Реферат: Развитие жизни на Земле

Реферат: Развитие жизни на Земле

Содержание.

Блок-схема

Введение……………………………………………………………………………...1

Глава 1. Эволюция взглядов на происхождение жизни…………………..…….2

1. Определение живого………………………………………………..2

2. Опыты Ф. Реди……………………………………………………..2

3. Опыты Л. Пастера………………………………………………….3

4. Теория абиогенеза…………………………………………………..3

Глава 2. Эволюция………………………………………………………………….4

1. Доказательство эволюции органического мира……………..….4

   1. Цитология…………………………………………………..4

   2. Молекулярная биология…………………………………..4

   3. Сравнительная анатомия………………………………....4

   4. Эмбриология………………………………………………..5

   5. Палеонтология……………………………………………..5

   6. Биогеография……………………………………………….5

   7. Островные флора и фауна………………………………...6

2. Направления эволюции…………………………………………...6

2.2.1. Эволюционные пути………………………………………...6

2.2.1.1. Арогенез………………………………………………7

2.2.1.2. Аллогенез……………………………………………..7

2.2.1.3. Катогенез……………………………………………..8

2.2.1.4. Гипергенез…………………………………………….8

2.2.2. Соотношение направлений эволюции……………………..8

2.2.3. Общие черты эволюционных процессов………………..…8

Глава 3. Образование и развитие биологических микроструктур……………..9

3.1. Образование биологических мономеров, биологических полиме­ров и систем с обратной связью………………………………………………...9

3.1.1. Атмосфера древней Земли………………………………...9

3.1.2. Абиогенный синтез органических соединений…………9

3.1.3. Образование и эволюция биополимеров…………….…10

3.1.4. Роль РНК и ДНК в образовании систем с обратной связью…………………………………………………………………………………...11

1. Формирование мембранных структур и эволюция пробионтов…………………………………………………………………...12

   1. Образование и эволюция биологических мембран……12

   2. Способы питания первых организмов………………….13

   3. Симбиотическая теория образования эукариот……….14

2. Эволюция одноклеточных………………………………………..15

   1. Эволюция прокариот……………………………………..15

   2. Эволюция эукариот……………………………………....16

Глава 4. Развитие высших структур…………………………………………….17

4.1. Докембрий………………………………………………………….17

1. Палеозой…………………………………………………………....18

   1. Кембрий……………………………………………………18

   2. Ордовик……………………………………………………18

   3. Силур………………………………………………………18

   4. Девон……………………………………………………….18

   5. Карбон……………………………………………………..19

   6. Пермь………………………………………………………19

2. Мезозой……………………………………………………………..19

3. Кайнозой……………………………………………………………20

4. Происхождение человека………………………………………...20

   1. Ископаемые обезьяны…………………………………...20

   2. Южные обезьяны………………………………………...21

   3. Человек умелый…………………………………………..23

   4. Эволюция гоминид……………………………………….24

      1. Древнейшие люди……………………………24

      2. Палеантропы (неандертальцы)…………….26

   5. Люди современного типа………………………………...27

      1. Появление неантропов……………………...27

      2. Современный человек: конец биологической эволюции……………………………………...28

Заключение…………………………………………………………………………29

Приложение………………………………………………………………………...30

Список используемой литературы…………………………………………….…32

Развитие жизни на Земле

Введение.

На протяжении тысячелетий людям казалось очевидным, что живая природа была создана такой, какой мы ее знаем сейчас, и всегда оставалась неизменной. Но уже в глубокой древности высказывались догадки о постепенном изменении, развитии живой природы. Одним из предтеч эволюционных идей можно назвать древнегреческого философа Гераклита (VI–V вв. до н.э.), который сформулировал положение о постоянно происходящих в природе изменениях («все течет, все меняется»). Другой древнегреческий мыслитель – Эмпедокл – в V в. до н.э. выдвинул, вероятно, одну из древнейших теорий эволюции. Он считал, что вначале на свет появились разрозненные части различных организмов. Они соединялись между собой в самых невероятных сочетаниях. Так появились, в частности, кентавры. Позднее будто бы все нежизнеспособные комбинации погибли.

Великий древнегреческий ученый Аристотель выстроил все известные ему организмы в ряд по мере их усложнения. В XVIII в. эту идею развил швейцарский натуралист Шарль Бонне, создав учение о «лестнице природы». Правда, о возможности перехода «со ступени на ступень» речи, конечно, не шло, и к эволюции эта система имеет еще весьма отдаленное отношение.

Первую последовательную теорию эволюции живых организмов разработал французский ученый Жан Батист Ламарк в книге «Философия зоологии», вышедшей в 1809 г. Ламарк предположил, что в течение жизни каждая особь изменяется, приспосабливается к окружающей среде. Приобретенные ею на протяжении всей жизни новые признаки передаются потомству. Так из поколения в поколение накапливаются изменения. Но рассуждения Ламарка содержали ошибку, которая содержалась в простом факте: приобретенные признаки не наследуются (впоследствии это было доказано выдающимся немецким биологом XIX в. Августом Вейсманом).

Английский ученый Чарлз Дарвин в отличие от Ламарка обратил внимание на то, что хотя любое живое существо изменяется в течение жизни, но и рождаются особи одного вида неодинаковыми.

Рассуждая таким образом, Дарвин пришел к идее естественного отбора. Особи с полезными отличиями лучше выживают и размножаются, передают свои признаки потомству. Поэтому в следующем поколении процент таких особей станет больше, через поколение – еще больше и т.д. Таков механизм эволюции.

Эволюция разных видов идет с разной скоростью. К примеру, беспозвоночные, относящиеся к типу плеченогих, почти не изменились за последние 440 млн. лет. А в роде Человек, по данным палеонтологов, за последние 2 млн. лет возникло и вымерло несколько видов.

В данной работе рассматривается ряд гипотез происхождения жизни, необходимого материала для эволюции, и основные процессы и механизмы произошедшей эволюции видов. Подробно рассмотрена эволюция человека, так как человек является неотъемлемой частью природы. Конечно же существует огромное количество гипотез как происхождения, так и последующего развития жизни на Земле, но в сущности частично доказана только приведенная ниже: в лабораториях были получены основные органические вещества, необходимые для построения организма, но ведь ни одного живого организма до сих пор получено не было...

Глава 1. Эволюция взглядов на происхождение жизни.

1. Определение живого.

На протяжении всей истории человеческое общество задавалось вопросом о сущности и происхождении жизни. В практической деятельности мы без труда отличаем живое от неживого, однако попытки дать строгое определение живого наталкиваются на ряд трудностей. Характеризуя живое не через какой-либо один признак, а через их совокупность, мы обнаруживаем такие объекты, которые, обладая некоторыми признаками, свойственными живым телам, не обладают другими, очень важными признаками живого.

Известно несколько десятков определений жизни. Приведем современное определение, данное отечественным ученым М.В. Волькенштейном: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот». Это определение не исключает возможность, что на других планетах во Вселенной может существовать жизнь, отличающаяся от земной. Открытая система – это система, постоянно обменивающаяся веществом и энергией с окружающей средой. Высокая степень упорядоченности открытой системы достигается увеличением энтропии вне ее. Саморегуляция и самовоспроизведение этой системы базируются на свойствах входящих в ее состав белков и нуклеиновых кислот.

До середины XVII в. сама возможность самозарождения живых существ из неживой материи не подвергалась сомнению. Спор между мистическими учениями средневековья и развивающимся материализмом был лишь о трактовке этого явления – рассматривать ли самозарождение как проявление «духовного начала» или как естественный процесс образования живых организмов.

1. Опыты Ф. Реди.

Поворотным пунктом явились опыты итальянского врача Франческо Реди, опубликовавшего свои наблюдения в 1661 г. Он поместил кусочки мяса в несколько глубоких сосудов. Часть из них он оставил открытыми, а часть прикрыл кисеей. Через несколько дней в открытых сосудах мясо кишело личинками мух, тогда как в прикрытых сосудах их не было. Следовательно, личинки появились из яиц, отложенных мухами, а не зарождались из мяса, как было принято считать.

Лишь постепенно после этих убедительных опытов была осознана невозможность непосредственного возникновения высокоорганизованных существ из неживой материи: червей из грязи, лягушек из ила, мышей из старого тряпья, светлячков из утренней росы. Сама же идея первичного самозарождения не исчезла, а получила в XVIII в. дальнейшее развитие по отношению к открытым к тому времени микроорганизмам. Наблюдения показывают, что в плотно закрытой колбе с сенным настоем или мясным бульоном через некоторое время обнаруживаются микроорганизмы. Но стоило прокипятить бульон в течение часа и запаять горлышко, как в колбе ничего не возникало. Виталисты (от лат. – жизнь) заявляли, что длительное кипячение убивает «жизненную силу», которая не может проникнуть в запаянную колбу и «вдохнуть жизнь» в мертвый бульон.

1. Опыты Л. Пастера.

В 1859 г. французская Академия наук учредила премию тому, кто раз и навсегда покончит со спорами о возможности или невозможности самозарождения. Эту премию в 1862 г. получил знаменитый французский химик и микробиолог Луи Пастер. Он кипятил в колбе с s-образным горлышком питательную среду, в которой могли развиваться микроорганизмы. Открытое горлышко не мешало доступу в колбе мифической «жизненной силе», однако благодаря изгибам горлышка споры микроорганизмов оседали в нем и не могли проникнуть в питательную среду. Раствор в колбе долгое время оставался стерильным. Лишь когда горлышко сломали, хлынувшие внутрь микробы вызвали помутнение раствора. Своим гениально простым экспериментом Л. Пастер нанес сокрушительный удар витализму и поддержал теорию биогенеза, согласно которой все живое происходит только от живого.

1. Теория абиогенеза.

Трудно пришлось сторонникам абиогенеза, считавшим возможным происхождение живого из неживого, так как авторитет Пастера был использован для утверждения невозможности перехода косной материи к живым существам. Это привело часть ученых к мысли об «акте первичного творения» жизни на Земле, а часть – к представлению о вечно существующих «семенах жизни», переносимых с планету на планету метеоритами. Такая теория получила название «теории панспермии».

Допустив идею, что жизнь существует на других планетах, трудно представить ее перенос на Землю без повреждения. Во время путешествия живой организм должен подвергаться действию радиации, чрезвычайно низкой температуры космоса и, наконец, сгореть в верхних слоях атмосферы. Но если бы даже он попал на Землю и дал начало жизни на нашей планете, вопрос об изначальном возникновении жизни оставался бы без ответа.

Плодотворной оказалась гипотеза советского биохимика А.И. Опарина. Суть ее в том, что появлению жизни на Земле обязательно должно было предшествовать абиогенное образование органических соединений. Высказанная в 1924 г. гипотеза завоевала многочисленных сторонников. В 1928 г. английский биолог Дж. Холдейн независимо от А.И. Опарина пришедший к сходным выводам, высказал предположение, что источником энергии для образования органических соединений на Земле служило ультрафиолетовое излучение Солнца. Аминокислоты, сахара и другие соединения накапливались в первичных океанах до тех пор, пока не приобретали консистенцию «теплого разжиженного бульона». Именно в таком «первичном бульоне», вероятно, и возникла жизнь.

Современная теория возникновения жизни на Земле, называемая теорией биопоэза, была сформулирована в 1947 г. английским ученым Дж. Берналом. Он выделил три стадии биопоэза: 1) абиогенное возникновение биологических мономеров; 2) образование биологических полимеров; 3) формирование мембранных структур и первичных организмов (пробионтов).

Глава 2. Эволюция.

1. Доказательство эволюции органического мира.

Биологические науки накопили огромный материал, доказывающий единство происхождения и историческое развитие органического мира.

1. Цитология.

