Происхождение и сущность жизни

Многовековые исследования и попытки решения этих вопро­сов породили разные концепции возникновения жизни:

· · креационизм - сотворение жизни Богом;

· · концепция самопроизвольного зарождения из неживого вещества;

· · концепция стационарного со­стояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда;

· · концепция внеземного происхождения жизни в соответствии с которой жизнь занесена из Космоса.

Концепция креационизма, по существу, не явля­ется научной, поскольку она возникла в рамках религиозного миро­воззрения. Она утверждает, что жизнь такова, какова она есть, потому что такой ее сотворил Бог. Тем самым практи­чески снимается вопрос о научном решении проблемы проис­хождения и сущности жизни. Тем не менее, эта концепция продолжала и продолжает пользоваться довольно большой популярностью.

Остальные концепции появились позже, но вплоть до XIX века ни одна из них не смогла сформировать единую био­логическую картину мира и тем самым дать приемлемое объ­яснение происхождению жизни.

В XIX веке в биологии возникли концепции:

1) механистиче­ский материализм - не признавал качественной специфики живых орга­низмов и представлял жизненные процессы как результат дей­ствия химических и физических процессов. С этой точки зре­ния живые организмы выглядели как сложные машины. Но аналогия между живым существом и машиной не объясняет именно того, что она призвана объяснять: причину целесооб­разной организации живых существ. Такой подход неверен в самой своей основе. Ведь машины не возникают сами собой в природных условиях. Их целесообразность, приспособлен­ность строения к выполнению определенной работы нельзя вывести из взаимодействия закономерностей неорганического мира. Она является продуктом созидательной деятельности человека, его целенаправленных творческих усилий. В силу этого механицизм и его более поздняя разновидность - редукционизм (пытавшийся свести явления жизни к химическим и физическим процессам как своим элементарным составляю­щим) - всякий раз беспомощно останавливались перед про­блемой происхождения жизни.

2) витализм - противоположная точка зрения (от лат. vitalis - жизненный), который объяснял качественное отличие живого от неживого наличием в живых организмах особой «жизненной силы», отсутствующей в неживых предметах и не подчиняющейся физическим законам. Такое решение проблемы сущности жизни тесно связано с признанием факта творения ее Богом, разумным нематериаль­ным началом и т. д. Между обоими направлениями шла ожесточенная борьба идей о происхождении и сущности жизни.

Ученые-экспериментаторы вплоть до середины XIX века придерживались идеи самопроизвольного зарождения жизни из различных матери­альных образований, в том числе из гниющей земли, отбросов и иных объектов. Этой точки зрения придерживались такие крупные ученые и выдающиеся мыслители, как Аристотель, врач Парацельс, эмбриолог Гарвей, Коперник, Галилей, Де­карт, Гете, Шеллинг и др. Их авторитет во многом определил длительный срок существования идеи самозарождения и ее широкое распространение. Достаточно сказать, что ни опыты Ф. Реди (XVII в.), который доказал невозможность самозаро­ждения червей из гниющего мяса при отсутствии мух и провоз­гласил знаменитый принцип «все живое - от живого», ни даже опыты, показавшие, что в прокипяченных органических настоях не могут самопроизвольно зарождаться микроорганизмы, не ока­зали сильного влияния на господствующую в науке концепцию спонтанного самозарождения.

Лишь в 60-е годы XIX века в развернувшейся между Ф. А. Пуше и Л. Пастером дискуссии, потребовавшей экспери­ментальных исследований, удалось строго научно обосновать несостоятельность этой концепции. Опыты Пастера продемон­стрировали, что микроорганизмы появляются в органических растворах в силу того, что туда были ранее занесены их заро­дыши. Если же сосуд с питательной средой оградить от занесе­ния в него микробов, то не произойдет никакого самозарожде­ния. Опыты Пастера подтвердили принцип Реди и показали научную несостоятельность концепции спонтанного самоза­рождения организмов. Но и они не давали ответа на вопрос, откуда взялась жизнь.

