Определение понятия жизнь

ž Жизнь это высшая из природных форм движения материи, которая характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением разноуровневых открытых систем.

ž Вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты (ДНК,РНК) и фосфороорганические соединения (АТФ).

ž Живые организмы характеризуются :

1 — сложной, упорядоченной структурой;

2- получают энергию из внешней среды, используя ее на поддержание собственной упорядоченности;

3- не только изменяются, но и усложняются;

4 — способностью к самовоспроизводству на основе генетического кода;

5- способность сохранять и передавать информацию;

6- молекулярной хиральностью (L-изомерия);

7- высокой приспособляемостью к внешней среде;

8- активно реагируют на внешнюю среду.

В теоретической биологии выделяют шесть уровней организации живого:

ž 1. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ. На этом уровне происходит репродукция в неизменном или измененном виде молекулярных структур, ,ответственных за жизненные процессы, в которых закодирована генетическая информация, — в первую очередь нуклеиновых кислот и белков. Этим обеспечивается передача наследственной информации от поколения к поколению.

ž 2. КЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ. На этом уровне происходит пространственное разграничение и упорядочение процессов жизнедеятельности благодаря разделению функций между специфическими структурами.

ž 3. ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ (ОРГАНИЗМЕННЫЙ) УРОВЕНЬ. На этом уровне осуществляется декодирование и реализация генетической информации, завершающиеся становлением дефинитивной организации; при этом возникают фенотипические признаки, служащие материалом для естественного отбора. На этом уровне создаются особенности как структурные, изучаемые макро — и микроморфологией, так и функциональные, изучение которых составляет предмет физиологии, биофизики и биохимии.

ž 4. ПОПУЛЯЦИОННО-ВИДОВОЙ УРОВЕНЬ. На этом уровне изменения, возникающие на первых трех уровнях, приводят к настоящим эволюционным преобразованием (микроэвопюция) за счет выработки новой адаптивной нормы и связанного с ней процесса видообразования.

ž 5. БИОГEОЦЕНОТИЧЕСКИЙ (БИОСФЕРНЫЙ) УРОВЕНЬ. На этом уровне протекают вещественно-энергетические круговороты, вызванные жизнедеятельностью организмов и образующие в сумме большой биосферный круговорот.

ž 6. НООСФЕРНЫЙ ИЛИ СФЕРА РАЗУМА

 

ХИМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ земного вещества (4,3-4,1.109 лет).

2 — АБИОГЕНЕЗ (4,0-3,5.109 лет) — образование органических соединений, без участия ферментов.

3 — ПРОКАРИОТЫ (3,4.109 лет по настоящее время) — все бактерии,включая архебактерии и цианобактерии (сине-зеленые водоросли и прохлорофитовые водоросли).

4 — ЭУКАРИОТЫ (1,8.109 лет по настоящее время) — все одноклеточные и высшие животные, растения и грибы

 

ž Параллелъно с биологической эволюцией проходила БИОХИМИЧЕСКАЯ, в которой можно выделить три этапа:

ž 1 ЭТАП — ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ. Наличие каталитических и радиохимических реакций синтеза сложных органических соединений; практическое отсутствие свободного кислорода; повышенная радиоактивность (период с 4,6 млрд. до 4 млрд. лет)

ž II — Слабоокислительный. Возникновение фотосинтеза (с 4,0 млрд.до 1,8 млрд. лет)

ž III — ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ. Наличие свободного кислорода в атмосфере Земли. Процессы дыхания.

Основные этапы развития живой природы

ž Появление простейших клеток — прокариотов.

ž — Появление высокоорганизованных клеток — эукариотов.

ž — Появление многоклеточных организмов на основе объединения клеток эукариотов, функциональная дифференциация клеток в организмах.

ž — Появление высших животных. Формирование у высших животных развитой нервной системы и мозга как объединяющего центра отдельных функций в сложные поведенческие реакции

 

Расцвет эукариот на Земле начался около 1 млрд лет назад, хотя первые из них появились намного раньше (возможно 2,5 млрд лет назад). Происхождение эукариот могло быть связано с вынужденной эволюцией прокариотических организмов в атмосфере, которая стала содержать кислород.

