري ، ظهرت أيضًا نباتات مزهرة أحادية الفلقة ، بينما شكلت النباتات ثنائية الفلقة بالفعل غابات (القيقب والبلوط). لقد أجبروا على إخراج عدد من أوامر عاريات البذور - انقرضت البينيتات ، وانخفضت السيكادا والجنكجوز. ثم جاء عصر حقب الحياة الحديثة - عصر ازدهار النباتات المزهرة.

استمر التطور المدروس لأشكال النباتات من الطحالب إلى النباتات المزهرة على طول خط الانخفاض في دور الأجيال الفردية ثنائية الجنس ، التي تحتوي الخلايا في أجسامها (gametophytes) على مجموعات مفردة من الكروموسومات ، وزيادة في دور الأجيال ثنائية الصبغيات اللاجنسية ، والتي تحتوي الخلايا في أجسامها على مجموعات مزدوجة من الكروموسومات. وبالتالي ، فإن الطحالب متعددة الخلايا تحتوي على خلية ثنائية الصبغيات واحدة فقط ، والباقي أحادي العدد. في كاسيات البذور ، على العكس من ذلك ، يكون النبات بأكمله أحادي الصبغة ويتكون الطور المشيجي من عدد قليل من الخلايا في أنسجة الزهرة ؛ تكمن الفائدة التطورية لهذا في حقيقة أن النباتات المزهرة لا تتطلب رطوبة خارجية للتكاثر ، وفي الحساسية المنخفضة للكائنات ثنائية الصبغيات لتأثير الجينات المتنحية (تلك التي تعمل فقط إذا كانت موجودة في كلتا مجموعتي الكروموسومات في خلية ثنائية الصبغيات). في عصرنا ، تشكل النباتات البرية ، المزهرة والصنوبرية بشكل أساسي ، 98-99٪ من 2-3 تريليون طن من الكتلة الحيوية على الأرض ، لكنها تنمو ببطء - يبلغ إنتاجها السنوي حوالي 50 مليار طن فقط (أقل بعشر مرات من إنتاج الطحالب في المحيط) ، ومتوسط ​​العمر (من الواضح ، عمر الأشجار في الغابات) هو 40-60 سنة.

بالانتقال إلى تطور الحيوانات ، نلاحظ أن المعلومات الحفرية حول وقت ظهور وازدهار وانقراض مجموعات معينة من الحيوانات ، إلى جانب بيانات عن درجة تعقيد أجهزتها ، وطرق التكاثر والخصائص التنموية لأجنةها ، تجعل من الممكن الحكم على أصل هذه المجموعات. تظهر الأفكار الحديثة حول أصل الأنواع الرئيسية للحيوانات (بناءً على مبدأ monophyly ، أي بافتراض وجود جذر أصل واحد لكل مجموعة من الكائنات الحية) في الشكل. 1. وفقًا لهذه الأفكار ، أدى البروتوزوا وحيدة الخلية إلى ظهور فرع مسدود من الإسفنج وفرع تدريجي من التجاويف المعوية ، ومنه جاء جذوعان رئيسيان - البروتستومات و deuterostomes. في أول هذه الجذوع ، كانت الديدان السفلية عبارة عن مرحلة وسيطة ، ومن خلالها جاءت فروع نمرتي ، وذوات أرجل ذراعية ، وبريوزوان ، وفورونيدات ، ورخويات ، وأخيراً مفصليات الأرجل من خلال حلقيات الأرجل. تم فصل فروع الديدان ذات الشعر الخشن والفك العلوي ، وشوكيات الجلد ، و pogonophorans ، والأمعاء ، و tunicates ، و cephalochords ، وأخيراً ، الفقاريات بالتناوب عن الجذع الآخر.

ظهر عدد من الشُعَب الحيوانية - على الأقل البروتوزوا ، والأمعاء المعوية ، وبعض الديدان السفلية - على الأقل في مجموعات صغيرة ، في وقت مبكر مثل البروتوزوا الأوسط. عدد العائلات هو أحد الخصائص الكمية المحتملة لتنوع أشكال نوع معين من الكائن الحي ، مما يشير إلى معدل تطوره: خلال فترات التطور السريع ، يجب أن يزداد تنوع الأشكال.

لسوء الحظ ، ليس لدينا فرصة للتعمق في تاريخ تطور كل نوع من أنواع الحيوانات - نتذكر أن هناك 23 نوعًا في المجموع!

لذلك ، حول البروتستومات ، سنقول فقط أن جميع أنواعها ظهرت ، على ما يبدو ، في وقت مبكر من عصر ما قبل الكمبري. سيتعين علينا أن نترك جانبًا مثل هذه الأسئلة المهمة والمثيرة للاهتمام ، على سبيل المثال ، تاريخ الشعاب المرجانية المرتبط بتطور التاريخ المعوي-الكهوف أو تاريخ "رئيسيات البحر" الذي يغطي دهر الحياة الأسطورية بأكملها - رأسيات الأرجل (أكثر من مرة أدت إلى ظهور أشكال جماعية ، وعمالقة مثل الأوردوفيشي نوتيلوس مع أصداف عملاقة من نوع Cretous من 3 أمتار. ). keny "- حبار أعماق البحار يصل طوله إلى 15-20 مترًا).