Примерно в этот же период времени (1865 г.) на стыке кос­могонии и физики немецким ученым Г. Рихтером разрабатыва­ется гипотеза занесения живых существ на Землю из космоса - так называемая концепция панспермии. Согласно этой идее, зародыши простых организмов могли попасть в земные усло­вия вместе с метеоритами и космической пылью и положить начало эволюции живого, которая в свою очередь породила все многообразие земной жизни. Концепцию панспермии раз­деляли такие крупные ученые, как С. Аррениус, Г. Гельмгольц, В.И. Вернадский, что способствовало ее широкому распро­странению среди ученых. В 1908 г. шведский химик Сванте Аррениус поддержал ги­потезу происхождения жизни из космоса. Он высказал мысль, что жизнь на Земле началась тогда, когда на нашу планету из космоса попали зародыши жизни. «Частицы жизни», носящие­ся в бескрайних просторах космоса, переносимые давлением света от звезд, оседали то здесь, то там, осеменяя ту или иную планету.

Тем не менее пока и эта гипотеза полного научного обос­нования не получила. Хотя спектр возможных условий для су­ществования живых организмов достаточно широк, все же считается, что они должны погибнуть в космосе под действием ультрафиолетовых и космических лучей. К тому же эта гипоте­за не решает проблемы происхождения жизни, а лишь выносит ее за пределы земли - если жизнь была занесена на землю из космоса, то где и как она возникла? Есть вариант этой гипоте­зы, утверждающий вечность жизни во вселенной. Считается, что после большого взрыва, в результате которого образова­лась наша вселенная, в процессе появления вещества на самых ранних этапах эволюции вселенной произошло разделение этого вещества на живое и неживое, и жизнь существует столь­ко же времени, сколько и весь космос.

Наряду с гипотезой панспермии в современной научной литературе сохраняется также гипотеза о случайном характере возникновения на Земле первичной живой молекулы, которая появилась лишь раз за все время существования нашей плане­ты. В силу этого обстоятельства экспериментальную проверку данной гипотезы произвести невозможно. Эта гипотеза получила широкое распространение среди генетиков в связи с от­крытием роли ДНК в явлениях наследственности. Г. Меллер в 1929 г. развивал мысль, что чисто случайно на Земле возникла единичная «живая генная молекула», обладавшая внутримоле­кулярным жизнеопределяющим строением, которое она про­несла неизменным через все развитие земной жизни. Долгое время моделью такой «живой молекулы» считали частицу нуклеопротеида вируса табачной мозаики, но сейчас стало оче­видным, что вирусы нельзя рассматривать как промежуточный этап на пути возникновения жизни: сперва должна была воз­никнуть жизнь, а затем вирус. Тем не менее, идея случайного возникновения ДНК до сих пор широко распространена в научной литературе, хотя веро­ятность такого события очень мала.

Таким образом, на протяжении веков менялись взгляды на эту проблему, но наука все еще далека от ее решения. И сегодня продолжаются споры о сущно­сти жизни: является ли она просто чрезвычайно упорядочен­ным состоянием обычных атомов и молекул, из которых со­стоит «живое вещество», или существуют пока не открытые элементарные «частицы жизни», переводящие обычные хими­ческие и физические вещества в живое состояние. Веских дока­зательств и аргументов в пользу справедливости той или иной точки зрения нет.

Очевидно, более целесообразно рассматривать жизнь как особую форму движения материи, закономерно возникшую на определенном этане ее развития. Разумеется, возникновение жизни содержало элемент случайности, но оно было не абсо­лютно случайным, а в основе своей закономерным, необходи­мым. Видимо, появление жизни произошло, когда химическая эволюция после одной из точек бифуркации привела к появлению живого организма и началу биологической эволюции.

Поэтому сегодня наиболее перспективным направлением для естествознания является исследование возникновения жиз­ни на нашей планете из неживой материи в ходе процессов са­моорганизации.

Гипотеза происхождения жизни А. И. Опарина (1924 г.) явилась первой научной концепцией, доказавшей на основе экспериментов возможность естественного возникновения простейших организмов из неорганических веществ. Ученый выступил с утверждением, что монополия биотического синтеза органических веществ характерна лишь для современного периода существования нашей планеты.