Цитология – наука о клетке – установила, что все живые существа состоят из клеток, имеющих сходный химический состав, органоиды, циклы клеточных делений и передачи генетической информации. Сравнение химического состава гемоглобина позвоночных и пигментов беспозвоночных животных показывает, что при всех различиях они обладают значительным сходством.

1. Молекулярная биология.

Еще более убедительные и универсальные факты, доказывающие единство происхождения всех живых форм, дает молекулярная биология. Единство живого на молекулярном уровне выражается прежде всего в наличии двух видов жизненно необходимых полимеров – нуклеиновых кислот, содержащих генетическую информацию у всех без исключения органических форм, и белков, которые являются основой построения и всех жизненных отправлений любого живого существа. Все эти макромолекул во всех группах организмов построены по единому плану.

1. Сравнительная анатомия.

Сравнительная анатомия – наука о сравнительном строении живых организмов – показывает общность строения и происхождения живых организмов. Так, позвоночные имеют двустороннюю симметрию, общий план строения скелета черепа, передних и задних конечностей, головного мозга и всех основных систем (нервной, пищеварительной, кровеносной и др.). Единство происхождения подтверждается строением гомологичных органов, наличием рудиментов, атавизмов и переходных форм. Гомологичные органы сходны по строению и происхождению независимо от выполняемой функции (кости конечностей земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих). Рудименты (от лат. «рудиментум» - остаток) – недоразвитые органы, утратившие в ходе эволюции свое значение и находящиеся в стадии исчезновения (колючки кактусов, чешуйки на корневище папоротников – рудиментарные листья; у лошади – грифельные косточки; у горных гусей – перепонки на лапах и др.). Атавизм (от лат. «атавус» – предок) – возврат к признакам предков (у человека наличие хвоста, волосатость). Переходные формы – занимающие промежуточное положение между крупными систематическими группами (низшие млекопитающие утконос и ехидна, подобно пресмыкающимся откладывают яйца и имеют клоаку).

Доказательством эволюции органического мира служат аналогичные органы у представителей неродственных таксонов. Они различаются по строению и происхождению, но выполняют одинаковую функцию. Например, у некоторых комнатных растений функцию опоры выполняют присоски (у плюща это видоизмененные воздушные корни) и усики циссуса (это видоизмененные листья). К аналогичным органам относятся крыло птиц и бабочек, жабры раков и рыб, роющие конечности кротов и медведок. Аналогичные органы возникают у далеких в систематическом отношении организмов в результате конвергенции – схождения признаков вследствие приспособленности этих организмов к сходному образу жизни.

1. Эмбриология.

Эмбриология – наука, изучающая зародышевое развитие организмов, - доказывает, что процесс образования половых клеток (гаметогенез) сходен у всех многоклеточных: все они начинают развитие из одной клетки – зиготы. У всех позвоночных зародыши схожи между собой на ранних стадиях развития. Они имеют жаберные щели и одинаковые отделы тела (головной, туловищный, хвостовой). По мере развития у зародышей появляются различия. Вначале они приобретают черты, характеризующие их класс, затем отряд, род и на поздних стадиях – вид. Все это говорит об общности происхождения и последовательности расхождения у них признаков.

Связь между индивидуальным и историческим развитием организмов Ф. Мюллер (1864) и Э. Геккель (1866) выразили в биогенетическом законе, который гласит: каждая особь в индивидуальном развитии (онтогенезе) повторяет историческое развитие своего вида (филогенез). Позднее А.Н. Северцов уточнил и дополнил положения биогенетического закона. Он доказал, что в процессе онтогенеза происходит выпадение отдельных этапов исторического развития, повторение зародышевых стадий предков, а не взрослых форм, возникновение изменений, мутаций, каких не было у предков. Полезные мутации передаются по наследству (например, сокращение числа позвонков у бесхвостых земноводных), вредные – ведут к гибели зародыша. Таким образом, онтогенез не только повторяет филогенез, но и является источником новых направлений филогенеза.

1. Палеонтология.

Палеонтологический материал позволяет констатировать, что смена форм животных и растений осуществляется в порядке изменения предшествующей организации и преобразования ее в новую. Развитие хордовых, например, осуществлялось поэтапно. Вначале возникли низшие хордовые, затем последовательно во времени возникают рыбы, амфибии, рептилии. Рептилии, в свою очередь, дают начало млекопитающим и птицам. На заре своего эволюционного развития млекопитающие были представлены небольшим числом видов, в то время процветали рептилии. Позднее резко увеличивается число видов млекопитающих и птиц и исчезает большинство видов рептилий. Таким образом, палеонтологические данные указывают на смену форм животных и растений во времени.

1. Биогеография.

Ярким свидетельством произошедших и происходящих эволюционных изменений является распространение животных и растений на поверхности нашей планеты. Еще в эпоху великих географических открытий путешественников и натуралистов поражало разнообразие животных в дальних странах и особенности их распространения. Однако лишь А. Уоллесу удалось привести все сведения в систему и выделить шесть биогеографических областей:

1. Палеоарктическую

2. Неоарктическую (Палеоарктическую и Неоарктическую зоны часто объединяют в Голарктическую область)

3. Индо-Малайскую

4. Эфиопскую

5. Неотропическую

6. Австралийскую

Сравнение животного и растительного мира разных зон дает богатейший научный материал для доказательства эволюционного процесса. Особенно интересен в этом плане своеобразный животный мир Австралийской области.

1. Островные флора и фауна.

Для понимания эволюционного процесса интерес представляют флора и фауна островов. Состав их фауны и флоры полностью зависит от истории происхождения островов. Острова могут быть результатом обособления части материка или иметь океаническое происхождение (вулканические и коралловые).

Материковые острова характеризуются фауной и флорой, близкой по составу к материковой. Однако чем древнее остров и чем более значительна водная преграда, тем больше обнаруживается отличий. Британские острова отделились от Европы совсем недавно и имеют фауну, идентичную европейской. На давно обособившихся островах процесс расхождения видов заходит дальше. На Мадагаскаре, например, нет типичных для Африки крупных копытных: быков, антилоп, носорогов, зебр. Нет и крупных хищников (львов, леопардов, гиен), высших обезьян (павианов, мартышек), однако там водится много лемуров, которые нигде больше не встречаются.

Совершенно иная картина обнаруживается при изучении фауны океанических островов. Вся фауна этих островов – результат случайного занесения на них некоторых видов, обычно птиц, насекомых. Изоляция и естественный отбор приводят к образованию специфических изменений в их строении.

Огромное количество разнообразных биогеографических фактов указывают на то, что особенности распределения живых существ на планете тесно связаны с преобразованием земной коры и с эволюционными изменениями видов.

1. Направления эволюции.

На макроэволюционном уровне можно проследить главные направления органической эволюции: биологический и морфологический прогрессы. Поскольку направление эволюции определяется естественным отбором, то пути эволюции совпадают с путями формирования приспособлений, определяющих те или иные преимущества одних групп над другими. Появление таких признаков обусловливает прогрессивность данной группы.

1. Эволюционные пути.

Биологический прогресс, то есть расширение ареала, увеличение количества особей данного вида и количества новых систематических единиц внутри вида или более крупной систематической единицы, достигается различными путями. Можно выделить несколько путей эволюции (по А.Н. Северцову):

• арогенез (ароморфоз или морфофизиологический прогресс)

• аллогенез (идиоадаптацию)

• катогенез (катоморфоз или дегенерацию)

• гипергенез

1. Арогенез.

Арогенез – такой путь эволюции, который характеризуется повышением организации, развитием приспособлений широкого значения, расширением среды обитания данной группы организмов. На арогенный путь развития группа организмов вступает, вырабатывая определенные приспособления, называемые в таком случае ароморфозами. Примером ароморфоза у млекопитающих является разделение сердца на левую и правую половины с развитием 2х кругов кровообращения, что привело к увеличению легких и улучшению снабжения кислородом органов. Дифференцировка органов пищеварения, усложнение зубной системы, появление теплокровности – все это уменьшает зависимость организма от окружающей среды. У млекопитающих и птиц появилась возможность переносить снижение температуры среды значительно легче, чем, например, у рептилий, которые теряют активность с наступлением холодной ночи и холодного времени года. В связи с этим ночная активность рептилий в среднем ниже, чем дневная. Теплокровность млекопитающих и птиц позволила им овладеть поверхностью всего земного шара. Дифференцировка зубного аппарата у млекопитающих, приспособление его к жевательной функции, чего не было ни у одного из предшествующих классов хордовых, обеспечили большую возможность использования пищи. У них хорошо развиты большие полушария головного мозга, которые обеспечивают поведение «разумного типа», позволяют организмам приспосабливаться к быстрым изменениям среды без изменения своей морфологической организации.

Ароморфозы сыграли важную роль в эволюции всех классов животных. Например, в эволюции насекомых большое значение имело появление трахейной системы дыхания и преобразование ротового аппарата. Трахейная система обеспечила резкое повышение активности окислительных процессов в организме, что вместе с появлением крыльев обеспечило им выход на сушу. Благодаря необычайному разнообразию ротового аппарата у насекомых (сосущий, колющий, грызущий) они приспособились к питанию самой разнообразной пищей. Ароморфозом можно считать образование у насекомых хитинового покрова и расчлененных конечностей. Немалую роль сыграло в их эволюции и развитие сложной нервной системы, а также органов обоняния, зрения, осязания.

1. Аллогенез.

Аллогенез – путь эволюции без повышения общего уровня организации. Организмы эволюционируют путем частных приспособлений к конкретным условиям среды. Такой тип эволюции ведет к быстрому повышению численности и многообразию видового состава. Все многообразие любой крупной систематической группы является результатом аллогенеза. Достаточно вспомнить многообразие млекопитающих, чтобы увидеть, насколько разнообразны пути их приспособления к самым различным факторам среды.

Аллогенезы осуществляются благодаря мелким эволюционным изменениям, повышающим приспособление организмов к конкретным условиям обитания. Эти изменения называются идиоадаптацией. Хорошим примером идиоадаптаций служат защитная окраска у животных, разнообразные приспособления к перекрестному опылению ветром и насекомыми, приспособление плодов и семян к рассеиванию, приспособление к придонному образу жизни (уплощение тела у многих рыб). Аллогенез часто приводит к узкой специализации отдельных групп.

1. Катогенез.

В ряде эволюционных ситуаций, когда окружающая среда стабильна, наблюдается явление общей дегенерации, то есть резкого упрощения организации, связанного с исчезновением целых систем органов и функций. Очень часто общая дегенерация наблюдается при переходе видов к паразитическому образу существования. У крабов известен паразит саккулина, имеющая вид мешка, набитого половыми продуктами, и обладающая как бы корневой системой, пронизывающей тело хозяина. Эволюция этого организма такова. Родоначальная форма принадлежала к усоногим ракам и прикреплялась не к водным камням, а к крабам и постепенно перешла к паразитическому способу существования, утратив во взрослом состоянии почти все органы. Несмотря на то, что общая дегенерация приводит к значительному упрощению организации виды, идущие по этому пути, могут увеличивать численность и ареал, то есть двигаться по пути биологического прогресса.

1. Гипергенез.

Гипергенез – путь эволюции, связанный с увеличением размеров тела и непропорциональным переразвитием органов. В различные периоды в различных классах организмов появлялись гигантские формы. Но, как правило, они довольно быстро вымирали и наступало господство более мелких форм. Вымирание гигантских форм чаще всего объясняется нехваткой пищи, хотя некоторое время такие организмы могут иметь преимущество вследствие своей огромной силы и отсутствия по этой причине врагов.

1. Соотношение направлений эволюции.

Пути эволюции органического мира сочетаются друг с другом либо сменяют друг друга, причем ароморфозы происходят значительно реже идиоадаптаций. Но именно ароморфозы определяют новые этапы в развитии органического мира. Возникнув путем ароморфоза, новые, высшие по организации группы организмов занимают другую среду обитания. Далее эволюция идет по пути идиоадаптации, иногда и дегенерации, которая обеспечивает организмам обживание новой для них среды обитания.