Симбиогенез — основная гипотеза происхождения эукариот

Существует несколько гипотез о путях возникновения эукариотических клеток. Наиболее популярная — симбиотическая гипотеза (симбиогенез). Согласно ей, эукариоты произошли в результате объединения в одной клетке разных прокариот, которые сначала вступили в симбиоз, а затем, все более специализируясь, стали органоидами единого организма-клетки. Как минимум симбиотическое происхождение имеют митохондрии и хлоропласты (пластиды вообще). Произошли они от бактериальных симбионтов.

Клеткой-хозяином мог быть относительно крупный анаэробный гетеротрофный прокариот, похожий на амебу. В отличие от других, он мог приобрести способность питаться путем фаго- и пиноцитоза, что позволяло ему захватывать других прокариот. Они не все переваривались, а снабжали хозяина продуктами своей жизнедеятельности). В свою очередь, получали от него питательные вещества.

Митохондрии произошли от аэробных бактерий и позволили клетке-хозяину перейти к аэробному дыханию, которое не только намного эффективней, но и облегчает существование в атмосфере, содержащей достаточно большое количество кислорода. В такой среде аэробные организмы получают преимущество над анаэробными.

Позже в некоторых клетках поселились похожие на ныне живущих синезеленых водорослей (цианобактерий) древние прокариоты. Они стали хлоропластами, дав начало эволюционной ветви растений.

Кроме митохондрий и пластид симбиотическое происхождение могут иметь жгутики эукариот. В них превратились симбионты-бактерии наподобие современных спирохет, имеющих жгутик. Считается, что в последствии из базальных тел жгутиков произошли центриоли, столь важные структуры для механизма клеточного деления эукариот.

Эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, пузырьки и вакуоли могли произойти от наружной мембраны ядерной оболочки. С другой точки зрения, некоторые из перечисленных органелл могли возникнуть путем упрощения митохондрий или пластид.

Во многом неясным остается вопрос происхождения ядра. Могло ли оно также образоваться из прокариота-симбионта? Количество ДНК в ядре современных эукариот во много раз превышает его количество в митохондриях и хлоропластах. Возможно часть генетической информации последних со временем переместилась в ядро. Также в процессе эволюции происходило дальнейшее увеличение размера ядерного генома.

Кроме того в симбиотической гипотезе происхождения эукариот не все так однозначно с клеткой-хозяином. Им мог и не быть один вид прокариот. Используя методы сравнения геномов, ученые делают вывод, что клетка-хозяин близок к археям, при этом сочетает в себе признаки архей и ряда неродственных групп бактерий. Отсюда можно сделать вывод, что появление эукариот происходило в сложном сообществе прокариот.

При этом процесс скорее всего начался с метаногенной археи, вступавшей в симбиоз с другими прокариотами, что было вызвано необходимостью обитания в кислородной среде. Появление фагоцитоза способствовало притоку чужих генов, а ядро образовалось для защиты генетического материала.

Молекулярный анализ показал, что различные белки эукариот происходят от разных групп прокариот.

Доказательства симбиогенеза

В пользу симбиотического происхождения эукариот говорит то, что митохондрии и хлоропласты имеют собственную ДНК, причем кольцевую и не связанную с белками (также обстоит дело у прокариот). Однако в генах митохондрий и пластид есть интроны, чего нет у прокариот.

Пластиды и митохондрии не воспроизводятся клеткой с нуля. Они образуются из ранее существующих таких же органелл путем их деления и последующего роста.

В настоящее время существуют амебы, у которых нет митохондрий, а вместо них есть бактерии симбионты. Также есть простейшие, сожительствующие с одноклеточными водорослями, выполняющими в клетке-хозяине роль хлоропластов.

Инвагинационная гипотеза происхождения эукариот

Кроме симбиогенеза существуют и другие взгляды на происхождение эукариот. Например, инвагинационная гипотеза. Согласно ей, предком эукариотической клетки был не анаэробный, а аэробный прокариот. К такой клетке могли прикрепляться другие прокариоты. Потом их геномы объединялись.

Ядро, митохондрии и пластиды возникли путем впячивания и отшнуровывания участков клеточной мембраны. В эти структуры попадала чужеродная ДНК.