В начале своего существования, когда Земля была безжизненной, на ней осуществлялись абиотические синтезы углеродных соединений и их последующая предбиологическая эволюция. Затем шло постепенное усложнение этих соединений, формирование из них индивидуальных обособленных систем, превращение их в протобионты, а затем в первичные живые вещества.

А. И. Опарин стал рассматривать появление жизни как естественный процесс, который состоял из первоначальной химической эволюции, протекавшей на ранних этапах развития планеты и перешедший постепенно на качественно новый уровень - биохимическую эволюцию.

Этот процесс с самого начала был неразрывно связан с геологической эволюцией Земли. Опарин предположил и экспериментально доказал, что под действием электрических разрядов, тепловой энергии, ультрафиолетового излучения в газовых смесях, содержащих пары воды, аммиака, цианистого водорода, метана и др., появляются аминокислоты, нуклеотиды, полипептиды, другие вещества, свойственные живым организмам.

Согласно гипотезе Опарина, возникновение и развитие химической эволюции произошло в ходе образования и накопления в первичных водоемах исходных органических молекул, которые скапливались в сравнительно неглубоких местах, прогреваемых солнцем, богатым ультрафиолетовым излучением при отсутствии озонового слоя атмосферы.

Ультрафиолетовые лучи обеспечивали энергией протекание химических реак­ции между органическими соединениями. Таким образом, в некоторых зонах первичных водоемов протекали случайные химические реакции. Большая их часть быстро завершилась из-за недостатка исходного сырья. Но в хаосе химических ре­акций произвольно возникали и закреплялись реакции цикли­ческих типов, обладавшие способностью к самоподдержанию. Результатом этих реакций и стали коацерваты - пространственно обособившиеся целостные системы. Существенной их особенностью была способность поглощать из внешней среды различные органические вещества, что обеспечивало возмож­ность первичного обмена веществ со средой. Естественный отбор способствовал сохранению наиболее устойчивых коацерватных систем. Система, описанная Опариным, представляла собой открытую химическую микроструктуру и уже была наделена способностью к обмену веществ, хотя еще не имела системы для передачи ге­нетической информации на основе функционирования нуклеиновых кислот.

В ходе естественного отбора возникли важнейшие свойства жизни, отличающие ее от предыдущего этапа развития. Возникшие целостные многомолекулярные системы, обособленные от окружающей среды определенной гра­ницей раздела, сохраняли с ней взаимодействие по типу откры­тых систем. Только такие системы, черпающие из внешней среды вещества и энергию, могли противостоять нарастанию энтропии и даже способствовать ее уменьшению в процессе своею роста и развития, что является характерным признаком всех живых су­ществ.

Естественный отбор сохранял те целостные системы, в ко­торых более совершенной была функция обмена веществ, способствовавшая быст­рому росту системы и ее динамической устойчивости в данных условиях существования.

Выживающие в ходе естественного отбора системы имели специфическое строение белков и нуклеотидов, которые и обусловили появление наследственности. В органической химии известны примеры реакций такого типа. Их отбор и выживание следует рассматривать как возможный качественный скачок, создавший предпосылки для перехода от химической эволюции к биологической. Вместе с отбором и совершенствованием циклических комплексов происходил от­бор и совершенствование участвующих в этих реакциях орга­нических молекул.

Популярность концепции Опарина в научном мире очень велика. Его ученики и последователи и сегодня продолжают исследования в этом направлении. Но у этой концепции есть как сильные, так и слабые стороны.

Начало жизни на Земле

Сегодня можно уверенно утверждать, что развитие природы носит направленный характер, выражающийся в нарастании сложности и упорядоченности вещества и его структур во Вселенной. Жизнь одна из самых высоких известных чело­веку форм упорядоченности вещества, которая может воз­никнуть только по достижении развивающейся Вселенной определенной стадии эволюции и только в таких ее локаль­ных системах, где существуют необхо­димые условия для столь высокого уровня упорядоченности вещества. Пока известно только одно место во Вселенной, где есть жизнь, это наша планета Земля.

Наша планета наилучшим образом подходит дня зарождения жизни. Возраст Земли предполагается равным 4,6 млрд. лет, а первые осадочные породы, свидетельствующие о появлении крупных водоемов, заполненных жидкой водой, датируются возрастом 3,8-4 млрд. лет.