1. Общие черты эволюционных процессов.

• Прежде всего это возникновение целесообразности организмов, то есть их соответствие условиям обитания и способность меняться по мере изменения этих условий.

• Другая важнейшая характеристика эволюционного процесса – это видообразование, то есть постоянное образование новых видов. За время эволюции на Земле существовали десятки, а возможно, и сотни миллионов видов живых организмов.

• И, наконец, третье неотъемлемое свойство эволюционного процесса – постоянное усложнение живых организмов от примитивных доклеточных форм вплоть до человека.

Глава 3. Образование и развитие биологических микроструктур.

1. Образование биологических мономеров, биологических полимеров и систем с обратной связью.

   1. Атмосфера древней Земли.

По данным космологии – науки о происхождении небесных тел, 4500 млн. лет назад Земля представляла собой сферу, состоящую по большей части из оксидов, карбонатов и карбидов металлов, а также газов, вырывавшихся из недр благодаря активной вулканической деятельности. Гравитационные силы привели к уплотнению коры, при этом выделялось огромное количество тепла. Повышению температуры также способствовали распад радиоактивных соединений и поток ультрафиолетового излучения Солнца. Вода находилась в состоянии пара. Высоко над землей в холодном пространстве водяной пар конденсировался, образуя тучи, а затем в виде дождя выпадал на раскаленные камни. Вода вновь испарялась и пар возвращался в атмосферу. Испарение и конденсация повторялись много раз и приводили к сильным ливням, сопровождавшимся непрерывными молниями. Образовывались неглубокие водоемы, наполняемые дождями. Горячие лавовые потоки и вулканический пепел, попадая в них, создавали разнообразные быстро меняющиеся условия, в которых могли протекать реакции синтеза органических соединений. Чрезвычайно важно понимать, что свободного кислорода в то время на Земле не было. Он соединялся с такими элементами, как железо, алюминий, кремний, образуя множество минералов в земной коре. Входил он также в состав воды и таких газов, как оксид углерода (II) и оксид углерода (IV). Если бы свободный кислород присутствовал на Земле в добиотический период, то, с одной стороны, он окислял бы синтезирующиеся органические вещества, а с другой, образуя озоновый слой в верхних слоях атмосферы, поглощал бы высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение Солнца.

Наличие свободного кислорода сегодня в земной атмосфере – результат фотосинтетической деятельности зеленых растений. Слой озона, существующий ныне, защищает Землю от смертоносного излучения Солнца. В рассматриваемый нами период возникновения жизни, длившийся примерно 1000 млн. лет, ультрафиолет был основным источником энергии для синтеза органических веществ. Они могли образовываться лишь из тех неорганических соединений, которые в изобилии присутствовали в атмосфере древней Земли. При избытке водорода идет образование метана и аммиака:

CO + 3H2  CH4 + H2O

N2 + 3H2  2NH3

1. Абиогенный синтез органических соединений.

В 1953 г. американские исследователи Миллер и Юри провели эксперимент, в котором имитировали условия, существовавшие на Земле 4000 млн. лет назад. Правда, вместо ультрафиолетового излучения Солнца они давали искровой разряд. В специальный воздухонепроницаемый аппарат через систему труб подавалась смесь газов CH4, NH3 и H2. Кипящая вода служила источником водяного пара, а с помощью холодильника поддерживалась циркуляция газовой смеси через сосуд, в котором создавался электрический разряд. После непрерывного пропускания искры в течение нескольких дней при напряжении 60 тыс. В (что по количеству энергии эквивалентно периоду 50 млн. лет на примитивной Земле) в водной фазе образовались различные органические соединения. Среди них были обнаружены биологические мономеры: мочевина, молочная кислота, несколько разных аминокислот. Аналогичный опыт еще в 1912 г. поставил Ж. Лёб. Однако в то время еще не были разработаны методы обнаружения микроколичеств органических веществ, и он смог среди продуктов реакции выявить лишь одну аминокислоту – глицин, поэтому о его работе скоро забыли.

Искровые разряды в газовых смесях представляют линь один из видов энергии, бывших на древней Земле, к другим относятся ультрафиолетовое и радиационное излучение излучения, тепло, ударные волны. Были поставлены многочисленные эксперименты с использованием этих видов энергии и различных смесей первичных газов. При нагревании в закрытых сосудах газовых смесей до высоких температур (600 – 900 С) в присутствии руд различных металлов в качестве катализаторов образовывались не только аминокислоты, но и некоторые сахара, жирные кислоты и азотистые основания. При воздействии на смесь газов ультрафиолета и -излучения синтезировались рибоза и дезоксирибоза. Во всех экспериментах были получены сходные результаты, подтверждающие теорию абиогенного происхождения органических биологических молекул. При этом выяснилось, что из смеси газов O2, H2, N2, NH3, CH4, CO и CO2 сначала образуются реакционноспособные промежуточные соединения, такие как цианистый водород (HCN), формальдегид (HCHO), муравьиная кислота (HCOOH) и др. Затем в результате химической эволюции эти соединения образуют биологические мономеры. На этом заканчивается первый этап биопоэза.

1. Образование и эволюция биополимеров.

Какова же дальнейшая судьба образовавшихся органических соединений? Часть из них разрушилась под действием тех же видов энергии, что необходимы были при их синтезе. Такие летучие соединения, как формальдегид и цианистый водород, ушли в атмосферу и лишь частично растворились в водоемах. Жирные кислоты, соединившись со спиртами, могли образовывать липидные пленки на поверхности водоемов, в которых были растворены азотистые основания, сахара и аминокислоты. Необходимо представлять, что в различных частях нашей планеты были различные условия и источники энергии. Поэтому и состав органических веществ, и их концентрация в разных первобытных водоемах были различны. Скорее всего дальнейшая химическая эволюция органических соединений, приводящая к их усложнению и образованию полимерных молекул, проходила при редчайшем сочетании «счастливых» обстоятельств.

Если при изучении первой стадии биопоэза к нашим услугам были результаты многочисленных экспериментов, то анализ второй стадии максимально затруднен из-за минимальной возможности экспериментировать. В попытках создать правдоподобную картину образования и эволюции биополимеров мы можем рассчитывать лишь на логику.

Американский ученый С. Фокс в 1957 г. высказал идею о том, что аминокислоты могут соединяться, образуя пептидные связи в отсутствие воды, т.е. благодаря дегидратационному синтезу. Он нагревал сухую смесь аминокислот и после охлаждения и растворения в воде обнаружил белковоподобные молекулы со случайной последовательностью аминокислот. Фокс предполагает, что на древней Земле аминокислоты концентрировались в испаряющихся водоемах, а затем полимеризовались под действием тепла лавовых потоков или в ходе высушивания под действием солнечных лучей. Последующие дожди растворяли полипептиды. Возможно, синтез полимеров катализировался на поверхности минеральных глин. Экспериментально показано, что раствор аминокислоты аланина в водной среде в присутствии особого вида глинозема и АТФ может давать полимерные цепочки полиаланина.

Таким образом можно представить, что на древней Земле могли образовываться полипептиды, некоторые из которых могли обладать каталитической активностью. Однако абиотическое образование каталитически активных полимеров аминокислот может не иметь прямого отношения к происхождению жизни, так как полипептиды не обладают способностью самовоспроизводиться и закреплять тем самым приобретенную в результате химической эволюции структуру, способную выполнять определенные функции.

1. Роль РНК и ДНК в образовании систем с обратной связью.

Нуклеиновые кислоты в отличие от белков способны к репликации, т.е. созданию новых копий, не отличимых от материнских молекул. Открытие Т. Чеком в 1982 г. каталитической активности РНК позволяет предположить, что молекулы РНК были первыми биополимерами на Земле. Кроме того, были проведены эксперименты, показывающие, что в среде, содержащей в высокой концентрации минеральные соли и рибонуклеиды, спонтанно синтезируются олигорибонуклеотиды. Также спонтанно, путем спаривания комплементарных оснований, могут образовываться РНК-копии. Обе эти реакции протекают без участия ферментов или других белков.

Пока непонятно, как древнейшая РНК стала кодировать аминокислотную последовательность. Трудно представить, что полезная кодирующая информация заключалась в длинной непрерывной последовательности оснований в спонтанно образующейся цепи РНК. Скорее короткие цепочки РНК, кодирующие пептидные цепочки, способные к каким-либо полезным функциям, были разделены не содержащими кодирующую информацию последовательностями, называемыми сегодня интронами. Не исключено, что сплайсинг РНК, который может протекать автокаталитически, в отсутствие белков-ферментов, возник как средство объединения экзонов, которые вместе могли кодировать крупный белок, функционально более эффективный, чем отдельные пептиды.

Как могла возникнуть ДНК, лучше, чем РНК, приспособленная для долговременного хранения информации? Отсутствие гидроксидной группы в 2’-положении дезоксирибозы делает положение ДНК устойчивыми, в отличие от РНК, к гидролитическому расщеплению в слабощелочных водных растворах. А именно такие растворы были в первичных водоемах и сохранились в современных клетках. Кроме того, наличие двух комплементарных цепей облегчает процесс репликации и исправления ошибок, возникающих в любой из двух цепочек ДНК. Возможно, что благодаря активности древнего белка, близкого современному ферменту – обратной транскриптазе (т.е. способного синтезировать ДНК, используя в качестве матрицы РНК), и образовались первые молекулы ДНК на Земле.

Наличие кодирующих белки молекул ДНК и РНК и белков-ферментов, катализирующих процессы репликации нуклеиновых кислот, позволяет образовываться системам с обратной связью. В таких системах нуклеиновые кислоты несут информацию и тем самым программируют увеличение количества тех белков, которые способствуют увеличению количества кодирующих их нуклеиновых кислот. Кроме того, белки могут защищать молекулы ДНК от разрушительного действия ультрафиолета. Системы такого вида уже обладают некоторыми признаками жизни, однако еще не могут быть названы живыми организмами, так как не имеют биологической мембраны.

1. Формирование мембранных структур и эволюция пробионтов.

   1. Образование и эволюция биологических мембран.

Лишь определенное взаиморасположение в пространстве позволяет таким важнейшим биополимерам, как белки и нуклеиновые кислоты, взаимодействовать и образовывать системы, приводящие к появлению первых живых организмов. Это становится возможным благодаря формированию биологических мембран, которые не только сохраняют случайно возникшие ассоциаты белков и нуклеиновых кислот, но и обеспечивают образовавшиеся системы с обратной связью веществами и энергией из окружающей среды.

Как могли сформироваться мембраны на ранних этапах возникновения жизни? Поверхности водоемов были покрыты липидными пленками. Длинные неполярные углеводородные «хвосты» липидных молекул торчали наружу, а заряженные «головки» были обращены в воду. Растворенные в водоемах белковые молекулы могли адсорбироваться на поверхности липидной пленки благодаря электрическому притяжению к заряженным головкам. Образовывались двойные липопротеидные пленки. При порывах ветра поверхностная пленка изгибалась, от нее могли отрываться пузырьки. Из многочисленных пузырьков нашего внимания заслуживают лишь те, которые содержали белково-нуклеиновые системы с обратной связью. Такие пузырьки поднимались ветром в воздух, а когда падали на поверхность водоема, то покрывались вторым липидно-белковым слоем. Это происходило за счет гидрофобных взаимодействий между обращенными друг к другу неполярными «хвостами» липидов. Такая четырехслойная оболочка (два слоя белков по краям и два слоя липидов внутри) удивительным образом напоминают нам сегодняшнюю биологическую мембрану и могла быть ее прародительницей.