Усложнение генома происходило в процессе дальнейшей эволюции.

Инвагинационная гипотеза происхождения эукариот хорошо объясняет наличие двойной мембраны у органелл. Однако она не объясняет, почему система биосинтеза белка в хлоропластах и митохондриях сходна с прокариотической, в то время как таковая в ядерно-цитоплазматическом комплексе имеет ключевые отличия.

Причины эволюции эукариот

Все разнообразие жизни на Земле (от простейших до покрытосеменных и млекопитающих) дали клетки эукариотического, а не прокариотического типа. Возникает вопрос, почему? Очевидно, ряд особенностей, возникших у эукариот, существенно повысили их эволюционные возможности.

Во-первых, у эукариот есть ядерный геном, который во много раз превосходит количество ДНК у прокариот. При этом эукариотические клетки диплоидны, кроме этого в каждом гаплоидном наборе определенные гены многократно повторяются. Все это обеспечивает, с одной стороны, большие масштабы для мутационной изменчивости, а с другой — уменьшает угрозу резкого снижения жизнеспособности в результате вредной мутации.

Урок 9. Начальные этапы биологической эволюции

Таким образом, эукариоты, в отличие от прокариот, обладают резервом наследственной изменчивости.

Эукариотические клетки имеют более сложный механизм регуляции жизнедеятельности, у них существенно больше различных регуляторных генов. Кроме того, молекулы ДНК образовали комплексы с белками, что позволило наследственному материалу упаковываться и распаковываться. Все вместе это дало возможность считывать информацию частями, в разных сочетаниях и количестве, в разное время. (Если в клетках прокариот транскрибируется почти вся информация генома, то в эукариотических клетках обычно менее половины.) Благодаря этому эукариоты могли специализироваться, лучше приспосабливаться.

У эукариот появились митоз, а затем и мейоз. Митоз позволяет воспроизводить генетически сходные клетки, а мейоз сильно увеличивает комбинативную изменчивость, что ускоряет эволюцию.

Большую роль в процветании эукариот сыграло приобретенное их предком аэробное дыхание (хотя оно есть и у многих прокариот).

На заре своей эволюции эукариоты обзавелись эластичной оболочкой, обеспечивавшей возможность фагоцитоза, и жгутиками, позволившими им двигаться. Это дало возможность эффективней питаться.

Похожие главы из других работ:

Антропогенез: от человекообразной обезьяны к человеку

Этапы эволюции человека

Для разрешения проблемы происхождения человека Дарвин сделал больше, чем все его предшественники, — натуралисты и философы, — когда-либо занимавшиеся этой проблемой. Дарвин неоспоримо доказал, что человек исторически связан с животным миром…

Биологическая карта мира

2.2 Начальные этапы эволюции жизни

В позднем архее (более 3,5 млрд.

Основные этапы эволюции живого мира

лет назад) на дне небольших водоемов или мелководных, теплых и богатых питательными веществами морей возникла жизнь в виде мельчайших примитивных существ — протобионтов…

Биосфера. Этапы эволюции биосферы

2.0 Ключевые этапы эволюции биосферы

В истории нашей планеты, как и в жизни любого человека, существуют различные этапы самосовершенствования, от возникновения к нечто современному и совершенному иными словами эволюция…

Важнейшие открытия в биологии в XX веке

1. Ч. Дарвин основатель теории биологической эволюции

Важным источником формирования естественно-научных основ психологии явилось эволюционное учение Чарльза Дарвина (1809-1882). В 1859 г. в свет выходит его книга «Происхождение видов путем естественного отбора», вероятно…

Идеи возникновения и эволюции жизни

Начальные этапы эволюции жизни

В позднем архее (более 3,5 млрд.