За счет дегазации лав, вы­плавлявшихся из верхней мантии при интенсивном вулканизме, на Земле постепенно возникли атмосфера и гидросфера. При дегазации вулкани­ческих лав на поверхность Земли поступали прежде всего пары воды и газообразные соединения углерода, серы, азота.

Вначале атмосфера была такой тонкой, что парниковый эффект был ничтожен. В таком случае средняя температура поверхности Земли была около 15 °С. А при такой температуре все пары воды должны были конденсироваться, за счет этого и образовались океаны.

Первичная атмосфера не содержала свободного кислорода, поскольку его не содержали те газы, которые выбрасывались при извержении вулканов. Это подтверждает анализ пузырьков газа, обнаруженных в протоархейских по­родах. 60% этих газов составляла углекислота, ос­тальное - соединения серы, аммиака, другие окислы углерода. Что касается воды первичного океана, то исследователи схо­дятся на том, что ее состав был близок к современному. Для этого есть немало доказательств. Но так же, как и в первичной атмосфере, в первичном океане не было свободного кислорода. Свободный кислород, современной атмосферы и океана являются результатом жизнедеятельно­сти первичного живого вещества.

Для построения любого сложного органического соедине­ния, входящего в состав живых тел, нужен небольшой набор блоков-мономеров. Установлено, что 29 мономеров описывают биохимическое строение любого живого организма. Основными из них являются:

· · аминокислоты - из них по­строены все белки;

· · азотные соединения - составные части нук­леиновых кислот;

· · глюкоза - источник энергии,

· · жиры - структурный материал мем­бран клеточных структур и источник энергии и др.

После того, как углеродистые соединения образовали «первичный бульон», могли уже организовываться биополи­меры - белки и нуклеиновые кислоты, обладающие свойством самовоспроизводства. Необходимая концентрация веществ для образования биополимеров могла возникнуть в результате осаждения органических соединений на минеральных части­цах, например, на глине или гидроксиде железа, образующих ил водоемов. Кроме того, органические вещества могли обра­зовать на поверхности океана тонкую пленку, которую ветер и волны гнали к берегу, где она собиралась в толстые слои. В химии известен также процесс объединения родственных мо­лекул в разбавленных растворах.

В начальный период формирования нашей планеты воды, пропитывающие земной грунт, непрерывно перемещали рас­творенные в них вещества из мест их образования в места на­копления. Там формировались протобионты системы орга­нических веществ, способных взаимодействовать с окружаю­щей средой, то есть расти и развиваться за счет поглощения из окружающей среды разнообразных богатых энергией веществ.

Далее образуются микросферы - шаровидные тела, возни­кающие при растворении и конденсации абиогенно получен­ных белковоподобных веществ.

Началом жизни на Земле принято считать появление нук­леиновых кислот, способных к воспроизводству белков. Пере­ход от сложных органических веществ к простым живым орга­низмам наукой пока не установлен. Теория биохимической эволюции предлагает лишь общую схему, в соответствии с которой между коацерватами (сгустками органических веществ) могли выстраиваться молекулы сложных углеводородов, что приво­дило к образованию примитивной клеточной мембраны, обес­печивающей коацерватам стабильность. В результате включе­ния в коацерват молекулы, способной к самовоспроизведению, могла возникнуть примитивная клетка, способная к росту.

Следующим шагом в организации живого должно было быть образование мембран, которые отграничивали смеси ор­ганических веществ от окружающей среды. С их появлением и сформировалась клетка «единица жизни», главное структурное отличие живого от неживого. Все основные процессы, опреде­ляющие поведение живого организма, протекают в клетках.

Сегодня не вызывает сомнений предположение В.И. Вернадского о том, что жизнь сразу возникла в виде прими­тивной биосферы, потому, что только разнообра­зие видов живых организмов могло обеспечить выполнение всех функций живого вещества в биосфере. В.И. Вернадский впервые нарисовал панораму исторического развития био­сферы и показал роль живого вещества в процессе эволюции Земли, неотделимость эволюции биосферы от геологической истории планеты.

