Том 1 (1109823), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Были пронедены эксперименты с газами, предполохсительно входившими в состав этой атмосферы, в условиях, считающихся близкими к господствовавшим в то время (рис. 1-3). В этих экспериментах получены сложные органические молекулы, сходные с основными компонентами биологических структур. Земные океаны превращались во все более концентрированный раствор таких веществ. Некоторые органические молекулы имеют тенденцию собираться вместе.
В первичном океане эти скопления, вероятно, приобретали форму капель, похожих на образуемые маслом в иоде. Такие капли, по-видимому, н были предшественниками примитивных клеток — первых форм живого. Согласно современным теориям, эти органические молекулы служили также источником энергии для первых организмов. Примитивные клетки или клеткоподобные структуры могли получать се, используя имеющиеся в изобилии химические соединения. По мере развития и усложнения организмы становились все более самостоятельными, приобретая способность расти, размножаться и передавать свои признаки следующим поколениям.
Клетки, которые удовлетворяют свои энергетические нужды, потребляя органические соединения из окружающей среды, называются гетерогпрофами (от греческих слов 1гегегоз = другой и ггорЬоз = питающийся). Соответственно гетеротрофным является организм, зависящий от внешнего источника органических молекул. К этой группе сейчас относятся все хсивотные и грибы (рис.
1-4), а также многие одноклеточные, например большинство бактерий и некоторые протисты. По мере увеличения численности примитивных гетеротрофов запас сложных молекул„от которых зависело их существование, накаплнвавшийся в течение миллионов лет, начал истощаться. Органики за пределами клеток становилось все меньше, и между ними началась конкуренция.
Под ее давлением клетки, которые могли эффективно использовать ставшие ограннченньвчи источники энергии, получили по сравнению с другими болыпе шансов выжить. С течением времени в результате длительного медленного процесса вымирания (элимннации) наименее приспособленнъгх возникли организмы, способные созданать собственные богатые энергией молекулы из простых неорганических вещесгн. Рнг. 1-2. Древнешане из нзвеетньсх исквнаемых — чеспковбра злые бактерии аз австралийских отложений возрастом 3,5 млрд.
лель Эгпн организмы 1сюказан улыпрапюнкнй срез, гфв тографарованный в просвечивающем элеюпрвннвм микроскопе) имели очень простую опрукгпуру. Стрелками указаны поперечные опенка мюкду отдельными клетками. Эслн бактерии примерно на 1 млрд. лап моложе гамой Земли„однако более древних торных пород, пвдходлщнх дав поисков следов жизни„мало. Более сложные эукврнвтачеекне органазмы появились не ранее 1,5 млрд, лет назад.
Следовательно, лв крайней мере в течение 2 млрд. лвп бактерии были единственной формой жизни на ношей планегле Онн называются автопгрофами, что означает по-гречески «самостоятельно питающиеся». Без появления этих первых автотрофов жизнь на Земле прекратилась бы. Наиболее преуспевающими оказались автотрофы, у которых появилась система для непосредственного нспользо- Водород, водяной пвр, метан, Электрическая Рнг. 1-3.
С. Миллер, будучи в 50-х годах еглуденспвм дипломникам Чнкажкслв уннверснтепсд шпэльзввал аппарат, схема которвгв праввдаспел на ршунке, длл мвделарвванив условий, существовавших, пв егв мнению, на молодой Земле. Метан а аммиак поспювнно Наргсуларввали между расположенным снизу подогреваемым «океаном» н нахвдлщейеп над ннм «атмвгфервйп через которую пропускали электрические разряды. Через 24 ч около ввлввикы углерода нз.ьолекул метана перешло в аминокислоты и другие органические веи~еопва )л. С Пвглеюя.* ь бвгвагау листопадных лесах ка востоке и Сред- нем Западе Северной Америки.
Подобно большинству сосудистых растений, триллиум укореняется в почве; фото- синглез протекает главным образом в листьях зтого авпютрофного организ- ма. Цветы распускаются в условши хорошего освещения, до появления листьев на окрухсающш деревьях. А Б вания солнечной энергии, т.
е. фотосинтеза (рнс. 1-4). Первые фотосинтезирующие организмы были намного проще современных растений, но уже значительно сложнее, чем примитивные гетеротрофы. Для поглощения н использования солнечной энергии потребовалась особая, улавлнвающая световую энергию пигментная система и сопряженная с ней система запасания этой энергии в связях органических молекул. Доказательства существования фотосннтезирующих организмов были найдены в породах возрастом 3,4 млрд. лет, т. е. на 100 млн.