Изложенный выше сценарий возникновения мембран представляется вполне правдоподобным, хотя и не единственно возможным. В течение миллионов лет структура первичной мембраны все более усложнялась как вследствие включения в свой состав новых разнообразных белковых молекул, способных погружаться в липидный слой и даже пронзать его, так и благодаря выпячиванию отдельных участков наружу и внутрь. В результате таких выпячиваний различные полимеры, плававшие в «первичном бульоне» и находившиеся вне пузырька, могли оказаться внутри его складок, где создавались условия для новых, ранее не существовавших взаимодействий. Эволюционно закреплялись лишь такие системы, которые были способны к саморегуляции и самовоспроизведению. Это и были первые живые организмы – пробионты.

1. Способы питания первых организмов.

Сегодняшние знания о составе атмосферы древней Земли позволяют заключить, что первые организмы были анаэробными гетеротрофами. Они размножались, получали пищу и энергию из органических и минеральных веществ абиогенного происхождения, в изобилии имевшихся в окружающей среде. Способом обмена веществ им служило брожение – процесс ферментативного превращения органических веществ, в котором акцепторами электронов служат другие органические вещества. При этом выделяется энергия, запасаемая в молекулах АТФ. Примером такого древнего способа обмена веществ, дошедшего до наших дней, является гликолиз – ферментативный путь бескислородного расщепления сахаров.

В то время как одни бактерии основывались на гликолизе, другие выработали способность фиксировать атмосферный углекислый газ с образованием различных органических соединений, а третьи научились фиксировать атмосферный азот. В фиксации N2 участвует система ферментов нитрогеназ, специфически реагирующих с ацетиленом – богатым энергией соединением, который в больших количествах образовался из цианистого водорода еще до возникновения жизни.

Следует помнить, что химическая эволюция и эволюция пробионтов длилась 1000–1500 млн. лет. За это время условия на Земле существенно изменились и запасы органических молекул, образованных на первой стадии биопоэза, постепенно истощались. По мере истощения запаса абиогенного органического материала возникла жесткая конкурентная борьба за него, что ускорило процесс эволюции первичных гетеротрофов.

Исключительным событием стало возникновение бактериального фотосинтеза. Он освободил жизнь от зависимости от органических соединений абиогенного происхождения. Скорее всего фотосинтез возник у анаэробных бактерий, способных к азотфиксации. При этом источником энергии являлось Солнце, а результатом было накопление органических веществ биогенного происхождения. Первые фотосинтезирующие бактерии получали водород путем расщепления органики или сероводорода. Такой фотосинтез называется аноксигенным (бескислородным). Лишь потом цианобактерии (цианофиты, сине-зеленые) освоили фоторасщепление воды. Побочным продуктом такого фотосинтеза является кислород. Его накопление привело не только к коренному изменению хода эволюции, но и к преобразованию лика планеты.

Появление озонового экрана защитило первичные организмы от смертельного ультрафиолетового облучения и положило конец абиогенному синтезу органических веществ. Теперь жизнь одних организмов зависела только от деятельности других живых организмов. Сегодня большинство представителей растительного и животного царства – облигатные (обязательные) аэробы; они погибают, если концентрация O2 в окружающей среде падает ниже той, к которой они приспособлены. Исключения составляют некоторые глубоководные сообщества и ряд кишечных паразитов (глистов), получающих энергию от реакции брожения. Для них кислород ядовит. Многие роды прокариот состоят исключительно из анаэробов, другие включают как анаэробные, так и аэробные виды.

Первые аэробные бактерии появились благодаря приобретению аппарата окислительного фосфорилирования. Продукты брожения подвергались дальнейшему окислению до CO2 и H2O. Эти аэробные гетеротрофы могли более эффективно, чем анаэробные бактерии, расщеплять органические вещества, образующиеся в результате фотосинтеза. По-видимому, с ростом концентрации O2 в атмосфере усложнялась жизнь первичных анаэробных гетеротрофов. Некоторые из них вымерли. Другие нашли среду, лишенную кислорода, и продолжали в ней анаэробное существование. Примером таких организмов являются дошедшие до наших дней метан-образующие бактерии или серные бактерии, живущие в горячих подземных источниках.

1. Симбиотическая теория образования эукариот.

Некоторые гетеротрофы пошли по пути, приведшему к образованию эукариотических клеток. Часть из них вступила в симбиоз с аэробными бактериями, способными к окислительному фосфорилированию. Поглотив аэробные бактерии, первичные гетеротрофы не расщепили их на составляющие молекулы, а сохранили в качестве энергетических станций, называемых сегодня митохондриями. Такие симбионты дали начало царствам животных и грибов.

Другая часть первичных гетеротрофов «заключила союз» не только с аэробными гетеротрофами, но и с первичными фотосинтетиками, сохранив последние в качестве хлоропластов. Такие симбионты дали начало царству растений.

Зачем митохондриям и хлоропластам кольцевые молекулы ДНК, по длине и форме похожие на ДНК бактерий? Почему митохондрии и хлоропласты имеют собственный белоксинтезирующий аппарат, включающий рибосомы, по характеристикам более близкие к бактериальным рибосомам, чем к рибосомам эукариотической клетки? Дело в том, что и митохондрии, и хлоропласты в далеком прошлом – свободно живущие организмы. Они, вступив в симбиоз, отдали часть своих генов «центральному правительству», но сохранили автономное право размножаться не в то время, когда это делает клетка, и осуществлять свои специфические функции по древним программам, записанным на кольцевых ДНК и реализуемым при синтезе своих белков на собственных рибосомах. В пользу симбиотической теории происхождения эукариот говорит и внешнее сходство митохондрий и хлоропластов со свободноживущими бактериями.

Строгих доказательств того, что последовательность событий, приведших к сегодняшним формам жизни, нет. Но есть примеры, свидетельствующие о возможности такой эволюционной последовательности. Один из видов амеб составляет исключение среди эукариот и не содержит митохондрий, вместо них он приютил аэробные бактерии и вступил с ними в симбиотические отношения. Некоторые растения содержат в своих клетках цианобактерии, сходные по размеру и способу укладки хлорофиллсодержащих мембран с хлоропластами.

1. Эволюция одноклеточных.

   1. Эволюция прокариот.

С момента возникновения жизни на Земле прошло около 4 млрд. лет. С тех пор активно действуют два важнейших фактора эволюционного процесса – естественный отбор и наследственная изменчивость. Скорость эволюционного процесса постепенно возрастала и сами факторы эволюции преобразовывались и пополнялись новыми. У пробионтов уже существовали главные атрибуты любого живого организма: ДНК и система ее репликации, транскрипция, трансляция, мембранные структуры, ферментативные системы расщепления и синтеза органических веществ, запасания и переноса энергии. Деление пробионтов могло осуществляться примерно так же, как это происходит у современных бактерий, путем сравнительно простого деления надвое.

В настоящее время многие исследователи считают, что вскоре после возникновения жизни сформировались три надцарства (рис. 1): архебактерии, эубактерии (включая сине-зеленые) и эукариоты (грибы, растения, животные, простейшие). Архебактерий сближает с эукариотами не только экзон-интронная структура генов, но и некоторые другие признаки, присущие только им. Оболочки клеток у них, например, состоят из эфиров углеводородов (типа изопрена) – соединений, не встречающихся у других организмов. По-видимому, архебактерии сохранили значительное сходство с пробионтами. Они обитают в бескислородных слоях, концентрированных солевых растворах, горячих вулканических источниках.

Второе надцарство – эубактерии, чрезвычайно широко представлено в биосфере. Это так же, как и архебактерии, безъядерные одноклеточные организмы, их геномы лишены экзон-интронной организации. Третья ветвь живого – эукариоты, они обладают оформленным ядром и оболочкой. Именно эта группа живых организмов дала колоссальное разнообразие многоклеточных и одноклеточных форм.

Крупнейшим ароморфозом, оказавшим огромное по своим последствиям воздействие, стало возникновение фотосинтеза. Фотосинтез возникал у прокариотических организмов, вероятно, неоднократно. В настоящее время фотосинтетики – это не только сине-зеленые, но и другие представители эубактерий и архебактерий. Возникновение фотосинтезирующих прокариотических организмов удалено от нас на 3–3,2 млрд. лет. Все организмы в то время были анаэробными, т.е. были способны существовать в бескислородной атмосфере. В атмосфере началось накопление кислорода и углекислого газа. Примерно 2 млрд. лет назад сформировалась атмосфера, подобная современной, в ней уменьшилось количество метана, аммиака, появилась возможность для возникновения и интенсивной эволюции аэробных организмов. Переход к аэробному метаболизму был предпосылкой к возникновению окислительного фосфорилирования – чрезвычайно важного ароморфоза. Эффективность извлечения энергии из углеводов при этом возрастает сравнительно с анаэробным процессом в 18 раз. В результате аэробные прокариоты, обладающие окислительным фосфорилированием, за сравнительно короткое время получили большие возможности для широкого освоения разнообразных условий среды. Они и составили группу организмов, из которых примерно 1,5–2 млрд. лет назад выделились эукариоты.

1. Эволюция эукариот.

Возникновение ядерных одноклеточных организмов ознаменовало собой принципиально новый этап в эволюции жизни.

В течение длительного периода, не менее 700–800 млн. лет, эукариоты были представлены только одноклеточными формами. За это время возникли и развились многие –фундаментальные свойства эукариотических организмов. К их числу, безусловно, относится формирование митоза – одного из важных ароморфозов.

Усложнение ядра, появление хромосом поставило насущную проблему – регулярного равного деления ядерных структур и цитоплазмы. Всякий, кому довелось наблюдать за делением эукариотических клеток с четким разделением сестринских хромосом, получает большое эстетическое удовольствие от его рациональности и красоты. В то же время благодаря симбиозу клетки эукариот обогатились митохондриями и хлоропластами. Выделилась группа простейших эукариот, из которых позднее сформировались растения, появились предковые формы животных, грибов. Симбиотический процесс следует также рассматривать, как крупный ароморфоз в развитии жизни на Земле. Непрерывно шел процесс дивиргенции, росло разнообразие форм жизни.

Усложнение эукариотических клеток привело к возникновению полового процесса. Это значит, что в популяциях одноклеточных эукариот стали появляться клетки с полярными свойствами, способными к взаимному объединению – копуляции. В результате был проделан решающий шаг к возникновению диплоидности. По мере того как половой процесс становился регулярным, росла необходимость в делении клеток, в ходе которого гомологичные хромосомы расходятся и их число уменьшается вдвое. Именно эта важная функция первоначально легла на зарождающийся мейоз. Длительная эволюция в конечном счете привела к созданию двухступенчатого мейоза современного типа.

Весь комплекс событий, начиная с формирования пола и заканчивая появлением мейоза, имел исключительное значение для последующего хода эволюции. В результате возникла диплоидность, появилась доминантность и рецессивность, сформировалась комбинативная изменчивость, слагающаяся из рекомбинации в профазе, случайного расхождения хромосом в метафазе I мейоза и случайного соединения гамет при оплодотворении. В популяциях одноклеточных эукариот благодаря становлению упомянутых процессов темп эволюции резко возрос. Таким образом, возникновение пола, мейоза и сопряженных явлений явилось крупнейшим достижением в эволюции жизни.

Глава 4. Развитие высших структур.

Никто точно не знает, когда именно возникла первая живая клетка. Возраст самых ранних следов жизни (остатков бактерий), найденных в древних отложениях земной коры, - около 3,5 млрд. лет. Допустим, что возраст жизни на нашей планете – 3,6 млрд. лет.

Для большей наглядности представим себе, что этот огромный отрезок времени уместился в пределах одних суток. Сейчас на наших «часах» – ровно 24 ч, а в момент возникновения жизни они показывали 0 ч. Каждый час вместил 150 млн. лет, каждая минута – 2,5 млн. лет (рис. 2).

1. Докембрий.