лет назад) на дне небольших водоемов или мелководных, теплых и богатых питательными веществами морей возникла жизнь в виде мельчайших примитивных существ — протобионтов…

Концепция современного естествознания

3. Нарушение симметрии в ходе биологической и социально-экономической эволюции

Древний математический метод Фибоначчи и физическая модель статистического равновесия объединены нами в единую теорию статистической симметрии…

Образование планеты Земля

2.1 Основные этапы эволюции Земли

История Земли по современным представлениям насчитывает примерно 4,6 млрд. лет. Многочисленные результаты исследования земной коры (химический состав и структура горных пород, их распределение по глубине, содержание радиоактивных изотопов…

Основные концепции эволюции

2. Концепции биологической эволюции

Принято считать, что теория эволюции была создана Ч. Дарвином и впервые изложена в его знаменитой книге «Происхождение видов» (1859), до этой работы Ч. Дарвина уже существовали различные гипотезы об эволюции…

Основные этапы эволюции приматов

1.2 Основные этапы эволюции приматов

Происхождение первых примитивных приматов (протоприматов) обычно связывают с древнейшими насекомоядными млекопитающими и относят к концу верхнего мелового периода мезозойской эры…

Основные этапы эволюции приматов

3. Ранние этапы эволюции предков человека

…

Отличие живой природы от неживой

Теория биологической эволюции

Издавна люди пытались объяснить многообразие живого мира. На протяжении нескольких тысячелетий господствовало очень простое объяснение, которое состояло в том…

Происхождение жизни на Земле

2. Этапы химической и предбиологической эволюции на пути к жизни

Гипотеза А.И. Опарина способствовала конкретному изуче-нию происхождения простейших форм жизни. Она положила начало физико-химическому моделированию процессов обра-зования молекул аминокислот, нуклеиновых оснований…

Происхождение жизни на Земле

2. Основные законы биологической эволюции

Творцом первой подлинно научной теории эволюции стал великий английский ученый Чарльз Роберт Дарвин (1809-1882). Главным трудом Ч…

Теории эволюции живого

2.Современные теории биологической эволюции

В середине XX века на основе теории Дарвина сформировалась синтетическая теория эволюции (сокращённо СТЭ). СТЭ является в настоящее время наиболее разработанной системой представлений о процессах видообразования…

Универсальный эволюционизм как основа современной научной картины мира

3.3 Теория биологической эволюции. Концепция биосферы и ноосферы.

Уже в 20-х годах нашего столетия в биологии начало формироваться новое направление эволюционного учения, которое было связано с именем В.И.Вернадского и которое называют учением об эволюции биосферы и ноосферы. Его, несомненно…

Эволюция (от  лат. еvolutio – «развертывание») – процесс развития всех живых организмов, который сопровождается генетическими изменениями, адаптациями, видоизменениями и вымиранием отдельных популяций и видов, вследствие чего происходит изменения в экосистемах и биосферы в целом.

Схема эволюции живых организмов на Земле.

 

На сегодняшний день существует несколько основных теорий эволюции. Самой распространенной является синтетическая теория эволюции (СТЭ) – это синтез теории эволюции Дарвина и популяционной генетики.

Основные этапы эволюции растительного и животного мира. Эволюция растений

СТЭ объясняет связь между способом эволюции (генетические мутации) и механизмом эволюции (естественный отбор по Дарвину). СТЭ определяет эволюцию, как процесс, во время которого изменяется частота аллелей генов в периоде времени, который значительно превышает длительность жизни одного представителя популяции.

 

Суть теории эволюции Чарльза Дарвина, который сформулировал ее в своей работе «Происхождение видов» (1859 г.), заключается в том, что главный «двигатель» эволюции – это естественный отбор, процесс, состоящий из трех факторов:

 

1) В популяциях рождается больше потомства, чем может выжить, учитывая условия среды (количество пищи, наличие живых существ, которые питаются данным видом и т.д.);
 

2) Разные организмы имеют разные черты, которые влияют на способность выжить и продолжить род;
 

3) Вышеупомянутые черты передаются по наследству.

 

Эти три фактора объясняют появление внутривидовой конкуренции и избирательного вымирания (элминации) тех особей, кто наименее приспособлен к выживанию. Таким образом, потомство оставляют только сильнейшие, что и приводит к постепенной эволюции всего живого.

 

Естественный отбор является единственны фактором, объясняющим адаптацию всего живого, но он не является единственной причиной эволюции. Другими не менее важными причинами являются мутации, поток генов и генетический дрейф.

Основные концепции происхождения жизни на Земле. Основные этапы развития жизни на Земле.