лет более молодых, чем те, в которых обнаружены первые ископаемые свидетельства жизни на Земле. Однако можно быть почти уверенным в том, что и жизнь, и фотосинтез появились значительно раньше. По-видимому, не приходится сомневаться и в более раннем возникновении гетерпгрофов. С появлением автотрофов поток энергии в биосфере приобрел современные черты: лучистая энергия улавливается фотосннтезирующими организмами, а от них передается всем остальным живым существам.
в атмосфере увеличивалосгн а это имело два важных последствия. Во-первых, часть кислорода во внешнем слое атмосферы превращалась в озон (О ), который, накопившись в достаточном количестве, начал поглощать ультрафиолетовые лучи падающего на Землю солнечного света, губительные для живого. Около 450 млн. лет назад организмы, защищенные озонным слоем, уже смогли аьпкивать у поверхности воды и на суше. Во-вторых, увеличение количества свободного кислорода дало возможность более эффективно использовать богатые энергией углеродсодержащне молекулы, образованные в ходе фотосинтеза, позволив организмам расщеплять и окислять их в процессе дыхания. Как показано в гл.б, дыхание дает значительно больше энергии, чем любое анаэробное (бескислородное) разложение.
До того как атмосфера стала азробной, существовали толысо лишенные ядерных оболочек лрокариотические клетки, генетический материал которых не организован в сложные хромосомы. Прокариот называют также абактернями». Все виды организмов, жившие на Земле ранее прилгерно 1,5 млрд. лет тому назад, бьшн гетеротрофными или автотрофнымн бактериями. Согласно палеонтологическим данным, увеличение концентрации свободного кислорода сопровождалось появлением первых эукариотических клеток, имеющих гщерные оболочки, особо устроенные хромосомы и ограниченные мембранами органеллы. Эукарнотнческие организмы, отдельные клетки которых обычно зна- По мере увеличения количества автотрофов облик планеты изменялся. Эта биологическая революция связана с одним из наиболее эффективных способов фотосинтеза, используемым почти всеми ныне живущими автотрофами и включающим расщепление молекулы воды (П О) с высвобождением кислорода.
В результате количество газообразного О Рис. 1-4. Современные гетеротрофный и автотрофный организмы. А — гриб Сормлш аоатепюги, растущий на лесной подсгпилке в Калифорнии, как и другие грибы, впитывает лшцу (часто швлекая ее из других организмов), явля- ется ытеротрофом. Б — триллиум крупноцветковый (Тгй)шт ягапйгЯотт) один из первых зацветает весной в Подземные части растения (корневища) хгивут в течение многих лет.
Из них лод толстым слоем опавшш листьев и другого орыничеаапо вещества лесной подстилки вегетативно образуюгпся новые распгения. Кроме того, триллиум размножается семенами, копюрые рас- пространяютт муравьи 1 мм чительно крупнее бактериальных, возникли около 1,5 млрд. лет назад, а многочисленными и разнообразными стали при- мерно 1 млрд. лет назад, Все живые существа, кроме бакте- рий, состоят из одной или многих эукариотическнх клеток. На заре эволн>ционной истории основные фотосинтезирующие организмы представляли собой микроскопические клетки, плавающие под освещенной солнцем поверхностью воды.
Энергетические ресурсы в виде углерод-, водород- и кнслородсодержащнх молекул были в избытке, однако по мере размногксння клеточных колоний другие минеральные компоненты открьпого океана быстро истощались (именно недостаток необходимых минеральных веществ считается ограничивающим фактором во всех современных проектах использования морской биомассы). В результате жизнь начала более интенсивно развиваться у берегов, где вода Рис.
)-5. Ископаемые остатки Соо)схо- пга, одного из самых дреенггх и простых среди известных растений, из нозднеси- л>рийских отложений (еозраоп 4!4 — 408 млн. лет). СооЬоп!а почти целиком состоит из разветвленной оси с верху- шечными спорангиями — структурами, образуюгцими споры Рис.
Дб. На заре своей эволюции много- клеточные аетотрофы прикрепились к прибрежным скалам. >га фотографии показаны бурые водоросли на скалах к северу опг Сан-Франциско (йалифорния) ео ерема отлива. Узтих организмое многоклеточнасть появилась независимо огл других групп живых суихесте обогащалась нитратами и минеральными солями, которые приносились с суши реками и смывались с нее прибойными волнами. У скалистого побережья действует гораздо болыпе экологических факторов, чем в открытом море, и под влиянием новых условий организмы эволюционировали в сторону все большего усложнения своей структуры и увеличения разнообразия. Не менее 650 млн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