Самая древняя эпоха развития жизни – докембрийская – длилась невероятно долго: свыше 3 млрд. лет. Или, по нашей шкале, с начала суток до 8 часов вечера.

Мы уже рассказали об условиях, в которых жили первые живые организмы. Чтобы строить свои организмы, всему живому требуется, в частности, водород. Зеленые растения получают его, расщепляя воду и выделяя кислород. Но бактерии этого делать еще не умеют. Они разлагают не воду, а сероводород, что гораздо проще. При этом выделяется не кислород, а сера (поэтому на поверхности некоторых болот можно встретить пленку из серы).

Так и поступали древние бактерии, но количество сероводорода на Земле было довольно ограничено. Наступил новый кризис в развитии жизни.

Выход из него «нашли» сине-зеленые водоросли. Они научились расщеплять воду. Это в 7 раз труднее, чем расщепить сероводород. Это произошло 2,3 млрд. лет назад (по нашей шкале – около 9 часов утра).

Теперь в качестве побочного продукта в атмосферу начал выделятся кислород. Накопление кислорода представляло серьезную угрозу для жизни. Начиная с 11 часов утра новое самозарождение жизни на Земле стало невозможным – содержание кислорода достигло 1% от современного. А перед живыми организмами встала новая проблема – как бороться с возрастающим количеством этого агрессивного вещества.

Но эволюция смогла преодолеть и это испытание, одержав новую блестящую победу. Около 11 часов утра на Земле появился первый организм, вдохнувший кислород. Так возникло дыхание.

До этого момента живые организмы жили в океане, укрываясь в водной толще от губительных для всего живого потоков солнечного ультрафиолета. Теперь благодаря кислороду в верхних слоях атмосферы возник слой озона, смягчивший излучение. Под защитой озона жизнь смогла выйти на сушу.

В течение докембрия природа сделала еще целый ряд замечательных «изобретений». Около 2 часов дня (по нашей шкале) клетки получили ядро. Примерно тогда же возникло половое размножение, резко ускорившее темпы эволюции. Появились первые многоклеточные существа.

К концу докембрия земные моря населяли разнообразные животные: медузы, плоские черви, губки, полипы. Все они были мягкотелыми, лишенными скелета. Возникновение у животных скелета – раковин, панцирей и т.д. – обозначило начало новой геологической эры.

1. Палеозой.

Палеозойская эра, начавшаяся 570 млн. лет назад, длилась 340 млн. лет (то есть по нашей шкале, с начала девятого вечера до половины одиннадцатого). Ученые делят ее на шесть периодов.

1. Кембрий.

Самый ранний из них – кембрий (он продолжался 70 млн. лет). В этот период у самых разнообразных животных начинает развиваться скелет, будь то раковина, панцирь или просто колючие шипики. Видимо, мягкотелость становится к этому моменту слишком небезопасной.

Творчество природы, создающей новые формы жизни, в кембрии необычайно плодотворно и разнообразно: почти все типы животного царства получают своих первых представителей. Хордовых, например, представляют существа, похожие на современного ланцетника. Пропуская воду через жаберные щели, они таким образом процеживают из ила съедобные частички.

Как ни трудно нам представить моря без рыб, но в морях кембрия их еще не было. Моря были густо заселены знаменитыми трилобитами – вымершими предками пауков, скорпионов и клещей.

1. Ордовик.

За кембрием следует ордовик (он длился 60 млн. лет). В море по-прежнему процветают трилобиты. Появляются первые позвоночные – родичи современных миног и миксин. Челюстей у них еще нет, но строение рта позволяет хватать живую добычу, что, конечно, гораздо выгоднее бесконечного процеживания ила.

1. Силур.

В следующем периоде – силуре (30 млн. лет) на сушу выходят первые растения (псилофиты), покрывая берега зеленым ковром высотой до 25 см. Вслед за ними на сушу начинают переселяться животные, приучаясь дышать атмосферным воздухом, - многоножки, черви, пауки и скорпионы.

В морях трилобитов уже теснят гигантские ракоскорпионы, длина которых порой превышает 2 м. У позвоночных появляется новый, неизвестный прежде орган – челюсти, развившиеся из безобидных жаберных щелей бесчерепных (например, ланцетника). Чтобы добыча не ускользнула из этих челюстей, рыбы приобретают одновременно парные плавники, увеличивающие маневренность.

1. Девон.

Следующий период – девон (60 млн. лет). Сушу заселяют плауны, папоротники, хвощи, мхи. В их зарослях уже живут первые насекомые.

Выбираются на сушу и позвоночные. Климат в девоне был сухой, температура в течение года резко изменялась. Многие водоемы пересыхали. Некоторые рыбы стали на время засухи зарываться в ил. Для этого нужно было уметь дышать атмосферным воздухом. Но особенно многообещающей для дальнейшей эволюции оказалась группа кистеперых рыб. Помимо легочного дыхания они имели подвижные мускулистые плавники, похожие на лапы. С их помощью они ползали по дну. Чтобы не погибнуть в пересохшем водоеме, кистеперые рыбы отправлялись в сухопутные странствия в поисках воды. При этом они путешествовали на довольно большие расстояния. Естественно, выживали те, которые лучше могли двигаться по суше. Правда, слабых легких для дыхания было недостаточно. Как еще дышать, если жабры на суше не годятся? Только через кожу. Поэтому рыбья чешуя уступила место гладкой влажной коже.

Так в девоне кистеперые рыбы постепенно покинули родную стихию и дали начало первым земноводным – стегоцефалам (панцирноголовым).

1. Карбон.

Вслед за девоном наступил карбон, или каменноугольный период (65 млн. лет). Впервые огромные пространства суши покрылись болотистыми лесами из древовидных папоротников, хвощей и плаунов.

Глядя на современные небольшие плауны, трудно представить, что их предки (например, чешуедрев, или лепидодендрон) достигали 40 м в высоту и 6 м в обхвате.

Из падавших в воду и постепенно превращавшихся в уголь стволов образовались залежи каменного угля. Самый ценный уголь (антрацит) получался из скоплений множества спор, которые роняли в воду деревья того времени.

Впервые жизнь, освоившая воду и сушу, сделала шаг и в третью стихию – воздух. Первыми и единственными, кто поднялся в воздух в лесах каменноугольного периода, были насекомые. Порой они вырастали до невероятных размеров. Размах крыльев некоторых стрекоз достигал 70 см. А в зарослях помимо пауков и скорпионов стали встречаться, например, тараканы (размером иногда с морскую свинку).

Жизнь сумела окончательно оторваться от породившей ее водной стихии. Почти одновременно это удалось рептилиям и семенным папоротникам, предкам хвойных. У растений появились семена вместо спор, у яиц рептилий – скорлупа. Зародыши в семени и яйце были защищены оболочками, обеспечены пищей. Из яиц рептилий вылуплялся уже не беспомощный головастик, а уменьшенная копия родителя.

Рептилиям уже не нужна была голая кожа для дыхания – вполне хватало легких. Они «заковались обратно в панцирь» из чешуи и роговых щитков.

1. Пермь.

Последний период эры древней жизни – пермь, или пермский период (55 млн. лет). Климат стал холоднее и суше. Влажные леса из папоротников и плаунов исчезли. Вместо них появились и широко разрослись хвойные.

Земноводных все больше теснили рептилии, шедшие к своему господству на планете.

1. Мезозой.

Мезозойская эра наступил 230 млн. лет назад и длилась 163 млн. лет то есть с полвины одиннадцатого вечера до половины двенадцатого по нашей шкале). Она делится на три периода: триас (35 млн. лет), юру, или юрский период (58 млн. лет), и мел, или меловой период (70 млн. лет).

В морях еще в пермский период окончательно вымерли трилобиты. Но это не было закатом морских беспозвоночных. Напротив: на смену каждой вымершей форме приходило несколько новых. В течение мезозойской эры океаны Земли изобиловали моллюсками: белемнитами, похожими на кальмаров (их ископаемые раковины называют «чертовыми пальцами»), и аммонитами. Раковины некоторых аммонитов достигали 3 м в диаметре. Ни у кого больше на нашей планете, ни до того, ни позднее, не было таких колоссальных раковин!

В лесах мезозоя господствовали хвойные, похожие на современные сосны и кипарисы, а также саговники. Мы привыкли видеть насекомых, вьющихся над цветами. Но такое зрелище стало возможным лишь с середины мезозоя, когда на Земле расцвел первый цветок. К меловому периоду цветковые растения уже начали теснить хвойные и саговники.

Мезозой, особенно юру, можно назвать царством рептилий. Но еще в самом начале мезозоя, когда рептилии только шли к своему господству, рядом с ними появились мелкие, покрытые шерстью теплокровные животные – млекопитающие. Долгие 100 миллионов лет они жили рядом с динозаврами, почти незаметные н их фоне, терпеливо дожидаясь своего часа.

В юре у динозавров появились и другие теплокровные соперники – первоптицы (археоптериксы). Они имели еще очень много общего с рептилиями: например, челюсти, усеянные острыми зубами. В меловом периоде от них произошли и настоящие птицы.

В конце мелового периода климат на Земле стал холоднее. Природа уже не могла прокормить животных, весивших более десяти килограммов (правда, есть научные теории, иначе объясняющие вымирание динозавров). Началось массовое вымирание (растянувшееся, однако, на миллионы) гигантов-динозавров. Теперь освободившееся место могли занять звери и птицы.

1. Кайнозой.

Кайнозойская эра, начавшаяся «за полчаса до полуночи» (67 млн. лет назад), стала царством птиц, млекопитающих, насекомых и цветковых растений. Она продолжается и сейчас.

Ученые разделяют ее на 3 периода: палеоген, неоген и антропоген. Последний из этих периодов, в котором появляется человек, начался около 2 млн. лет назад (по нашему счету – 50 секунд назад). А время существования всей человеческой цивилизации (если считать ее возрастом 10 тыс. лет) на нашей шкале – всего «четверть секунды».

1. Происхождение человека.

   1. Ископаемые обезьяны.

Ископаемые остатки древних обезьян и первых людей чрезвычайно немногочисленны. Он не хоронили своих близких, а в кислой почве влажного тропического леса кости очень быстро растворяются. Как правило, сохраняются лишь самые прочные элементы – покрытые стойкой эмалью зубы, реже – фрагменты челюстей, еще реже – другие кости. Вероятность сохранится была только в областях интенсивного вулканизма, когда жертв извержений засыпало пеплом или заливало грязевыми потоками. Именно там было найдено большинство свидетельств эволюции человека.

Самые древние из узконосых обезьян, еще близкие к примитивным приматам лемурам из семейства омомиид, найдены в эоценовых слоях восточного Алжира (около 40 млн. лет назад). По месту находки эту обезьяну назвали Биретией (по одному зубу). Уже в следующем периоде – олигоцене на территории современного Египта и на Аравийском полуострове существовали многочисленные узконосые обезьяны – египтопитеки и близкие роды. Это были еще низшие обезьяны, многие из них широко распространились по Азии. Еще раньше приматы попали в Новый Свет, вероятно, переплыв на плотах из унесенных бурями деревьев Атлантический океан, в то время узкий, не превышавший по ширине современного Средиземного моря (Американский материк тогда еще не успел сместиться на запад).

Достоверные остатки высших, человекообразных обезьян известны из отложений миоценового периода. Это была эпоха пышного развития влажных лесов по тропическому поясу Евразии от Атлантики до Тихого океана. В то время пальмы и магнолии росли и по всей Европе.