192. Задание {{ 250 }} ТЗ 4.1.2.7 КТ=1 Тема 4-9-22

Отечественный биолог А.И.Опарин в своей работе «Происхождение жизни» (1924) стремился доказать возможность первичного образования органических веществ:

£ абиогенноза

£ без участия живых организмов

£ биогенноза

£ актом божественного творения

£ стасигенеза

£ катастрофизма

193. Задание {{ 251 }} ТЗ 4.1.2.8 КТ=2 Тема 4-9-22

Американские ученые Миллер и Юри (1953) экспериментально доказали возможность … синтеза органических веществ.

194. Задание {{ 252 }} ТЗ 4.1.2.9 КТ=3 Тема 4-9-22

Известные концепции по отношению к первичности образования белков или нуклеиновых кислот:

£ голобиоза

£ генобиоза

£ ценобиоза

£ биогеоценоза

£ ароморфоза

195. Задание {{ 253 }} ТЗ 4.1.2.10 КТ=2 Тема 4-9-22

Доказано, что первичной нуклеиновой кислотой на Земле была молекула … .

Правильные варианты ответа: РНК; рнк; рибонуклеиновой кислоты;

196. Задание {{ 254 }} ТЗ 4.1.2.11 КТ=2 Тема 4-9-22

Последовательность событий химической эволюции на Земле.

_:образование системы, обособленной от внешней среды мембраной

_:синтез низкомолекулярных органических соединений из газов первичной атмосферы

_:объединение полипептидов с полинуклеотидами

_:полимеризация мономеров с образованием полимеров

197. Задание {{ 255 }} ТЗ 4.1.2.12 КТ=1 Тема 4-9-22

Последовательность событий биологической эволюции на Земле.

_:происхождение многоклеточности

_:возникновение прокариот

_:образование пробиотов

_:возникновение эукариот

198. Задание {{ 256 }} ТЗ 4.1.2.13 КТ=2 Тема 4-9-22

Наиболее известные теории происхождения протобиополимеров:

£ термическая

£ адсорбции

£ коацерватная

£ хиральная

£ изомерная

199. Задание {{ 257 }} ТЗ 4.1.2.14 КТ=3 Тема 4-9-22

Наиболее важными этапами химической эволюции живого являются:

£ объединение полипептидов с полинуклеотидами

£ редупликация нуклеиновых кислот

£ пространственно-временное разобщение начальных и конечных продуктов синтеза

£ синтез низкомолекулярных органических соединений из неорганических элементов

£ полимеризация мономеров с образованием полимеров

200. Задание {{ 258 }} ТЗ 4.1.2.15 КТ=2 Тема 4-9-22

Пробионты были:

£ анаэробы

£ хемотрофы

£ гетеротрофы

£ аэробы

£ фототрофы

201. Задание {{ 259 }} ТЗ 4.1.2.16 КТ=2 Тема 4-9-22

Первыми аэробами на Земле были:

£ цианеи

£ сине-зеленые бактерии

£ зеленые водоросли

£ микроорганизмы

£ архебактерии

202. Задание {{ 260 }} ТЗ 4.1.2.17 КТ=3 Тема 4-9-22

Эукариоты появились в :

£ протерозое

£ рифее

£ палеозое

£ мезозое

£ кайнозое

£ архее

Принципы эволюции воспроизводства и развития живых систем

---

Дата добавления: 2015-09-13; просмотров: 34; Нарушение авторских прав

---

Следует отметить три гипотезы происхождения эукариотических клеток:

• симбиотическая гипотеза, или симбиогенез,
• инвагинационная,
• химерная.

На сегодняшний день в научном мире основной гипотезой происхождения эукариот признается симбиогенез.

Согласно симбиогенезу такие органеллы эукариотических клеток как митохондрии, хлоропласты и жгутики произошли путем внедрения одних прокариот в другую, более крупную прокариотическую клетку, сыгравшую роль клетки-хозяина.

В симбиотической гипотезе есть трудности при объяснении происхождения ядра эукариотических клеток и в вопросе, какой же все-таки прокариот выступил хозяином. Данные молекулярного анализа генома и белков эукариот показывают, что, с одной стороны, это был организм близкий к археям (раньше относились к бактериям, потом их выделили в отдельную ветвь). С другой стороны, в эукариотах имеются белки (и ответственные за их синтез гены), характерные для совершенной других групп прокариот.