Вернадский доказал, что жизнь является мощнейшей геоло­гической силой, вполне сравнимой с такими геологическими процессами, как горообразование, извержение вулканов, зем­летрясения и т. д. Жизнь не просто существует в окружающей ее среде, но активно формирует эту среду, преобразуя ее «под себя». Вернадский выделил биогеохимические функции жизни, отвечающие за это. К ним относятся:

1. 1. газовая - поглощение и выделение кислорода, углекислого газа и др.;

2. 2. окислительная - образование карбонатов, сульфидов, соединений с азотом, серой, фосфором, железом, марганцем и т.д.;

3. 3. восстановитель­ная - десульфирование, денитрификация и т.д.;

4. 4. концентра­ционная - концентрация отдельных химических элементов - фосфора, ка­лия, бора, азота, серы, кальция, натрия, цинка и др;

5. 5. синтетическая - синтез органического ве­щества.

Можно утверждать, что весь облик современной Земли, все ее ландшафты, осадочные, метаморфические породы (граниты, гнейсы, образовавшиеся из осадочных пород), запасы многих полезных ископае­мых, современная атмосфера являются результатом деятель­ности живого вещества.

Следы самых древнейших организмов обнаружены в кремнистых пластах Западной Австралии, возраст которых, а следователь­но, и возраст останков жизни оценен в 3,2 - 3,5 миллиарда лет. Это минерализовавшиеся нитчатые и округлые микроорга­низмы примерно десятка различных видов, напоминающие простейшие бактерии и микроводоросли. Организмы, видимо, имели внутренние структуры, в них присутствовали химиче­ские соединения, способные осуществ­лять фотосинтез. Обнаруженные древнейшие организмы бес­конечно сложны по сравнению с самым сложным из известных органических соединений неживого (абиогенного) происхож­дения. Нет сомнений в том, что это не самые ранние формы жизни и что существовали их более древние предшественники.

Истоки жизни уходят в первый миллиард лет существо­вания Земли как планеты, который не оставил следов в ее гео­логической истории. Есть данные, что известный биогео­химический цикл углерода, связанный с фотосинтезом в био­сфере, существенно стабилизировался более 3,8 миллиарда лет назад. А это позволяет считать, что фотоавтотрофная биосфе­ра существовала на нашей планете не менее 4 миллиардов лет назад. Но по всем данным цитологии и молекулярной биоло­гии, фотоавтотрофные организмы были вторичными в процес­се эволюции живого вещества.

Древнейшая жизнь, вероятно, существовала в качестве ге­теротрофных бактерий, получавших пищу и энергию от орга­нического материала абиогенного происхождения, образо­вавшегося еще раньше, на космической стадии эволюции Зем­ли. Исходя из этого предполагают, что жизнь могла возникнуть около 4-х млрд. лет назад, т. е существует столько времени, сколько существует сама планета.

Развитие биосферы Земли можно рассматривать как после­довательную смену трех этапов.

Первый этап - восстанови­тельный начался еще в космических условиях и завершился появлением на Земле гетеротрофной биосферы.

Можно предположить, что ранняя Земля первоначально была холодным телом, окруженным разреженной восстанови­тельной атмосферой смесью метана, аммиака, паров воды при общем давлении не более 1-10 мм рт. ст. Температура поверхности достигала примерно -50-60 °С, так что вода ледя­ным покровом окружала литосферу. Под действием солнечных и космических частиц, проникавших через разреженную атмо­сферу, происходила ее ионизация: атмосфера находилась в со­стоянии холодной плазмы. Атмосфера ранней Земли была на­сыщена электричеством, в ней вспыхивали частые разряды. В таких условиях шел быстрый и одновременный синтез разно­образных органических соединений, в том числе и весьма сложного состава.

Низкая температура и холодная атмосфера плазмы созда­вали условия для успешного протекания процессов полимери­зации. Возникшие биополимеры стали предшественниками тех, из которых потом строилась жизнь. Их образование про­текало в атмосфере, откуда они выпадали на ледяной покров Земли, накапливаясь в нем. В условиях гигантского естествен­ного холодильника они хорошо сохранялись до лучших времен.