В интервале 20–9 млн. лет назад найдено много остатков человекообразных обезьян (в основном зубы). Еще в прошлом веке из миоценовых слоев Европы первым был описан дриопитек («древесная обезьяна»). Близкие – рамапитек и сивапитек («обезьяны Рамы и Шивы» – героя и бога индуистской религии) описаны из отложений Африки и Индии. Все дриопитековые вымерли около 9 млн. лет назад, но они дали начало современным человекообразным обезьянам и, по-видимому, человеку. Больше всего они напоминали шимпанзе и бонобо. Точнее, ныне живущие шимпанзе похожи на них, так как их в ходе эволюции очень мало затронула специализация.

До недавнего времени азиатские роды рамапитек и сивапитек считались претендентами на роль наших предков. Сейчас более вероятным нашим пращуром кажется африканский дриопитек (кениапитек), живший на территории Кении около 14 млн. лет назад. Оказалось, что тонкая структура зубной эмали индийских видов не похожа на человеческую структуру и более напоминает структуру зубов орангутана. У кенийского дриопитека нашлись и другие признаки, сближавшие его с человеком.

Уже тогда у дриопитековых были особенности, позволявшие им идти по пути антропогенеза: высокое развитие центральной нервной системы, хорошее цветное бинокулярное зрение и хватательные конечности – не только передние, но и задние. Это наследие древесной жизни первых приматов пригодилось, когда предки человека вступили в новую стадию – стадию австралопитеков.

1. Южные обезьяны.

Австралопитек нужно переводить не как «австралийская», а как «южная» обезьяна (комбинация от лат. australis – южный и греч. pithekos – обезьяна). Этот не очень удачный термин ввел в науку первооткрыватель – английский анатом Р. Дарт, нашедший в 1924 г. на территории ЮАР череп шестилетнего детеныша этой обезьяны. Вернее, уже не совсем обезьяны. После находки Дарта остатки австралопитеков в большом количестве были найдены не только в Южной, но и в Центральной Африке. Австралопитек Дарта жил поздно – около миллиона лет назад и поэтому не мог рассчитывать на роль нашего предка. Сейчас время становления австралопитеков относят к периоду от 9 до 5 млн. лет назад.

Эти приматы жили в эпоху, когда тропические леса в Африке стали отступать на север, их место занимали сухие степи и саванны. Австралопитеки, покинув леса, вышли в открытые пространства, кишащие хищниками: львами, леопардами, саблезубыми тиграми. Что позволило им выжить в новых условиях? С точки зрения сравнительной анатомии «южные» обезьяны выглядели как фантастическое сочетание небольшого (не более 600 см3) обезьяньего мозга и вполне человеческой двуногой походки. Ни одна древесная обезьяна, перейдя к жизни на поверхности земли, этого не сделала. Горилла, например, в беге, опираясь на костяшки пальцев рук, легко догоняет человека. А четвероногая мартышка-гусар развивает скорость до 50 км/ч.

Для чего «южные» обезьяны высвободили руки? Наиболее подходящее объяснение: австралопитеки уже пользовались орудиями: палками, дубинами, камнями, крупными костями антилоп. Доказать это, к сожалению, практически невозможно, так как они не изготовляли свои орудия, а подбирали их в природе, поэтому на них нет следов искусственной обработки. Но такой этап в ходе происхождения человека, несомненно, должен был существовать. Он длился не менее 5 млн. лет, т.е. значительно дольше, чем вся последующая цивилизация.

Эти некрупные (до 50 кг, обычно меньше) приматы жили, по-видимому, стаями. Общественный образ жизни позволял им не только устоять против хищников, но и успешно нападать на других животных.

Р. Дарт полагал, что они сами были настоящими хищниками: в слоях с остатками австралопитеков найдены черепа павианов с пробитой левой стороной (из чего следовало, что удар наносился правой рукой). По другой точке зрения, они следовали за крупными хищниками и отбивали остатки их добычи у гиен и шакалов. Однако не известна ни одна обезьяна, питающаяся падалью.

Уже на стадии австралопитеков, вероятно, начался процесс потери шерстяного покрова. Выйдя из тени лесов, наш предок, по выражению советского антрополога Я.Я. Рогинского, «оказался в теплой шубе», которую нужно было поскорее снять. От перегрева, особенно в условиях интенсивной работы, человек защищается интенсивным потоотделением. Это приспособление было очень эффективным, но лишало организм ионов натрия. Нехватка его или стимулировала хищничество, или, у популяций, перешедших к вегетарианству, заставляла искать источники поваренной соли.

Другая особенность, возникшая на стадии австралопитеков, - противоречие между прямохождением и рождением детей. Таз «южных» обезьян по строению походил на человеческий, обеспечивая совершенную двуногую походку. До тех пор, пока самки их рождали детей с небольшой головой, это не очень затрудняло роды. Но уже на этой стадии шел отбор наиболее «головастых» особей, которые лучше владели орудиями и приемами коллективной охоты и обороны от хищников. Соответственно дети рождались со все большими головами. В результате у современных женщин роды очень затруднены. Ведь у новорожденного младенца масса головного мозга 360–370 г, а в 8–9 месяцев удваивается, значительно превышая среднюю массу мозга у самой крупной обезьяны – гориллы (420 г).

Вообще весь процесс антропогенеза представляется цепью довольно «поспешных», порой не очень удачных решений, кое-как скомпенсированных последующей эволюцией.

Сейчас хорошо изучены остатки одного из ранних австралопитеков – афарского, найденного Д. Джохансоном в Эфиопии. Это относительно небольшая (110–120 см) обезьяна с двуногой походкой и зубами, похожими на человеческие, жила 3,5–4 млн. лет назад. Впоследствии австралопитеки разделились на две лини – австралопитек африканский, также некрупный и всеядный, и австралопитек мощный, по-видимому, растительноядный, с крупными коренными зубами, хорошо приспособленными для пережевывания грубой пищи. Все они широко распространились по Африканскому материку (возможно, проникли и в Азию), но вымерли 1 млн. лет назад. Впрочем, последние из них в горных лесах и южноафриканских пустынях могли дожить до появления человека даже современного типа. Но еще раньше – от африканского австралопитека или же непосредственно от более ранних форм – отделилась ветвь, первого представителя которой уже можно считать входящим в род Homo – человек.

1. Человек умелый.

В 1962 г. в вулканическом ущелье Олдувай (иногда пишут Олдовай) в Танзании (Центральная Африка) английские ученые М. Лики и Л. Лики нашли скелетные остатки оригинального австралопитека. Объем его мозга составлял 642 см3 (в последующих находках 500–800 см3). Это мало по сравнению с мозгом современного человека (1000–1800 см3), но больше, чем у более примитивных форм.

Самое главное: вновь открытый вид изготовлял орудия, конечно, самые простейшие. Он ударом камня о камень оббивал их с одной стороны, создавая режущий край. Эту культуру назвали олдованской или олдовайской, а также галечной (в речных долинах сырьем для орудий чаще всего были окатанные гальки). Такие сверхпримитивные орудия (ударники) прозвали чопперами (сечками). Их трудно отличить от естественных камней, они разнообразны, неуклюжи и нестандартны. Некоторые, видимо, изготовлялись на один раз. Но с их помощью можно было обстругать и заострить деревянное копье или копалку для выкапывания съедобных корней, или выпотрошить некрупное животное, или отрезать кусок мяса.

Этот наш предок был назван Homo habilis – человек умелый. Не все антропологи разделяют такое мнение, многие полагают, что ни один из приматов, кроме человека, не в силах научиться изменять форму одного предмета другим предметом (а это лежит в основе орудийной деятельности). Использовать камни и палки они могут, могут даже подправлять их форму зубами и ногтями, но обстругать палку острым камнем или отбить у камня другим камнем край, чтобы заострить его, - для шимпанзе задача непосильная. Иначе говоря, орудия человека умелого окончательно вывели его из мира животных.

Впоследствии такие орудия нашли во многих местах Африки, на Ближнем Востоке и у нас – в Прибайкалье. Однако кости человека умелого известны пока только в Африке. Оттуда известны самые древние орудия – до 2,5 млн. лет. В Олдовае человек умелый, похоже, даже строил что-то вроде хижин или круглых загородок из колючего кустарника. От них остались лишь «фундаменты» – кольца из крупных камней. На таких стоянках обнаружены и остатки добычи: рыб, черепах, улиток, мышей, землероек, птиц, а также антилоп, жирафа и даже слона.

Питался ли человек умелый только падалью или пробовал перейти к охоте на крупную дичь, остается лишь предполагать. Но все же последнее не исключается, особенно если учесть, что первые попытки овладения огнем относятся к этому времени. Р. Дарт назвал одного из австралопитеков именем Прометея – титана, принесшего огонь людям, так как в слоях с его остатками встречались следы огня. Р. Дарта высмеяли, и похоже, напрасно. Если мы рассмотрим историю теории антропогенеза, то придем к выводу: большинство неверных, впоследствии отброшенных теорий, имели в основе сомнения в высоких умственных и физических способностях наших предков. Теперь известно немало находок обожженных в кострах костей антилоп, свиней-бородавочников, павианов возрастом до 1,8 млн. лет (человеку умелому в Олдовае дают 1,75 млн. лет). Овладев огнем и изготовляя орудия, человек становится похожим на «царя природы».

Дальше мы не знаем, когда человек умелый был вытеснен своими более умными потомками. Галечные орудия, чопперы сохранялись еще долго, но их изготовляли люди более развитые – древнейшие люди, архантропы.

1. Эволюция гоминид.

   1. Древнейшие люди.

Сто лет назад голландский врач и анатом Э. Дюбуа обнаружил на острове Ява на реке Соло окаменевшие кости: черепную крышку, три зуба и бедренную кость. Он нашел «недостающее звено» – переходную ступень от обезьяны к человеку, существование которой предсказал Э. Геккель. Э. Дюбуа назвал обнаруженное существо обезьяночеловеком – питекантропом. Впоследствии подобные находки были сделаны на той же Яве, в Китае, Германии, Венгрии, Алжире, Касабланке, Олдовае, Эфиопии, Южной Африке. Питекантроп был лишь недостающим звеном в целой цепи – ни австралопитеки, ни человек умелый еще не были тогда открыты.

Теперь обезьянолюдей называют архантропами (Homo erectus – человек выпрямленный, то есть прямоходящий). Несмотря на значительное морфологическое разнообразие, их всех относят к одному виду. Жили архантропы во всем Старом Свете, исключая, возможно, лишь самые северные области, в Америку и Австралию проникнуть не смогли. Они владели Землей 1,5–0,5 млн. лет и лишь 500 тыс. лет назад стали вытесняться более прогрессивными потомками.

По сравнению с австралопитеками и даже с человеком умелым архантропы были более развиты. Мозг их составлял 750,900 и даже 1300–1400 см3 (у архантропа из Венгрии). Увеличение мозга было связано не только с общим развитием, но и с большим, чем у австралопитеков, ростом (яванские архантропы достигали 165–170 см).

Однако архантропы сохранили еще немало примитивных, обезьяньих черт строения. У них были массивные челюсти без подбородочного выступа и мощные надбровные дуги, узкий и покатый лоб. У поздних из них – китайских обезьянолюдей (синантропов) человеческих черт было больше, чем у самых ранних.

На этой стадии развития в образе жизни людей произошли существенные изменения. Из собирателя и ловца мелких животных, лишь изредка добывающего крупных подранков, древнейший человек стал активным охотником на самую крупную дичь, вплоть до слонов и носорогов. Обезьянолюди широко использовали коллективные, облавные охоты, применяя огонь. Существенно улучшилась техника выделки каменных орудий. Оббитые с одной стороны ударники (чопперы) по-прежнему широко применялись, но возникли уже чоппинги, или бифасы, - камни, заостренные с обеих сторон, и, наконец, ручные рубила. Орудия приобретают стандартную, устоявшуюся форму, которая сохранялась сотни тысяч лет.