Согласно инвагинационной гипотезе происхождения эукариотических клеток их органоиды образовались путем впячивания цитоплазматической мембраны с последующим отделением этих структур. Образовывались что-то вроде шариков, окруженных мембраной и содержащих внутри цитоплазму и захваченные сюда соединения и структуры. В зависимости от того, что попало внутрь, сформировались разные органоиды.

У прокариот нет настоящих органелл, их функции как раз и выполняют впячивания мембраны. Поэтому легко представить подобное ее отшнуровывание. Также в пользу инвагинационной гипотезы говорит схожесть цитоплазматической мембраны и двойных мембран органелл.

С точки зрения инвагинагенеза происхождение ядра легко объяснимо, но необъяснимо, почему геном и рибосомы ядерно-цитоплазматического комплекса отличаются от таковых в хлоропластах и митохондриях (вспомним, что в них также есть ДНК и рибосомы). Причем в указанных органеллах система биосинтеза белка (ДНК, РНК, рибосомы) схожа с прокариотами.

Это отличие хорошо объяснимо как раз с точки зрения первой, симбиотической, гипотезы. Согласно ей в анаэробный прокариот так или иначе попал аэробный прокариот. Он не переварился, а стал, наоборот, питаться за счет клетки-хозяина. В свою очередь он использовал кислород для получения энергии, а этот способ окисления намного эффективнее, избыток энергии он отдавал хозяину-прокариоту, который в таком случае также получал выгоду. Возник симбиоз. В последствии внедрившийся прокариот упростился, часть его генома мигрировала в клетку-хозяина, он уже не мог существовать независимо.

Подобным образом симбиогенез объясняет происхождение хлоропластов.

8.9. Теории эволюции органического мира

Только внедрялись уже прокариоты, способные к фотосинтезу (подобные синезеленым водорослям).

Первые эукариоты без фотосинтезирующих симбионтов дали начало животным, у которых они появились — растениям.

В настоящее время существуют простейшие (одноклеточные эукариотические организмы) у которых нет митохондрий или хлоропластов. Зато вместо них в цитоплазме поселяются прокариоты-симбионты, выполняющие соответствующие функции. Этот факт, а также схожесть системы биосинтеза белка митохондрий и пластид с прокариотами рассматриваются как доказательства симбиогенеза. Доказательством также служит то, что митохондрии и хлоропласты размножаются самостоятельно, они никогда не строятся клеткой с нуля.

В пользу третьей, химерной, гипотезы происхождения эукариотических клеток, говорит большой размер их генома, который превосходит бактериальный в тысячи и более раз, а также разнообразие синтезируемых белков, встречающихся в разных группах прокариот. Понятно, что на протяжении эволюции эукариот их геном усложнялся, он удвоился, в нем появилось множество регулирующих генов. Но все же первоначальное увеличение размера генома могло произойти за счет объединения геномов нескольких прокариот.

Возможно в древности некий прокариот приобрел способность к фагоцитозу и, питаясь таким образом, поглощал в том числе других прокариот, которые не всегда переваривались. Их геном содержал полезные для хозяина гены, и он включал их в свой геном. Возможно некоторые из оказавшихся внутри прокариот становились органеллами, что объединяет химерную гипотезу с симбиогенезом.

Поскольку все перечисленные гипотезы имеют сильные и слабые стороны, а также во многом не исключают положения друг друга, то, на наш взгляд, в происхождении структур эукариотических клеток могло сыграть роль сочетание множества факторов, описываемых разными гипотезами.

Следует также отметить, что согласно симбиотической гипотезе происхождение других мембранных органелл таких как вакуоли, комплекс Гольджи и др. можно рассматривать как дальнейшее упрощение, например, митохондрий.

Также отметим, что сочетание в эукариотах белков из разных прокариот вовсе может не указывать на химеризм первых. Возможно, что определенные ферментативные функции могут выполнять только белки конкретного строения. И эволюция эукариот повторно приходила к этому, независимо от эволюции не являющихся их предками групп прокариот. Скажем, происходила конвергенция на молекулярном уровне.