Радиоактивный разогрев недр Земли пробудил тектониче­скую деятельность, заработали вулканы. Выделение газов уп­лотнило атмосферу, отодвинув границу ионизации в ее верхние слои. Растаял ледяной покров, образовав первичные водоемы. Это активизировало химическую деятель­ность накопленных биополимеров, углеводов, жиров. Они претерпевали самосборку, образуя стабильные микросферы (коацерватные капли). Произошел скачок, характерный для самоорганизации вещества, образовался протобионт - моле­кула РНК, отвечавшая сразу за две основные функции живой системы: обмен веществ и воспроизводство материальных ос­нов этой системы.

На первом этапе развития биосферы появились малые сфе­рические анаэробы (организмы, живущие при отсутствии ки­слорода) и прокариоты (организмы, лишенные оформленного ядра), физиологические процессы которых основывались не на кислородном окислении, а на брожении. Они начали произ­водство свободного кислорода, что привело к окислитель­ным процессам на земной поверхности и в океане. Это были гетеротрофные организмы, пищей для которых служили ранее накопленные органические соединения, растворенные в водах первичного океана. Таким образом, очевидно, первичная био­сфера ограничивалась водной средой. Длительность ее сущест­вования была в геологических масштабах невелика, так как первичные гетеротрофные организмы, обладая свойствами живого вещества, быстро размножились и, естественно, быст­ро исчерпали свою питательную базу. Поэтому, достигнув максимальной биомассы, они должны были вымереть или пе­рейти к автотрофному фотосинтетическому способу питания.

Новый способ питания благоприятствовал быстрому рас­селению организмов у поверхности первичных водоемов. Первичная поверхность Земли, лишенная свободного кислоро­да, подвергалась ультрафиолетовому излучению Солнца, по­этому, возможно, первичные фотохимические организмы ис­пользовали энергию ультрафиолетовой области спектра. Только после возникновения озонового экрана в связи с появ­лением свободного кислорода как побочного продукта фотосинтеза автотрофный фотосинтетический процесс начал использовать излучение в видимой части солнечного спектра.

Первичные гетеротрофные микроорганизмы обитали в древних водоемах лишь некоторое время. Затем их оттеснили фотоавтотрофные организмы, создавшие свободный кислород, который стал смертельным ядом для гетеротрофов. Можно предполагать, что в раннем океане происходила борьба между первичными и вторичными организмами, которая завершилась победой автотрофов.

Это составило содержание второго этапа эволюции биосферы слабоокислительного, главным результатом которого стало появление фотосинтеза.

Процесс насыщения атмосферы кислородом шел крайне медленно. Так, содержание кислорода в одну тысячную долю современной концентрации было достигнуто лишь около 1,2 миллиарда лет назад. Но уже этого оказалось достаточно, чтобы в составе биосферы (пока только в океане) появились первые эукариоты, жизнедеятельность которых была основана на кислородном дыхании. В естествознании существует понятие «точка Пастера» - такая концентрация свободного кислорода, при которой ки­слородное дыхание становится примерно в 50 раз более эффективным способом использования внешней энергии Солнца, чем анаэробное брожение. После перехода через точку Пасте­ра преимущество получают организмы, способные к кисло­родному дыханию. Этот рубеж Земля перешагну­ла, по разным данным, 2,5 - 0,6 млрд. лет назад. Затем, за пару сотен миллионов лет, насыщенность атмо­сферы Земли кислородом достигла современного уровня и произошел настоящий биологический взрыв - в океане появились не только новые многоклеточные эукариоты, но и прак­тически все типы животных.

Около 400 миллионов лет назад, когда концентрация сво­бодного кислорода достигла 10 % от современной, возник озонный экран, предохраняющий живое вещество от жесткого излучения, и жизнь вышла на сушу. Как только это случилось, резко возросла интенсивность реакций фотосинте­за, а следовательно, и поступление кислорода в атмосферу. Благодаря этому уже за 100 миллионов лет был достигнут со­временный уровень концентрации кислорода в 21 %. После этого ситуация с кислородом сделалась близкой к рав­новесию. За это время появились папоротники, хвощи, семен­ные папоротники. Развитие наземной растительности и обра­зование почв создало предпосылки для выхода на поверхность континента животных. В результате эволюции растительного мира в мезозойской эре возникли леса хвойных и цветковых растений, полные жизни.