أرز. 1. أصل الأنواع الرئيسية من الحيوانات.

من deuterostomes ، دعونا ننظر فقط في تاريخ الفقاريات. ظهر ممثلوهم الأوائل في العصر الكمبري ، هؤلاء هم ما يسمى بالأسماك المدرعة - حيوانات قاع تشبه الأسماك الصغيرة بدون فكين وزعانف ، مغطاة بقشرة من الصفائح العظمية على الرأس ومقاييس سميكة على الجسم ؛ لم تكن أسماكًا حقيقية بعد - من بين الفقاريات الحديثة ، الأقرب إليها هي القواقع بدون جمجمة (لانسيليتس) وعديمة الفك - السيكلوستوم (الجلكيات وأسماك الهاج). في السيلوريان ، ظهرت الأسماك الحقيقية ، وفي Devonian ، تم تطويرها على نطاق واسع بالفعل ، على نطاق واسع ، كل من الأسماك الغضروفية (المدرعة الأولى ، ثم أسماك القرش التي لا تشوبها شائبة ، من ذلك الوقت إلى الحاضر) ، والعظام ، بالفعل في منتصف Devonian ، مقسمة إلى trasic ، والتي تُصنّت ، الوقت الحاضر. كان ديفون وقت المحاولات الأولى للأسماك للخروج على الأرض ؛ لم تنجح الأسماك الرئوية في ذلك ، وانحدرت البرمائيات (البرمائيات) من فصوص الزعانف ، والتي كانت تتقن الأرض في نفس الوقت مثل الحشرات.

أول الفقاريات الأرضية الحقيقية هي الزواحف (الزواحف) ، حيث يتم التكاثر والتطور على الأرض. ربما يكون تاريخ الزواحف في العصر البرمي والدهر الوسيط ، مائتي مليون سنة من هيمنة الوحوش على كوكبنا ، الفصل الأكثر دراماتيكية في تاريخ الحياة على الأرض قبل مجيء الإنسان. إن الفكرة الحديثة عن الزواحف كحيوانات بدم بارد وذات جلد متقشر غير متكيفة مع درجات الحرارة المنخفضة أو المتقلبة قد لا تمتد لتشمل الديناصورات. لتوضيح هذه المسألة ، استخدم روبرت بيكر (1975) ثلاث سمات تميز الحيوانات ذوات الدم الحار عن الحيوانات ذوات الدم البارد:

1) وجود عدد كبير من الأوعية الدموية في العظام ، وكذلك القنوات التي يوجد فيها تبادل سريع لفوسفات الكالسيوم ، وهو أمر ضروري للعمل الطبيعي للعضلات والأعصاب ؛

2) نسبة صغيرة من الكتلة الحيوية للحيوانات المفترسة وفرائسها (في حدود 1-5٪ مقابل عشرات في المائة في الحيوانات ذوات الدم البارد) ؛

3) القدرة على الوجود في مناخ بارد.

وفقًا لجميع الميزات الثلاثة ، تم إثبات أنه إذا كانت البليكوصورات المفترسة المبكرة في العصر البرمي (على سبيل المثال ، Dimetrodons) لا تزال من ذوات الدم البارد ، فإن ثيرابسيدات العصر البرمي المتأخر و thecodonts المتأخرة من العصر الترياسي كانت بالفعل من ذوات الدم الحار (نسب المفترس - الفريسة من رتبة 10-15 ٪) ؛ في الديناصورات ، تكون علامات نزول الدم الحار أكثر وضوحًا من الثدييات الحديثة (تبلغ نسبة المفترس إلى الفريسة 1-3٪ فقط ، لذا فإن اكتشاف عظام الديناصورات آكلة اللحوم نادر للغاية). ربما كان لدى الديناصورات ، خاصة تلك التي تعيش في خطوط العرض العالية ، شعر أيضًا.

وهكذا ، فإن تطور أشكال الكائنات الحية يحدث ، أولاً ، نتيجة للطفرات (الناجمة عن التأثيرات الفيزيائية والكيميائية للتغيرات العشوائية في حاملات الحمض النووي للوراثة) ، وثانيًا ، نتيجة لاختيار تلك الطفرات القادرة على التكيف (أي التكيف) مع الطبيعة الحية وغير الحية المحيطة بها. في معظم الحالات ، المسوخات القابلة للتكيف هي تلك التي لها مضاعفات عضوية مفيدة ؛ التبسيطات المفيدة أكثر ندرة ، وتتطور الحياة ككل من البسيط إلى المعقد. ومع ذلك ، في بعض الأحيان ، تظهر أشكال ناجحة بشكل خاص من الكائنات الحية ، بحيث تتكيف جيدًا ليس فقط مع البيئة التي أحاطت بها خلال فترة التكوين ، ولكن أيضًا مع مجموعة واسعة من تغييراتها ، والتي تمكنت من الوجود لفترة طويلة للغاية ، تصل إلى مئات الملايين من السنين. بمعنى آخر ، تؤدي درجة عالية من التكيف إلى درجة منخفضة من التطور (والعكس صحيح).