Все это позволяет предположить, что на этой стадии возникает еще одно свойство – речь, язык. Многие считают, что речь архантропов вряд ли была членораздельной; ряд звуков из-за несовершенства строения гортани они не могли произносить. Однако дело, по-видимому, не столько в строении голосового аппарата, сколько в строении мозга. У архантропов в лобных долях полушарий развивается так называемый центр Брока (названный так в честь знаменитого французского анатома), а в височных долях – центр Вернике. Эти области коры управляют пониманием звуковых сигналов. Повреждение их у современных людей приводит к афазии – потере речи, когда человек может слышать и произносит слова, но не понимает их. У обезьян, в том числе высших, соответствующие участки коры заняты центрами мимики и жестикуляции, а звуковые сигналы принимаются и расшифровываются в лимбической системе подкорки. Образно можно сказать, что звуковые анализаторы у них подключены к устаревшему компьютеру первого поколения. Поэтому звуки, издаваемые обезьянами, в основном сигналы страха, тревоги удовлетворения и т.д. Они выражают не мысли, а эмоции. Обезьян невозможно научить звуковой речи, зато в опытах шимпанзе и гориллы свободно овладевали 200 –300 жестами азбуки глухонемых, общались на этом языке с экспериментаторами и друг с другом, изобретали новые слова.

По-видимому, у архантропов произошло переключение системы анализа звуковых сигналов на более совершенный «компьютер второго поколения» – кору больших полушарий. Это стимулировало быстрое развитие звуковой речи, формирование языка. В результате обезьянолюди стали более умелыми мастерами и искусными охотниками, что позволило им широко расселиться по Европе и Азии. Становление их произошло скорее всего в Центральной и Северной Африке, может быть, с включением Южной Европы и Передней Азии. Именно в Африке были сделаны самые ранние их находки. В дальнейшем происходило медленное, но неуклонное расселение: ведь если какая-нибудь популяция архантропов расселялась за год хотя бы на 1 км к востоку или западу, за 40 тыс. леи они могли опоясать всю планету.

Такое расселение на сверхдальние расстояния характерно не только для человека. Например, южноамериканские свиньи-пекари и ягуары имеют африканское происхождение. Оттуда же пришли в Америку слоны и мастодонты, впоследствии там вымершие. С североамериканского материка, в свою очередь, пришли лошади современного типа и верблюды (которые вымерли на родине совсем недавно, уже при человеке современного типа и, возможно, не без его участия).

Большинство ученых полагают, что из какой-то популяции центрально- и североафриканских архантропов возникли люди современного типа – Homo sapiens (человек разумный). Становление человека разумного растянулось по меньшей мере на 500 тыс. лет.

1. Палеантропы (неандертальцы).

Первые разумные люди существенно отличались от нас. Обычно их называют неандертальцами, по месту одной из первых находок, но правильнее их называть древними людьми – палеантропами (или палеоантропами).

Первый череп человека этого вида был найден в 1848 г. в Гибралтаре. Находка, однако, осталась в музее незамеченной до 1864 г. – через 5 лет после того, как Ч. Дарвин произнес знаменитую фразу о происхождении человека, и после находки в 1856 г. в долине реки Неандерталь, вблизи от Дюссельдорфа (Германия), второго черепа и других остатков. Сначала палеантропов не признавали предками человека. Но находки множились, их нашли по всей Европе (на север они, по-видимому, доходили до бассейна реки Печоры), в Африке (от Алжира до Кейптауна), в Передней и Средней Азии, в Китае и на острове Ява. Не проникли они, как и архантропы, лишь в Америку и Австралию.

Это были люди среднего и невысокого роста, но с мощными костями и, видимо, невероятно сильные, атлетического строения. Черепа их имели еще обезьяньи черты – у них не было подбородочного выступа, имелся мощный надглазничный валик и покатый лоб. Но мозг за этим лбом не уступал современному, в среднем был даже больше (1418 см3), хотя лобные и височные его доли были обычно менее развиты.

Палеантропы (неандертальцы) создали новую индустрию камня и так называемую культуру скребел и наконечников, широко пользовались огнем, были искусными и смелыми охотниками на самых крупных зверей. По-видимому, тогда были изобретены копье с каменным наконечником и меховая одежда. Ведь жили они в эпоху самого сурового оледенения, когда даже в Крыму и на Юге Франции обитали песцы и северные олени.

Несмотря на звероподобные черты, палеантропы думали не только о том, как выжить. Они уже хоронили своих близких, украшая их могилы рогами горного козла (пещера Тешик-Таш вблизи Самарканда) и даже цветами (Палестина). Было у них что-то вроде культа пещерного медведя: во многих пещерах Европы нашли сотни медвежьих черепов и длинных костей, аккуратно сложенных в ниши и «ящики» из каменных плит.

С палеантропами связано несколько нерешенных вопросов. Переходные формы между ними и архантропами найдены на юге Франции (грот Араго, около 200 тыс. лет) и в Африке. Но уже близкие по возрасту формы из Европы (Эрингсдорф, Штейгейм) выглядят очень «современно» – у них более высокий свод черепа, менее покатый лоб. А самые поздние, «классические» неандертальцы Южной и Центральной Европы, наоборот, самые звероподобные – все черты палеантропов у них как бы подчеркнуты. Создается впечатление, что не они были нашими предками. Их эволюция шла другим путем.

Палеантропы были вытеснены людьми современного типа – неоантропами.

1. Люди современного типа.

   1. Появление неантропов.

38–40 тыс. лет назад палеантропов, выделившихся в подвид Homo sapiens neandertalensis (человек разумный неандертальский), сменил другой подвид – Homo sapiens sapiens (человек разумный разумный). Иногда людей современного типа, в отличие от палеантропов, называют сапиентными или просто сапиенсами.

До недавнего времени считалось, что неоантроп явился в Европу, скорее всего, из Азии около 40 тыс. лет назад и стремительно уничтожил людей неандертальского типа. Но действительность оказалась сложнее.

Культуру скребел и наконечников везде связывали с палеантропами. Но и люди современного типа в середине каменного века (в среднем палеолите) широко использовали те же орудия. А неандертальцы, наоборот, в ряде мест применяли более совершенную технику. По-видимому, палеантропы не только заимствовали новую технику выделок каменных орудий, но и могли совершенствовать свою. Сравнительно недавно антропологи обнаружили культуру скребел и наконечников, характерную для европейских неандертальцев, и назвали ее мустье (по месту первой находки). Во Франции в ряде мест она сменилась более совершенной культурой шательперрон, которую связывали с пришельцами-неантропами. Но в той же Франции (Сен-Сезер) орудия шательперронской культуры были найдены со скелетными остатками неандертальца, жившего недавно – 35 тыс. лет назад.

Оказалось, что человек современного типа гораздо древнее, чем считалось раньше. Самые древние находки снова обнаруживаются в Африке – возраст 90, 100 и даже 130 тыс. лет. Новые методы определения возраста горных пород все более «удревняют» людей современного типа.

Другие факты древности нам дает молекулярная генетика. В последнее время усиленно изучают ДНК митохондрий – их маленький геном позволяет быстро получить данные по изменчивости. Результаты исследований дали возможность решить давний спор о времени и месте происхождения современного человека.

Данные по полиморфизму митохондриальных ДНК (мт-ДНК) свидетельствуют, что митохондрии человека современного типа происходят от митохондрий женщины, жившей в Африке немногим более 200 тыс. лет назад (митохондрии наследуются матроклинно, то есть через яйцеклетки). К сожалению, мы не знаем состава митохондрий неандертальцев. За этой гипотетической праматерью закрепилось прозвище «митохондриальная Ева». Кроме того, оказалось, что полиморфизм мт-ДНК у коренного населения к югу от Сахары гораздо выше, чем таковой у населения Европы, Азии и Австралии. Из этого следует, что по крайней мере люди современного типа (сапиентные) происходят от незначительных по объему популяций, покинувших Африку. Снижение уровня генетического полиморфизма в результате резкого снижения численности популяций получило у генетиков образное название «эффекта бутылочного горлышка»; сейчас описано много подобных случаев. Например, у американских индейцев обеднена аллельная система групп крови AB0 – у всех у них 0-группа, поэтому они универсальные доноры. Роль «бутылочного горлышка» в данном случае сыграл Берингов пролив, вернее перешеек, существовавший на его месте во время перехода немногочисленных племен первых охотников из Азии на Аляску. Для африканских популяций эту роль сыграли Суэцкий перешеек, Гибралтар, возможно, перешеек, разделявший Средиземное море на месте современных Сицилии и Италии. Во всяком случае скелетные остатки неоантропов из Южной Франции и Северной Италии иногда обнаруживают негроидные черты.

1. Современный человек: конец биологической эволюции.

Первой научно исследованной находкой человека современного типа был обезглавленный скелет, найденный в Уэлсе (Англия) в 1823 г. Это было погребение: покойника украсили раковинами и посыпали красной охрой, впоследствии осевшей на костях. Скелет сочли женским и назвали «Красная леди» (через 100 лет он был признан мужским). Но наиболее известны более поздние находки (1868) в гроте Кро-Маньон (Франция), по которым всех древних людей часто не совсем точно называют кроманьонцами.

Это были люди высокого (170–180 см) роста, практически не отличающиеся от нас, с крупными, грубовато-красивыми чертами широких лиц. Сходный антропологический тип до сих пор встречается у ныне живущих людей на Балканах и Кавказе. Впоследствии остатки людей подобного типа находили во многих местах Европы, в нашей стране от крымских пещер до Сунгиря близ города Владимира.

В древности человечество было не менее разнообразно, чем сейчас. Наряду с кроманьонцами, порой рядом с ними, в Европе и Азии обитали представители иных форм.

Неоантропы жили в эпоху так называемого верхнего палеолита. Как и неандертальцы, они использовали для жилья не только пещеры. Из стволов деревьев, мамонтовых костей и шкур, а в Сибири даже из каменных плит они строили хижины. Орудия их становятся более совершенными, кроме камня при их выделке используются рог и кость. Человек современного типа рисовал на стенах пещер великолепные фрески, изображавшие промысловых животных: лошадей, мамонтов, бизонов (вероятно, для каких-то магических обрядов), украшал себя ожерельями, браслетами и кольцами из ракушек и мамонтовой кости; одомашнил первое животное – собаку.

По-видимому, кроманьонцы и жившие в то же время другие люди по развитию высшей нервной деятельности практически ничем не отличались от нас. На этом уровне биологическая эволюция человека завершилась.

Заключение.

Современные представления об эволюции.

Итак, выше была рассмотрена теория эволюции, предложенная Дарвином и Уоллесом. Но наука не стоит на месте. И поэтому эта теория была расширена и разработана в свете современных данных генетики, палеонтологии, молекулярной биологии, экологии и этологии и получила название неодарвинизма. Неодарвинизм можно определить как теорию органической эволюции путем естественного отбора признаков, детерминированных генетически.

Термин «эволюция» может означать как сам этот процесс, так и его результат; соответственно разные аспекты неодарвинизма опираются на доказательства разного типа. Для того чтобы признать сформулированную выше неодарвинистскую эволюционную теорию, необходимо:

1. установить факт изменения форм жизни во времени (эволюция в прошлом);

2. выявить механизм, производящий эволюционные изменения (естественный отбор генов);

3. продемонстрировать эволюцию, происходящую в настоящее время («эволюция в действии»).

Свидетельствами эволюции, происходившей в прошлом, служат ископаемые остатки организмов и стратиграфия. Данные о механизме эволюции получают путем экспериментальных исследований и наблюдений, касающихся естественного отбора и наследуемых признаков и механизма наследования, демонстрируемого классической генетикой (работы Менделя на горохе и др.). Наконец, сведения о действии этих процессов в наше время дает изучение популяций современных организмов, например исследование видообразования у серебристой чайки, а также результаты искусственного отбора и генной инженерии, такие как создание новых сортов пшеницы или получение моноклональных антител.