В процессе формирования биосферы, примерно 1 млрд. лет назад произошло разделение живых существ на два царства - растений и животных. Как считает большинство биологов, различие между ними нужно делать по трем основаниям:

1. 1. по структуре клеток и их способности к росту;

2. 2. по способу пи­тания;

3. 3. по способности к движению.

При этом отнесение живого существа к одной из этих групп следует проводить не по каждому отдельному основанию, а по совокупности всех трех. Это связано с тем, что между рас­тениями и животными существуют организмы, которые обладают свойствами той и другой группы. Так, например, кораллы, моллюски, речная губка всю жизнь остаются непод­вижными, как растения, но по другим признакам их относят к животным. Существуют насекомоядные растения, которые по способу питания относятся к животным. В биологии известны также переходные типы живых организмов, которые питаются как растения, а двигаются как животные. В настоящее время на Земле существует 500 тыс. видов растений и 1,5 млн. видов жи­вотных, в том числе позвоночных - 70 тыс.

Формирование и развитие биосферы предстает как чередо­вание этапов эволюции, прерываемых скачкообразными пере­ходами в качественно новые состояния. В результате при этом образовывались все более сложные и упорядоченные формы живого вещества. В истории биосферы бывали временные ос­тановки прогрессивного развития, но они никогда не перехо­дили в стадию деградации, поворота развития вспять. Чтобы убедиться в этом, достаточно посмотреть на основные вехи в истории развития биосферы:

· · появление простейших клеток-прокариотов (клетки без ядра);

· · появление значительно более организованных клеток-эукариотов (клетки с ядром);

· · объединение клеток-эукариотов с образованием много­клеточных организмов, функциональная дифференциация кле­ток в организмах;

· · появление организмов с твердыми скелетами и формиро­вание высших животных;

· · возникновение у высших животных развитой нервной системы и формирование мозга как органа сбора, системати­зации, хранения информации и управления на ее основе пове­дением организмов;

· · формирование разума как высшей формы деятельности мозга;

· · образование социальной общности людей носителей разума.

Вершиной направленного развития биосферы стало появление в ней человека. В ходе эволюции Земли на смену периоду геологи­ческой эволюции пришел период геолого-биологический, который с появлением человека уступил свое место периоду социальной эволюции. Самые крупные изменения в биосфере Земли наступили именно в этот период. Появление и развитие человека ознаменова­ло переход биосферы в ноосферу - новую оболочку Земли, область сознательной деятельности человечества.

Современная теория эволюции

Соедине­ние дарвинизма с генетикой началось в 20-е годы нашего сто­летия. Объединение этих направлений между собой стало основой современного дарвинизма, или синтети­ческой теории эволюции.

Первоначальная теория эволюции Дарвина н дальнейшем подверглась значительным уточнениям, до­полнениям и исправлениям. Генетика привела к новым пред­ставлениям об эволюции, получившим название неодарви­низма, который можно определить как теорию органической эволюции путем естественного отбора признаков, детерми­нированных генетически. Другое общепринятое название неодарвинизма - синтетическая, или общая, теория эволю­ции. В ней элементарной единицей эволюции служит популя­ция, поскольку именно в ее рамках происходят наследствен­ные изменения генофонда. Кроме того, механизм эволюции стал рассматриваться как состоящий из двух частей:

1. 1. случай­ные мутации на генетическом уровне;

2. 2. наследование наибо­лее удачных с точки зрения приспособления к окружающей среде мутаций, т. к. их носители выживают и оставляют потомство.

Становление теории началось с созданной в 1926 году С. С. Четвериковым популяционной генетики. Из его работ стало ясно, что отбору подвергаются не отдельные признаки и отдельные особи, а генотип всей популяции. Через фенотипические признаки отдельных особей осуществляется отбор гено­типов популяции, ведущий к распространению полезных изме­нений. Затем в создание новой теории включились около 50 ученых из восьми стран, их коллективными трудами и была создана синтетическая теория эволюции (СТЭ).

Структурно СТЭ состоит из теорий микро- и макроэволю­ции. Теория микроэволюции изучает необратимые преобразо­вания генетико-экологической структуры популяции, которые могут привести к формированию нового вида. Реально вид существует в виде популяций. Именно популяция является элементарной единицей эволюции.