المجتمع البشري له تأثير متزايد باستمرار على تطور الحياة على الأرض ، والتي بدأت في شكل الصيد وصيد الأسماك وإبادة الحيوانات الخطرة على الإنسان واستبعاد الحياة البرية من المناطق المأهولة بالسكان ، واليوم تتحرك على طول طريق إنشاء وتربية أصناف من النباتات وسلالات الحيوانات ويمكن ، في النهاية ، أن تؤدي إلى ما يقرب من مائة في المائة من السيطرة على تطور جميع أشكال الحياة.

قد ينطبق هذا أيضًا على الأنواع Homo sapiens ، التي لا يتحدد تطورها بالعوامل البيولوجية بقدر ما تحدده العوامل الاجتماعية - في المقام الأول بمستوى القوى الإنتاجية في المجتمع وعلاقات الإنتاج لأعضائه (وبواسطة مثل هذه البنى الفوقية مثل الأخلاق الاجتماعية التي تتطور تلقائيًا أو تتشكل بوعي ، والتي ، على سبيل المثال ، في القرون الماضية ، بسبب انخفاض معدل وفيات الأطفال ، شجعت الأسر الكبيرة ؛ في العقود الأخيرة ، مع هذا التغيير في موقف الحضري.

خاتمة

في نظرية التطور الحديثة ، تشغل أسئلة حول أصل الحياة على الأرض مكانًا مهمًا ، لأنه في إطار نظرية التطور ، يعتبر أصل الحياة بمثابة العملية الأولية لتشكيل الأشكال الحية (النشوء الحيوي الجديد) من المواد غير العضوية ، أي. في شكل تطور كيميائي. في عصرنا ، النشوء التلقائي يعارض مفهوم الظهور والتطور التدريجي للمواد الحية على مدى فترة طويلة من الزمن. هذا المفهوم يسمى archebiosis أو النشوء البدئي. وفقًا لنظرية أوبارين ، فإن الحياة هي نتيجة لتطور تاريخي موجه في اتجاه واحد في شكل تعقيد تدريجي للوحدات الفرعية العضوية وتطورها إلى أنظمة معقدة لها خصائص كائن حي. على الرغم من عدم اليقين المتبقي في مسألة أصل الحياة على الأرض ، فلا شك في طبيعة أصلها كمرحلة منتظمة معينة في تطور المادة.

1. تم إعداد ظهور الحياة على الأرض من خلال تطور المادة الجامدة في الكون.

2- يتحدد وجود الحياة على الأرض من خلال ثبات عمل العوامل الكونية: القدرة والتكوين الطيفي للإشعاع الشمسي ، وثبات الخصائص الرئيسية لمدار الأرض ودورانها المحوري ، ووجود المجال المغناطيسي والغلاف الجوي للكوكب.

3. إن تطور الحياة على الأرض يرجع إلى حد كبير إلى التغيرات السلسة وغير المهمة في العوامل الكونية. التغييرات القوية تؤدي إلى عواقب وخيمة: الأشعة الكونية واعتبارها عوامل مطفرة.

4. في مرحلة معينة من تطورها ، تصبح الحياة عاملاً على نطاق كوني ، مما يؤثر على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للأغلفة الرئيسية للكوكب (على سبيل المثال ، تكوين ودرجة حرارة الغلاف الجوي والغلاف المائي والطبقات العليا من الغلاف الصخري).

فهرس

1. Barg O.A. العيش في عالم واحد. دار نشر جامعة بيرم 1993. - 227 ص.

2. الكون وعلم الفلك والفلسفة. م: إد. جامعة موسكو الحكومية 1988. - 192 ص.

3. Danilova V.S.، Kozhevnikov N.I. المفاهيم الأساسية للعلوم الطبيعية الحديثة: كتاب مدرسي ، م: مطبعة أسبكت ، 2000 - 256 ص.

4. كاربينكوف س. العلوم الطبيعية الحديثة: كتاب مدرسي ، م: مشروع أكاديمي 2003. - 560 ص.

5. Naidenysh V.M. مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة: Proc. بدل للجامعات ، م: Gardariki 2002 ، - 476 ص.

6. سوكولوف إي. مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة: Proc. بدل للجامعات ، M: VLADOS ، 1999. - 232 ص.

7. Shklovsky I.S. الكون ، الحياة ، العقل - م: Nauka ، 1997 - 320 ص.

8. شيرباكوف ف. التطور كمقاومة للإنتروبيا - م: EKSMO ، 2006 - 125 ص.