Не существует пока твердо установленных законов эволюции; у нас есть лишь хорошо подкрепленные фактическими данными гипотезы, которые в совокупности составляют достаточно обоснованную теорию. Преждевременное принятие современных концепций как неких догматических истин на достигнутом сейчас уровне, ровно как и на любом уровне научного исследования, может подавить интеллектуальный рост и поиски истины. Некритическое принятие ряда представлений эволюционной теории служат тому примером. Некоторые из событий, приводимых в качестве доказательств эволюционной теории, могут быть воспроизведены в лаборатории, однако это не значит, что они действительно имели место в прошлом; они просто свидетельствуют о возможности таких событий. В современных научных дискуссиях об эволюции обсуждается не самый факт ее существования, а то, что она происходит путем естественного отбора случайно возникающих мутаций.

Итак, как видно из вышенаписанного, мы можем лишь догадываться и выдвигать некоторые предположения, пусть и подтвержденные лабораторным путем, что описанные выше события имели место в ходе эволюционного процесса. На самом же деле, никто точно пока не знает, что именно происходило миллионы лет назад, как и то, что послужило толчком к развитию рода Человек из приматов. Доказательств, опять же, нет. Именно поэтому, рассматривая этот вопрос нам остается лишь констатировать факты, так как реальный ход эволюции не известен.

Приложение.

ЖИВОТНЫЕ

РАСТЕНИЯ

ГРИБЫ

Протисты

Сульфолобус

Грамположительные бактерии

Пурпурные

фотобактерии

ЭУКАРИОТЫ

ПРОТОКТИСТЫ

Слизевики

Водоросли

ПРОГЕНОТЫ

Галофилы

Термоплазма

Термоацидофилы

Метаногены

Архебактерии

Эубактерии

Цианобактерии

Спирохеты

Зеленые

фотобактерии

Рис. 1.

Время, млн. лет	Эра	Период	Событие
0	Кайнозойская	Четвертичный	Эволюция человека
50		Третичный	Дивергенция млекопитающих
100	Мезозойская	Меловой	Последние динозавры Первые приматы Первые цветковые растения
		Юрский	Динозавры Первые птицы
200		Триасовый	Первые млекопитающие Господство рептилий
250	Палеозойская	Пермский	Великое вымирание морских организмов
300		Каменноугольный	Первые рептилии Семенные папоротники
350		Девонский	Первые амфибии Увеличение разнообразия рыб
400		Силурийский	Первые наземные сосудистые растения
450		Ордовикский	Взрыв разнообразия в семействах многоклеточных животных
500 550		Кембрийский	Первые рыбы Первые хордовые
600 650 700	Докембрийская	Эдикарский	Первые элементы скелета Первые мягкотелые многоклеточные животные Первые следы животных

Рис. 2.

Список используемой литературы.

1. Б
   
   иология. Энциклопедия. Москва, «Аванта+», 1993

2. Биология. Учебная литература для мед. училищ (под ред. проф. В.Н. Ярыгина). Москва, «Медицина», 1987

3. Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор. Биология в 3-х томах. Москва, «Мир», 1990

4. С.Г. Мамонтов, В.Б. Захаров. Биология. Москва, «Высшая школа», 1986

5. Биологический энциклопедический словарь. Москва, «Советская энциклопедия», 1989

6. Советский энциклопедический словарь. Москва, «Советская энциклопедия», 1990

7. П. Кемп, К. Армс. Введение в биологию. Москва, «Мир», 1988

8. Общая биология (под ред. проф. А.О. Рувинского). Для углубленного изучения биологии. Москва, «Просвещение», 1993

9. Б. Альбертс, Д. Брей, Дж. Льюис. Молекулярная биология клетки. Москва, «Мир», 1994

10. М. Ичас. О природе живого. Механизмы и смысл. Москва, «Мир», 1993

11. С. Гилберт. Биология развития. Москва, «Мир», 1994

35

42429.1.1287337988.doc



МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УПРАВЛЕНИЯ

ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЯМИ

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО КСЕ НА ТЕМУ:

«РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ».

В
ыполнила студентка

ИУ Машпром

Маркетинг – I2

Большакова Лена

Преподаватель: ст.

преподаватель

Берсеньева В.Н.

МОСКВА 1999 год.



42429.3.1287337995.doc для работы «Развитие жизни на Земле»

Эволюция

взглядов на

происхождение

жизни

Эволюция

Образование

и развитие

биологических

микроструктур

Развитие

высших

структур

Определение

живого

Опыты Ф. Реди

Опыты

Л. Пастера

Теория

абиогенеза

Доказатель­ство эволюции органического мира

Направления эволюции

Арогенез

Аллогенез

Катогенез

Гипергенез

Цитология

Молекулярная биология

Сравнительная анатомия

Эмбриология

Палеонтология

Биогеография

Островные флора и фауна

Эволюционные пути

Соотношение направлений эволюции

Общие черты эволюционных процессов

Образование биологических мономеров, биологических полимеров и систем с обратной связью

Атмосфера древней Земли

Абиогенный синтез органических соединений

Образование и эволюция биополимеров

Роль РНК и ДНК в образовании систем с обратной связью

Формирование мембранных структур и эволюция пробионтов

Образование и эволюция биологических мембран

Способы питания первых организмов

Симбиотическая теория образования эукариотов

Эволюция одноклеточных

Эволюция прокариотов

Эволюция эукариотов

Докембрий

Палеозой

Кембрий

Ордовик

Силур

Девон

Карбон

Пермь

Мезозой

Кайнозой

Происхождение человека

Ископаемые обезьяны

Южные обезьяны

Человек умелый

Эволюция гоминид

Древнейшие люди

Палеантропы

Люди современного типа

Появление неоантропов

Современный человек: конец биологической эволюции

Тема моей кур­со­вой ра­боты – «Раз­ви­тие жизни на Земле». Сей­час я по­ста­ра­юсь кратко из­ло­жить ос­нов­ные со­бы­тия, про­изо­шед­шие в жи­вот­ном и рас­ти­тель­ном мире в про­цессе эво­лю­ции.

На про­тя­жении тысячелетий людям казалось очевидным, что живая природа была создана такой, какой мы ее знаем сейчас, и всегда оставалась неизменной. Но уже в глубокой древности высказывались догадки о постепенном изменении, развитии живой природы. Можно сказать что прародителем эволюционных идей был древнегреческий философ Гераклит; именно от него берет начало эволюционная теория. Далее свое развитие теория эволюции получала в трудах таких ученых, как: Эмпедокл, Аристотель, Бонне, Ламарк и, наконец, Уоллес и Дарвин. Возможно некоторые из этих фамилий покажутся вам знакомыми.

И все же у всякой теории есть свои противники и сторонники. И на в течение многих лет биологические науки накапливали огромный материал, доказывающий единство происхождения и историческое развитие органического мира. Это были такие науки, как: цитология, молекулярная биология, сравнительная анатомия, эмбриология, палеонтология, биогеография, а также данные по флоре и фауне островов.

Можно считать, что эволюция берет свое начало с того момента, когда на Земле начали появляться простейшие частицы - биологические полимеры и мономеры.

По данным космологии 4500 млн. лет назад Земля представляла собой сферу, состоящую по большей части из оксидов, карбонатов и карбидов металлов, а также газов, вырывавшихся из недр благодаря активной вулканической деятельности. Важно помнить, что свободного кислорода в то время на Земле не было. Он соединялся с такими элементами, как Fe, Al, Si, образуя множество минералов в земной коре. Входил он также в состав воды и таких газов, как CO и CO2 . В рассматриваемый нами период возникновения жизни, длившийся примерно 1000 млн. лет, ультрафиолет был основным источником энергии для синтеза органических веществ. Вот, например, реакции, по которым идет образование метана и аммиака:

CO + 3H2  CH4 + H2O

N2 + 3H2  2NH3.

Время, млн. лет	Эра	Период	Событие
700 650 600	Докембрийская	Эдикарский	Первые следы животных Первые мягкотелые многоклеточные животные Первые элементы скелета
550 500	Палеозойская	Кембрийский	Первые хордовые Первые рыбы
450		Ордовикский	Взрыв разнообразия в семействах многоклеточных животных
400 350		Силурийский Девонский	Первые наземные сосудистые растения Увеличение разнообразия рыб Первые амфибии
300		Каменноугольный	Семенные папоротники Первые рептилии
250		Пермский	Великое вымирание морских организмов
200	Мезозойская	Триасовый	Господство рептилий Первые млекопитающие
		Юрский	Первые птицы Динозавры
100		Меловой	Первые цветковые растения Первые приматы Последние динозавры
50	Кайнозойская	Третичный	Дивергенция млекопитающих
0		Четвертичный	Эволюция человека

Самая древняя эпоха развития жизни – докембрийская – длилась невероятно долго: свыше 3 млрд. лет. Чтобы строить свои организмы, всему живому требуется, в частности, водород. Зеленые растения получают его, расщепляя воду и выделяя кислород. Но бактерии этого делать не еще не умеют. Они разлагают не воду, а сероводород, что гораздо проще, но количество сероводорода на Земле было довольно ограничено. Поэтому сине-зеленые водоросли научились расщеплять воду. Это произошло 2,3 млрд. лет назад.

В течение докембрия природа сделала еще целый ряд замечательных «изобретений». Клетки получили ядро. Примерно тогда же возникло половое размножение, резко ускорившее темпы эволюции. Появились многоклеточные существа. К концу докембрия земные моря населяли разнообразные животные: медузы, плоские черви, губки, полипы. Все они были мягкотелыми, лишенными скелета. Возникновение скелета – раковин, панцирей и т.д. – обозначило начало новой геологической эры.

Во время кембрия у самых разнообразных животных начинает развиваться скелет. Видимо, мягкотелость становится к этому моменту слишком небезопасной. И вообще почти все типы животного царства получают своих первых представителей. В морях еще не было рыб – они были густо заселены трилобитами (вымершими предками пауков, клещей и скорпионов). В ордовике появляются первые позвоночные, строение рта которых позволяет уже хватать добычу, а не процеживать ил. В силуре на сушу выходят первые растения – псилофиты, за ними на сушу переселяются многоножки, черви, пауки и скорпионы. В морях трилобитов теснят ракоскорпионы, длина которых порой превышает 2 м. У позвоночных появляются челюсти, рыбы приобретают плавники. В девоне сушу заселяют плауны, папоротники, хвощи и мхи. В их зарослях уже живут первые насекомые. Выбираются на сушу и позвоночные. Кистеперые рыбы в девоне дали начало первым земноводным – стегоцефалам. В карбоне огромные пространства суши покрылись болотистыми лесами из древовидных папоротников, хвощей и плаунов. Впервые в карбоне в воздух поднялись насекомые. Они вырастали до невероятных размеров; так, например, размах крыльев некоторых стрекоз достигал 70 см. У растений вместо спор появились семена. В перми климат стал холоднее и суше. Вместо папоротникообразных появились и разрослись хвойные. Земноводных все больше теснили рептилии, шедшие к своему господству на планете.

Мезозойская эра наступила 230 млн. лет назад и длилась 163 млн. лет. В течение мезозойской эры моря Земли изобиловали моллюсками. Раковины некоторых из них достигали 3 м в диаметре. В лесах господствовали хвойные, похожие на современные сосны и кипарисы, а также саговники. В юре у динозавров появились теплокровные соперники – первозвери и первоптицы (археоптериксы). В конце мелового периода, когда климат стал еще холоднее, началось массовое вымирание динозавров. Теперь освободившееся место могли занять звери и птицы.

Кайнозойская эра, начавшаяся 67 млн. лет назад и продолжающаяся по сей день, стала царством птиц, насекомых и цветковых растений. Именно в этой эре и появляется человек. По одной шкале – это четвертичный период, по другой – антропоген. Итак, появление человека стало «венцом творения» природы.