Теория макроэволюции изучает происхождение надвидовых таксонов (семейств, отрядов, классов и т.д.), основные направ­ления и закономерности развития жизни на Земле в целом, включая возникновение жизни и происхождение человека как биологического вида.

Изменения, которые изучаются в рамках микроэволюции, доступны непосредственному наблюдению, тогда как макро­эволюция происходит на протяжении длительного историче­ского периода времени и поэтому ее процесс может быть толь­ко реконструирован задним числом. Но макро- и микроэво­люция происходят в конечном итоге под воздействием измене­ний в окружающей среде.

Сегодня биологами, изучающими микро- и макроэволю­цию, накоплено достаточно материалов, которые можно сис­тематизировать в виде основных положений СТЭ:

1. 1. Главный движущий фактор эволюции - естественный отбор как следствие конкурентных отношений борьбы за су­ществование, особенно острой внутри вида или популяции. Факторами видообразования являются также мутационный процесс (мутации разных типов), дрейф генов (генетико-автоматические процессы) и различные формы изоляции.

2. 2. Эволюция протекает дивергентно (т. е. в сторону расхождения признаков), постепенно, через от­бор мелких случайных мутаций. Новые формы могут образо­вываться через крупные наследственные изменения (сальтации). Их жизненность также определяется отбором.

3. 3. Эволюционные изменения случайны и ненаправлены. Исходным материалом для эволюции являются мутации раз­ного типа. Сложившаяся исходная организация популяции и последовательные изменения условий среды ограничивают и канализируют наследственные изменения в направлении не­ограниченного прогресса.

4. 4. Макроэволюция, ведущая к образованию надвидовых групп, осуществляется через процессы микроэволюции и ка­ких-либо особых механизмов возникновения новых форм жиз­ни не имеет.

Н.В. Тимофеев-Ресовский сформулировал положение об элементарных явлениях и факторах эволюции:

1. 1. элементарная эволюционная структура - популяция;

2. 2. элементарное эволюционное явление - изменение генотипического состава популяции;

3. 3. элементарный эволюцион­ный материал - генофонд популяции;

4. 4. элементарные эволюционные факторы - му­тационный процесс, «волны жизни», изоляция, естественный отбор.

Оказалось, что популяция в качестве элементарной структуры должна реально существовать в природных условиях и быть способной изменяться с течением времени. Популяция - это совокупность особей дан­ного вида, занимающих территорию внутри ареала вида, сво­бодно скрещивающихся между собой и частично или полно­стью изолированных от других популяций.

В свою очередь элементарным эволюционным явлением считаются наследственные изменения популяций, в результате спонтанных мутации, представляющих собой гетерогенную смесь различных генотипов. Изменения эти тем отчетливее, чем более интенсивно и длительно воздействие факторов, их вызывающих. В результате происходит изменение генофонда или генотипического состава популяции.

Еще одно требование к популяциям, выступающим в каче­стве единиц эволюции, - способность трансформироваться в элементарный эволюционный материал. А это осуществимо при следующих условиях:

1. 1. у всех особей, составляющих по­пуляцию, должны происходить наследственные изменения ма­териальных единиц;

2. 2. эти изменения должны затрагивать все свойства особей, вызывая их отклонения от исходных;

3. 3. они должны затрагивать биологически важные свойства особей;

4. 4. изменения эти должны быть четко выражены у популяций, обитающих в природных условиях;

5. 5. часть таких изменении должна «выходить» на историческую арену эволюции, участ­вуя в образовании таксонов низшего ранга;

6. 6. скрещивающие­ся таксоны должны различаться наборами и комбинациями элементарных единиц наследственной изменчивости.

Согласно постулатам СТЭ, требованиям элементарного эволюционного материала удовлетворяют различного рода мутации. К их числу относят генные, хромосомные, геномные мутации. Чтобы мутации служили материалом эволюции, не­обходимы: достаточная частота возникновения мутации, чет­кость в проявлении мутантных признаков и четко выраженная биологическая значимость этих признаков, генетические раз­личия между природными таксонами.